盐碱地改良与利用实验室月报：滨海盐渍土氮磷高效利用研究进展

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盐碱地改良与利用实验室月报：滨海盐渍土氮磷高效利用研究进展

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http://www.360doc.com/content/24/1215/05/37581541_1142009603.shtml

我国盐碱地总面积达到9913万公顷，其中具有农业开发利用潜力的近1000万公顷，占到我国耕地总面积的10%以上。滨海盐碱地约占盐碱地总面积的7%，主要分布在黄海及环渤海地区，具有较大的粮食增产潜力。然而，盐碱地生态系统脆弱、环境承载力低，其独特的土壤理化性质不仅导致农业土地资源的浪费，还影响了生态系统功能的充分发挥，进而造成环境效益和经济效益的巨大损失。因此，盐碱地的开发与利用成为我国农业发展面临的一项重大挑战。为了推动滨海盐渍土区域的农业发展，我们需要通过调节氮磷肥的施用，使其与土壤养分供应和作物养分需求相匹配，从而提供合理的农田管理方案。这不仅能提高作物的生长潜力，还能有效利用盐碱地资源，为我国粮食安全和可持续农业发展提供保障。

氮磷肥施用技术研究进展

氮肥施用技术研究进展

氮素是植物生长和发育的关键营养元素，对农田的农业生产起着至关重要的作用。它是植物蛋白质的重要组成部分，构成植物细胞中的氨基酸、酶和激素，进而直接影响植物的生长速度、分枝与叶片数量。氮素还参与叶绿素的合成，是光合作用的核心成分。充足的氮素供应能显著提高光合作用效率，从而促进植物的养分积累和生长。然而，氮肥的过量施用可能导致土壤和水体污染，如氮的淋溶和挥发，造成水体富营养化等环境问题。因此，在氮肥的使用上，需要科学合理地进行管理，确保适量施用，以实现高产和环境可持续性的平衡。

我国在土壤氮素供应能力的研究和氮肥管理技术方面不断取得进展，从1962年朱兆良建立的NaOH扩散法测定土壤硝态氮开始，逐步发展出基于土壤剖面无机氮（Nmin）进行的氮肥推荐方法。朱兆良在1990年的总结指出，传统的碱解氮方法与土壤供氮量的相关性较低，呼吁开发更有效的施肥方法。欧美国家在20世纪中后期引入了更加科学的氮肥推荐技术，强调土壤中Nmin的测定与作物氮需求量之间的关系。相关研究显示，土壤中残留的Nmin与当季施入的氮肥均可为作物提供有效养分，只需明确作物生长期的氮需求并结合土壤无机氮值来合理确定氮肥施用量。然而，早期的Nmin测定方法依然存在如分析复杂、未考虑根系吸收的土壤层次变化等问题，尤其是在旱地条件下，铵态氮的积累量较小，使得硝态氮的测定成为更加可靠的土壤氮素供应指示。

在此背景下，中国农业大学自20世纪90年代初开始研究并建立了以根层养分调控为核心的氮肥实时监控技术，形成了一整套完善的农作物氮管理体系。此技术重点关注根层的氮素供应强度，旨在保证土壤和作物养分供应的同时，协调氮肥施用和作物吸收的时间、空间与数量。多年来的试验证明，采用此技术能在冬小麦和夏玉米轮作体系中取得显著的产量，同时减少氮肥使用，从而提升氮肥的利用效率，促进农业的可持续发展。

针对我国小农户集约化粮食生产用肥量大，资源环境代价高，养分利用率低等一系列问题，中国农业大学资源与环境学院于2021年发布了全国主要粮食作物县域氮肥施用定额，创新了一种氮素动态平衡优化管理新方法，突破了集约化小农户氮肥管理的难题；我国小麦、玉米和水稻主产区进行大面积示范结果表明，应用县域氮肥定额可减少肥料使用21-28%，实现粮食增产6-7%，增加氮肥利用效率26-33.2%，降低活性氮损失23.2-28.9%。该项研究将为我国可持续氮管理提供解决方案，助力农业绿色发展，对全国乃至全球可持续发展具有重要意义。

图1 根层氮素实时调控技术

磷肥施用技术研究进展

磷（P）是植物生长和繁殖中不可或缺的重要营养素。在现代农业中，随着对粮食产量日益增长的需求，农田中的磷素管理变得愈加重要。然而，当前磷肥料应用效率较低，与作物增产的需求之间存在严重矛盾。土壤中有效磷的浓度普遍较低，且流动性差，限制了植物的生长和作物的产量。虽然农业生态系统中施用了含磷肥料，但许多研究表明，施用后第一年植物仅能吸收施用磷的20-30%。这一状况不仅导致了土壤磷的流失，还引发了水体富营养化，对水生生态系统造成威胁。同时，矿物肥料中的磷来源主要是不可再生的磷矿资源，为了应对这些挑战，提高作物的磷高效利用能力被视为解决磷资源短缺和环境问题的重要策略。植物的磷高效利用能力可以通过改善磷获取效率（PAE）或磷利用效率（PUE）来实现。PAE是指植物从土壤中吸收磷的能力，而PUE则是指植物利用吸收的磷来生产生物量或产量的能力。近年来的研究主要集中在提升PAE的策略上，然而，提升磷获取能力的同时，植物生物量中磷的总量也会增加，这可能导致土壤磷储量的枯竭。增加的磷吸收可能导致种子中植酸盐形式磷的积累，这对环境会产生负面影响。这是因为植酸盐对单胃动物不可消化，进入水体后会导致水体的富营养化。因此，除改善PAE外，提升PUE也是减少磷肥使用和环境影响的重要措施。

我国科学家在农田磷资源管理方面进行了一系列研究，开发了多种治理与管理方法，包括肥料效应函数法、养分平衡法、土壤植物测试法和磷素恒量监控法。其中，前几种方法未能充分考虑磷肥的累积效应，而磷素恒量监控法则旨在确保作物的持久稳定高产。该方法设定土壤有效磷的临界值，将土壤有效磷的调控下限与可能对环境产生威胁的上限结合，使土壤有效磷维持在合理的范围内，以此兼顾作物的高产与环境保护两大目标。近年来，磷素恒量监控技术的发展为指导主要粮食作物的施肥实践提供了重要支持。通过田间研究和数据分析，华北平原冬小麦/夏玉米体系的土壤有效磷可分为三个等级：>30 mg/kg（高）、14-30 mg/kg（中）、<14 mg/kg（低）。考虑到土壤磷素与氮素的不同，容易通过水体流失或气态方式损失，因此通常将3-5年设为一个监测周期，以此为依据结合土壤磷水平分级确定相应的管理策略与施肥用量。在高或较高的土壤有效磷水平时，可采取控制策略，选择不施磷肥或仅施作物带走量的50-70%；当土壤有效磷处于适宜水平时，施肥量可与作物带走量相等；若土壤有效磷值处于较低或极低水平，则需采取提升策略，施肥量可设为作物带走量的130-170%或等于吸收带走量的200%。理解高产作物对土壤磷供应及植株磷浓度的临界值，是建立磷素恒量监控技术的基础。经过多年的探索，目前在华北平原已建立起磷素恒量监控技术的指标参数。研究表明，施磷量为50 kg P/ha时，冬小麦可达最大产量，此时土壤Olsen-P的临界值为20 mg/kg。而在夏玉米的试验中，施磷量约为18 kg P/ha时达到最大产量，成熟期土壤Olsen-P为14.3 mg/kg，植株磷浓度为2.18 mg/kg。通过磷肥施用的不断深入研究，不仅推动了作物生产中磷资源的可持续利用，也为有效保护环境提供了有价值的实践和理论基础。

中国农业大学资源与环境学院于2024年首次将磷肥在土壤中的有效性损失与土壤生物活化过程的定量分析纳入磷肥管理体系，提出了一种基于定量土壤磷生物活化周转量及磷肥有效性损失量的新算法来推荐磷肥用量。该算法的计算公式为：磷肥用量=作物目标产量所需磷素需求量−土壤磷的生物活化周转量+磷肥有效性损失量。实验团队在华北平原的春玉米体系中进行了为期6年的田间试验（2017−2022）对该算法进行了验证，研究的核心机制在于，通过施用磷肥将土壤有效磷水平维持在农学阈值附近（10−20 mg/kg），能够最大化根际菌根的生物活化、周转和磷的获取能力。这种管理策略使得土壤磷的生物活化周转量完全抵消由于土壤对磷元素的固定而造成的磷肥有效性损失，从而实现农田磷肥的100%利用率，达到零盈余的目标。

图2 根层磷素恒量监控技术

盐渍土氮、磷管理

盐碱地以其独特的形状和特征，在全球范围内的农业生产中扮演着重要角色。盐碱地通常分布于干旱和半干旱地区，尤其是内陆的低洼地带和河流附近。这些地方的气候条件常伴随着高温和低降水量，导致土壤的水分迅速蒸发，从而使地下水位上升，盐分随之聚集在土壤表层。盐碱地的土壤性质使得其可耕作性受到严重限制。首先，高含盐量和高碱性（pH值通常在8.5以上）对大多数农作物的生长相当不利。许多植物在这种环境中会表现出盐胁迫的症状，如生长缓慢、叶片发黄、根系发育不良等，最终影响作物的产量和品质。而且，由于土壤的常年干旱状态，水分保持能力差，导致作物根系无法获得足够的水分，进一步加剧了农作物的生长困难。此外，盐碱地还常常形成土壤板结的现象，表层土壤黏性增强，导致根系难以向下生长，进而影响到作物根系的氧气供应和营养吸收。

在盐碱地的农业管理中，农民的施肥习惯扮演着关键角色。由于盐碱地特殊的土壤性质，作物生长面临多重挑战。然而，许多农民在施肥过程中往往依赖传统经验，缺乏科学的施肥知识，这在一定程度上源于对盐碱地特征的认识不足及对土壤改良的重视度不高。尽管农民通常能够识别盐碱地的基本特征，且意识到盐碱土壤对作物生长的影响，但在具体施肥方式上，他们往往采取单一的方法，主要集中于氮肥和磷肥的施用。这种施肥方式不仅难以满足作物全面生长的需求，还可能因养分不均衡而导致作物生长不良。例如，在盐碱地施用氮肥时，许多农民倾向于采用高剂量施用，通常选择尿素等碱性氮肥。然而，盐碱地的特性使得这些氮肥易于挥发，尤其在高温和干燥条件下，氮素损失显著，导致土壤中有效氮素的减少，使得作物根系难以获得足够的营养，影响生长健康。在磷肥施用方面，农民常通过盲目增加施用量来优化作物对磷的吸收。然而，磷在盐碱土壤中的利用效率较低，过量施用磷肥不仅无法实现预期的增产效果，反而可能导致磷的进一步固定，造成土壤中有效磷的缺乏。这显然反映了农民在施肥管理中的不合理，从而削弱了作物生产效率的提升。

实验室研究结果

课题组采取根层氮素实时调控与氮肥种类耦合技术以及磷素恒量监控与磷肥种类耦合技术探索滨海盐渍土氮磷高效利用的最佳施肥方式，田间试验结果表明了黄河三角洲盐渍土区域基于根层氮素实时调控的优化施氮处理，较农户施氮量降低66.6%，其处理下施用硝酸铵钙的冬小麦产量较尿素显著增加4.62%；优化施氮处理下，硝酸铵钙较其他氮肥处理显著增加土壤钙含量，增幅为26.32-31.16%，并且硝酸铵钙能够显著降低土壤钠含量，降幅为5.42-9.86%；优化施氮处理下施用硝酸铵钙获得穗数最大值，使得硝酸铵钙在Opt处理下小麦产量收益最大。

基于磷素恒量监控技术结合磷肥种类相耦合技术，发现当施磷量为P2（60 kg P2O5/ha）时获得小麦产量效益最高，与高施磷（90、180 kg P2O5/ha）处理下的产量一致；在P2处理中，施用过磷酸钙，获得较高的土壤钙含量（3.67-55.85%）和籽粒钙含量，降低土壤Na含量（25.84-34.61%%），增加作物体内的Ca/Na，进而获得最大的千粒重和最高产量，其较聚磷酸铵显著增加7.4%，较磷酸一铵显著增加8.1%。