实施肥料氮最佳管理规程以减少氮素损失

57实施肥料氮最佳管理规程以减少氮素损失《高效施肥》2009年第1期总字第22期实施肥料氮最佳管理规程以减少氮素损失C.S.Snyder著原文译自FertilizerNitrogenBMPstoLimitLossesthatContributetoGlobalWarming国际植物营养研究所成都代表处谢玲译涂仕华校肥料最佳管理规程(BMPs)不是一个新概念，大约在20年前就有了(Roberts,2007)。今天,它比以前任何时候都显得重要。肥料最佳管理规程必须基于一个简单的概念C在最大限度减少田间养分流失的同时，保证养分供应能满足作物的需求。所有肥料用户都应该适时、适量、适位地施用肥料，以满足作物对养分的需求—即“正确的肥料，正确的施肥量、正确的施肥时间和正确的施肥位置。”肥料最佳管理规程必须考虑所有农业体系，因为单一的规程不可能放之四海而皆准(Roberts,2007)。结合肥料最佳管理的作物养分平衡通过作物光合作用和碳截存而最大限度地捕获二氧化碳(CO2)；优化单位面积土地的作物生产力，并使农民获益和实现可持续生产的目标。任何增加作物产量、养分吸收和肥料利用率的肥料最佳管理规程都可能减少或控制养分向水体及大气损失的可能性。科学和经验表明,肥料最佳管理规程对作物产量、质量、收益和向水体及空气损失的影响在很大程度上受控于其它农艺措施,如种植密度、作物品种、耕作措施、病虫防治，以及水土保持措施，如坡地梯化、条带种植、作物残茬管理、河岸缓冲带、防护林带和其它措施(Fixen,2007)。那些在农场肥料使用决策中认为非常有用的措施，只有与其它适宜的农艺和最佳保护性管理措施结合使用时，才能算作是“最佳”的。一个最佳的肥料管理规程，如果被用于存在其它严重缺陷的种植体系，很可能完全无效(Fixen,2007)。接下来的讨论和指南是针对美国中部的玉米带，但也适用于其它类似作物地理条件下的种植体系。这些讨论和指南有助于肥料氮素管理决策，减少施氮对温室气体(GHG)排放的影响并且有助于降低全球温室效应潜能(GWP)-用CO2的质量当量表示。农业产生的三种温室气体是：氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)和二氧化碳CO2。CH4和N2O的温室效应潜能分别是CO2的23倍和296倍。因为N2O排放可能与氮肥相关，且温室效应潜能大大高于CO2，所以在该实用性指南中,特别强调了肥料氮最佳管理规程如何减少N2O的排放。例如,氮肥最佳管理规程有助于减少温暖、潮湿或渍水条件下累积硝态氮(NO3-)，降低N2O的排放的风险。一般原则在施氮肥之前●根据田间土壤和气候条件制定一个现实的产量目标。●弄清以下情况：1)现有土壤肥力，2)灌溉、农家肥和豆科作物提供的养分，3)作物对养分的总需求量和季节性需求量，从而帮助确定适宜的施肥量。●确认影响氮素有效利用的其它因素，从而尽可能对症管理。例如，除N以外的其它养分含量低、作物立苗差、杂草多、排水不良和土壤板结都是造成施氮效果变差的因素。●评估土壤及环境条件，确定导致该区氮素流失最可能的途径和强度。●选取一个或多个田块对生长季节的植物养分状况进行监测。●植株分析典型地监测了植株在养分需求高峰期的养分浓度，通常在植物授粉前或授粉初期。●使用叶绿素仪测定需要在生长前供氮充足的植物带作为参考。国际植物营养研究所系列期刊《BETTERCROPS》中文版专刊《高效施肥》2009年第1期总字第22期58●作物反射测定，一个活跃的研究领域，是调整作物生长季节氮肥用量颇具前景的测定方法。●选取一个或多个田块,监测季后(即开花后)植株养分含量状况。有几个州都提供了玉米茎秆NO3-测定指南。这个测定能为作物生长季节施氮量是充分、不足还是过多提供信息。●确认在你所在流域或地区可能存在的与养分相关的环境问题：1)地下水NO3-含量高,2)地表水体富营养化或水源毒藻爆发，或3)“下游”水体养分富集问题如低氧(缺氧)。设备、合理施肥和施肥技术●如果田间土壤易受重型机械碾压而板结,要避免或推迟施肥。评估机械轮轴负荷和轮胎压力,以及它们对土壤压实的影响。增加土壤紧实度会加剧或促进土壤N2O排放。考虑耕作系统,减少机械在田间的往返次数，同时采取必要的水土流失控制。●校准施肥器,保证配方施氮量准确和施肥位置正确。避免重复施肥和输送偏离目标，保证肥料在施肥器覆盖面下均匀一致。如果采用亚表层施肥，确保适宜的施肥深度。●在机械深施氮肥后,要保证施肥口土壤闭合良好和氮在土壤中的保存。利用土壤测试来确定pH值和养分状况。分析氮的形态也很重要。肥料氮素最佳管理规程—实现四个“正确”氮肥●选择的氮肥品种既经济合理又能减少氮素损失(表1)。氮肥品种的选择会影响施肥量、施肥时间和施肥位置。铵态氮肥与硝态氮肥比较●只要是可能或可行，施用铵态氮(NH4+)肥比硝态氮肥(NO3-)更能减少温室气体排放。该指南的意图不是做农田氮素循环分析，但重要地是要认识到生产铵态氮肥比生产硝态氮肥排放更少的温室气体(使用智利硝石可能除外)。此外，硝态氮肥更易产生反硝化作用，从而导致N2O和N2排放(HarrisonandWebb,2001;Firestone,1982)。●在作物根系建立之前的生长早期施用氮肥，选择铵态氮肥优于硝态氮。如果使用含有NO3-的氮肥品种,生长前期土壤特别湿或渍水时就不要施入。温暖渍水(晚春至夏季),虽然渍水比春季好点，可能会排放更多N2O。●硝化抑制剂放在“施氮时间”部分讨论。59实施肥料氮最佳管理规程以减少氮素损失《高效施肥》2009年第1期总字第22期表1在减少氮流失和温室气体排放上的管理方案相对效果对比，方案1优于方案2。效果评级代表对农场和流域内相对潜在N损失减少量的估算值。1方案1优于方案2的相对比的百分数，由可用文献和经验观察资料估算。这个评级图没有明确N的损失量，它在某些情况下可能相当小1to2kg/ha。相对影响不包括生产或运输相关的排放。该评级受研究进程变化的影响。2氮源：AA=液氨，AS=硫酸铵，PA=含铵态氮为主，主要为NH4-N，U=尿素，UAN=尿素硝铵溶液，AN=硝酸铵，PN=含硝态氮为主，主要含NO3-N。3没有足够的数据来对其他两种主要温室气体CH4和CO2的排放评级。评级可以代表广泛、多范围（如从负值到正值），或单一的四分位数。评级方案在某种程度上是基于EPASAB(2008)表17中一种保守方法的评级方案表中评级图例-75-50-25-112550750对N2O释放的间接作用硝态氮随水流失氮肥品种2肥料氮管理措施淋失流失氨挥发正确的施N量方案1方案2所有品种土壤供氮和其它投入没有这类N的记账（如粪肥灌溉水等等）（假定施肥过量）所有品种氮肥精准管理非精准管理（变量和/或源）正确的施N量方案1方案2AA在秋季当土温低于不用等待10℃时对春种作物进行施肥AA,AS,PA,U,UAN,春播作物（如玉米）秋季施肥在春季施肥AA,AS,PA,U,UAN,AN,PN春播作物在春天分次在播种前把肥施完施肥或追施AA,AS,PA,U,UAN,AN,PN秋播作物（如小麦、所有肥料秋季施用油菜）在春季施肥或秋季至春季分次施肥AA,AS,PA,U,UAN,AN,PN使用硝化抑制剂不使用U采用控释技术不采用正确的施N量方案1方案2AS,PA,U,UAN,AN施入亚表层表面撒施U,UAN表面带施表面撒施AS,PA,U,UAN,AN,PN浅条施追肥-2厘米追肥条施深度必须≥10厘米U,UAN与脲酶抑制剂结合表抑制剂面施肥；作物残茬多U,UAN与脲酶抑制剂结合表无抑制剂面施肥；作物残茬少NO2温室气体直接排放3国际植物营养研究所系列期刊《BETTERCROPS》中文版专刊《高效施肥》2009年第1期总字第22期60尿素和含尿素物质●最理想的是,施用的尿素、尿素硝铵(UAN)和其它含尿素产品能与耕层土壤充分结合,如果通过降雨或灌溉施肥,需施入0.6-1.2cm的土壤中;若通过耕作施肥,则需在施肥后24-48小时内进行。在有利于氨(NH3)挥发的环境条件下尤其要使用这个方法(Jonesetal.,2007;Trenkel,1997;Kissel,1988)。目前研发的强增效尿素形态（右）。化学或物理方法也可用来提高尿素利用率。●表面带施尿素有助于减少作物残茬与肥料接触。●尿酶抑制剂放在“施氮时间”部分讨论。施氮量●适宜的施氮量与其它主要必要元素平衡施用可提高作物产量，保护环境。过量施氮会导致环境污染，降低产量，增加成本。氮素用量管理应符合以下目标：●尽可能减少土壤中NO3-N的残留，以及●降低N2O释排放风险(Halvorsonetal.,2008b;McSwineyandRobertson,2005)，特别是排水较差的土壤。●实施养分管理计划要考虑土壤供氮能力和所有施用的肥源提供的养分。正确估算其它来源如土壤有机质矿化、豆科作物、农家肥、灌溉水和大气沉降提供的植物有效氮。●根据你的产量目标和基于施肥推荐或设置重复的田间施氮量比较研究的结果来确定施氮量●作物收获以后，评估偏因子生产力(PFP)和偏养分平衡(PNB),若如有可能，计算氮肥的农学效率(AE)和回收率(RE)(SnyderandBruulsema,2007)。可通过这些估算来优化氮肥管理。这些计算可运用到田间的那些清晰可分、面积足够大的区域，以保证肥料的精准管理。●使用生长季节或季后评估（参看以上提到的一般原则部分）来判定植物是供氮充分足、缺氮还是潜在的氮过剩。施氮时间●适宜的施氮时间是影响作物氮吸收和提高土壤NO3-含量的主要因素，后者增加N2O的排放风险。61实施肥料氮最佳管理规程以减少氮素损失《高效施肥》2009年第1期总字第22期●在所有土壤上，把玉米和其它春播作物秋施的铵态氮肥（如液NH3），推迟到10-15cm耕层土温10℃时，再经历冬天，研究证明这项措施的农学效果非常理想。秋季施肥过早会使更多的铵态氮肥转换为NO3-（图1），增加了NO3-的流失和N2O的排放。●对于那些很可能在冬、春季NO3-N通过淋失或排水流失潜力高的土壤上，不要秋季施氮，如质地粗、渗漏力强的土壤或湿润地区年降雨量超过71cm中等质地、排水良好的土壤。●在以下土壤条件下，避免春播作物在秋天施氮肥：●硝化作用快速-NH4+转化成硝态氮NO3-，通常是在土壤温度21℃，湿度较高(Schmidt,1982);●NO3-淋湿失/或水土流失严重，其流失量为6-11kgN/年；●通过反硝化作用(微生物将NO3-转化为NO2-,进一步还原成N2和N2O),硝态氮被还原成N2O。例如，每公顷要排放0.6-2kgN,在土壤充水空隙60%，存在可利用C(即土壤有机质)，土壤温度21℃的条件下，只需连续2-3天。●从实用性和合理性来讲，尽可能地使施氮时间与作物最大需氮时期吻合，从而增加作物对氮的吸收，减少NO3-残留，避免氮排放到空中或流入水体。避免过早或过迟施氮，错过作物最佳需求时期。图12003和2004年春季三月，在上个秋季（11月以后）施用的无水液NH3-N转化成NO3-N的比例。(ScharfandMueller,2005).。10/2111/1011/3012/201/91/292/183/10100806040200NO3-N%inMarch/AprilFallNapplicationdate追施氮肥对玉米和其它作物有许多潜在好处。●对春播玉米、棉花或马铃薯，可以把一部分氮肥的施氮推迟变为作为追肥施用(比如玉米V4-V6生长期、棉花第一个棉蕾出现至第一朵花开、马铃薯培土期)。如果当地或地区的研究已经表明这项措施对产量和收益影响不大，采用它有助于减少氮的淋失和N2O释排放。国际植物营养研究所系列期刊《BETTERCROPS》中文版专刊《高效施肥》2009年第1期总字第22期62目前研究中的作物反射测定是一种指导生长季节施氮量的方法。●对生长在春、夏季的作物和饲草采用分次施氮(即春季至夏初施用两次或两次以上追肥)，能改善供氮与作物吸收同步。分次施氮能增加氮肥有效利用率。要比较分次施肥与作物