劉宏元，張愛(ài)平，楊世琦，邢 磊，楊正禮

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮肥的投入極大提高了糧食產(chǎn)量，有資料表明因氮肥投入而增產(chǎn)的作物養(yǎng)育的人口數(shù)量超過(guò)了35億[1-2]。同時(shí)，氮肥的大量施用也導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，如水體富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化、N2O和NH3排放增加等[3-6]。山東省是我國(guó)小麥和玉米的生產(chǎn)大省，根據(jù)2017年山東省統(tǒng)計(jì)年鑒，化肥單位面積平均用量達(dá)到466.54 kg N·hm-2·a-1，而德州市農(nóng)戶(hù)的氮肥平均施用量已經(jīng)高達(dá)591 kg N·hm-2·a-1，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家為防止化肥對(duì)水體造成污染而設(shè)置的225 kg N·hm-2·a-1的安全上限[7]。第一次全國(guó)污染源普查結(jié)果顯示，山東省種植業(yè)源污染物排放占全國(guó)農(nóng)業(yè)源比例接近10%。因此，在保證糧食作物產(chǎn)量的前提下，科學(xué)施用氮肥已經(jīng)成為山東省農(nóng)業(yè)相關(guān)部門(mén)亟待解決的問(wèn)題。

合理的施氮量是科學(xué)施肥最為重要的內(nèi)容[8]，而根據(jù)最佳氮素盈余量可以推導(dǎo)出合理的施氮量范圍[9-10]。農(nóng)田氮素盈余是氮素管理中的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)氮素投入生產(chǎn)力、環(huán)境影響和土壤肥力變化的最佳指標(biāo)[11]。某一生產(chǎn)單位合理的氮素盈余量實(shí)質(zhì)上就是氮素?fù)p失后該生產(chǎn)單位可以自身建立起循環(huán)且不導(dǎo)致大氣、土體和水體污染的氮素含量[9]。近年來(lái)，已有的氮素盈余參考值往往是華北地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)等大尺度區(qū)域下得出的籠統(tǒng)結(jié)果[10]，如在巨曉棠等[9]文章中，綜述了華北地區(qū)氮素?fù)p失與氮素盈余情況，提出華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系下氮素盈余量推薦值為80 kg N·hm-2·a-1。氮素盈余值由于尺度不同、區(qū)域不同，其值往往也有很大的差異。因此，針對(duì)某一具體的小尺度區(qū)域，系統(tǒng)性的研究農(nóng)田氮素盈余，根據(jù)盈余量參考指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化施肥，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田氮素優(yōu)化管理十分重要。另外，氮素?fù)p失量是評(píng)估氮素?cái)U(kuò)散到環(huán)境中的重要指標(biāo)[11]，并結(jié)合氮素盈余量，根據(jù)二者的關(guān)系建立氮素污染指標(biāo)體系可以有效地評(píng)價(jià)農(nóng)田污染情況。但因土壤存在較大的空間變異性，氮素分布和流失受諸多因素影響，找到可以把復(fù)雜的因素簡(jiǎn)單化的評(píng)價(jià)方法非常關(guān)鍵，歐氏距離法在評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的許多研究中被應(yīng)用[12]，并且評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況，本文在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建了氮素管理指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，可以直觀地表現(xiàn)德州市氮素管理水平。

結(jié)合文獻(xiàn)薈萃和長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，本文研究了山東省德州市冬小麥-夏玉米輪作體系土壤氮素盈余指標(biāo)體系的構(gòu)建與評(píng)價(jià)方法，旨在建立該地區(qū)合理的氮盈余指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法，指出德州市氮素管理存在的問(wèn)題并給出相應(yīng)的建議，為該地技術(shù)的推廣應(yīng)用和政策的制定提供科學(xué)依據(jù)，也為其他小尺度區(qū)域研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

本研究以華北地區(qū)德州市為研究區(qū)域，研究該地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系土壤氮素平衡與循環(huán)。德州市位于山東省西北部的黃河下游沖積平原，糧食作物以小麥、玉米為主。本文數(shù)據(jù)多來(lái)自于課題組在山東省德州市平原縣黃河涯鎮(zhèn)德州現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而更好地解析冬小麥-夏玉米輪作體系典型農(nóng)田氮素盈余狀況，更新氮素盈余指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)，為以后研究提供參考。本試驗(yàn)平臺(tái)所采取的種植方式、氮肥管理方式等與德州市農(nóng)戶(hù)所采取的措施一致，且德州市土壤肥力主要為中產(chǎn)土壤，整個(gè)德州市全氮含量標(biāo)準(zhǔn)誤差和堿解氮標(biāo)準(zhǔn)誤差均較低，分別為0.08 g·kg-1和27.4 mg·kg-1[13]，因此具有一定代表性，對(duì)德州市的施氮現(xiàn)狀和土壤氮素平衡研究有重要的參考意義。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為砂壤土，pH值為8.54，堿解氮為 26.56 mg·kg-1，年平均降水量 547.50 mm，主要集中在6—8月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)施氮水平，分別以CK（常規(guī)施肥:570 kg N·hm-2·a-1）、N0（未施肥:0 kg N·hm-2·a-1）、N1（減量 10%:514 kg N·hm-2·a-1）、N2（減量20%:456 kg N·hm-2·a-1）和N3（減量30%:400 kg N·hm-2·a-1）來(lái)表示，其中小麥季施氮量分別為315、0、284、252、221 kg N·hm-2（分基肥和追肥兩次施入，比例為1∶1），玉米季施氮量分別為255、0、230、204、179 kg N·hm-2。各處理磷鉀肥用量為:玉米季（P2O545 kg·hm-2，K2O 60 kg·hm-2）和小麥季（P2O5270 kg·hm-2，K2O 0 kg·hm-2）。為防止試驗(yàn)小區(qū)之間側(cè)滲和串流，各個(gè)試驗(yàn)小區(qū)用預(yù)制板隔離，地下埋深60 cm，田埂包高20 cm。試驗(yàn)所選用的玉米品種為魯寧184，小麥品種為魯寧22。試驗(yàn)地的其他農(nóng)作管理措施如除草、病蟲(chóng)害防治等與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施一致。

1.3 研究方法

本研究以農(nóng)田土壤為研究界面，研究華北平原冬小麥-夏玉米輪作體系上的氮素平衡。氮素盈余量公式為

式中，A表示氮素每年在土壤中的氮素盈余量；ITotal表示輸入總量；OTotal表示輸出總量。三者的單位均為kg N·hm-2·a-1。

式中:If為氮肥輸入氮量；Ist為秸稈還田輸入氮量；Ise為種子輸入氮量；Ii為灌溉水輸入氮量；Ia為大氣沉降輸入氮量。上述5項(xiàng)參數(shù)的單位均為kg N·hm-2·a-1。

式中:Og為小麥玉米籽粒吸氮量；Ost為小麥玉米秸稈吸氮量；Or為損失氮量。上述3項(xiàng)參數(shù)的單位均為kg N·hm-2·a-1。

氮輸入項(xiàng)和輸出項(xiàng)數(shù)據(jù)具體來(lái)源和算法:

（1）氮輸入項(xiàng)

氮肥施用量的數(shù)據(jù)為課題組在試驗(yàn)田實(shí)際施用量；

秸稈還田帶入氮=秸稈產(chǎn)量×秸稈還田率×秸稈氮含量

式中秸稈產(chǎn)量為田間實(shí)測(cè)產(chǎn)量；

灌溉帶入氮=整個(gè)輪作周期灌溉量×灌溉水氮含量；

種子帶入氮=播種量×作物籽粒氮含量；

干濕沉降來(lái)自文獻(xiàn)匯總結(jié)果。

（2）氮輸出項(xiàng)

籽粒移出氮=作物籽粒產(chǎn)量×籽粒攜出氮量；

秸稈移出氮=秸稈產(chǎn)量×秸稈氮含量；

損失氮包括地表徑流、淋洗、氨揮發(fā)和N2O排放，其數(shù)據(jù)為田間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

在本試驗(yàn)條件下，輸入項(xiàng)中，干濕沉降數(shù)據(jù)是根據(jù)2010—2017年已發(fā)表的關(guān)于華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系下沉降的文章匯總分析的結(jié)果；非共生固氮數(shù)據(jù)參考趙榮芳等[14]；種子含氮量為田間實(shí)際播種量乘以種子含氮量；灌溉水中氮含量為灌溉水量乘以其含氮量（采集水樣分析測(cè)定其氮含量）。輸出項(xiàng)中，作物吸收氮量和氨揮發(fā)、N2O排放以及淋洗、徑流等損失氮量均為田間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。作物收獲時(shí)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)收獲2 m×3 m=6 m2的樣方進(jìn)行籽粒和秸稈測(cè)產(chǎn)，采集樣品利用H2SO4-H2O2消煮、蒸餾定氮方法測(cè)定籽粒和秸稈含氮量；氨揮發(fā)是采用通氣法進(jìn)行捕獲，具體采集操作和計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[15-16]；N2O排放采用靜態(tài)箱法進(jìn)行采集，采集的氣樣利用氣相色譜（Agilent7890，USA）測(cè)定，方法詳見(jiàn)陳哲等[17]；收集淋洗和徑流的水樣并測(cè)定水量和水樣含氮量進(jìn)而計(jì)算淋洗和徑流氮素?fù)p失量。

1.4 氮素管理水平的評(píng)價(jià)方法

為了更加直觀表現(xiàn)德州市氮素管理存在的問(wèn)題及今后改進(jìn)方向，我們采用基于歐氏距離的評(píng)價(jià)方法對(duì)其氮素管理指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先是建立目標(biāo)系統(tǒng)（The goal system），在本研究中，我們參考巨曉棠等[9-10]的各指標(biāo)參考值作為目標(biāo)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)就是未來(lái)氮素盈余指標(biāo)的方向。目標(biāo)系統(tǒng)就是該系統(tǒng)評(píng)價(jià)的標(biāo)尺，一個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)階段的狀態(tài)與目標(biāo)系統(tǒng)之間的差距就可以衡量該系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，用D表示，如公式（4）所示:

式中:D代表系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離，fi代表任一系統(tǒng)，F(xiàn)代表目標(biāo)系統(tǒng)。此外，引入最差狀態(tài)系統(tǒng)，是目標(biāo)系統(tǒng)的完全對(duì)立面，所有指標(biāo)均為最差，基于此，將這些取值稱(chēng)之為零系統(tǒng)（The zero system）。通常，零系統(tǒng)的取值為0，但對(duì)于氮素?fù)p失量（氨揮發(fā)、N2O排放和淋洗）的目標(biāo)系統(tǒng)是0，這樣對(duì)應(yīng)的零系統(tǒng)取值就不能為0，要根據(jù)情況設(shè)定合理的零系統(tǒng)。這樣一來(lái)，被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的所有指標(biāo)均處于零系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)之間，進(jìn)而方便進(jìn)行歐氏距離運(yùn)算。

引入歐氏距離（Euclidean distance）的概念，用dIG來(lái)代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的加權(quán)歐氏距離，如公式（5）所示:

式中:Xik代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，XGk代表目標(biāo)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值。Sk代表第k個(gè)指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差。由于上述所說(shuō)的Xik和XGk數(shù)據(jù)數(shù)值量綱不同，因此需要將其標(biāo)準(zhǔn)化，如公式（6）所示:

式中:x代表原始值，m代表均值，S代表標(biāo)準(zhǔn)差。如果施肥量等指標(biāo)超出區(qū)間范圍的情況，將按公式（7）處理:

式中:Y代表變換后的值；A代表目標(biāo)系統(tǒng)的指標(biāo)參考值；X代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)指標(biāo)值。如果轉(zhuǎn)換后結(jié)果為負(fù)值，那么Y直接取值0（認(rèn)為評(píng)價(jià)指標(biāo)值過(guò)高，導(dǎo)致對(duì)被評(píng)價(jià)系統(tǒng)影響效果為負(fù)）。由此，可以建立氮素管理指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算公式，公式如（8）所示。

式中:A代表氮素管理水平；dIG代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離；dZG代表零系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離，即最大距離。A值處在[0，1]，這樣可以符合通常的認(rèn)知習(xí)慣，A值越大，氮素管理水平越接近理論目標(biāo)狀態(tài)，即氮素各管理指標(biāo)越好。0＜A＜0.60表示低級(jí)氮素管理水平，0.60≤A＜0.80表示中級(jí)氮素管理水平，0.80≤A≤1表示高級(jí)氮素管理水平。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 德州市全年和各季氮素盈余量

全年、冬小麥季和夏玉米季氮素盈余表見(jiàn)表1和表2。在整個(gè)冬小麥-夏玉米輪作周期中，由于秸稈還田，秸稈氮素輸入和輸出項(xiàng)相等，因此表1中省略了輸入項(xiàng)中的秸稈輸入氮量和輸出項(xiàng)中的秸稈吸收氮量。從結(jié)果中可以看出，冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田氮素輸入主要來(lái)源于化肥投入；而氨揮發(fā)和氮素淋洗是重要的氮素?fù)p失去向。通過(guò)降低化肥施用量，均不同程度地降低了氮素?fù)p失量。從表2可以發(fā)現(xiàn)，各處理的化肥氮投入量基本滿足作物生長(zhǎng)籽粒和秸稈所需。除化肥氮的投入，還有干濕沉降、非共生固氮、秸稈還田等其他氮素投入方式，這就造成了土壤氮素盈余，加大了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。過(guò)量的氮肥施用是對(duì)資源的一種浪費(fèi)，未來(lái)要合理引導(dǎo)農(nóng)戶(hù)適當(dāng)施肥，以此實(shí)現(xiàn)在保證不減產(chǎn)的情況下優(yōu)化施肥的目標(biāo)。而在輸出項(xiàng)中，氨揮發(fā)和淋洗是氮素?fù)p失的主要途徑，尤其CK處理，兩項(xiàng)輸出項(xiàng)占其總氮素輸出的31.60%。因此，如何有效降低氨揮發(fā)和減少氮素淋洗是該地氮素管理的重要難題。

2.2 德州市氮素管理水平的評(píng)價(jià)

德州市是華北地區(qū)冬小麥-夏玉米輪作體系下典型農(nóng)田區(qū)域，對(duì)德州市氮素管理水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，有利于發(fā)現(xiàn)德州市氮素管理存在的問(wèn)題以及今后改進(jìn)的方向，使之實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施氮的目標(biāo)。同時(shí)，本評(píng)價(jià)結(jié)果也可以為山東省或者其他區(qū)域的冬小麥-夏玉米輪作體系氮素管理提供借鑒和參考。參考楊世琦等[12]文章建立目標(biāo)系統(tǒng)的指標(biāo)參考值，具體見(jiàn)表3。由于各處理輸入項(xiàng)中干濕沉降、種子、灌溉、非共生固氮和秸稈等帶入的氮素一致，且為了清晰易懂，本評(píng)價(jià)體系將氮素輸入項(xiàng)中的干濕沉降、非共生固氮、種子和灌溉等投入的氮統(tǒng)一為一個(gè)整體，即其他氮素總輸入。通過(guò)1.4的評(píng)價(jià)方法得出德州市氮素管理水平，結(jié)果見(jiàn)圖1。N0處理雖然A值較高，但其原因主要是氮素?fù)p失量較低。雖然N0處理可以減少氮素?fù)p失、增強(qiáng)土壤保護(hù)能力，但由于其作物吸氮量也非常低，在實(shí)際中不能推廣應(yīng)用。因此，本研究?jī)H將N0處理作為參考，不與其他處理共同分析。由圖1可知，德州市農(nóng)戶(hù)常規(guī)施肥（CK）處理的A值最低，氮肥減量10%～30%（N1、N2和N3）處理的A值略有增加，但與CK處理一樣，均屬于中級(jí)氮素管理水平。這意味著德州市常規(guī)氮素管理水平較低，存在問(wèn)題較多，不能僅依靠減少化肥施用量來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施肥的目的。為了進(jìn)一步分析德州市當(dāng)前氮素管理存在的問(wèn)題，采用雷達(dá)圖的方法直觀地分析CK處理與零系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)各指標(biāo)之間的距離，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其存在的問(wèn)題。結(jié)果（圖2）顯示，氨揮發(fā)量、N2O排放量和氮素淋洗量極高對(duì)CK處理的A值呈負(fù)貢獻(xiàn)，也是導(dǎo)致其A值較低的主要原因，即氮素?fù)p失是導(dǎo)致A值較低的主要原因。而氮肥施用量、其他氮素總輸入和籽粒吸收等處于中間水平，可以有計(jì)劃地改善這些指標(biāo)。德州市未來(lái)氮素施用主要關(guān)注點(diǎn)為減少氮素?fù)p失，目前可以通過(guò)施用新型緩釋肥料、配施有機(jī)肥和推廣測(cè)土平衡施肥技術(shù)等方法來(lái)解決。

表1 德州市冬小麥-夏玉米輪作體系下氮素盈余量（kg N·hm-2·a-1）Table 1 Nitrogen budget of winter-wheat/summer maize in Dezhou（kg N·hm-2·a-1）

表2 德州市小麥季和玉米季氮素盈余量（kg N·hm-2·a-1）Table 2 Nitrogen budget of wheat and maize in Dezhou（kg N·hm-2·a-1）

表3 評(píng)價(jià)系統(tǒng)指標(biāo)框架和目標(biāo)系統(tǒng)參考值Table 3 The flame of index and the reference values of the goal system

圖1 德州市氮素管理指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Figure 1 The evaluation results of nitrogen management index in Dezhou

2.3 德州市土壤氮素盈余指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于上述研究結(jié)果，分別探討全年、冬小麥季和夏玉米季的施氮量、氮素盈余量與氮素?fù)p失量（包括氨揮發(fā)、N2O排放、淋洗和徑流）的關(guān)系，以便建立合理的氮素盈余指標(biāo)體系。圖3表示的是整個(gè)輪作周期施氮量與氮素盈余量及氮素?fù)p失量之間的關(guān)系，通過(guò)關(guān)系式可知:當(dāng)盈余量為50 kg N·hm-2·a-1時(shí)，施氮量為 352.87 kg N·hm-2·a-1，且此時(shí)氮素?fù)p失量為112.74 kg N·hm-2·a-1，對(duì)環(huán)境危害較小，因此當(dāng)?shù)赜嗔繛?0～70 kg N·hm-2·a-1時(shí)為德州市氮素盈余推薦值。根據(jù)三者之間的關(guān)系，建立德州市冬小麥-夏玉米輪作體系下氮素盈余指標(biāo)體系（見(jiàn)表4）。

圖2 CK處理分析雷達(dá)圖Figure 2 The radar of the analysis of the CK treatment

計(jì)算出整個(gè)輪作周期氮素盈余體系，進(jìn)一步可以計(jì)算各單季對(duì)應(yīng)的結(jié)果。圖4表示冬小麥季施氮量與氮素盈余量和氮素?fù)p失量之間的關(guān)系。當(dāng)?shù)赜嗔繛?0 kg N·hm-2時(shí)，對(duì)應(yīng)的施氮量為195.83 kg N·hm-2，此時(shí)損失量為76.25 kg N·hm-2，對(duì)環(huán)境危害較小。因此將30 kg N·hm-2設(shè)置為冬小麥季氮素盈余量推薦值，氮素盈余量在10～50 kg N·hm-2范圍內(nèi)即為合理。同樣的，依據(jù)不同盈余量的施氮量和氮素?fù)p失量所造成的污染程度設(shè)置5個(gè)等級(jí)，分別為極低、低、合理、高和極高，提出相應(yīng)的管理建議（見(jiàn)表4）。

圖3 冬小麥-夏玉米輪作體系下施氮量、盈余量和損失量的關(guān)系圖Figure 3 Relationship between nitrogen application and surplus and loss of wheat-maize rotation system

圖4 冬小麥季施氮量、盈余量和損失量的關(guān)系圖Figure 4 Relationship between nitrogen application and surplus and loss of wheat

表4 冬小麥-夏玉米輪作氮素污染評(píng)價(jià)管理建議Table 4 Suggestions on management of nitrogen pollution in wheat and maize

圖5 夏玉米季施氮量、盈余量和損失量的關(guān)系圖Figure 5 Relationship between nitrogen application and surplus and loss of maize

與冬小麥季相同，圖5表示夏玉米季施氮量與氮素盈余量和氮素?fù)p失量之間的關(guān)系。當(dāng)?shù)赜嗔繛?0 kg N·hm-2時(shí)，對(duì)應(yīng)的施氮量為182.22 kg N·hm-2，此時(shí)氮素?fù)p失量為 57.08 kg N·hm-2，對(duì)環(huán)境危害小。因此將40 kg N·hm-2設(shè)置為夏玉米季的氮素盈余量推薦值，氮素盈余量在20～60 kg N·hm-2范圍內(nèi)即為合理。同樣的，依據(jù)不同氮素盈余量所對(duì)應(yīng)的施氮量和氮素?fù)p失量所造成的污染程度設(shè)置5個(gè)等級(jí)，分別為極低、低、合理、高和極高，提出相應(yīng)的管理建議（表4）。

3 討論

土壤氮素平衡包括氮素進(jìn)入土壤、從土壤中的損失及土壤氮庫(kù)的變化，可以反映各種氮素?fù)p失途徑及土壤氮素盈虧。過(guò)去的研究中，只是考慮了生育期有機(jī)氮的礦化量，而未考慮到無(wú)機(jī)氮的固持量，這樣得出的結(jié)果是不完全的[18]。因此，本研究補(bǔ)充了無(wú)機(jī)氮固持量的內(nèi)容，進(jìn)而得出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。當(dāng)?shù)赜嗔繛?0 kg N·hm-2·a-1時(shí)，所對(duì)應(yīng)的氮素?fù)p失量也較小，施氮量為352.87 kg N·hm-2·a-1，此時(shí)與巨曉棠等[9]推算的華北地區(qū)全年合理施氮量（350 kg N·hm-2·a-1）一致，因此當(dāng)?shù)赜嗔繛?30～70 kg N·hm-2·a-1時(shí)，為德州市氮素盈余量推薦值，這一推薦值略低于郭婧妤[19]推薦的60～100 kg N·hm-2·a-1，主要原因是德州市長(zhǎng)期高氮量施用導(dǎo)致土壤氮素含量本身較高且德州市氨揮發(fā)強(qiáng)度顯著高于華北地區(qū)平均值[20]，氮素?fù)p失量較大。因此，德州市當(dāng)前的氮素盈余量推薦值應(yīng)略低于華北地區(qū)平均值。在小麥季時(shí)，當(dāng)盈余量為30 kg N·hm-2時(shí)，對(duì)應(yīng)的施氮量為195.83 kg N·hm-2。這一結(jié)果與巨曉棠[21]推算的華北冬小麥季氮肥推薦量（196 kg N·hm-2）一致，符合現(xiàn)狀條件下農(nóng)田耕作措施的合理施肥量。在夏玉米季時(shí)，當(dāng)盈余量為40 kg N·hm-2時(shí)，對(duì)應(yīng)的施氮量為182.22 kg N·hm-2。這一結(jié)果與吳良泉等[22]推薦華北地區(qū)夏玉米季氮肥施用量178 kg N·hm-2一致。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，德州市冬小麥-夏玉米輪作農(nóng)田未來(lái)施肥方案應(yīng)按季所需，適當(dāng)降低氮肥施用量，在保證補(bǔ)充土壤氮庫(kù)的同時(shí)，減少氮素資源浪費(fèi)，以實(shí)現(xiàn)土壤氮素達(dá)到相對(duì)理想的平衡狀態(tài)。

利用歐氏距離法對(duì)德州市氮素管理水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)處理（CK處理）未達(dá)到高級(jí)氮素管理水平，這主要是由于其極高的氮素?fù)p失尤其是氨揮發(fā)導(dǎo)致的，而且氮肥減量10%～30%處理的A值依然處于中級(jí)氮素管理水平，這說(shuō)明僅僅依靠減氮的方法不能夠根本解決氮素施用存在的問(wèn)題。CK處理全年氨揮發(fā)達(dá)到96.71 kg N·hm-2·a-1，這與許多研究一致[23-25]，氨揮發(fā)主要集中于作物生長(zhǎng)的前期，這主要是由于較大的氮源輸入，使得氨揮發(fā)速率增加[26]。另外，7月初至9月初土壤溫度和濕度較高，也會(huì)促進(jìn)土壤的氨揮發(fā)[27]。另一方面，CK處理的氮肥投入已經(jīng)達(dá)到了作物所需氮素含量，同時(shí)補(bǔ)充的其他氮素輸入，極大地增加了氮素?fù)p失的風(fēng)險(xiǎn)。未來(lái)，德州市農(nóng)戶(hù)應(yīng)從減少氮肥施用量和應(yīng)用緩釋肥等新型肥料減少氮素?fù)p失以及提高氮素利用率等多方面入手，即從源頭減少氮素?fù)p失，提高氮素利用率，緩解氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。此外，農(nóng)作管理措施中要注意降低灌溉量，特別是避免一次性大量灌溉，以減少氮素淋失。運(yùn)用本評(píng)價(jià)方法，可以直觀地看出當(dāng)前氮素管理水平與目標(biāo)管理存在的差距，便于農(nóng)戶(hù)理解以及地方政府推廣一些利農(nóng)政策；且本評(píng)價(jià)方法與其他評(píng)價(jià)方法相比，最大的優(yōu)勢(shì)在于其避免了指標(biāo)權(quán)重分配和專(zhuān)家打分主觀因素的影響[28-29]，降低了人為主觀因素的影響。

綜合來(lái)說(shuō)，針對(duì)德州市氮素管理面臨的問(wèn)題，給出以下建議:第一，根據(jù)氮素盈余指標(biāo)體系，減少氮肥投入量，建議在冬小麥-夏玉米輪作體系下全年施氮量在320～380 kg N·hm-2·a-1，其中小麥季和玉米季均為160～210 kg N·hm-2，小麥季和玉米季可以根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整，但全年總量不宜超過(guò)380 kg N·hm-2·a-1的上限。第二，可以使用緩釋肥料等新型肥料，以此減少氮素短時(shí)間內(nèi)的大量損失。第三，合理的施肥方法與施肥時(shí)期，注重深施、基肥與追肥的配合等以達(dá)到減少氮素?fù)p失的目的。第四，依靠科技手段減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率，如選擇合適的肥料品種、有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施等方式，減少氮肥在施用前期的大量損失。第五，注意改善農(nóng)作管理措施，如避免一次性大量灌溉等等。

4 結(jié)論

（1）德州市冬小麥-夏玉米輪作體系整個(gè)周期氮素盈余量推薦值為30～70 kg N·hm-2·a-1；德州市冬小麥季氮素盈余量推薦值為10～50 kg N·hm-2；德州市夏玉米季氮素盈余量推薦值為20～60 kg N·hm-2。建議德州市冬小麥-夏玉米輪作體系下全年施氮量在320～380 kg N·hm-2·a-1。

（2）在本研究中，氮肥是氮素輸入的主要來(lái)源，而氨揮發(fā)以及淋洗是氮素輸出的主要去向。冬小麥季的氮素污染程度高，夏玉米季氮素污染程度相對(duì)較低，綜合整個(gè)輪作周期氮素?fù)p失量較大，應(yīng)特別注意冬小麥季的氮素管理。

（3）運(yùn)用歐氏距離法分析出德州市氮素管理水平與理論目標(biāo)值存在的差距，德州市氮素管理水平（A值）為0.63，屬于中級(jí)偏低氮素管理水平，造成各處理A值較低的原因主要是高氨揮發(fā)量、高施氮量和高淋洗量等。德州市未來(lái)應(yīng)采取控制氮肥施用量、科學(xué)施氮、施用新型肥料和改善粗放農(nóng)作管理措施等方法。