第8章肥料利用率研究方法一、肥料利用率的概念肥料利用率(utilization rate of fertilizer)是指当季作物从所施肥料中吸收的养分数量占该肥料肥中养分总量的百分率，也可称为肥料回收率或利用系数，一般用肥料投入与产出比例来定义。
具体有几种表示方法：（一）肥料利用率或肥料回收率：常用。
肥料利用率（%）＝(施肥区植物吸收的养分量-不施肥区植物吸收的养分量)×100/施肥量式中：施肥量=指养分量。
（二）肥料农艺效率肥料农艺效率（kg/kg）＝(施肥区产量-不施肥区产量)/施肥量（三）肥料生理效率肥料生理效率（kg/kg）＝(施肥区产量-不施肥区产量)/(施肥区植物吸收的养分量-不施肥区植物吸收的养分量)二、氮肥肥料利用率与氮肥损失率（一）概念及其影响因素氮肥利用率(utilization rate of nitrogen fertilizer)：是指当季作物从所施氮肥中吸收的氮素数量占该氮肥中氮素总量的百分率，也可称为氮素回收率或利用系数。
从国内外来看，氮肥利用率普遍不高，而且是难以解决的实际问题。
因它受许多因素的影响，如土壤类型和性质、气候条件、作物种类和品种、栽培技术、施肥技术等。
在不同条件下，氮肥利用率悬殊很大，我国多数作物对化学氮肥的利用率在20%-50%之间，美国为30%-50%，日本为50%左右，前苏联为24%-61%。
氮肥利用率的高低是衡量氮肥施用是否合理的一项重要指标。
不同作物的氮肥利用率很不相同，水稻多为40%-50%，小麦为27%-4l%。
不同施肥技术（包括氮肥品种、施肥量、施肥时间与方法等）是影响氮肥利用率的一个重要因素：不同氮肥品种其利用率不同，如碳铵利用率一般为24%-31%，尿素为30%-35%，硫铵为30%-40%。
不同施氮量时其利用率不同，在相同条件下，随氮肥用量的增加，其利用率下降。
不同施氮方法其利用率不同，特别是氮肥深施和表施，其利用率相差甚大。
如碳铵深施(10-17cm)，在双季稻上的平均利用率为42.9%；碳铵表施(0-5cm)，在双季稻上的平均利用率为29.0%。
氮肥损失率：施入农田的氮肥通过不同机制和途径而损失，其损失途径有土壤和植物两方面。
从土壤方面来看，施入土壤中的氮素主要通过铵态氮的挥发、硝态氮的淋失及其反硝化脱氮和地表径流等途径损失，是氮肥损失的主要途径。
从植物方面来看，作物地上部吸收的氮素可通过易流动的含氮化合物被雨水淋失、氮素以气体状态从气孔挥发、氮素从花粉和根系分泌出去等途径损失，作物地上部的氮损失量因土壤、气候、植物种类和生育期等不同而异，目前仍在研究之中。
氮肥损失率与氮肥利用率一样，也存在较大变幅。
从已有的大量资料来看，我国农业生产中氮肥的损失率平均为50%左右。
由此可见，每年施入土壤的大量氮肥，有近一半通过各种途径被损失掉，这是多么大的肥料资源浪费和经济损失！这不仅降低了经济效益，而且还可能造成生态环境污染，危及到食品安全和人体健康。
因此世界各国都十分重视提高氮肥利用率的研究。
（二）氮肥利用率的测定氮肥利用率的测定方法主要有以下两种：1、差值法（间接法）一般是在试验中设置不施氮区和施氮区两个基本处理，分别测出两处理作物体内氮素的吸收量，按下式计算：氮肥利用率(%)＝施氮区作物吸氮量-无氮区作物吸氮量×100施氮量对于一个多级施氮量试验，差值法可以用来计算不同施氮量水平下的氮肥利用率。
按下式计算：氮肥利用率(%)＝高氮区作物吸氮量-低氮区作物吸氮量×100高氮区施氮量-低氮区施氮量如：试验1：只设计1个施氮量对比试验，小麦氮肥对比试验设计：(1)不施氮肥处理(N0)：P2O590kg/hm2，K2O60kg/hm2；(2)施氮肥处理(N1)：N180kg/hm2，P2O590kg/hm2，K2O60kg/hm2。
但必须施用等量磷、钾肥做肥底，至少3次重复。
氮肥利用率计算：氮肥利用率(%)＝P(N1)-P(N0)×100 P(N)式中：P(N1)=施氮区作物地上部茎、叶、子实各部分累计吸氮量(kg/hm2)；P(N0)=无氮区作物地上部茎、叶、子实各部分累计吸氮量(kg/hm2)；P(N)=施氮量(kg/hm2)。
结果：P(N1)=262kg/hm2，P(N0)=194kg/hm2，则：氮肥利用率(%)=(262-194)/180×100=37.8%。
试验2：小麦不同施氮量试验，试验设计：(1)N0(不施氮肥处理)，(2)N1，(3)N2，(4)N3，(5)N4。
肥底磷、钾肥用量为：P2O590kg/hm2，K2O60kg/hm2；氮肥用量为：0、60、120、180、240kg/hm2。
至少3次重复。
试验结果：小麦地上部茎、叶、子实各部分累计吸氮量分别为：190、220、240、255、265 kg/hm2。
则：氮肥利用率(%)：第一种算法：以空白为对照：50.00%、41.67%、36.11%、31.25%。
第二种算法：不同施氮量各级利用率：50%、33.33%、25.00%、16.67%，平均利用率31.25%。
这里应该注意，作物吸氮量应包括作物地上部和地下部以及枯枝落叶中的含氮量。
但枯枝落叶和残留于土壤中的根系难以收集完全，且二者的含氮量一般不到作物总吸收量的5%，因此通常只计算作物地上部植株和相连的根系中的吸氮量。
这种差值法在计算氮肥利用率时，都假定作物从施氮区较无氮区多吸收的氮素全部来自施用的氮肥，即假定施氮区和无氮区吸收的土壤氮素相等。
但实际情况并非完全如此。
因为施入氮肥后，会对土壤氮素产生激发效应，使作物多吸收土壤氮素，这部分氮量用差值法无法区分。
因此用差值法测得的氮肥利用率，也称为表观氮素利用（回收）率，这在大体上还是能够反映作物对氮肥的利用程度。
2、15N示踪法(稀释法、直接法)采用15N标记的氮肥进行生物试验，测定吸入作物体内氮素的15N原子百分超，进而根据15N丰度的稀释原理，计算利用率如下：R(%)＝W p×N pc×15N pc×100% W f×N fc×15N fc式中 W p—植物干重；N pc—植物的N%；15Npc—植物的15N原子百分超；W f—施用的标记肥料量；N fc—标记肥料的N%；15Nfc—标记肥料中15N原子百分超。
例如：某一小麦盆栽试验，施用15N原子百分超10%的15NH4HCO37克，共收获植株干重50克，含N2%，15N原子百分超3%，则氮肥利用率为：R(%)＝50×2%×3%×100%＝25.2% 7×17%×10%在实际计算时，由于植物茎、叶、籽实、根系等各器官的含氮量和15N丰度不一，故常分别测定和分别计算利用率，然后相加计算成当季作物利用率。
应用15N所测得的氮素利用率不包括使氮肥激发土壤的一部分氮，反应了肥料真正的利用情况，是目前公认的研究氮肥利用率的一项有效手段。
但是由于15N肥料价格昂贵，目前生产上测定氮肥利用率时差值法应用较为普遍。
尽管如此，15N示踪法还有其它方面的优点：(1)可以同时测定出作物任一生育阶段由土壤供应的有效氮素，即A值，以了解土壤的供氮能力。
其计算式如下：A＝N f(100-C)C式中 A—来自于土壤中的有效氮量（A值）；N f—施用的15N标记氮量；C—植株中自15N肥料中吸收的氮素比例(%)(2)可研究一季甚至几季作物期间肥料氮的平衡或去向。
氮肥施用后，通常有当季作物吸收、土壤残留和损失3个去向，通过测定植株吸入的15N量和土壤中15N的残留，即可准确计算出氮肥损失量。
(3)借助15N标记，可进一步测定土壤中残留氮的形态、移动深度和植株吸收氮在作物体的存在形态及累积部位。
(4)应用15N标记氮肥，可对化学氮肥的后效进行测定。
(5)在以15N标记肥料进行的生物试验中，可利用同一材料，同时按15N稀释法和差值法计算作物对氮素的利用率，二者之差即为土壤氮素矿化的净激发效应。
(6)可将含15N的秸秆进行秸秆还田，进行秸秆矿化和氮素转化等试验。
（三）土壤供氮能力研究方法土壤供氮能力与氮肥肥效之间存在密切关系。
一般地，土壤供氮能力与作物产量之间呈正相关，因为作物生长发育所需的氮素大部分来自土壤。
但土壤供氮能力与氮肥肥效之间呈负相关。
因此，应根据土壤供氮能力确定合理施氮量。
土壤供氮能力的度量指标有多个，常有的有以下二个：1、土壤供氮量：土壤供氮量的评价指标及其测定方法有多个，目前认为最为可靠的指标是田间试验中无氮区作物收获时地上部累积吸氮量，是土壤供氮量的生物指标，可作为估算氮肥用量的参考依据。
过去人们习惯用土壤有效氮的化学测定值如碱解氮来粗略估计土壤供氮量，但这个数值存在较大误差。
因为化学测定值只代表土壤有效氮的相对含量状况，不能完全反映土壤供氮的绝对数值。
许多试验表明，土壤有效氮的化学测定值如碱解氮与作物产量或吸氮量间的关系不稳定。
针对于此，后来研究者提出了土壤养分利用系数的概念，将土壤有效氮的化学测定值乘以通过试验取得“利用系数”加以调整，作为土壤供氮量的估计值，在推荐配方施肥中发挥了良好作用。
但由于“利用系数”的变异大，难以作准确，故仍然是个相对值。
2、土壤矿化氮量：以土壤有机氮的矿化量作为土壤供氮能力的度量。
在旱作土壤中，常以土壤剖面中硝态氮量作为矿化氮量；在水田则以土壤铵态氮量为主。
土壤矿化氮量包括播种时土壤中已存在的矿质态氮量和作物生长期间土壤的矿化氮量两部分。
70年代初Stanford等应用一级反应动力学原理，研究建立了土壤有机氮矿化的数学模型：N t＝N o（1-e-kt）式中：N o为矿化势，即土壤中已存在的矿质态氮量，可具体测出；N t为t时间内的矿化量；k为矿化速率常数；t为时间(d)土壤矿化势是指土壤氮素在无限长时间内的矿化量，即最大矿化量，它反映了土壤氮素的潜在供应能力，它与土壤全氮量、土壤理化特性及自然环境因素有密切关系。
三、磷肥利用率磷肥利用率的测定方法常用的也是差减法，一般是在试验中设置不施磷区和施磷区两个基本处理，分别测出两处理作物体内磷素的吸收量，按下式计算：磷肥利用率(%)＝施磷区作物吸磷量-无磷区作物吸磷量×100施磷量对于一个多级施磷量试验，差值法可以用来计算不同施磷量水平下的磷肥利用率。
按下式计算：磷肥利用率(%)＝高磷区作物吸磷量-低氮区作物吸磷量×100 高磷区施磷量-低磷区施磷量磷肥利用率受许多因素的影响，如土壤类型和性质、气候条件、作物种类和品种、栽培技术、施磷量、施磷方法等。
磷在土壤中易固定，移动性小，当季利用率一般为10-25%，大部分残留在土壤中，可为后茬作物吸收利用，表现出明显的后效或残效。