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中国农业科学 2008,41(2):450-459 Scientia Agricultura Sinica
提高肥料利用率技术研究进展
闫 湘 ，金继运
1 1,2,3
，何
萍
1,2,3
，梁鸣早
1,3
（1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2农业部植物营养与养分循环重点实验室，北京 100081；
3
国际植物营养研究所中国项目部，北京 100081）
摘要：如何提高肥料利用率、减少由于肥料损失带来的环境污染是长期以来全球共同关注的课题。针对我国 肥料利用率低、氮肥损失严重的现状，本文综述了除传统提高肥料利用率技术以外的几项其它技术的最新研究进 展，主要包括应用实时、实地氮肥管理技术快速、无损检测作物氮素营养状况，进行作物推荐施肥；研发新型缓/ 控释肥料，调控肥料养分的供应；运用农田养分精准管理技术，因地制宜、精细准确地施用肥料；通过脲酶抑制 剂或硝化抑制剂，有效地抑制NH3挥发和NO3--N淋溶损失等。并对今后提高肥料利用率技术进行了展望。 关键词：肥料利用率；实时、实地氮肥管理；缓/控释肥料；农田养分精准管理技术；脲酶/硝化抑制剂
Recent Advances in Technology of Increasing Fertilizer Use Efficiency
YAN Xiang1, JIN Ji-yun1,2,3, HE Ping1,2,3, LIANG Ming-zao1,3
(1Agricultural Resources and Regional Planning Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;
2
Key Laboratory of Plant Nutrition and Nutrient Cycling, Ministry of Agriculture, Beijing 100081;
3
International Plant Nutrition Institute (IPNI) China Program, Beijing 100081)
Abstract: To increase fertilizer use efficiency (FUE) and to minimize its negative impact on environment has been a focal point in the world for a long time. It is very important to increase fertilizer use efficiency (FUE) in China for its relatively low FUE and serious losses of nutrient. Recent advances in technologies of increasing FUE are reviewed in this article. The technologies include site-specific and real-time nitrogen management, non-destructive quick test of nitrogen status of plants, new types of slowly release and controlled release fertilizers, site specific nutrient management, and use of urease inhibitor and nitrification inhibitor to decrease nitrogen losses. Future outlook in technologies related to FUE improvement is also discussed. Key words: Fertilizer use efficiency; Site-specific/real-time nitrogen management; Slowly release/controlled release fertilizer; Site specific nutrient management; Urease/nitrification inhibitor
化肥是农业持续发展的物质保证，是粮食增产的 基础。世界农业发展的实践证明，施用化肥是最快、 最有效、最重要的增产措施。从 1980 年起，中国化肥 施用量以年均 4%的速度增长，目前，中国已成为世 界上最大的化肥生产国和消费国。尽管耕地面积只占 世界耕地面积总量的 7%，但中国的化肥施用量却接 近世界总量的 1/3。 由于化肥利用率较低， 氮肥通过挥 发、淋溶和径流等途径损失数量巨大。以中国目前每 年施用纯氮约 2 100 万吨，以平均损失 45% 计算，
[1]
每年损失的氮素高达 945 万吨，相当于 2 050 多万吨 尿素。化肥的大量损失已经引起一系列环境问题，在 北方某些农业高度集约化的地区氮肥的不合理施用导 致地下水硝酸盐超标时有报道， 有些地区竟达到 100% 的严重超标程度。中国南方经济发达地区，氮、磷肥 过度施用导致地表水富营养化， 湖泊严重污染。 此外， 蔬菜中硝酸盐超标、大气中氧化亚氮排放量增加、沿 海城市赤潮现象的发生等环境问题也与肥料的不合理 施用有关。因此如何提高肥料利用率、充分发挥化肥
收稿日期：2007-05-09；接受日期：2007-09-04 基金项目：国家“973”计划（2007CB109306） ；中国-加拿大国际合作项目 作者简介：闫 湘（1972-） ，女，内蒙古呼和浩特人，助研，硕士，研究方向为土壤养分管理。Tel：[phone]；E-mail：yanxiang@。 通讯作者金继运 （1951-） 男， ， 研究员， 博士， 研究方向为土壤肥力、 施肥、 土壤养分管理。 Tel： [phone]； E-mail： jyjin@， [e-mail]
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湘等：提高肥料利用率技术研究进展
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的作用， 对中国农业可持续发展具有极其重要的意义。
握适宜的施氮量和供水量，并根据不同作物不同生长 阶段的需求特点进行综合运筹有利于提高肥料利用 率。在水稻田中“无水层混施法”和“以水带氮法” 等基、追肥施用法，均是通过肥水调控技术达到提高 肥料利用率的目的。 （3）氮肥深施及分次施肥。氮肥 深施是各项提高氮肥利用率技术中效果最好且较稳定 的一种措施，试验结果表明[5,6]，碳铵或尿素深施增产 效果比表施高 2.7%～11.6%左右，氮肥利用率也可提 高 7.2%～12.8%。不同时期分次进行施肥较一次性施 肥，能够有效减少一次施肥造成的损失，提高氮肥利 用率。（4）平衡施肥。平衡施用氮、磷、钾肥和中、 微量元素，保证作物生长期间所需的各种营养成分， 避免因缺乏某种养分而限制其他养分作用的发挥。平 衡施肥技术要点在于不同种类营养元素的种类和比例 的调节及作物不同生长时期肥料供应的强度与作物需 求的平衡。 随着科学技术的进步，一些新技术、新观念、新 思想不断发展应用，提高肥料利用率技术已不仅仅局 限于这些传统的技术，实时、实地氮肥管理，缓/控释 肥料，农田养分精准管理技术及脲酶抑制剂和硝化抑 制剂等技术已经或正在逐步应用到农业生产中来，并 为减少肥料损失， 提高肥料利用率发挥着重要的作用。 虽然目前有些技术因为种种原因还没有在中国农业生 产中广泛应用，但其潜力无穷，正如扈立家[7]对精准 农业的评述中指出，精准农业所引发的思维方式和农 业生产经营理念的变革将具有长远而深刻的意义，它 成为合理利用农业资源、改善生态环境和农业可持续 发展的技术基础。
1
中国肥料利用率现状
肥料利用率是衡量肥料施用是否合理的一项重要
指标。大范围肥料利用率的结果一般通过两个渠道获 得：一是从宏观的角度估算而来。具体做法是根据各 地区化肥施用量和粮食产量的数据，从不同年份单位 播种面积粮食产量和施肥量的变化，求出相应不施肥 产量和通过施肥可以达到的最高产量，以上述结果为 基础计算出化肥利用率 。这种方法计算出的肥料利 用率与田间实际测定结果往往有一定出入。二是汇总 大量的田间试验结果。目前，多数研究都是根据田间 试验的结果汇总而来的。 由于田间试验受土壤、 水分、 气候等多种条件的影响，因此，不同地区、不同作物 肥料利用率大田试验结果相差较大，需要汇总大量试 验结果。 朱兆良 总结了中国 782 个田间试验得出，中国 小麦、 水稻和玉米对氮肥的利用率在 28%～41%之间。 磷肥的当季利用率与氮、钾肥比起来低得多，这是由 于磷肥施入土壤后，易与土壤中的铁、铝离子（南方） 或钙离子发生化学反应，形成沉淀，累积在土壤中。 中国大田试验、盆栽试验包括同位素示踪试验的结果 统计表明[4]，磷肥的当季利用率大体在 10%～25%左 右。根据中国科学院南京土壤研究所对全国 849 个大 田试验的统计，水稻的磷肥利用率为 8%～20%，平均 为 14%， 小麦为 6%～26%。 中国钾肥当季利用率高于 磷、钾肥，在 50%左右
[1,3] [3] [2]
。笔者通过对 2002～2005
年全国 20 个省、50 个养分监测村开展的 165 个田间 试验统计得出，中国小麦、水稻和玉米的氮肥当季利 用率在 8.9%～78.0%之间，平均 28.7%，磷肥当季利 用率在 3.0%～49.3%之间，平均 13.1%；钾肥当季利 用率在 4.5%～82.8%之间，平均 27.3%。显然，中国 化肥当季利用率较低。
3
提高肥料利用率技术研究新进展
传统的推荐施肥方法通常包括样品采集、处理、
3.1 实时、实地氮肥管理 分析测试、数据处理等一系列过程，不但耗费大量人 力、物力，而且周期长、时效性差。许多大田作物在 氮胁迫下会表现出一些明显可见的症状，如，缺氮会 导致老叶失绿；相反，供氮过量，叶片颜色深绿并且 延迟衰老。通过叶片颜色变化来评价作物氮营养状况 就是利用作物这一生理特点发展起来的一种方法，迄 今为止， 已很好地用于生产实践。 这种方法是 20 世纪 90 年代发展起来的，它运用叶绿素仪（SPAD）进行 作物营养诊断并进行推荐施肥，可以在田间条件下无 损伤检测植物叶片叶绿素相对含量。叶绿素仪工作原 理是利用叶片中叶绿素含量和叶片含氮量的关系来确
2
传统提高肥料利用率的方法
传统的、在农业生产中较为普及的提高肥料利用
率的方法可概括如下： （1）适宜的氮肥施用量。在较 低的施氮水平时， 随氮肥用量的增加， 产量逐渐增加， 超过一定用量时，产量不再增加反而下降。而且随施 氮量的增加， 氮肥通过各种途径损失的量也不断增加， 氮肥利用率也会下降。因此，氮肥施用量要控制在经 济最佳施氮量以内。 （2）肥水调控技术。肥水是土壤 中氮运转及作物氮吸收过程中的关键因子，生产上把
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业
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学
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定作物的氮素营养状况。具体方法是将植物叶片插入 叶绿素仪测定部位感光后读出叶绿素值（叶色值）， 根据与植株含氮量的关系确定氮素诊断的叶色值，从 而推断出作物氮素含量，比传统的氮肥推荐方法简化 了许多繁琐的过程。 实时氮肥管理 （RTNM） 和实地氮肥管理 （SSNM） 是应用SPAD指导施肥而发展起来的一种新的氮肥管 理模式。 实时氮肥管理最早运用在水稻的推荐施肥上， 根据水稻不同生育期叶色的变化所测定的SPAD值， 与预先设定的推荐施肥量阈值进行比较，以决定施肥 与否及施肥量的多少 。这种方法最大的优点在于施 肥时间和施氮量与作物对氮肥的需求相吻合。彭少兵 SPAD施 等[8,9]应用SPAD指导水稻氮肥管理研究表明， 氮模式比定时施氮处理的氮肥农学利用率显著提高， 在稻农田块，采用SPAD施氮模式的产量和氮肥农学 利用率均高于稻农习惯施肥法。SSNM是根据土壤氮、 磷、钾的有效供给量、作物产量、秸秆带走的养分量 和气候特征等有关参数，通过施肥决策系统综合分析 后确定不同生育期的最佳施肥量作为阈值，然后根据 叶片SPAD测定值决定施肥量的多少
[9,10] [8]
作物上广泛应用。研究显示[10]，SSNM法的施氮量较 农民习惯施肥降低 38.7%～41.3%，产量提高 2.5%～ 3.5%，氮肥利用率和生理氮转化率分别提高 34.0%～ 39.5%和 46.1%～61.6%。 虽然叶绿素仪相比传统测定方法具有诸多优点， 但也有其局限性，由于它每次只能检测约 6 mm2的小 区域，而且它所测试的样本只是有限的点，因此在整 块田间，含氮量只能靠这些测试点做粗略的估算。而 光谱分析技术在这方面显示了其特有的优点，它根据 作物缺肥会引起叶片颜色、厚度以及形态结构等发生 一系列变化，从而引起光谱反射特性的变化，建立能 准确反映植物营养状况的检测模型，实现对植物营养 成分光谱分析技术的信息获取量更大且快速、省时省 力，是精确农作中进行变量施肥和灌溉不可或缺的基 础技术，与SPAD相比，它更适于监控整块地作物的 氮含量。 3.2 缓/控释肥料 肥料释放养分的时间和强度与作物需求之间的不 平衡是导致化肥利用率低的原因之一。 缓/控释肥料是 采用各种机制对常规肥料水溶性进行控制，通过对肥 料本身进行改性，有效地延缓或控制了肥料养分的释 放，使肥料养分释放时间和强度与作物养分吸收规律 相吻合（或基本吻合）[16]。它在一定程度上能够协调 植物养分需求、保障养分供给和提高作物产量，因此 被认为是最为快捷方便的减少肥料损失、提高肥料利 用率的有效措施（表）。 缓释肥料主要是起到延缓释放、 延长肥效的作用。 控释肥料集促释和缓释为一体，能够调控养分供应速 度。脲醛肥料是世界上最早的缓释肥料，发明于 1924 年，随着缓释肥料的发展，之后又发明出控释肥料。 中国最早的缓释肥出现在 20 世纪 60 年代末至 70 年代 初，中国科学院南京土壤研究所先后研制成功碳酸氢 铵粒肥和用钙镁磷肥包裹的长效碳铵及长效尿素。随 后， 中国又相继研制出各种缓释肥料和控释肥料。 1985 年，北京市园林科研所与北京市化工研究院开发了酚 醛树脂包膜复合肥料；1987 年，中国科学院石家庄农 业现代化研究所开发出涂层尿素；近几年郑州大学工 学院开发成功包裹型缓释/控释肥料； 中国石油化工股 份有限公司和国家杂交水稻工程技术研究中心共同研 制出新型杂交水稻专用缓/控释复合肥。 缓/控释肥料有多种，大体可分为以下三大类：一 是包膜缓/控释肥料。包膜缓/控释肥料又分两种，① 无机物包膜肥料。无机物包膜材料主要有硫磺、硅酸
。
[8]
SPAD阈值的确定非常重要，彭少兵 研究认为， SPAD阈值为 35 时适用于大多数热带籼稻品种。贺帆 等[11]研究结果表明，实时实地氮肥管理能较好地协调 水稻产量和品质的关系，但关键是要依据不同的水稻 品种特性确定适宜的预设SPAD阈值。在其试验条件 下，实时实地氮肥管理模式推荐阈值两优培九品种以 SPAD 38～39、汕优 63 品种以SPAD 35～37 为宜。 在田间条件下，应用叶绿素仪进行作物氮营养状 况诊断时，不同测定时期和不同测定部位测定的结果 不同，因此，要选择作物的最佳测定时期和最佳测定 部位，否则会影响测定结果。对于玉米，有学者研究 认为
[12]
， 最佳测定时期是 9 至 10 叶期，最佳测定部
位是玉米最上部完全展开的叶片中部。最新展开叶的 叶绿素仪测定值与植株全氮、氮肥施用量及玉米产量 之间有很好的相关性，可以作为玉米氮营养诊断的工 具。但不同试验点叶绿素仪测定结果有一定差异，需 要建立独立的诊断指标或采用叶片的相对叶绿素仪读 数来表示玉米氮营养状况更为合适。采用相对叶绿素 仪测定值校正该方法后，叶绿素仪对夏玉米追肥推荐 中氮营养状况的预测精度为 66.7%。 SPAD具有便捷、快速、时效性好、无损的特点， 最重要的是可以减少氮肥施用量并提高肥料利用率。 小麦[14]、 油菜[15]和玉米[12]等 目前， SPAD已经在水稻[13]、
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缓/控释肥料与常规肥料肥效对照部分试验结果统计 Comparison of crop yield and fertilizer use efficiency between controlled/slowly release fertilizer and common fertilizer
供试作物 Crop 肥料 Fertilizer 比对照(常规肥料)产量 增加 Yield increase compares with control (%) 比对照(常规肥料)提高养 分利用率 FUE increase compares with control (%) 12.5～25.2 34.9 15～16
Table
Site
试验地点
山东龙口市[17] Longkou city, Shandong 长沙[18] Changsha city 陕西三原县[19] Sanyuan county, shaanxi
玉米 Maize 水稻 Rice 冬小麦 Winter wheat
高聚物包膜控释氮肥 Polymers coated controlled-release nitrogen fertilizer
15 15
36.2～46.6 25.5 9～15
Ｎ标记控释氮肥 Ｎ labled controlled-release nitrogen fertilizer
钙镁磷肥复式包膜尿素 FMP coating urea
盐、石膏和磷酸等；②有机聚合物包膜肥料。包括天 然高分子材料（如淀粉、纤维素、天然橡胶等）、合 成高分子材料（包括聚乙烯、聚氯乙烯等）和半合成 高分子材料（如乙基纤维素等）。二是包裹材料缓/ 控释肥料。它是以一种或多种营养物质包裹另一种肥 料而形成的复合体。 常见的包裹材料有尿素、 腐殖酸、 硫酸钾、硅藻土等。三是具有有限水溶性的合成型微 溶态缓/控释肥料。如脲醛肥料、异丁叉二脲、熔融含 镁磷肥（FMP）等。 缓/控释肥料的养分释放特性是评价其质量的重 要依据，不少学者在这方面进行了大量田间和室内模 但目前尚没有统一的缓/控释肥料产品质 拟研究[20~22]， 量标准和检测方法。 缓/控释肥料的释放特性受作物营 养特性、土壤性质、肥料性质、水分、温度等环境因 素的影响， 不同控释肥料养分释放特性会有很大不同， 有机氮控释肥释放曲线的特征是：开始释放很快，而 最后 1/4～1/3 释放很慢，与“S”型有明显不同；而 聚合物包膜控释肥，其释放模型是抛物线型、直线型 或“S”型，适于短季作物、多年生植物和树木从休 眠期向生长期的转变期，可使养分供应与植物需求同 步。有人认为，理想的溶出曲线应该是直线型和“S” 型的结合型，这样的释放模式可避免前期的“爆裂式 释放”和后期的“拖尾作用”。 缓/控释肥料的养分释放特性通常采用水中 （或溶 液）溶出率法和土壤淋（溶）出率法。前者是用水或 一定浓度的盐溶液浸提缓/控释肥料， 计算一定时间内 养分的溶出率，是最常用方法，该法简单、快速，由 于与实际情况有区别，因而测定方法与实际有一定差 异。后者是模拟“肥料-土壤”体系，测定肥料中释放 的养分离子的含量。水中溶出率法与土壤淋（溶）出 率法比较，后者反映了肥料养分在土壤溶液中的释放 特性，较为接近实际。
近 10 多年来， 许多发达国家日益重视过量施肥对 环境的危害，加之发达国家劳动力价格高，因而既能 节省人力， 又可减少环境污染的缓/控释肥料一直保持 较快的发展速度， 1983 年至 2005 年的 22 年间， 从 美 国缓/控释肥料平均年增长率为 4.2%，西欧发达国家 的年平均增长率为 2.8%。美国是世界缓/控释肥料的 最大消费国， 2005 年世界缓/控释肥料的产量约为 728 万吨， 美国消费量 495 万吨， 约占世界总用量的 68%。 由于价格较高， 多数国家缓/控释肥料主要用于非农业 市场，如花卉、草坪、高尔夫球场、苗圃及高附加值 的经济作物，只有很小的比例用于大田农业生产。因 此，缓/控释肥虽然能够提高肥料利用率，但还没有真 正在农业生产中发挥其作用。 中国缓/控释肥料的研究和开发还处在刚刚起步 的阶段，虽然部分技术已经达到国际先进水平，但整 体水平远没有达到国外的同等水平[23]。配套设备开发 上相对薄弱，目前的研究存在着技术互相保密，包膜 技术都自成体系从零开始，低水平重复，进展缓慢的 现象。中国目前生产的缓释肥料还不能很好地解决释 放与作物需求相吻合的难题， 达不到自控缓释的指标， 技术含量较低， 加之缓/控释肥料价格远远高于常规肥 料，难以为农民接受，所以很难在生产中推广 [24]。 虽然从目前来看，缓/控释肥占化肥总量的比例很低， 而且缓/控释肥在农业上使用的比重很小， 即在目前情 况下，无法达到全面提高肥料利用率，大幅减少氮肥 损失的目标。但随着中国化肥施用量的不断增加，在 满足农产品产量要求的同时，既要保证产品质量的提 高，又要满足环境友好、节约能源、保持经济的可持 续发展的要求， 缓/控释肥料无疑是实现这一要求的重 要保证。 关键是要解决缓/控释肥料发展中遇到的几个 急需解决的问题：一是要努力降低缓/控释肥料价格， 减少农民化肥投入成本。二是要尽快制定并颁布包括
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缓/控释肥料释放性能在内的一系列相关规范和标准， 保证缓/控释肥产品的质量。三是要建立公益体系（公 共拨款、研究单位和推广机构参与）和企业体系（企 业投资、研发中心、生产流通和消费者农民参与）共 同参与的国家级研发平台，围绕国家目标、企业目标 和农民利益来解决生产中存在许多急需解决的关键技 术问题
[23]
料施用情况、土壤类型、土壤质地等对某一区域进行 分区划片，以片为管理单元进行推荐施肥的方法。其 具有宏观控制和具体指导的功能，是普及推荐施肥技 术、培肥地力、提高肥料利用率和增加产量的一条有 效途径[28]。具体做法是采用地理信息系统（GIS）、 全球定位系统（GPS）技术与地统计学相结合的方法， 对某一区域土壤养分的空间变异结构和空间分布进行 分析，形成土壤养分分区图，在此基础上，根据作物 推荐施肥系统，对不同养分区域进行分区平衡施肥。 从目前研究来看，分区平衡施肥技术目前在农场[29]， 乡（镇）[30]乃至县[31]一级区域的研究都已见报道。对 于较大空间尺度范围（乡（镇）以上），确定合理的 取样点空间尺度是关键，不同的尺度会得到不同的土 壤养分图，因而会影响到研究结果。在中国目前一家 一户的种植模式下， 平衡施肥技术还不能够真正实现。 因此，分区平衡施肥技术是解决较大范围内平衡施肥 问题的一个较好的方法。 精准农业经过二十几年的发展之后，在欧美等发 达国家应用已经非常普遍，据一项对美国 447 个农场 调查研究结果显示， 2004 年美国有 70%左右的农业生 产采用了精准农业有关技术，主要包括精准施肥、精 准播种、精准使用农药及进行产量监测等[32]。虽然如 此，赵春江等[26]指出，精准农业技术体系还处于“婴 儿期”，许多技术还需要不断发展和完善；目前国际 上精准农业的研究的瓶颈在于农田高密度信息的获取 和怎样根据这些信息建立一套具有可实施性的决策支 持系统[26]。这两方面是今后精准农业进一步发展研究 的关键。 中国自 20 世纪 90 年代开始探索自己的精准农业 发展道路，并在北京、上海、新疆等省（自治区）建 立起一些精准农业试验示范区。中国农业基础薄弱， 农村贫困，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导 成分， 这种特点决定了国外现有的技术在中国不适用， 必须要探索适合中国的精准农田养分管理模式。目前 中国精准农业还存在着以下几方面亟待解决的问题： 一是农田高密度信息 （主要是土壤养分信息） 的获取。 由于中国采用一家一户的分散经营，农田养分差异较 大，大面积高密度快速准确地进行土壤性状信息的采 集及分析测试的技术还没有解决，目前多采用传统的 取样和实验室分析测试方法，成本高、时效性差。二 是施肥决策支持系统的建立。即怎样解决现有专家系 统实用性、通用性和可实施性较差的问题。三是研发 适合中国农田精准管理的小型变量施肥农机具，使精
。
3.3 农田养分精准管理技术 精准农业是现代空间信息技术与农艺技术相结合 而产生的一次农业技术革命。它根据每一操作单元的 具体情况，精细准确地确定田间物资投入量并进行田 间管理，将传统的高耗、低效型的生产结构方式转变 为低耗、高效的生产结构方式，节约了大量的物质资 源，同时保护了生态环境 。精准施肥根据作物生长 的土壤状况和需肥规律，适时、适量地进行投肥，满 足作物不同时期的肥料需求，以最少的肥料投入达到 较高的经济效益，从而提高化肥利用率，改善农业生 态环境。 精准农业技术按实施过程来分可分为 4 个部分： 农田信息获取、农田信息管理、决策分析、决策的田 间实施
[25] [7]
。农田信息获取的方式通常有传统采样法、
GPS采样和通过遥感方式获取信息。GPS采样的精度 目前可达亚米级和厘米级，亚米级可用于采样，厘米 级适于播种、施肥，但厘米级精度GPS价格较为昂贵。 通过遥感的方式获取农田信息较以上两种方式更为快 速，且获取的数据是连续性数据，而不是点数据，具 有更大的优势，逐渐成为精准农业获取信息的主要手 段。GIS主要是对获取的土壤和作物等信息进行加工、 分析和整理，建立农田管理信息系统。目前GIS在农 业应用中还处在农田边界图管理、土壤肥力管理、 产量分布图管理等阶段，相关管理软件还有待于进 一步开发 。 精准施肥是精准农业决策分析中应用的最广泛的 技术之一，也是发展最为成熟的技术。首先进行土壤 养分数据（N、P、K、pH、有机质等）和作物生长状 况数据的采集，运用GIS作出农田空间属性的差异性， 再根据变量施肥决策分析系统结合作物生长模型和养 分需求规律得到施肥决策，最后通过差分式全球定位 系统和变量施肥控制技术使精确施肥得以实现。研究 结果表明， 水稻和玉米精准施肥与农民习惯施肥相比， 氮肥利用率平均提高 7.8 个百分点
[27] [26]
。
分区平衡施肥法也是在精准农业的基础上发展起 来的施肥技术，是根据种植方式、土壤养分状况、肥
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准变量施肥在小规模经营的中国农户中得以实现，并 得以推广应用。 3.4 脲酶抑制剂和硝化抑制剂 尿素是中国施用最多的一种氮肥，每年施用量占 中国化学氮肥的一半以上。然而，尿素施入土壤后， 经土壤脲酶的作用，易被水解，造成NH3的挥发，带 来巨大的经济损失和环境污染。脲酶抑制剂通过延缓 尿素的水解，延长施肥点处尿素的扩散时间，从而降 低了土壤溶液中NH4+和NH3的浓度，能够减少氨的挥 发损失。 经过 30 多年的研究开发， 目前脲酶抑制剂的种类 已经有一百多种，包括醌类、酰胺类、多元酸、多元 酚、腐殖酸、甲醛等。其中应用较为广泛的是n-丁基 硫代磷酰三胺（NBPT）和氢醌（HQ），NBPT在碱 性土壤、通气性较好的条件下对NH3的挥发损失抑制 较好。 HQ不仅能够延缓尿素的水解进而减少NH3 的 挥发，更重要的是影响了尿素水解产物的进一步转 由于HQ与其它脲酶抑制剂相比具有比较低廉的 化[33]， 重金属Hg和Ag的碘 价格优势而受到广泛的关注[34~36]。 盐被证实也是比较有效的脲酶抑制剂，但由于重金属 对农田会造成污染，因而不适宜在农业生产上使用。 腐植酸类脲酶抑制剂是一种环保的尿素增效剂， 早期对它的研究报道主要集中在对土壤脲酶抑制剂的 抑制效果和增产作用上[37~39]。近些年，一些学者开展 了腐植酸类物质对作物生理代谢方面的研究，程扶玖 等
[40]
甲基）吡啶（简称nitrapyrin）。由于 2-氯-6-（三氯甲 基）吡啶不稳定，因而美国DOW公司将其开发为一种 产品N-serve。大量研究表明，硝化抑制剂与氮肥结合 使用可以降低氮素损失，提高氮肥利用率。商照聪 能够抑 等 [44]报道DCD与碳酸氢铵混合在小麦上施用， 制铵态氮硝化产生硝态氮的同时对氨挥发也有一定的 抑制作用。Owens[45]对nitrapyrin研究发现，施用硝化 抑制剂nitrapyrin与对照（不施用）相比，NO3-的淋溶 损失由 48%降低到 35%。 王改玲等[46]研究了不同土壤 水分条件下，N-serve及N-serve与沙子配合对N2O排放 的影响。 结果显示， 在低水分 （14.2%） 施用N-serve， 时， N2O总排放量可以减少 65%；在高水分（28.5%）时， N-serve与沙子配合N2O总排放量可以减少 62.1%。 单独的脲酶抑制剂或硝化抑制剂只能对尿素氮转 化的某一过程起到抑制作用，它们协同作用则可以对 全过程进行控制，从而更加有效地减少NH3的挥发和 NO3--N的淋溶损失，提高肥料利用率，不少研究结果 已经证实了这一点。焦晓光[47]、陈振华[48]、陈利军[49] 研究指出， HQ+DCD组合与单独使用HQ、DCD、ECC （硝化抑制剂包被碳化钙）或NBPT（N-丁基硫代磷 酰三胺）相比，HQ+DCD组合能更有效地降低土壤脲 酶活性，抑制尿素水解产物的氧化，使其以交换态 NH4+的形式在土壤中更长时间持留。氧化作用的抑制 不仅减少了氧化产物NO3-的积累，也降低了NO3-的淋 溶潜势，使其淋入下层土壤的深度仅限在 5～10 cm范 围内。还能够增加土壤总有效氮，增加作物吸氮量。 还有学者报道，HQ+DCD组合应用于稻田生态系统， N2O和CH4 排放量比分别使用HQ和DCD减少 1/3 和 1/2[50]。 理想的脲酶抑制剂或硝化抑制剂，不仅要有效地 抑制NH3的挥发和NO3--N的淋溶损失，还应对作物的 生长发育无不良影响，才能保证作物充分吸收养分并 获得最大的增产效应，这也应是筛选脲酶抑制剂或硝 化抑制剂的重要原则。虽然现有的一些抑制剂在农业 上的应用取得了一定的效果，但它们的推广应用还不 十分普遍，多数国家还处于试验研究阶段。由于它们 的施用效果受到抑制剂量、肥料用量、环境温度、pH 值和土壤性质等影响，增产效果不稳定，加之绝大多 数抑制剂成本较高，有些对作物还具有一定的毒性， 容易造成一定的环境污染，在农业上难以大面积推广 使用。因此，筛选高效、稳定、廉价、无毒的新型脲 酶抑制剂是农业科技工作者今后致力的方向。
研究认为在低温胁迫条件下，黄腐酸可增强油菜
幼苗超氧物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活 性提高抗坏血酸含量，抑制丙二醛（MDA）的产生减 轻叶绿素的破坏，维护细胞的生理功能，光合速率和 根系活力增加，呼吸速率明显降低。刘子江[41]、李兆 君
[42]
等研究表明腐植酸类物质可以改善作物品质。煤
炭类腐植酸除了具有很好的抑制效果，能够促进作物 的生长发育，促进氮素的吸收，提高尿素氮的利用率 外
[42,43]
，由于具有价格低廉，来源丰富，对植株和土
壤安全、无污染的特点，具有很好的开发应用前景。 氮肥施入土壤后，在土壤微生物的作用下会进行 硝 化反应 ，NH4 在氨 氧化 细菌的 作用 下先氧 化为 NO2 ，进而在亚硝化细菌的作用下氧化为NO3-。硝化 抑制剂可以抑制NH4+向NO2-和NO3-的转化，减少NO3的淋溶损失，也可抑制由于硝化作用和反硝化作用所 产生的N2O气体的产生，减少氮的淋溶和挥发损失， 提 高 氮肥 利用 率 。最 常见 的 硝化 抑制 剂 有双 氰胺 （Cyanamide的二聚物，简称DCD）和 2-氯-6-（三氯
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中
国
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业
科
学
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展望
20 世纪下半叶，中国以占世界 7%的耕地养活了
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