基于統(tǒng)計(jì)模型的中國(guó)南方稻區(qū)適宜施氮量及氮素?fù)p失估算.pdf

1、近60年來(lái)，我國(guó)的糧食生產(chǎn)取得了巨大成就，以占世界7％的耕地養(yǎng)活了占全球22％的人口。在糧食生產(chǎn)中，化肥，尤其是氮肥的投入發(fā)揮了重要作用。但是，我國(guó)糧食生產(chǎn)正面臨著化肥施用過(guò)量、增肥不增產(chǎn)、養(yǎng)分利用率低等問(wèn)題。過(guò)量的氮肥投入也加劇了土壤酸化、水體污染、溫室氣體排放等環(huán)境問(wèn)題，對(duì)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境和民眾健康構(gòu)成威脅。適當(dāng)?shù)販p少氮肥投入，能夠在保證糧食生產(chǎn)的同時(shí)，減輕因過(guò)量施氮對(duì)環(huán)境造成的危害。水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一。包括滬、蘇、浙、徽、

2、閩、贛、湘、鄂、粵和桂在內(nèi)的我國(guó)南方10個(gè)省(市)的年均水稻種植面積占全國(guó)水稻種植總面積的69％，水稻產(chǎn)量占全國(guó)水稻產(chǎn)量的68％，而化肥氮投入量占全國(guó)水稻化肥氮用量的74％。定量估算該地區(qū)經(jīng)濟(jì)適宜施氮量和生態(tài)適宜施氮量，并在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)氮肥投入對(duì)產(chǎn)量及環(huán)境的影響，將有助于我國(guó)農(nóng)業(yè)關(guān)于低能耗、低污染研究的展開。本研究的目的包括兩個(gè)方面：定量估算我國(guó)南方10個(gè)省(市)水稻最高產(chǎn)量下的施氮量、經(jīng)濟(jì)適宜施氮量和生態(tài)適宜施氮量，評(píng)價(jià)在實(shí)際施氮和不

3、同施氮情景下，水稻產(chǎn)量及化肥氮利用、損失的變化；定量研究稻田各種途徑的化肥氮損失，評(píng)價(jià)施氮量增減對(duì)環(huán)境的影響。
　　 本研究采用模型的方法估算適宜施氮量。通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，獲得研究區(qū)域稻田氮肥施用量、水稻產(chǎn)量和植株氮肥吸收量的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)模型?；谶呺H損失和邊際收益平衡，估算研究區(qū)域稻田最高產(chǎn)量下的施氮量、經(jīng)濟(jì)適宜施氮量和生態(tài)適宜施氮量，以探討不同施氮情景下水稻的產(chǎn)量、植株化肥氮吸收量、化肥氮土壤殘余量和稻田化肥氮損失

4、量。采用排放因子法估算稻田以NH3、N2O、NO、徑流和滲漏等形式損失的化肥氮，探討不同施氮情景下各種途徑化肥氮損失的減少。究結(jié)果顯示，1999-2008年，我國(guó)南方稻區(qū)水稻化肥氮(包括氮肥和復(fù)合肥氮)年均施用量為198 kg ha-1。其中，雙季秈稻施氮量為172kg ha-1，單季秈稻為203kgha-1，單季粳稻為313kg ha-1。不同類型水稻的單位面積氮肥施用量存在明顯的地區(qū)差異，但年際差異不明顯。受水稻種植面積減少的影響，

5、1999-2008年，研究區(qū)域稻田化肥氮投入總量呈減少趨勢(shì)。區(qū)域平均氮肥利用率(包括地上部和根系的化肥氮吸收量)為44％，損失率為38％，殘留率為18％，并表現(xiàn)出省份和水稻類型間的差異。由于施氮量高，江蘇和上海水稻的化肥氮損失率分別為47％和46％，高于其他各省份?；实獡p失率低于區(qū)域水平的省份有安徽、江西、湖北、湖南。模型估算結(jié)果顯示，我國(guó)南方水稻最高產(chǎn)量下的施氮量為126-236 kg ha-1，經(jīng)濟(jì)適宜施氮量為104-192 kg

6、 ha-1，生態(tài)適宜施氮量為69-115 kg ha-1。不同類型水稻的化肥氮吸收量及產(chǎn)量存在差異，均表現(xiàn)為單季稻高于雙季稻，雜交稻高于常規(guī)稻。在不考慮其它農(nóng)業(yè)管理措施的前提下，1999-2008年，除湖南省和湖北省的雙季秈稻外，研究區(qū)域各省水稻實(shí)際施氮水平高于最高產(chǎn)量下的施氮量，而實(shí)際產(chǎn)量略低于最高產(chǎn)量。如果以經(jīng)濟(jì)適宜施氮量和生態(tài)適宜施氮量為目標(biāo)施氮量，研究區(qū)域的稻田化肥氮施用量可減少38％-57％，水稻產(chǎn)量可減少5.0%-10.9％

7、，氮肥利用率增加5.6％-6.7％，化肥氮損失率減少4.8%-18.4％。減少氮肥施用對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不明顯，但可減少化肥氮損失。1999-2008年，研究區(qū)域稻田以NH3、N2O、NO、滲漏和徑流等形式損失的化肥氮分別占氮肥投入總量的18.0％、0.4％、0.04％、0.5％和4.4％。各種途徑化肥氮損失總量最高的省份為江蘇省和湖南省，但前者是由于單位面積施氮量高，而后者則是由于水稻種植面積大。在最高產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)適宜和生態(tài)適宜施氮情景下

8、，各種途徑的化肥氮損失減少在25％-60％之間。研究區(qū)域稻田因施用氮肥直接和間接排放的N2O總量為24.3Gg N2O-Nyr-1。其中，以直接形式排放的N2O占排放總量的64.7％，以NH3形式間接排放的N2O占29.4％。在不同施氮情景下，研究區(qū)域稻田N2O排放總量減少6.2-13.8 Gg N2O-Nyr-1，增溫潛勢(shì)減少2.9-6.5 Tg CO2 equiv.yr-1。江蘇、廣東、廣西表現(xiàn)出較大的增溫潛勢(shì)減緩潛力。
　　

9、 本研究基于邊際損失和邊際收益平衡建立統(tǒng)計(jì)模型，估算了稻田生態(tài)適宜施氮量，該方法從作物氮肥利用和環(huán)境效益的角度確立施氮量，不同于以往以經(jīng)濟(jì)收益為施肥標(biāo)準(zhǔn)的推薦施氮量；根據(jù)不同的施氮情景，定量評(píng)價(jià)了南方稻區(qū)的實(shí)際氮肥施用量，并對(duì)經(jīng)濟(jì)適宜施氮量和生態(tài)適宜施氮量進(jìn)行定量化；在區(qū)域尺度上，估算了稻田各種途徑的氮肥損失量，及氮肥減施后對(duì)環(huán)境壓力的減緩。本研究綜合考慮了不同施氮情景下的作物化肥氮吸收、農(nóng)田化肥氮損失和作物產(chǎn)量，以期為客觀評(píng)價(jià)農(nóng)田氮