養(yǎng)分真實(shí)利用率的計(jì)算方法

養(yǎng)分真實(shí)利用率的計(jì)算方法

科學(xué)施肥促進(jìn)糧食生產(chǎn)，提高肥料利用率，減少不必要的土壤肥力退化和化肥損失帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，是當(dāng)前國(guó)家的主要需求，也是農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境科學(xué)人員的戰(zhàn)斗目標(biāo)。肥料利用率則是衡量各種肥料施用措施是否科學(xué)高效的重要指標(biāo)。一些報(bào)道認(rèn)為,我國(guó)的肥料養(yǎng)分利用率較低［1］,大量的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,我國(guó)主要糧食作物氮磷的肥料平均利用率分別小于30%和15%,鉀肥利用率僅在30%左右,并較以前顯著下降［2］。這樣的肥料利用率數(shù)據(jù)是否正確,存在什么樣的問(wèn)題,怎么進(jìn)行肥料利用率的正確計(jì)算與評(píng)估?近些年來(lái),已經(jīng)有一些研究者對(duì)當(dāng)前采用的肥料利用率的算法進(jìn)行了質(zhì)疑、分析和討論［3-9］。也有一些研究者提出了肥料利用率的新算法,如沈善敏提出的比值法,即施肥處理作物養(yǎng)分吸收量占施肥量與對(duì)照處理養(yǎng)分吸收量之和的比值［7］。田昌玉等提出了對(duì)常規(guī)的肥料利用率公式進(jìn)行修正,需要將對(duì)照處理的吸氮量乘以一個(gè)小于1的系數(shù)［5］。這些方法均可以獲得較常規(guī)差值法更準(zhǔn)確也更高一些的肥料利用率。但這些方法無(wú)論是計(jì)算的理論依據(jù),還是實(shí)際操作都還不是十分理想。本文分析了當(dāng)前肥料利用率方法存在的問(wèn)題,基于肥料養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的復(fù)雜性和不可完全區(qū)分的實(shí)際情況,提出了與養(yǎng)分損失率直接對(duì)應(yīng)的養(yǎng)分真實(shí)利用率的算法,并論證了該算法也是肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的最佳算法?；谛滤惴ǖ姆柿橡B(yǎng)分真實(shí)利用率將是未來(lái)評(píng)價(jià)和優(yōu)化各種施肥措施效果的重要指標(biāo),其推廣應(yīng)用將使我國(guó)對(duì)肥料利用率和損失率的評(píng)估更加定量化和具有說(shuō)服力,也將促進(jìn)有關(guān)養(yǎng)分資源高效利用技術(shù)措施的發(fā)展和應(yīng)用。1肥料利用率低當(dāng)前普遍采用的肥料利用率公式計(jì)算的結(jié)果主要存在以下幾方面的問(wèn)題。其一,不能反映肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率,結(jié)果波動(dòng)很大。當(dāng)前的肥料利用率反映的僅是肥料養(yǎng)分當(dāng)季的表觀利用率,易受多種因素如土壤基礎(chǔ)肥力、施肥量、作物產(chǎn)量等的影響而極易變化［10］。我國(guó)主要農(nóng)作物早期的氮肥利用率在9%~72%之間［11］,近期氮肥利用率也在0.3%~88%之間,磷鉀肥的利用率則分別在1.7%~59.3%和0.7%~88.2%之間［2］。沈善敏曾懷疑無(wú)論是同位素標(biāo)記法還是肥料試驗(yàn)的差值法都不可能獲得可靠結(jié)果,并提出了一種比值法來(lái)提高肥料利用率算法的準(zhǔn)確性［7］。經(jīng)研究檢驗(yàn),該比值法計(jì)算的相關(guān)研究中的氮肥利用率較常規(guī)差值法高出約30個(gè)百分點(diǎn)［8］。田昌玉等指出無(wú)論是示蹤法還是差值法計(jì)算出來(lái)的氮肥利用率結(jié)果都偏低［6］。常規(guī)肥料利用率計(jì)算方法獲得的肥料利用率偏低且不穩(wěn)定的主要原因是公式中將對(duì)照處理吸收的養(yǎng)分量從施肥處理的吸氮量中扣除了。而這部分扣除實(shí)際上是非常不合理的,因?yàn)閷?duì)照處理中的養(yǎng)分供應(yīng)是前期施肥對(duì)土壤肥力提升的結(jié)果,主要是前期施用各種肥料的殘效。以前施用肥料的殘效越高,常規(guī)方法計(jì)算出來(lái)的當(dāng)前肥料利用率的數(shù)值就會(huì)越低。實(shí)際上對(duì)于任何一個(gè)田塊而言,施入的肥料也必然會(huì)有一個(gè)較真實(shí)的肥料利用率,這個(gè)肥料利用率即使不采取常規(guī)差值法也應(yīng)該有別的多種方法進(jìn)行測(cè)定或估算,無(wú)論用何種方法,只要能接近其真實(shí)值就是好方法,其值也就有更好的指示作用。肥料的真實(shí)利用率在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的體系中不會(huì)因作物種植的年限而發(fā)生顯著變化,也不會(huì)因土壤基礎(chǔ)肥力肥瘦有太大的變化,更不會(huì)因是否設(shè)置一個(gè)不施肥的對(duì)照處理而變化。其二,不能提供高效施肥需要達(dá)到的最終肥料利用率目標(biāo),也難以基于該表觀利用率的數(shù)值來(lái)判斷施肥策略是否正確恰當(dāng)。人們認(rèn)為當(dāng)前我國(guó)肥料利用率比較低,但最理想的狀況是讓肥料利用率提高到多少呢?難道是100%?目前還沒(méi)有人能回答這個(gè)問(wèn)題。以圖1為例來(lái)說(shuō)明。假設(shè)作物在不施磷肥的處理中吸磷量為每公頃60kg(以P2O5計(jì),下同),每公頃施用75kg磷肥的處理,其吸磷量為每公頃75kg,經(jīng)計(jì)算磷肥的利用率為(75-60)/75×100%=20%。這在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中是非常普通的現(xiàn)象。施用磷肥的處理,磷的徑流和淋溶損失如果都不大,磷肥的投入量與帶走量也基本相當(dāng),這樣的施肥量可以說(shuō)是最理想的可持續(xù)的高效施肥量。但其肥料利用率我們算出來(lái)僅有20%,這樣的肥料利用率還需要怎樣地提高?還有必要提高嗎?常規(guī)方法計(jì)算的肥料利用率如果達(dá)到100%,施肥處理帶走的養(yǎng)分量就等于施肥量和不施肥處理中作物耗竭的土壤養(yǎng)分量之和。這樣的肥料利用率是不可能也不應(yīng)該達(dá)到的。不可能是因?yàn)槌Ｒ?guī)條件下作物吸收的養(yǎng)分量不可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)施入的肥料量,不應(yīng)該是因?yàn)?00%的肥料利用率會(huì)導(dǎo)致施肥處理土壤中的固有養(yǎng)分將以不施肥對(duì)照處理一樣的速度被耗竭,如此將會(huì)導(dǎo)致土壤肥力不可持續(xù)的消耗。因而當(dāng)前我國(guó)的肥料利用率以磷肥為例,可能20%左右就是最好的肥料利用率了。但實(shí)際上不同肥料最合適的肥料利用率是多少?基于目前的肥料利用率算法沒(méi)法給出確定的目標(biāo)。因而目前的肥料利用率結(jié)果在生產(chǎn)實(shí)踐上指示意義很差,甚至?xí)?lái)負(fù)面的影響。基于表觀利用率獲得的較高肥料利用率的施肥措施和策略也可能未必是正確的或可持續(xù)的。正因如此,有人指出不能將提高肥料利用率作為確定施肥量的依據(jù)［12］,養(yǎng)分利用率的增減變化很可能不能說(shuō)明施肥增產(chǎn)的本質(zhì)問(wèn)題［13］,也有人指出不應(yīng)該追求多么高的氮肥利用率［4］。其實(shí)我們應(yīng)該追求更高的接近100%的肥料養(yǎng)分利用率,只是目前的肥料養(yǎng)分利用率計(jì)算方法有問(wèn)題。其三,不能準(zhǔn)確反映肥料養(yǎng)分的損失率。沒(méi)有被作物吸收利用的肥料養(yǎng)分一部分殘留于土壤,另一部分則因氣態(tài)、徑流或淋溶被損失掉了。留在土壤中的養(yǎng)分未被消耗前,是培肥地力的需要,多數(shù)將被后茬作物利用。損失掉的養(yǎng)分因資源損失和污染環(huán)境則是當(dāng)前施肥最大的危害。施到土壤中的肥料或多或少都會(huì)有一部分通過(guò)各種途徑進(jìn)入到周?chē)h(huán)境中,其損失量和損失率才是我們最關(guān)心的,也是所有施肥策略和措施需要重點(diǎn)考慮的因素。但目前常規(guī)肥料利用率的計(jì)算結(jié)果無(wú)法反映有多少肥料養(yǎng)分損失掉了。如圖1中的磷肥利用率盡管只有20%,但可能損失極少,也可能損失稍多。我國(guó)氮肥利用率只有30%,但損失率肯定不會(huì)有70%,有時(shí)會(huì)很多,有時(shí)會(huì)很少,這也要依具體情況而定。有人推測(cè)我國(guó)水稻生產(chǎn)體系中氮肥損失率可能有60%,旱作中有45%,甚至高施肥量時(shí)絕大部分發(fā)生了損失［14］,這樣的結(jié)果如果僅根據(jù)氮肥表觀利用率來(lái)判斷肯定是不準(zhǔn)確甚至是錯(cuò)誤的。實(shí)踐中肥料表觀利用率在保肥能力差的土壤上因?yàn)橥寥阑A(chǔ)肥力低而結(jié)果可能偏高,而在保肥能力強(qiáng)的土壤上因?yàn)榛A(chǔ)肥力較高而可能偏低,因而表觀利用率甚至可能與養(yǎng)分損失率相反。對(duì)于同一土壤如果土壤肥力提高了,或者土壤緩沖性能和保肥能力提高了,均會(huì)導(dǎo)致肥料表觀利用率的下降,但并非一定表示養(yǎng)分的損失率上升了。正因如此,我國(guó)肥料表觀利用率較以前顯著下降［2］,這一結(jié)果未必能直接證明是肥料損失率上升了。如果需要準(zhǔn)確地將肥料利用率和損失率對(duì)應(yīng)起來(lái),并有效地指導(dǎo)施肥實(shí)踐,當(dāng)前的肥料利用率計(jì)算方法是到了非改不可的時(shí)候了。其四,不能正確評(píng)估肥料對(duì)糧食生產(chǎn)的實(shí)際貢獻(xiàn),造成人們對(duì)化肥作用的認(rèn)識(shí)存在偏見(jiàn)和誤區(qū)?；谀壳暗姆柿侠寐实乃惴?很多文獻(xiàn)報(bào)道我國(guó)肥料利用率顯著低于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家,肥料用量也遠(yuǎn)高于國(guó)外［2，15-16］,這其中除了我國(guó)部分設(shè)施作物大量盲目施肥外,也與我國(guó)地少人多,需要大量施肥提高作物單產(chǎn)有關(guān)。另一方面也可能與肥料利用率的計(jì)算方法有關(guān)。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)田多數(shù)實(shí)行一年一茬,秸桿還田和有機(jī)肥施用較為普遍,土壤休閑期間秸桿等各種有機(jī)養(yǎng)分可以充分轉(zhuǎn)化,并為下茬作物提供大量養(yǎng)分,這樣可以大大減少化肥的用量。利用現(xiàn)行的肥料利用率公式,僅計(jì)算化肥的利用率,我國(guó)會(huì)明顯低于發(fā)達(dá)國(guó)家,但如果能夠分別計(jì)算包括秸桿、有機(jī)肥等所有養(yǎng)分的真實(shí)利用率及損失率,我國(guó)一些區(qū)域和一些作物的養(yǎng)分利用率與國(guó)外相比未必會(huì)有目前文獻(xiàn)中報(bào)道的差別那么大。實(shí)際上我國(guó)的肥料對(duì)農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是巨大的,當(dāng)前土壤養(yǎng)分肥力較幾十年前有較普遍的提升［17-21］,也主要是施肥的結(jié)果?？梢哉f(shuō)施肥基本供應(yīng)了各種農(nóng)作物收獲帶走的所有的養(yǎng)分,并提升了土壤肥力。沒(méi)有化肥就沒(méi)有現(xiàn)代農(nóng)業(yè),中國(guó)也養(yǎng)活不了13億人?；实膿p失對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響遠(yuǎn)沒(méi)有糧食增產(chǎn)帶來(lái)的正效應(yīng)突出。只是基于常規(guī)方法計(jì)算的化肥利用率結(jié)果讓社會(huì)公眾誤認(rèn)為,沒(méi)有被利用的化肥均被損失或浪費(fèi)掉了。因此,當(dāng)前迫切需要有更準(zhǔn)確的算法來(lái)客觀正確地估算我國(guó)肥料利用率和損失率。2農(nóng)田土壤-作物養(yǎng)分平衡的研究明確區(qū)分施入的肥料養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分是常規(guī)肥料利用率計(jì)算的最大問(wèn)題所在。肥料施入土壤后,必然會(huì)與土壤中固有的大量養(yǎng)分互相轉(zhuǎn)化并混為一體。作物吸收的養(yǎng)分主要來(lái)自于根際周?chē)酿B(yǎng)分,包括水溶態(tài)、速效態(tài)、緩效態(tài)和通過(guò)一系列轉(zhuǎn)化、活化而來(lái)的根際土壤固有的養(yǎng)分。而離根區(qū)較遠(yuǎn)處的養(yǎng)分,只有通過(guò)溶質(zhì)運(yùn)移到根際才能被作物吸收,距離根區(qū)越遠(yuǎn),該比例越低。因而土壤肥力較高或者施肥效果不明顯的土壤中,作物吸收的養(yǎng)分來(lái)自土壤固有養(yǎng)分的比例會(huì)高。正因如此,肥料中的養(yǎng)分與土壤中的養(yǎng)分庫(kù)會(huì)不可避免地發(fā)生替代［8］,在養(yǎng)分固定能力較強(qiáng)的土壤中這種替代的比例會(huì)很高。土壤對(duì)肥料養(yǎng)分的這種固定和替代能力是土壤保肥能力的關(guān)鍵所在,也是土壤區(qū)別于砂子更適合作物生長(zhǎng)的重要特性之一。固定的養(yǎng)分可以說(shuō)都是有效的,讓養(yǎng)分被土壤適度地固定也是我們培肥土壤的原因和目的。只有當(dāng)土壤中固定養(yǎng)分的位點(diǎn)被適度飽和后,后續(xù)施入的養(yǎng)分有效性才會(huì)更高,而且在根際養(yǎng)分被耗竭后,固定的養(yǎng)分會(huì)被及時(shí)釋放出來(lái)供作物吸收利用。遠(yuǎn)離根區(qū)被土壤固定的肥料養(yǎng)分在其完全被消耗之前,均會(huì)在后續(xù)作物種植過(guò)程中慢慢被作物吸收利用或損失掉。最新的一個(gè)15N標(biāo)記肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果表明,1982年施入土壤的標(biāo)記氮肥在其后的30年中被作物累計(jì)吸收61%~65%,有8%~12%的氮流向了水體,土壤殘留仍然有12%~15%,據(jù)估計(jì)土壤殘留氮在今后不斷被作物吸收利用或損失掉的過(guò)程還會(huì)持續(xù)至少50年以上［22］。該研究結(jié)果證實(shí)肥料氮在土壤氮中的殘留時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了通常的預(yù)期［22］。氮與磷鉀相比在土壤中更易被損失掉,因而磷鉀肥等其他更難損失的養(yǎng)分在土壤中的殘效會(huì)更長(zhǎng),施入土壤后與土壤中的養(yǎng)分更是難以區(qū)分。因而評(píng)估肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率必須將土壤中的養(yǎng)分與肥料中的養(yǎng)分綜合起來(lái)考慮。無(wú)論是來(lái)自各種肥料還是土壤固有的養(yǎng)分,都存在一個(gè)養(yǎng)分的真實(shí)利用率,這一利用率可以定義為被作物吸收利用的養(yǎng)分占被消耗養(yǎng)分總量的比例。在此過(guò)程中損失掉的養(yǎng)分占被消耗養(yǎng)分總量的比例即為損失率。由于土壤是養(yǎng)分的重要貯庫(kù),留存在土壤中的養(yǎng)分不能算作損失,只有因氣態(tài)、徑流和淋溶等離開(kāi)耕層土壤(深根作物可根據(jù)具體情況定土層厚度)的養(yǎng)分才算損失。在某一時(shí)間內(nèi),無(wú)論何種條件,農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)中養(yǎng)分變化均會(huì)滿足以下公式:此外,在式(1)中如僅有一個(gè)參數(shù)未知,其他參數(shù)可知,則很容易地推導(dǎo)出未知參數(shù)值,在此基礎(chǔ)上也可得到養(yǎng)分真實(shí)利用率和損失率的計(jì)算公式如下:上述各式中的土壤養(yǎng)分減少量如果的確是減少了則為正值,如果是增加了則為負(fù)值,這是因?yàn)槭┓驶蚱渌麃?lái)源增加到土壤養(yǎng)分庫(kù)的那部分養(yǎng)分如果沒(méi)有被當(dāng)季作物消耗掉或損失掉,則要從總養(yǎng)分消耗量中扣除。與不分來(lái)源的所有養(yǎng)分利用率類(lèi)似,真正準(zhǔn)確的肥料利用率也應(yīng)該與其損失率直接對(duì)應(yīng)。肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率=100%-肥料養(yǎng)分損失率。這樣才能既符合肥料真實(shí)利用率的內(nèi)涵,又能讓肥料利用率的結(jié)果在評(píng)價(jià)和指導(dǎo)施肥實(shí)踐中發(fā)揮直接的判別作用。相應(yīng)的肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率可以定義為:肥料施入土壤后,直至消耗完之前,被作物吸收利用的肥料養(yǎng)分量占被消耗的肥料養(yǎng)分量的比例。被消耗之前留在耕層土壤中的肥料養(yǎng)分,仍然為土壤養(yǎng)分貯庫(kù)的一部分,既未損失,也未消耗。肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的計(jì)算公式為:式(7)中需要區(qū)分肥料養(yǎng)分與土壤養(yǎng)分,獲得真實(shí)的肥料利用率需要采用示蹤法。如果僅是一季的結(jié)果,則結(jié)果反映的是施入的肥料被當(dāng)季消耗部分的真實(shí)利用率。如果要知道某一次施肥的肥料所有肥料養(yǎng)分被消耗完時(shí)的真實(shí)利用率和損失率,則要像Sebilo等那樣嚴(yán)格地通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)去計(jì)算其累計(jì)的真實(shí)利用率和損失率［22］。但實(shí)際上這也行不通,因?yàn)镾ebilo等花費(fèi)了三十年的時(shí)間仍未獲得最后的結(jié)果。從生產(chǎn)實(shí)踐的角度,其實(shí)我們并不需要知道某一次施肥其肥料養(yǎng)分被完全消耗時(shí)的真實(shí)利用率,我們只需要知道當(dāng)季被消耗的那部分肥料養(yǎng)分的利用率,以及以前多次不同時(shí)期施肥累計(jì)在當(dāng)前土壤中的肥料養(yǎng)分利用率就可以了。因?yàn)楫?dāng)季作物吸收的養(yǎng)分還有相當(dāng)一部分甚至是大部分是來(lái)自于以前各個(gè)時(shí)期通過(guò)施肥措施進(jìn)入到土壤中的養(yǎng)分,這部分養(yǎng)分的真實(shí)利用率及其損失率反映的也主要是以前肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率和損失率。因而可以推斷對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的土壤-作物系統(tǒng)而言,在施肥是土壤養(yǎng)分主要來(lái)源的情況下,肥料真實(shí)利用率和損失率就分別等同于養(yǎng)分真實(shí)利用率和損失率。因而肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的公式,是完全可以采用如下公式:因此,肥料養(yǎng)分損失率=100%-肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率,或用下式計(jì)算:上式中如果施肥和作物種植導(dǎo)致土壤養(yǎng)分總量增加,則土壤養(yǎng)分減少量為負(fù)值。在不施肥的土壤中,式(8)和式(9)可用來(lái)計(jì)算土壤養(yǎng)分的真實(shí)利用率和損失率。一定條件下,除了施肥,土壤養(yǎng)分可能有其他的來(lái)源,如干濕沉降、灌溉水、側(cè)滲和地下水,以及生物固氮等,這些來(lái)源的養(yǎng)分量只要能測(cè)算出其實(shí)際值,假設(shè)其真實(shí)利用率和損耗率與土壤和肥料中的養(yǎng)分接近,就可以加入到養(yǎng)分總消耗量中,這樣可以更準(zhǔn)確地計(jì)算出肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率和損失率。其計(jì)算公式為:對(duì)于深入了解肥料去向的研究而言,不同來(lái)源的養(yǎng)分(包括不同時(shí)期施肥殘留至土壤中的養(yǎng)分)其真實(shí)利用率和損失率可能有所不同,但區(qū)分不同來(lái)源養(yǎng)分的難度極大。對(duì)于指導(dǎo)施肥實(shí)踐而言,各種養(yǎng)分的平均真實(shí)利用率和損失率已經(jīng)足夠讓人們判別各種施肥和養(yǎng)分管理措施的效率了。此外,如果施肥外的其他養(yǎng)分源貢獻(xiàn)很小,或者其他養(yǎng)分來(lái)源很難監(jiān)測(cè),其貢獻(xiàn)量和損失量也難以明確區(qū)分的情況下,也可以將其他源養(yǎng)分量忽略不計(jì),即采用式(8)來(lái)作為大多數(shù)條件下肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的計(jì)算公式是比較合適的。而式(10)作為氮肥真實(shí)利用率的計(jì)算公式可能更加合適,因?yàn)橛性S多研究證實(shí)一些區(qū)域氮沉降在農(nóng)田氮素供應(yīng)中有著相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)［23-26］。3施氮磷素的真實(shí)利用率從式(8)來(lái)看,較準(zhǔn)確地測(cè)算我國(guó)肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率,需要知道土壤中養(yǎng)分的變化量。對(duì)于短期的一季試驗(yàn)而言,土壤養(yǎng)分變化量的測(cè)定基于目前常規(guī)方法測(cè)算的誤差會(huì)很大。在較準(zhǔn)確土壤養(yǎng)分變化量測(cè)定方法建立之前,我國(guó)肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率還需要通過(guò)借助長(zhǎng)期定位試驗(yàn)來(lái)得到較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù),中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所河南封丘潮土長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)從1989年至2004年,氮磷鉀化肥(NPK)處理小麥、玉米的氮肥表觀利用率平均為60%［27］。而根據(jù)肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的計(jì)算公式,27季種植共投入化肥氮:27×150=4050kghm－2,土壤殘留氮為589kghm－2,作物吸收氮為3195kghm－2,不考慮其他氮投入的情況下,已經(jīng)消耗的化肥氮的真實(shí)利用率計(jì)算結(jié)果為3195/(4050-589)×100%=92.3%。假設(shè)氮磷鉀處理在此期間與不施氮的磷鉀處理(PK)從其他途徑(非施肥)獲得了同等的氮量890kghm－2［27］,則NPK處理氮肥的真實(shí)利用率為3195/(4050+890-589)×100%=73.4%(實(shí)為氮素利用率,但假設(shè)進(jìn)入土壤的其他氮源與氮肥損失率相同,則氮肥利用率等同于氮素利用率)。由氮肥真實(shí)利用率可以判斷出無(wú)論是施氮肥還是通過(guò)其他途徑(生物固氮、氮沉降、地下水氮貢獻(xiàn))進(jìn)入土壤中的氮素最終有26.6%被損失掉了。如果NPK其他途徑獲得的氮素低于PK處理(通常土壤缺氮時(shí),會(huì)激發(fā)土壤中的生物固氮以及地下水中氮的向上遷移),則該試驗(yàn)的氮肥利用率會(huì)高于73.4%,但最高不超過(guò)92.3%。因而氮肥真實(shí)利用率的計(jì)算結(jié)果受其他源氮量的影響很大。同樣對(duì)該長(zhǎng)期定位的鉀肥真實(shí)利用率進(jìn)行計(jì)算［28］,1989―2005年16年間,NPK處理作物累計(jì)吸收鉀3471kghm－2,累計(jì)施鉀肥3984kghm－2,耕層土壤鉀殘留約為462kghm－2,其他鉀素來(lái)源忽略不計(jì),則鉀肥的真實(shí)利用率為:3471/(3984-462)×100%=98.6%,僅有1.4%被損失掉了(可能進(jìn)入亞耕層)。而根據(jù)常規(guī)的方法計(jì)算出的鉀肥利用率平均僅為(3471-2352)/3984×100%=28.1%。這樣的利用率與報(bào)道的我國(guó)鉀肥平均利用率30%非常接近［2］,但遠(yuǎn)低于鉀肥的真實(shí)利用率,從鉀肥的真實(shí)利用率來(lái)看,NPK處理鉀肥資源是非常高效的處理,在該作物種植制度和產(chǎn)量水平下已經(jīng)接近最理想的肥料利用率水平。但根據(jù)常規(guī)的鉀肥表觀利用率卻無(wú)法判斷28.1%的表觀利用率是低了,還是已經(jīng)比較理想了,也無(wú)法計(jì)算出鉀肥的損失率是多少。此外對(duì)于一些長(zhǎng)期施肥量、產(chǎn)量比較穩(wěn)定一致,土壤肥力基本達(dá)到平衡的農(nóng)田(即土壤養(yǎng)分沒(méi)有消長(zhǎng)),肥料真實(shí)利用率(如磷鉀肥)即為:作物養(yǎng)分吸收量/施肥量×100%,損失率即為:(施肥量-作物養(yǎng)分吸收量)/施肥量×100%。氮肥因沉降和土壤固氮的貢獻(xiàn)如能大致評(píng)估其貢獻(xiàn)量,只需要在施肥量中加入其他源貢獻(xiàn)的氮量即可計(jì)算出大致的氮肥真實(shí)利用率和損失率,其結(jié)果對(duì)于評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)胤柿险鎸?shí)利用率和損失率,指導(dǎo)施肥措施的改進(jìn)策略也有較好的參考作用。4對(duì)我國(guó)養(yǎng)分損失率和真實(shí)利用率的測(cè)算方法肥料真實(shí)利用率的應(yīng)用將會(huì)有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):(1)可以較準(zhǔn)確地反映肥料養(yǎng)分的真實(shí)利用率和損失率。肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的結(jié)果將會(huì)比較穩(wěn)定可靠,其結(jié)果無(wú)論是一季還是多季,一年還是多年不會(huì)有太大的波動(dòng),肥料真實(shí)利用率的短期測(cè)算結(jié)果和長(zhǎng)期測(cè)算結(jié)果體現(xiàn)的是個(gè)體和群體的差異,在一定的土壤作物系統(tǒng)中會(huì)是比較穩(wěn)定的。其結(jié)果與無(wú)肥區(qū)無(wú)關(guān),僅與被調(diào)研田塊土壤保肥性能以及影響?zhàn)B分損失率的施肥管理措施密切相關(guān)。(2)可以為測(cè)算我國(guó)肥料養(yǎng)分損失率提供另外的計(jì)算途徑。我國(guó)肥料養(yǎng)分損失率目前沒(méi)有可靠的數(shù)據(jù),不僅化肥,有機(jī)肥、秸稈養(yǎng)分、肥沃土壤固有養(yǎng)分損失率方面的數(shù)據(jù)尤其缺乏,一般都是通過(guò)徑流和淋溶試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行估算。如果能夠較準(zhǔn)確地測(cè)定土壤養(yǎng)分的變化,就可以較準(zhǔn)確地測(cè)算我國(guó)各種養(yǎng)分的損失率。在測(cè)定各種途徑養(yǎng)分直接損失量比較困難的情況下,未來(lái)發(fā)展準(zhǔn)確測(cè)定土壤養(yǎng)分變化的方法,結(jié)合多年定位試驗(yàn)來(lái)測(cè)算肥料養(yǎng)分損失率不失為一種更好的方法。(3)可為各種施肥措施是否高效提供有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)。追求最高肥料真實(shí)利用率,減少損失率是所有施肥措施的最終目標(biāo)之一。任何施肥措施除了增產(chǎn)增收外,還要讓養(yǎng)分損失率降到最低?；陴B(yǎng)分損失率可以準(zhǔn)確地判斷施肥對(duì)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng),也可以判斷土壤中影響?zhàn)B分損失的關(guān)鍵因素,并可以采取有效的策略來(lái)提高肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率。(4)可為肥料對(duì)糧食生產(chǎn)的巨大貢獻(xiàn)提供直接的數(shù)據(jù)證據(jù),采用新的方法計(jì)算的肥料真實(shí)利用率,可清楚地反映出肥料養(yǎng)分被植物吸收利用的比例。土壤中的養(yǎng)分除氮肥可小部分通過(guò)生物固氮和沉降獲得外,其他的礦質(zhì)養(yǎng)分絕大多數(shù)是要通過(guò)施入的肥料來(lái)補(bǔ)充?？梢哉f(shuō)超出長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中不施肥處理產(chǎn)量的部分都是肥料對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn),而且不施肥處理中氮沉降也有來(lái)自肥料氮揮發(fā)的貢獻(xiàn),因而肥料對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)甚至更多。目前肥料表觀利用率的下降,未必能準(zhǔn)確說(shuō)明肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的貢獻(xiàn)在下降,因?yàn)檫@是土壤肥力培肥后該肥料利用率計(jì)算方法得到的必然結(jié)果,是符合報(bào)酬遞減規(guī)律的。土壤培肥是以前肥料投入的殘留,后續(xù)肥力的維持也要有肥料的投入。肥料的作用仍然非常重要,只是更要注重適度使用肥料,未來(lái)肥料的投入量需要更多地依照肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率,以及植物體內(nèi)單位養(yǎng)分的糧食生產(chǎn)率來(lái)確定。(5)為施肥科學(xué)的深入提供了新的研究思路。肥料真實(shí)利用率的計(jì)算思路明確,只有消耗掉的部分,才可以對(duì)其真實(shí)利用率和損失率進(jìn)行測(cè)算,因而可以較準(zhǔn)確地反映各種來(lái)源總養(yǎng)分的真實(shí)利用率。如果采用示蹤法,則可以分別研究農(nóng)田不同來(lái)源養(yǎng)分的真實(shí)利用率及其損失率。不采用示蹤法,總養(yǎng)分的真實(shí)利用率則基本可代表主要養(yǎng)分源的真實(shí)利用率,因而可以較準(zhǔn)確地測(cè)算以某種養(yǎng)分源,如以單一化肥、有機(jī)肥或秸稈還田或土壤固有養(yǎng)分為主要養(yǎng)分源時(shí)的養(yǎng)分真實(shí)利用率。能夠?qū)Ω鞣N不同來(lái)源養(yǎng)分的真實(shí)利用率和損失率進(jìn)行較為客觀的測(cè)算,將會(huì)推動(dòng)養(yǎng)分循環(huán)和高效利用的機(jī)理研究更加深入和明確。使人們對(duì)化學(xué)肥料源以外的養(yǎng)分對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn),以及對(duì)環(huán)境污染的影響也有較清楚的認(rèn)識(shí)?；谶@些認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的高效施肥和養(yǎng)分管理措施會(huì)更加具有針對(duì)性和有可持續(xù)性。5影響因素及調(diào)控措施研究和測(cè)算我國(guó)典型區(qū)域及種植制度下肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率及損失率非常重要,亟待加強(qiáng)這方面的研究。目前我國(guó)有許多的土壤肥力監(jiān)測(cè)點(diǎn)及肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn),對(duì)這些位點(diǎn)的樣品和數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析即可獲得不同區(qū)域肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率和損失率。在基本了解我國(guó)肥料和土壤養(yǎng)分損失率的基礎(chǔ)上,未來(lái)可設(shè)立我國(guó)肥料養(yǎng)分損失率的上限指標(biāo),用于規(guī)范和指導(dǎo)施肥實(shí)踐。同時(shí)設(shè)立土壤養(yǎng)分損失率的指標(biāo),用于規(guī)范不同區(qū)域不同類(lèi)型作物土壤養(yǎng)分肥力的培育上限。未來(lái)需要加強(qiáng)土壤養(yǎng)分變化量測(cè)定方法的研究,建立不同土壤養(yǎng)分變化量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法,這是準(zhǔn)確計(jì)算肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率的基礎(chǔ),同時(shí)也是準(zhǔn)確測(cè)算短期(如一季或一年)肥料養(yǎng)分損失率的基礎(chǔ),而后者是所有施肥措施需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。采用目前常規(guī)的土壤養(yǎng)分測(cè)定方法,如全量養(yǎng)分或速效養(yǎng)分測(cè)定方法來(lái)測(cè)定土壤養(yǎng)分的變化,其結(jié)果均未必準(zhǔn)確。例如土壤鉀素變化采用常規(guī)的速效鉀或緩效鉀方法均不能準(zhǔn)確測(cè)定［29］。土壤全量養(yǎng)分由于基數(shù)過(guò)高,只有在土壤養(yǎng)分發(fā)生較大變化的情況下其反映的變化結(jié)果才較準(zhǔn)確。如果施肥引起的土壤短期養(yǎng)分變化在100~200mgkg－1以內(nèi),則需要建立新的土壤養(yǎng)分變化專(zhuān)用的測(cè)定方法來(lái)解決。需要加強(qiáng)養(yǎng)分損失率的影響因素及調(diào)控措施方面的研究,如養(yǎng)分損失率與土壤肥力水平、作物產(chǎn)量、施肥量、不同肥料種類(lèi)等等多種因素之間的關(guān)系研究,用于指導(dǎo)施肥實(shí)踐。作物體內(nèi)養(yǎng)分利用效率方面需要提高養(yǎng)分的生理效率。與肥料養(yǎng)分利用率類(lèi)似,我國(guó)不宜采用基于肥料施入量的各種肥料生理利用率的算法,而應(yīng)該是基于吸收的養(yǎng)分量,或相應(yīng)養(yǎng)分損失量而計(jì)算出來(lái)的生理利用率較為合適。由于我國(guó)高強(qiáng)度種植條件下,與土壤已有的養(yǎng)分相比,新施入的肥料養(yǎng)分占比較高,所有的基于當(dāng)季施肥量計(jì)算出來(lái)的效率均會(huì)較施肥占總養(yǎng)分供應(yīng)比例較低的發(fā)達(dá)國(guó)家的效率低［30］。但對(duì)應(yīng)于同樣的作物產(chǎn)量、作物養(yǎng)分吸收量或養(yǎng)分損失量作物體內(nèi)的生理效率差異可能沒(méi)有那么大。因而無(wú)論是肥料偏生產(chǎn)力(PFP)、肥料農(nóng)學(xué)效率(AE)還是肥料生理利用率(PE)均沒(méi)有基于消耗的總養(yǎng)分的偏生產(chǎn)力、養(yǎng)分農(nóng)學(xué)效率和養(yǎng)分生理利用率更加客觀。提高基于總消耗養(yǎng)分的各種生理效率,既需要從減少養(yǎng)分的損失入手,又需要提高作物吸收的養(yǎng)分在作物體內(nèi)的利用效率。而后者主要是防止養(yǎng)分的奢侈吸收,尤其是不能歸還農(nóng)田的收獲物部分養(yǎng)分的奢侈吸收。作物吸收單位養(yǎng)分獲得的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量則是一個(gè)較好的指標(biāo),正如徐富賢等提出的將氮素稻谷生產(chǎn)效率(稻谷產(chǎn)量/成熟期地上部植株吸氮總量)作為水稻氮素利用評(píng)價(jià)指標(biāo),較其他指標(biāo)會(huì)有更多的優(yōu)勢(shì)［31］。未來(lái)的農(nóng)田高效施肥策略,一方面要促進(jìn)糧食優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),另一方面要盡可能地提高肥料養(yǎng)分真實(shí)利用率,也就是減少養(yǎng)分的損失率。