2005/06
(/ifa/statistics/indicators/tablen.asp and /ifa/statistics/IFADATA/DATA/chn.xls)
Hale Waihona Puke 过去20年来氮肥的过量使用导致中国 主要农田土壤pH值下降0.5个单位！
NH3
3 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Year
Year
(Liu et al. 2010, Env. Pollut., in press)
研究发现，环境来源氮(大气沉降和灌溉水带入氮) 数量大、对农田氮输入和水体环境影响不可忽视
100
带入农田的环境氮(kg N ha-1)
富营养化 35%
贫营养化 4%
中营养化 61%
富营养化 69%
贫营养化 4%
中营养化 27%
富营养化 85%
贫营养化 0%
中营养化 15%
1970年代
1980年代
1990年代以后
湖泊富营养化日益严峻！
（金相灿，2009） 大中型湖泊 出现 城市中型湖泊出 现 城市小型 湖泊
大中型湖泊 大量出现
8700
30.0 25.0
N consumption (Tg N/yr)
China
20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 1960/61 1970/71 1980/81 1990/91 1995/96 2000/01
North America West Europe
中国氮肥年用量已突 破3000万吨，产量 超过4000万吨！ 中国氮肥环境代价 成为全球关注热点！
带入农田的环境氮(kg N ha-1)
太湖地区
80 60 40 20 0 1980s 灌溉水 干湿沉降
89
120
华北平原
100 80 60 40 20 0 灌溉水 干湿沉降
99
30
30.5
2000s
1980s
2000s
太湖地区和华北平原大气干湿沉降和灌溉水输入农田的氮素数量 1、太湖地区和华北平原环境来源氮随着人为活性氮的增加而显著增加 2、环境来源氮占土壤自然供氮量的67%
每季作物氮肥用量150 kg N/ha, 施肥12年后的土壤pH （1990年试验开始时的土壤pH为5.7） M pH 6.2 NPKS pH 4.6 NPKM pH 6.1 pH 4.5 NPK PK pH 5.3 NK pH 4.3
NP pH 4.5
N
pH4.2
不施肥 pH5.5
（徐明刚，2010）
农田氮素去向及其对氮肥利用率
的影响
刘学军，张福锁 中国农业大学资源与环境学院 2011.1.17
报告提纲
• • • • 国内外背景 中国农田氮素去向与氮肥利用率 实现作物高产与氮素高效利用的途径 结论与展望
氮肥利用率及其计算公式
氮肥利用率是指当季作物从所施氮肥中吸收 氮素占施氮量的百分数，其实质是当季作物 对所施氮肥的表观回收率。
排放量（万吨/年）
中国的大气活性氮污染已引起全球普遍关注
(Richater et al., 2005. Nature 437, 129-132)
Emission trends of NOx and NH3 in China since 1980 (a. NOx-N; b. NH3-N)
Total emission: 7.5 Tg N (1980); 19.5 Tg N (2006) NH3-N: NOx-N ratio: 6.0 (1980); ≈ 2.0 (2006)
2000
Fertilizer (Tg)
80 60 40
1000 0 1900
NOx(Tg)
1920 1940 1960 1980
20 0 2000
(Erisman, 2008. Nature Geoscience 1: 636-639)
fertilizer input, NOx emission, Total Nr production
Nitrogen budget (kg ha-1) showing N inputs and N outputs together with measured N losses in a 2-year winter wheat-maize rotation.
Items
N inputs
N0
57
0 430
350(sea) 800
• Assuming the ratio of N wet to dry deposition 1:1. N concentrations in rainwater are summarized from all literatures available, annual rainfall means average precipitation during each specific period (referring 10-year here) .
Fertilized to death(施肥到死!)
Nicola Nosengo
“Countries such as China have no intention of reducing their use of nitrogen”, says Moldan. “In fact they are firmly committed to increasing it. ”
a
15
Three major sources for NOx:
NH3 emissions
NOx emissions
1) Traffic vehicles
12
4 3 2
2) Industry
Wang et al.,2009a. Wang et al.,1997. Streets et al.,2000. Klimont et al.,2001. Sun and Wang,1997. 4 Oliver et al.,1998. FRCGC,2007
N120
57
480 430
N240
57
960 430
N360
57
1440 430
Initial soil NO3-N
Applied N N mineralization N outputs Plant N uptake Residual soil NO3-N Apparent N loss (1) NO3-N leaching (2) NH3 volatilization* (3) Denitrification
(Modified from Liu et al, 2010)
报告提纲
• • • • 国内外背景 中国农田氮素去向与氮肥利用率 同时实现高产与氮素高效利用的途径 结论与展望
中国农田氮素平衡(1990年代结果)
中国农田氮肥去向(1998)
27% 35%
作物回收 土壤残留 氨挥发
7% 11% 20%
N0 1998-1999 wheat 6.19 a# N120 6.38 a N240 6.36 a N360 6.38 a
1999 maize
1999-2000 wheat 2000 maize
#
4.15 b
4.65 b 6.04 b
4.88 a
7.16 a 7.07 a
4.33 ab
6.40 a 7.44 a
4.81 a
6.69 a 7.48 a
Values within the same crop followed by the same letter are not significantly
different at 5% level (method of LSD).
Liu et al., 2003, Field Crops Res. 83 (2): 111-124
Source in Nature 30 October 2003, 425:894 -895
Trends of fertilizer N consumption in China, North America and West Europe since 1960s
Dr. Brown’s question: Who will feed the Chinese people? Start of China’s economic reform
b
Three major sources for NH3: 1) NH -based fertilizer
9
2) Animal husbandry
3) Human beings
3) Power plants NOx
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
6
1 0 1975
7 6 5 Tian et al.,2001. China Environ. Yearbook,2008. Streets et al.,2001&2003 Ohara et al.,2007 Kato and Akimoto,1992. Zhang et al.,2007. Zhang et al.,2009a. Van Aardenne, et al.,1999. Klimont et al.,2001&2009
其他与氮肥利用率有关的概念
• 氮肥农学效率（kg 增产粮食/kg 肥料N） AE = 氮肥的增产量 / 氮肥用量 • 氮肥生理效率（kg增产粮食/kg吸收肥料N） PE = 氮肥的增产量 / 多吸收的肥料氮 • 氮肥偏生产力 (kg 粮食/kg 肥料N） PFP = 作物产量 /氮肥用量
目前人类活动固定的活性氮已经大大 超过自然过程产生的活性氮