【PNAS:高產條件下實現低環境代價的施N途徑】

Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems?

www.pnas.org

①中國在改革開放後，為解決土壤氮肥力不高、糧食產量低的問題，不管是政府、科學家還是推广部門，都想辦法多造氮肥和多施氮肥。到上世紀80年代末，中國已經成為世界上氮肥消費最多的國家，在佔世界9%的耕地上消耗了全世界氮肥的30%以上。近20年來，集約化農作區氮肥施用量越來越高，農民形成了「施肥越多越增產」的傳統觀念，造成了集約化農作區普遍過量施肥問題，因此導致的環境中硝酸鹽、一氧化二氮（溫室氣體）和氨排放等污染問題已經引起國內外的普遍關注；

②以太湖為例，水體中不斷增加的氮素造成富營養化，主要是由於農業污染源和生活污水排放造成的。已有研究證實，目前太湖地區農田的氮肥施用量一般在每公頃400～600公斤，而作物對氮素的當季利用率只有1/3左右，絕大多數氮素肥料隨著地表徑流的作用匯入地表水中。環境保護部據此推論，我國淮河、海河、遼河、太湖、巢湖、滇池的污染，農用化學品的貢獻率佔1/2；

③而在華北平原，過量氮肥的施用則造成了地下水中硝酸鹽污染。目前，華北平原許多地方，地下水中硝酸鹽含量已經遠遠超過了20mg/L這一國家飲用水衛生標準，並且已有多項研究證實，目前這種污染正由點污染、條帶狀污染向面上擴散，由淺層向深層滲透；

④使用氮肥無可置疑。由於中國大多實行兩季輪作的複種耕作方式，只有不斷在農田中補充氮素，才能保證糧食的高產，中國糧食能夠自給自足也有賴於此。但有關統計表明，1977年至2005年期間，中國每年的糧食產量已經從2.83億噸增加到4.84億噸，增長了71%；農作物的單位產量也從2348千克/公頃增長到4642千克/公頃，增長了98%。與此同時，氮肥的應用則從707萬噸增加到2621萬噸，增長了271%，遠遠超過前兩者；

⑤隨著氮肥用量的持續增加，氮肥的增產效果逐漸下降，而環境污染卻日趨加重。氮肥的農學和環境效應已成為全球科技界、環保界和政策制定者共同關心的熱點問題；

⑥對此，研究人員在華北小麥—玉米輪作和太湖地區水稻—小麥輪作體系開展有關工作。這兩個地區是中國集約化農作區最具代表性的地區；

⑦研究結果表明，在現有農民經驗耕作的模式下，太湖地區水旱輪作的周期性循環造成氮素不易保持，更容易損失，農民在進行複種的時候，第二種作物幾乎利用不到來自上一次種植殘留的氮。而華北平原的農田土壤更容易保持氮，下一季作物還能利用上。水稻/小麥系統的定期灌溉導致了大量氮流失，而小麥/玉米系統的氮流失主要是通過氣態氨的形成和土壤中硝酸鹽的浸出造成的。這意味著華北平原降低氮肥使用量的空間更大，相應地也能減少因氮肥過量施用造成的環境污染；

⑧在華北平原的小麥—玉米輪作和太湖地區的稻麥輪作體系中，每公頃單季施用氮肥以120～200千克左右為宜。農民在經驗耕作的模式下，單季每公頃的氮肥投入在300千克左右，多投的100～180千克左右的氮素大部分都流失到環境中去了；

⑨研究人員同時強調，以上是基於華北平原和太湖地區兩個典型的集約化農業體系進行研究得出的結論，有關數字可能高於全國平均水平，也未必適用於其他地區。中國地域廣闊，具體的氮肥優化施肥量還需因地制宜，在科學測定農田氮肥肥力等基礎上才能得出具體結論；⑩由於這一研究成果系統解析了單位化肥氮進入農田後農學和環境效應，揭示了氮肥損失機理，提出了在高產條件下如何實現低環境代價的技術途徑，為集約化農業生產如何實現資源高效和環境友好提供了理論依據。

一作：巨曉棠，通訊：巨曉棠&張福鎖（中國農業大學資源與環境學院），2009-3-3.

推薦閱讀：

相关文章