全 文 ：关于肥料利用率的猜想 3
沈善敏
　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　测算肥料利用率的同位素标记法受土壤、肥料间交互作用的影响 ,而通常肥料试验的差值法则既
受土壤、肥料间交互作用 , 又可能受施肥直接抑制作物吸收土壤养分的双重影响 ,猜想这两种测算方法都
不可能获得可靠结果. 本文在给出若干假设的基础上 ,提出了适用于通常肥料试验估算肥料利用率的替代
方法. 该法可归避上述影响干扰 ,但其可靠性有待实验证实.
关键词 　肥料利用率 　田间试验
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 05 - 0781 - 02 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
A conjecture on the fertilizer recovery measurement by f ield experiment. SHEN Shanmin ( Institute of A pplied Ecolo2
gy , Chinese Academy of Sciences , Shenyang 110016 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol. ,2005 ,16 (5) :781～782.
The measurement of fertilizer recovery either by isotope tracer technique or by field experiment with plots fertil2
ized and unfertilized , both were suspected unreliable and reasons were discussed. Based on some reasonable pre2
sumptions , an alternative way of estimating fertilizer recovery by field trials was proposed in this paper , but fur2
ther examination on it’s reliability is needed.
Key words 　Recovery of fertilizer , Field experiment .
3 中国科学院知识创新工程重要方向资助项目 ( KZCX32SW2433) .
2005 - 03 - 24 收稿 ,2005203230 接受.
　　推出这一“猜想”的目的 ,是希望引起同行的兴
趣和研究 ,从而走出传统认识的误区.
1 　土壤肥料工作者时常为我国农业中化肥的作物
利用率“很低”所困扰 ,比如 ,按通常的测算方法 ,许
多田间试验的氮肥利用率仅为 0. 3～0. 4 上下. 研究
人员试图查明未被作物利用肥料氮的去向 ,如土壤
残留、N H3 挥发、N2O 排放、NO3 - 淋失等 ,然而将各
分项相加依然有相当一部分肥料氮不知去向. 于是 ,
笔者将疑问投向那个被用了数十乃至上百年的计算
肥料利用率的算式 ,猜想 :或许是那个算式给出了偏
低的肥料利用率 ?
2 　田间试验的肥料利用率通常以下式计算 :
R = ( H - H0) / F (1)
式中 , R 肥料养分的作物利用率 (简称肥料利用
率) ; H 施肥作物收获养分量 ; H0 不施肥作物收获
养分量 ; F 施肥养分量.
施肥作物收获养分中包括了来自肥料养分 Hf
和来自土壤养分 Hs ,后者除土壤自身养分外 ,还可
包括来自大气干湿沉降、灌溉等输入的养分. 因此 ,
式 (1) 也可写成 :
R = ( Hf + Hs - H0) / F (2)
当施肥作物和不施肥作物吸收的土壤养分量相
同时 ,即 Hs = H0 , 式 ( 2) 便可写成 : R = Hf / F , 式
(1) 的可靠性或准确性便成立. 这一算法称之为差值
法. 可以看出差值法是建立在 Hs = H0 这一假设基
础上的 ,问题是这一假设是否可靠 ? 能否成立 ?
3 　20 世纪 40 年代以来 ,同位素示踪技术在肥料试
验中的应用为解开这一谜团展现一片曙光 ,设想是 :
用同位素标记肥料进行田间试验 ,既可以直接测定
作物的肥料利用率 ,同时也可检验上述假设. 然而事
情并非如想象那么顺利 ,以氮肥为例 ,过去数十年中
的大多数试验 ,其结果总是表现为施氮作物吸收的
土壤氮量超过了不施氮作物 ,即 Hs > H0 , 因而用
15N标记技术测定的氮肥利用率也总是低于差值法
的计算结果[2 ] . 笔者参与的一组田间试验结果进一
步展示 :随15N 标记氮肥用量增加 ,施氮作物吸收的
土壤氮量不断上升 ,例如 5 个施氮处理的标记氮肥
用量 (两年平均 ) 依次为 : 0、48、96、144、189 kg·
hm - 2 ,对应各处理作物 (小麦) 吸收的土壤氮量 (两
年平均)分别为 31、45、67、74、74 kg·hm - 2[4 ] .
4 　在国际土壤学界 ,对于用15 N 标记氮肥进行田间
试验出现的上述现象曾赋予一种称之为“激发效应”
(priming action ,国内也有称之为“起爆效应”) 的解
释 ,大意是施用无机氮肥可加速土壤中有机氮矿化 ,
从而释放更多土壤氮供作物利用[1 ,2 ] . 不过后来笔
应 用 生 态 学 报 　2005 年 5 月 　第 16 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,May 2005 ,16 (5)∶781～782
者的一项精确实验证实 ,无机氮添加不能加速土壤
有机氮矿化 ,只是由于一部分施入土壤的15 N 标记
氮代替了土壤氮被土壤中的生物过程所固持 ,从而
额外余下一部分土壤氮为作物所利用[5 ] ,这一现象
后来被称之为“加入氮交互效应”(added nit rogen
interaction , AN I) [3 ] . 土壤对肥料氮的生物固持愈
强 ,余下的土壤氮也愈多 ,作物便可吸收更多的土壤
氮 ,从不同施氮量处理土壤中微生物生物量氮
(biomass2N)随施氮量上升而增加 ,其上作物相应获
得更多土壤氮的关联现象中可以印证这一解释[6 ] .
笔者从未用32 P 标记磷肥做过试验 ,但猜想 :虽
然土壤磷的生物固持远不象氮那么强烈和明显 ,不
过32 P 可以和土壤中31 P 发生同位素交换反应 ,32 P
可以置换出部分土壤31 P ,使后者易于被作物吸收利
用 ,从而使施磷作物比不施磷作物利用更多的土壤
磷 ,其结果与氮肥的影响是一样的 : Hs ≠H0 ,而更普
遍情况可能是 Hs > H0 .
5 　进一步的问题是 :如果土壤中不发生肥料氮的生
物固持 (对于磷可能主要是同位素交换反应) ,施肥
作物和不施肥作物是否会吸收相同的土壤氮量 ? 对
此眼下尚无任何实验证据可证明相同或不相同 ,不
过笔者猜想 ,施肥可能抑制作物对土壤养分的利用 ,
所以与土壤、肥料间交互作用的方向是相反的 ,即
Hs < H0 ,尤其是在大量施肥的情况下. 用实验方法
验证这一猜想必须在实验过程中抑制由土壤、肥料
间交互作用所产生的影响并使用同位素标记技术 ,
而要做到实验过程中有效控制土壤、肥料间的交互
作用看来并非易事.
6 　简要总结以上讨论 :迄今 ,用田间试验 (也包括盆
栽试验)测定肥料养分的作物利用率不外乎两种方
法 ,一种是采用同位素标记技术 ,直接测定作物吸收
同位素标记肥料的量 ,计算肥料利用率 ;另一种方法
是试验处理中设置不施肥对照 ,用差值法计算肥料
利用率. 用同位素标记技术测定肥料利用率曾被认
为是绝对可靠的 ,不过现在知道 ,由于一部分同位素
标记养分消耗于土壤与肥料之间的交互作用 (例如
以上述两年试验的平均测定结果 ,按“激发量”计算 ,
被土壤生物固持的15N 标记氮可占施入氮量的 23 %
～38 %) ,所以测定结果是明显偏低的 ,只有在极少
数情况下出现所谓“负激发效应”时可能例外. 差值
法被广泛应用于一般肥料试验 ,该法的可靠性一方
面受影响于土壤、肥料间的交互作用 ,另方面则受肥
料对作物吸收土壤养分的直接影响 ,后者的作用机
制还不清楚 ,不过笔者猜想施肥可能减少作物对土
壤养分的利用. 由于后一种作用的结果与土壤、肥料
间交互作用的结果是相反的 ,相互可部分抵消彼此
的影响 ,因此差值法比同位素标记法给出的肥料利
用率时常要高一些. 不过总的来说 ,用这两种方法测
算的肥料利用率都不可靠. 那个关于施肥作物和不
施肥作物吸收相同土壤养分量即 Hs = H0 的假设也
始终未得到过证实. 因此 ,对于不论是哪种方法给出
的结果 ,读者都不必过于当真的. 事实上 ,近些年来
一些国外刊物中已很少见到用差值法计算肥料利用
率的实例 ,大概也是意识到其结果的可信度值得怀
疑的缘故.
7 　余下的问题是 :有没有可替代的办法估计肥料养
分的作物利用率 ? 笔者猜想 :利用通常肥料试验提
供的那 3 个基本参数 ( H , H0 , F) ,大概不可能做到
准确计算肥料利用率 ,不过可以在合理假设的基础
上比较可信地对肥料利用率作出“估算”. 笔者假设 :
1)肥料施入土壤后肥料养分和土壤中的有效养分两
者对作物同等有效 ;2)作物不能识别这两种养分 ,因
此作物分别对这两种养分的利用程度取决于两者在
土壤中的存量 ;3) 土壤有效养分的存量可用 H0 表
示 ,肥料养分量可用施肥养分量 F 表示. 于是 ,肥料
利用率的估算式可给出如下 :
R = H/ ( H0 + F) (3)
这一估算法可避开上述两种影响干扰 ,得出比
式 (1)高得多的 R 值 ,读者不妨试试比较两种算法
的结果. 式 (3)所依据的假设同样存在许多弱点 ,尤
其是用于氮肥利用率的估算时这些弱点更是显而易
见. 这也就是笔者宁肯将其称之为“估算”,而不愿说
成是“计算”的缘故.
参考文献
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