2.2 氮素循環(huán)

　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主要依賴化肥等化石型生產(chǎn)資料補(bǔ)充養(yǎng)分虧損?；试谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用，雖然提高了作物產(chǎn)量，但也帶來(lái)一系列問(wèn)題，如養(yǎng)分資源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本上升、產(chǎn)出/投入比低、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、土壤板結(jié)、水源污染等（袁新民 等，2000；郭勝利等，2005）。利用有機(jī)肥中含有的氮素來(lái)平衡土壤中的氮素是生態(tài)農(nóng)田的重要特征。有機(jī)肥是指利用動(dòng)植物殘?bào)w、排泄物及生物廢料等，通過(guò)堆制腐熟技術(shù)消除其中的有害物質(zhì)（病原菌、病蟲卵害、雜草種子等）后，形成的一種自然肥料（甄珍等，2012）。有機(jī)肥富含植物生長(zhǎng)所需的各種元素及有機(jī)養(yǎng)分，可滿足作物不同生長(zhǎng)時(shí)期的養(yǎng)分需要（孫寧科和索東讓，2011）。

　　有機(jī)肥料與化學(xué)肥料一樣，在生態(tài)農(nóng)田管理中也存在施用量問(wèn)題。施用量過(guò)少，無(wú)法滿足作物生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分需要；施用量過(guò)多，不僅造成資源浪費(fèi)，還易造成土壤氮素過(guò)剩，從而影響作物生長(zhǎng)（張福鎖和巨曉棠，2002；婁庭等，2010）。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥的施用量應(yīng)根據(jù)土壤中各種養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)消耗情況確定，做到合理施肥。

　　本團(tuán)隊(duì)以河南省貞德有機(jī)農(nóng)業(yè)公司生態(tài)農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為例，通過(guò)估算農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的氮素平衡指標(biāo)，探討了農(nóng)田土壤的最佳有機(jī)肥施用量。貞德生態(tài)農(nóng)場(chǎng)坐落于河南省安陽(yáng)市湯陰縣，占地 200 公頃，土地肥沃，自然水資源豐富，遠(yuǎn)離工礦企業(yè)和污染源；該區(qū)氣候溫和、四季分明、日照充足，年平均氣溫為 12.7～13.7℃，全年降雨量為 620 毫米，全年無(wú)霜期 210 天以上，為典型的暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。此農(nóng)場(chǎng)采用冬小麥-夏玉米輪作耕種模式，不施化肥，不打農(nóng)藥，作物秸稈大部分漚制沼氣（1 000 立方米的沼氣池），沼液沼渣還田，采用人工＋機(jī)械除草，作物產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了 1 000 千克/（畝·年）。在無(wú)化肥使用前提下，本團(tuán)隊(duì)提出了有機(jī)肥補(bǔ)充氮肥的具體計(jì)算依據(jù)（甄珍等，2012）。

　　2.2.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素輸入項(xiàng)

　　氮素輸入項(xiàng)，除施加有機(jī)肥外，還包括大氣干濕沉降（遆超普和顏曉元，2010）、沼液沼渣還田（張昌愛等，2009）、農(nóng)田雜草還田（侯紅乾 等，2007）。在河南省貞德有機(jī)農(nóng)業(yè)公司生態(tài)農(nóng)場(chǎng)每年的氮素輸入量中，大氣干濕沉降的氮量為 3320 千克；1 000 立方米沼渣還田的氮量為4600 千克，沼液還田的氮量約為 280 千克；雜草還田的氮量約為 510 千克（表 2-1）。則除有機(jī)肥外，該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)每年的氮素輸入總量為干沉降的氮量＋濕沉降的氮量＋沼渣還田的氮量＋沼液還田的氮量＋雜草還田的氮量≈8 710（千克）

　　2.2.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氦素輸出項(xiàng)

　　農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素輸出項(xiàng)，包括作物攜出（籽粒和秸稈）（馬國(guó)勝等，2007；趙鵬等，2010）和氮的損失，其中氮的損失包括反硝化損失（一氧化碳、氮氧化物、氮?dú)猓▌⒓t梅 等，2011）和硝酸鹽氮淋失（巨曉棠和張福鎖，2003）。經(jīng)計(jì)算，在農(nóng)場(chǎng)每年的氮素輸出量中，小麥和玉米籽粒帶走的氮量約為 71 050千克；小麥和玉米秸稈帶走的氮量約為 25 500 千克；反硝化損失的氮量約為 3 200千克；硝酸鹽氮淋失的氮量（施加有機(jī)肥）約為 17 024 千克（表 2-1）。該農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)每年的氮素輸出總量為小麥和玉米籽粒帶走的氮量＋小麥和玉米秸稈帶走的氮量＋反硝化損失的氮量＋硝酸鹽氮淋失的氮量≈116 774（千克）（2-2）

　　2.2.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素收支

　　由式（2-1）和式（2-2）可知，該農(nóng)場(chǎng)每年所需的最低有機(jī)肥添加量為每年的氮素輸出總量 - 每年的氮素輸入總量≈108 064（千克） （2-3）按照有機(jī)肥（純牛糞堆肥）含氮量為 2.1%計(jì)算，該農(nóng)場(chǎng)每年所需施加有機(jī)肥的最佳用量為：108 064 千克 / 2.1%≈5 146 噸。即為了保持農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮素平衡，此農(nóng)場(chǎng)每年需要施加有機(jī)肥約為 5 146噸，即 25.7 噸/公頃。這個(gè)用量既可以提高農(nóng)田中無(wú)機(jī)氮的利用率，減少氮素的損失，又可以減輕因過(guò)量施用化肥導(dǎo)致的氮素盈余及農(nóng)田污染的問(wèn)題。

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