全 文 ：中国生态农业学报 2013年 10月 第 21卷 第 10期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2013, 21(10): 1184−1192


* 国家自然科学基金项目(41171194)和教育部优秀博士学位论文专项基金项目(200969)资助
** 邹建文(1971—), 男, 博士, 教授, 主要研究方向为碳氮循环与全球变化。E-mail: jwzou21@njau.edu.cn
杨小梅(1988—), 女, 硕士, 主要研究方向为农田土壤碳氮循环。E-mail: 2010103127@njau.edu.cn
收稿日期: 2013−03−15 接受日期: 2013−07−05
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.30248
中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征*
杨小梅 刘树伟 秦艳梅 陈楠楠 邹建文**
(南京农业大学资源与环境科学学院 南京 210095)
摘 要 玉米生产对我国粮食安全意义重大。化学氮肥施用是保证玉米稳产高产的一个重要条件, 但过量施
用也会导致环境问题, 所以化学氮肥的施用量和利用率一直是农业科学领域关注的一个重要课题。本文通过
资料搜集、数据整理和分析, 探索中国过去几十年玉米各种植区化学氮肥的当季单位面积施用量(application
rate, AR)和回收利用率(recovery efficiency, RE)、农学利用率(agronomic efficiency, AE)、偏生产力(partial factor
productivity, PFP)的变异特征。结果表明: 在过去的几十年内, 中国玉米生产中当季 AR 总体呈增长趋势, 从
1970s的 93.3 kg·hm−2持续增长至 21世纪初的 238.2 kg·hm−2; RE和 AE都呈下降趋势, 分别从 1970s的 42.1%
和 17.0 kg·kg−1下降至 21世纪初的 26.4%和 9.5 kg·kg−1; PFP在各个时期均趋于稳定, 维持在 40.0 kg·kg−1左右。
在全国各玉米种植区内, 北方春播玉米区的 AR各时期均较其他各区低且增速缓慢, AE和 RE则偏高; 黄淮海
平原春、夏播玉米区的 AR增速同全国平均增速基本持平, 较全国略高, AE和 RE较全国平均水平低。另外, 本
研究还证实平衡施肥、使用氮高效品种以及优化农业管理等举措可成为提高我国氮肥利用率、减少资源浪费
和减轻环境污染的有效途径。
关键词 中国 玉米 氮肥施用量 氮肥利用率 时空变异
中图分类号: X142 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)10-1184-09
Spatiotemporal distribution characteristics of synthetic nitrogen fertilizer
use efficiency in maize fields in China
YANG Xiao-Mei, LIU Shu-Wei, QIN Yan-Mei, CHEN Nan-Nan, ZOU Jian-Wen
(College of Resources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)
Abstract Maize (Zea mays L.) is one of the three staple food crops in China. Synthetic nitrogen fertilizer (SNF) significantly
contributes to maize yield. Nevertheless, SNF could also cause problems such as environmental pollution and resource waste. SNF
use efficiency of maize in China has become a significant concern in maize production. The negative consequences of SNF have been
far more serious in China in recent years due to unscientific applications, including excessive use and outdated management practices.
Based on climatic conditions and crop management systems, maize production area in China has been divided into six cropping
regions. These included the northern spring maize region, Huang-Huai-Hai Plain spring and summer maize region, southwest
mountain maize region, southern hilly maize region, northwest irrigated maize region and Qinghai-Tibet Plateau maize region.
Nitrogen use efficiency in the different regions varied greatly based on local production conditions. The objective of this study was to
outline the spatial and temporal distribution patterns of nitrogen use efficiency via calculations of SNF application rate (AR), recovery
efficiency (RE), agronomic efficiency (AE) and partial factor productivity (PFP) of maize in the different ecological regions of
China for the last decades using the up-scaling average method. The results showed that national average AR increased gradually
from 93.3 kg·hm−2 in the 1970s to 238.2 kg·hm−2 in the 2010s at the rate of 50.0 kg·hm−2 per decade. The national average of RE and
AE decreased from 42.1% and 17.0 kg·kg−1 in the 1970s to 26.4% and 9.5 kg·kg−1 in the 2010s, respectively. Also while the national
average of RE decreased rapidly during 1990s, that of AE decreased sharply during 2000s. Unlike RE and AE, the national average
PFP remained relatively stable, falling to a narrow range of 40−45 kg·kg−1. The variations in AR and nitrogen use efficiency were a
little more intricate in the different regions. Northern spring maize region showed a relatively less increase in AR compared with the
第 10期 杨小梅等: 中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征 1185


other regions. Thus AR rate in this region remained within a reasonable range, only 217.8 kg·hm−2 even in 2000s. Nitrogen use
efficiency in the region was relatively higher, and RE and AE reached 46.4% in the 1970s and 43.8% in the 1980s before decreasing
rapidly to 33.5% in 1990s and 28.6% in 2000s; higher than the national average for all the periods. The southwest mountain maize
region displayed a similar trend, relatively lower AR and higher nitrogen use efficiency than the northern spring maize region. The
Huang-Huai-Hai Plain spring and summer maize region was increasingly crucial for Chinese maize production. Both RE and AE in
the Huang-Huai-Hai Plain spring and summer maize region were lower than the national average due to excessive fertilizer
application. This was especially obvious during 2000s when RE and AE in the region were only 23.5% and 6.7 kg·kg−1 respectively,
both much lower than other regions. Moreover, balanced fertilizer application, high-efficiency nitrogen genotype and improved
agricultural management were main alternatives to enhancing SNF use efficiency, reducing resources waste and alleviating
environmental pollution in China.
Key words China, Maize, Nitrogen application rate, Nitrogen use efficiency, Spatiotemporal distribution
(Received Mar. 15, 2013; accepted Jul. 5, 2013)
玉米在我国粮食生产中占有越来越重要的地位。
1952年, 中国玉米播种面积为 1 295.3 万 hm2, 占粮
食播种总面积的 10.1%; 总产 1 242万 t, 占粮食总产
的 10.3%。20世纪后半叶和 21世纪初, 玉米种植范
围持续扩大。2008年玉米播种面积达 2 986.4万 hm2,
总产 16 591万 t, 分别占粮食作物总面积和总产量的
27.9%和 31.4%。目前玉米播种面积和产量在我国农
作物中分别位列第 1和第 2, 对我国的粮食安全起着
重要作用[1]。
施用氮肥是确保玉米稳产高产的必要条件和重
要前提, 我国自 20 世纪 80 年代初开始普遍大量生
产和施用化学氮肥, 近几十年来氮肥的单位面积施
用量(application rate, AR)越来越大, 在一些地区已
经超过玉米生长的需氮量[2−5], 例如云南省 28 个县
市 2002年的平均 AR高达 294 kg·hm−2[6], 华北平原
的不少地区更是高达 300~350 kg·hm−2[7−8]。氮肥施
入土壤后主要有 3 种去向: 一是被农作物吸收利用,
转化为经济产量 ; 二是滞留在土壤中 , 培肥地力 ;
三是通过径流和化学反应, 进入水体和大气。第 1、
2 种转化途径对农业生产有现实的或潜在的经济意
义, 但第 3 种转化途径在降低资源利用率的同时还
会带来一系列环境问题, 当施氮量远大于作物生长
所需量时问题更加严重[9−10]。
国内外学者针对中国玉米氮肥利用率进行了大
量研究[11−16]。研究方法包括早期的盆栽试验和 15N
示踪, 以及后来的大田试验和模型模拟[17−19]。迄今
大多数文献认为中国玉米化学氮肥回收利用率
(recovery efficiency, RE)为 30%~35%[20], 且受施肥量
的增加和管理措施不配套的影响越来越低[21]; 不同
研究区 RE差异很大, 据相关测定有些地区 RE高达
40%~50%[22−23], 有些地区则不足 10%[24]。这些研究
往往仅局限于小区域范围内各试验点或短期内的
野外试验研究, 针对我国不同玉米种植区过去几十
年来玉米生产中氮肥施用量及利用率的变异特征
的详细研究尚少见报道。本研究通过整合较长时间
尺度各大玉米种植区域的数据资料进行分析, 探索
中国玉米种植中氮肥利用率的时空变异特征, 并分
析各时期研究较多的几种有助于提高回收利用率
的生产管理措施, 为相关科学研究和生产实践提供
参考。
1 研究方法
1.1 玉米种植区划
中国玉米分布地区极为广泛, 在中国各个省份
基本都有分布, 由于各地自然条件、种植制度、品
种类型、生产水平等方面均存在差异, 因而形成了
明显的自然种植区域。中国玉米种植区划主要参考
佟屏亚[25]的研究, 共划分为 6 个种植区: 北方春播
玉米区(Ⅰ)、黄淮海平原春、夏播玉米区(Ⅱ)、西南
山地玉米区(Ⅲ)、南方丘陵玉米区(Ⅳ)、西北灌溉玉
米区(Ⅴ)、青藏高原玉米区(Ⅵ)。随着玉米生产区域
的变迁略有更新, 但现在大多书籍文献仍然以此为
标准[26−27]。
我国玉米生产主要集中在东北、华北和西南地区
(表 1)。北方春播玉米区 1990s 面积和产量比重分别
高达 42.2%和 46.4%, 21 世纪后下降至 30.0%和
35.0%。黄淮海平原春、夏播玉米区播种面积和产量
比重都逐步增长, 从 1990s 的 29.0%和 31.8%增加至
21世纪初的 40.0%和 50.0%, 成为我国玉米最集中产
区。其次是西南山地玉米区, 种植面积 20%左右, 其
余各区仅有少量种植[26−27]。2000—2010 年间, 黑龙
江、吉林、河北、河南、山东各省玉米播种面积均占
全国约 10%, 其次是山西、内蒙古、辽宁、四川、云
南、陕西各省, 分别占 4%~6%[1]。总体来讲, 我国玉
米主要产区集中在从东北斜向西南狭长分布的玉米
带上。
1186 中国生态农业学报 2013 第 21卷


表 1 中国各玉米种植区基本情况
Table 1 Status of main cropping area of maize in China
1990s比重
Proportion in 1990s
(%)
2000s比重
Proportion in 2000s
(%) 种植区代码
Code of region
种植区名称
Name of region
种植区地域
Planting districts 面积
Area
产量
Yield
面积
Area
产量
Yield
Ⅰ 北方春播玉米区
Northern spring maize region
黑龙江、吉林、辽宁、宁夏和内蒙古等省、自
治区的全部, 山西省的大部分, 河北省, 陕西
省和甘肃省的一部分
42.2 46.4 30.0 35.0
Ⅱ
黄淮海平原春、夏播玉米区
Huang-Huai-Hai Plain spring and
summer maize region
山东省、河南省全部, 河北省大部, 晋中南、
关中和徐淮地区 29.0 31.8 40.0 50.0
Ⅲ 西南山地玉米区
Southwest mountain maize region
四川、云南、贵州省全部, 陕西省南部和广
西、湖南、湖北省的西部丘陵地区以及甘肃
省的一小部分
18.6 — 25.0 —
Ⅳ 南方丘陵玉米区
Southern hilly maize region
广东、福建、江西、台湾等省全部, 江苏、安
徽省的南部, 广西、湖南、湖北省的东部 7.4 4.7 5.0 —
Ⅴ 西北灌溉玉米区
Northwest irrigated maize region
新疆维吾尔自治区全部和甘肃省的河西
走廊 2.6 3.3 2.5 —
Ⅵ 青藏高原玉米区
Qinghai-Tibet Plateau maize region
青海省、西藏自治区 — — — —
— 表示无数据 — means no data.

1.2 数据整理和分析
通过调研发表文献、出版书籍、硕士博士论文
等资料获取数据, 本文仅收集不少于一个生长季且
各生长季数据明确, 而且具有不施氮肥对照处理的
大田试验数据。共获取文献资料 1980 年以前
(1970s)18篇、1980s 57篇、1990s 78篇、2000—2012
年 126篇文献资料。收集文献中的试验地点、时间、
各处理折纯施氮量和吸氮量、收获指标等信息, 摘
取或依据公式计算各个点当地常规栽培条件下氮肥
利用率指标, 未考虑控释肥、生物菌肥、包膜肥等
特殊肥料处理, 未考虑实时实地管理措施、覆膜、
秸秆返田等非常规管理措施以及其他各种非常规处
理情况。并非所有调研文献具备计算各指标所需信
息, 故针对不同指标其数据量并不相同, 有些区域
甚至缺失数据。然后参考具体的地理位置, 将每个
时期的各试验点数据划入各个玉米种植区内, 排除
异常值后, 计算该区域平均 AE和氮肥利用率。最后
汇总各年代季和各种植区 AR 和氮肥利用率数据,
制作图表, 分析 AR和氮肥利用率的时空变异特征。
1.3 氮肥利用率的计算
针对氮肥利用率的计算, 目前广泛应用的主要
有回收利用率(recovery efficiency, RE, %)、农学利用
率 (agronomic efficiency, AE, kg·kg−1)、偏生产力
(partial factor productivity, PFP, kg·kg−1)、生理利用率
(physiological efficiency, PE, kg·kg−1) 4个指标[21,28−31],
其计算公式如下:
回收利用率(RE, %)=(施肥区氮素吸收量−不施
肥区氮素吸收量)/氮肥施用量×100 (1)
农学利用率(AE, kg·kg−1)=(施氮肥区产量−不施
氮肥区产量)/氮肥施用量 (2)
偏生产力(PFP, kg·kg−1)=施氮肥区籽粒产量/氮
肥施用量 (3)
生理利用率(PE, kg·kg−1)=(施氮肥区产量−不施
氮肥区产量)/(施氮肥区吸氮量−不施氮肥区吸氮量)=
农学利用率/回收利用率 (4)
RE 是指作物所吸收的氮素占施氮量的比重[32],
此指标综合考虑了土壤和肥料的养分供应, 可以反
映氮肥的回收利用程度, 计算需依靠大田试验, 是我
国衡量氮肥利用率应用最广泛的指标。AE 是指单位
施氮量增加的产量, 其中扣除了土壤对作物产量的
贡献, 可以评价氮肥的增产效果[33]。PFP是指施氮区
籽粒产量与氮肥施用量的比值, 直观表现氮肥施用
对作物产量的贡献。PE 是指施氮后增加单位吸氮量
所增加的产量, 其大小可以评价因施氮增加的吸氮
量转化为产量或干物质的效率, 反映植物体内养分
利用效率, 可简单地利用 RE 和 AE 之间的关系进行
计算(公式 4), 故本研究不做探讨。
1.4 统计分析
利用 JMP 软件对数据进行相关性分析和线性模拟
分析, 利用 SPSS 16.0进行比较均值−配对样本 t检验。
2 结果与分析
2.1 中国玉米单位施氮量时空变异特征
我国玉米生产中平均 AR 在过去几十年内持续增
长(表2)。在1980年以前, 全国平均AR不足100 kg·hm−2,
而且只是在华南等少数部分地区施用, 1980—1990
年间持续增长 , 至 2000—2010 年间 , 已经高达
238.2 kg·hm−2, 平均每 10年增加近 50 kg·hm−2。
第 10期 杨小梅等: 中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征 1187


表 2 各年代际中国平均玉米氮肥单位面积施用量和利用率
Table 2 Average synthetic application rate and use efficiency of N fertilizer of maize in different decades in China
年代
Decade
施用量
Application rate
(kg⋅hm−2)
回收利用率
Recovery efficiency
(%)
农学利用率
Agronomic efficiency
(kg⋅kg−1)
偏生产力
Partial factor productivity
(kg⋅kg−1)
1970s 93.3±6.2(5) 42.1±3.7(12) 17.0±4.2(3) 44.0(1)
1980s 141.4±5.9(41) 41.8±1.6(70) 15.5±2.0(7) 39.4±7.2(5)
1990s 192.1±7.8(63) 32.8±1.3(78) 14.2±1.3(19) 41.6±3.9(23)
2000s 238.2±5.4(142) 26.4±1.2(111) 9.5±0.5(101) 44.5±1.5(98)
表中数值为平均值±标准误, 括号内数值为地点数。The value in the table is mean±standard error. The value in the bracket is the number of in-
vestigated sites.

各种植区 AR在过去几十年呈不同程度的上升趋
势(图 1)。北方春播玉米区 AR从 2000年前与全国水
平持平到之后略低于全国水平, 增速缓慢, 此地区虽
然有诸如内蒙灌区、辽宁部分地区等高施肥区域[13,34],
但是整体受黑龙江、吉林等主要栽培省份土壤地力比
较高, 氮肥需求较低的影响[14,35−37]。黄淮海平原春、
夏播玉米区自 20世纪 80年代起各时期 AR高于全国,
而且在各种植区中增速最快, 从 1970s略低于全国水
平的持续增长至 21 世纪初高于全国水平, 平均高达
253 kg·hm−2, 作为中国玉米的主产区, 此区经常以高
施肥来保证高产量[9,38], 特别是京津地区和山东省部
分地区[39], 而山西、陕西、河南等省基本和本区平均
值持平甚至略低[40−41]。西南山地玉米生产情况较复杂,
各地生产水平不一, 整体处于全国平均水平, 也有一些
川中丘陵地区高产模式施肥已达 300 kg·hm−2[42]。西北
灌溉玉米区 AR 在 1980s 还比较低, 之后急剧上升,
1990s和 2000s均高于其他种植区。

图 1 中国玉米氮肥施用量时空变异特征
Fig. 1 Spatio-temporal distribution of synthetic N fertilizer
application rate of Chinese maize
部分种植区缺失某些时期数据, 下同。Data were incomplete
in some decades in certain regions. The same below.

2.2 中国玉米氮肥利用率时空变异特征
2.2.1 中国玉米氮肥回收利用率时空变异特征
我国玉米平均氮肥回收利用率(RE)在过去几十
年内呈下降趋势, 从 1970s 的 42.1%下降至 2000s 的
26.4%(表 2), 平均每 10年 RE即下降 5个百分点。这
与李庆逵等[20]研究认为我国 1990s的RE 在 35%左右
和张福锁等[21]分析认为 2001—2005年间玉米生产中
RE为 26.1%基本吻合。大量研究都证明 RE受到 AR
影响, 我们利用 JMP软件对 296组数据进行分析, 结
果表明, RE与 AR呈极显著负相关(R2=0.31, P<0.001,
N=296, 图 2); 据此本研究认为 RE随着 AR的增加而
降低, 利用线性模拟能 30%解释 RE变异特征。RE在
20世纪 70—80年代下降趋势并不显著, 主要因为虽
然当时 AR在持续增加, 但仍然维持在科学范围之内,
其增加量并不足以促使 RE 大幅下降, 大量研究都表
明 AR 增加到一定程度再继续增加才会导致 RE 的下
降[43−45]; 20世纪 90年代全国平均 RE迅速下降, 主要
原因是 AR 量持续升高, 超出当时生产管理水平下的
玉米种植需肥量; 进入 21世纪后, 其 AR已经大大超
过玉米生长所需, 从而导致 RE 大幅下降, 但同时由
于生产管理水平的完善和农业科学技术的进步, RE
下降速率较 1990s减小。

图 2 氮肥回收利用率与施氮量之间的线性相关关系
Fig. 2 Linear relationship between recovery efficiency and
application rate of synthetic N fertilizer
各种植区玉米 RE在过去的几十年里整体亦呈下
降趋势(图 3)。各玉米种植区中, 黄淮海平原春、夏
播玉米区 RE 一直低于其他种植区域, 北方春玉米区
和西南玉米区则高于全国平均水平, 主要因为我国华
北地区玉米生产集约化程度比较高, AR 比较高[46−47],
而北方春玉米区, 受东北三省 AR 偏低影响致其 RE
较高。西南山地玉米种植区, 大多为山地丘陵地区,
1188 中国生态农业学报 2013 第 21卷


生产情况比较复杂, 整体生产水平较全国低, AR 也
比较少, 故其 RE 较全国偏高。虽然各种植区域 RE
整体呈现下降趋势, 但各个种植区的时间变异特征
各有不同。其中黄淮海平原春、夏播玉米区 RE虽然
较低, 但总体下降趋势较为平缓, 而且各个时期下降
速率差异不大。北方春玉米和西南山地玉米区 RE下
降的总趋势均比较急剧, 这一方面受到 AR偏高影响,
也与当地降水、土壤等生产条件相关, 不同的是前者
在 1990s 下降迅速, 后者则是在进入 21 世纪后迅速
下降。北方春播玉米区, 尤其是东北地区是中国重要
的玉米种植区, 地力水平较高, 早期 AR 偏低, 但进
入 20 世纪 90 年代后化肥迅速取代有机肥大量施用,
导致 RE迅速下降。西南山地玉米区玉米种植条件较
为复杂, 管理模式多变, 21 世纪初 AR 大幅提升, 受
当地山地丘陵等生产条件限制, 先进的管理方式尚
未同步配套, 从而导致 RE 迅速下降。而西北灌溉玉
米区RE在 21世纪略有提升, 说明西北灌区高氮肥投
入高产出的生产方式已有所转变, 先进的育种、管理
方式等措施对于维持 RE水平已经初见成效[48]。

图 3 中国玉米氮肥回收利用率时空变异特征
Fig. 3 Spatiotemporal distribution of synthetic N fertilizer
recovery efficiency of maize in China
2.2.2 中国玉米氮肥农学利用率时空变异特征
氮肥农学利用率 (AE)体现了氮肥的增产效果 ,
我国玉米生产中平均 AE呈下降趋势(表 2), 1970s高
达 17 kg·kg−1, 1980—2000 年略有下降, 但整体还维
持在一个比较高的水平, 1980s为 15.5 kg·kg−1, 1990s
为 14.2 kg·kg−1, 2000s则迅速下降到 10 kg·kg−1以下。
说明 21 世纪之后, 氮肥的增产效果急剧下降。这主
要是因为 AE偏低的黄淮海平原春、夏播玉米区在 21
世纪初转变为我国玉米最集中产区, 从而导致我国
玉米生产中整体 AE急剧下降。
各种植区, AE基本呈下降趋势(图 4)。其中黄淮
海平原春、夏播玉米区 1980—2010 年基本都低于全
国平均水平而且下降急剧, 这主要是受到当地 AE 较
大影响, 其农学利用率在 20世纪 80年代就已经低至
8.0 kg·kg−1, 仅为全国的一半, 低于其他种植区, 90
年代略有提高, 而进入 21 世纪则降低至更低的水平,
仅 6.8 kg·kg−1。北方春玉米区 AE高于其他种植区且
在持续下降, 2000 年之前保持在 15.0 kg·kg−1 以上,
在 2000s依然约有 12.0 kg·kg−1, 高于 9.5 kg·kg−1的全
国水平, 说明受当地地力和管理措施等影响, 氮肥的
玉米增产效率高于其他种植区[49]。西南山地玉米区
AE处于中等水平, 在 1990s先有所提高而进入 21世
纪后又急剧下降。西北灌溉玉米区未获取足够的信息,
不能进行有效的分析。

图 4 中国玉米氮肥农学利用率时空变异特征
Fig. 4 Spatiotemporal distribution of synthetic N fertilizer
agronomy efficiency of maize in China
2.2.3 中国玉米氮肥偏生产力时空变异特征
氮肥偏生产国(PFP)在过去的几十年内比较稳定,
基本维持在 40 kg·kg−1左右(表 2, 图 5), 主要由于在
过去的几十年内, 玉米 AR 在不断提高的同时玉米产
量也在持续升高。这一方面是由于氮肥施用使产量不
断提升, 另一方面耕种方式的改善和品种的改良也
为玉米产量的提升做出了重要贡献[50−55]。研究表明
育种对我国玉米增长的贡献率可高达 30%~40%[56]。
各种植区域内, 北方春播玉米区和西南山地玉
米区玉米 PFP 较高, 而黄淮海平原春、夏播玉米区
PFP较低。各种植区不同年代季之间差别不明显。

图 5 中国玉米氮肥偏生产力时空变异特征
Fig. 5 Spatiotemporal distribution of synthetic N fertilizer
partial factor productivity of maize in China
第 10期 杨小梅等: 中国玉米化学氮肥利用率的时空变异特征 1189



3 提高玉米氮肥利用率的途径
中国玉米氮肥利用率在过去的几十年内一直
呈下降趋势 , 必然会导致资源的浪费和环境的污
染 , 提高氮肥利用率是一个被广泛关注和研究的
课题。本文收集常见几种可以提高氮肥利用率的方
案, 进行配对样本均值 t检验, 验证其效果显著性。
本文认为平衡施肥、优化管理、施用缓控释肥、采
用氮高效品种等是能够有效提高氮肥利用率的途
径(表 3)。
表 3 提高玉米氮肥利用率农业措施有效性 t检验
Table 3 Paired t-Test of the agricultural practice for improving synthetic N fertilizer use efficiency
用于比较的农业措施 Agricultural practices intercompared Df t Sig.
单施氮肥−平衡施肥 Only N fertilization-balanced fertilization 85 −8.6 <0.001
常规管理−优化管理 Conventional management-optimize management 168 −13.8 <0.001
普通氮肥−新型氮肥 Normal nitrogen-new type nitrogen 76 −9.3 <0.001
氮低效品种−氮高效品种 Inefficient nitrogen-efficient nitrogen 35 −4.6 <0.001

平衡施肥能够显著提高氮肥利用率。平衡施肥首
先是不同养分配比的平衡施用, 通过对 86组数据的
分析, 表明氮磷钾等化肥元素的平衡配施和化肥与
有机肥的配施可以显著提高氮肥利用率 [13,57], 通过
平衡施肥既可提高氮肥回收利用率, 还能提高土壤
的固持能力。平衡施肥还应该关注地区间施肥平衡,
施用适量氮肥能够有效地提高氮肥利用率。在目前
的栽培技术和产量水平下, 150~180 kg·hm−2施氮量
即满足我国主要粮食生产所需量[20], 现阶段我国玉
米生产氮肥投入整体已经足够, 某些地区已经过量,
当然也有一些地方不足[58], 所以应调节地区之间的
施肥平衡, 依据当地地力和生产水平确定适宜的氮
肥施用量, 如黄淮海区应减少施肥量而西南山区则
应适当增加施肥量, 这有助于中国整体氮肥利用率
的提高。
完善管理措施是一个可操作性比较强的提高氮
肥利用率、减少资源浪费和减轻环境污染的措施。管
理措施主要包括科学灌水、垄沟、拔草、秸秆返田、
合理的栽培密度、使用氮高效品种等。通过对 169 组
常规−优化管理措施进行均值检验 , 表明优化管理
措施能够显著提高氮肥利用率。张宏等[11,59]研究表
明, 通过控水、垄沟、覆草等措施在等氮量情况下
均能不同程度提高氮肥利用率, 在较高施肥量下效
果更显著。谭德水等[8]在山东南四湖地区试验研究认
为, 在优化施肥中, 一半的氮肥投入就基本保证了玉
米生产所需, 且大大提高了肥料效率。
本文通过分析 77 组试验数据结果表明, 施用
控释缓释肥等新型肥料能显著提高氮利用率, 大量
实地试验亦印证此结论 [60], 但由于这些新型肥料
成本较高, 在玉米生产中经济效益不高, 故实践价
值不大。
综上所述, 平衡施肥、使用氮高效品种、优化管
理措施等是具有实践意义的提高氮肥利用率、减少资
源浪费和减轻环境污染的几个途径。
4 结论
在过去的几十年内, 我国玉米种植中 AR 在持
续增长, 从 1970s的 90 kg·hm−2增加到 2000s的接近
240 kg·hm−2; 除 PFP 比较稳定维持在 40.0 kg·kg−1
外, RE 和 AE 都呈现下降趋势, 分别从 1970s 的
42.1%和 17.0 kg·kg−1下降至 2000s 的 26.8%和 9.5
kg·kg−1。各玉米种植区, 北方春播玉米区和西南山
地丘陵的 AR偏低, 氮肥利用率则相对偏高, 黄淮海
平原春、夏播区则相反。完善管理措施、平衡施肥、
采用氮高效品种等是行之有效的提高氮肥利用率的
途径。
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