农作物的养分管理

作物关键的养分来源

农作物的养分管理

岩石风化是一个逐年释放少量营养元素的缓慢流程。该流程是不足以实现中产至高产目标的。

上季施入的肥料沒有被前茬作物吸收，也沒有损失到环境中或固持于土壤中的部分，可被后茬作物借助于。有些养分如氮和硫，在潮湿环境中，施入当年就易出来广泛损失。还有壹些养分如磷和钾，可以在土壤中存留较长时间，一般情况下为数年，但具体存留时间取决于土壤类型、降雨及管理措施。

大气沉降在某些地区是很至关重要的养分来源，特别是氮沉降和硫沉降。为响应缩短硫排放以调节酸雨问題的管理限定，硫沉降投入逐渐缩短，硫逐渐成为限制性因子，现在施用硫肥已经成为发达国家的经常遇见措施，在新兴和发展经济体中，也变得越来越普遍。

灌溉水也包含可被作物借助于的养分。

作物残茬，如叶片、茎和根，遗留在土壤表层或土壤中时，会分解释放其所含的养分。作物残茬关键富含钾元素。因而秸秆还田一直是这些年土壤中钾元素的关键来源。然而，秸秆广泛焚烧或用作牲畜饲料已经使土壤中持留的钾被逐渐耗竭。作物残茬的养分含量差异非常大，在某一具体时间段内释放的作物有效果养分的多少也由当地条件决定。

堆肥（被分解的有机质）可被施入土壤以供应养分，并起到土壤调理剂的作用。堆肥的质量因使用的原材料和发酵流程而异。

家畜粪肥是一种至关重要的养分来源。不相同来源及管理措施下的粪肥养分含量差异极大。大家普遍认为低品质的牲畜饲料会下降家畜粪便中的养分含量。因而，粪肥施用前应分析其养分含量。

污泥（城市污水处理残渣）可被回收借助于，供给广泛作物养分。因为来源、生产加工方式、储存方式和处理流程不相同，污泥中的养分在含量和形态上差异非常大。污泥中作物养分及可能的污染物含量应被定期分析。

生物固氮（BNF）是将大气中的惰性氮气转化为可被植物借助于的活性态氮的流程。生物固氮有于非常多作物-细菌共生体中。在豆科作物（如大豆、豌豆、苜蓿）和根瘤菌的共生系统中，生物固氮最强。生物固氮量一般情况下为20-400 kg N ha^-1yr^-1，依作物品种、生长季长短和气候条件不相同而不相同。

化肥是由肥料工业生产的，农民可购买到一系列供应一种或多种一定矿质元素的产品。全世界农民平均每年施用大约1.8亿吨肥料（以纯养分计）以补冲农田养分来源，进而实现可持续的作物产量和品质目标。

只包含一种广泛元素的肥料叫作单质肥料，包含两种或三种广泛元素的肥料叫作复合肥料。复合肥包含化合物（所有营养元素在同一化学结构的颗粒中）和混合物（不相同肥料颗粒的物理混合）。每种肥料产品基本都有其利弊，这一般情况下取决于当地的农业生态及经济条件。

要注意的是作物可以响应所有来源的养分，但它们关键以无机态吸收养分。有机养分一定经过矿化（从有机态转化为无机态）才能被作物吸收。不相同种类的肥料在不相同农业生态系统之间及一个系统内部供给的养分差异较大。可持续的作物养分管理要做到能识别并借助于所有来源的有效果养分。

培育健康土壤和高产与高营养的作物需要肥料

养分随作物收获从田间移出，叫作土壤养分消耗。收获时带走的养分量与产量成比例，且不相同作物和同一作物不相同地方位置养分移出量基本都不相同。以便维持土壤肥力，实现作物产量和品质的可持续发展，随收获物从田间移出的养分及损失到环境中的养分一定通过有机肥和（或）无机肥补冲。

在土壤肥力不佳且施肥具有经济效益的地区，使用较高的施肥量，并结合其它必要的土壤肥力管理措施，对缩短养分限制因子、提高养分对作物的有效果性和改善土壤健康状况是必要的。

以便实现长期中产至高产以提高粮食安全和农民收入，仅仅依靠本底养分投入，如土壤养分供应、大气沉降、生物固氮和畜禽粪便回田是不够的。为维持高产，农民一般情况下需要以化肥或其它可购买到的有机肥的形式，投入额外的养分。不足的养分可以通过无机和（或）有机肥投入来补冲。在施用化肥的状况下，则可以通过复合肥料或多种肥料混合的形式来补冲。

高效且有效果的养分管理

养分借助于率

从农户角度看，养分借助于率被定义为施入养分（所有来源的）被作物吸收的比例，即怎么从养分投入获得最大收益。从养分管理角度看，养分借助于率即养分输出占输入的比率，也就是投入的养分最终以产品收获形式输出的比例。

较低的输出输入比（如低于50%）一般情况下意味着养分有损失到环境的风险，反之较高的输出输入比（如高于90%）意味着当前措施是消耗土壤养分，所以说多年如此管理之后会引起土壤肥力降低。这两种情景基本都是不可持续的。下图中“绿色区域”表示作物生产力很高与此同时养分的输出输入比接近最优，其所处的位置对每种作物和养分基本都不相同。

农作物的养分管理

养分借助于率受化肥施用方式、其它养分来源、作物和土壤管理方式的极大关系。近三十年来，发达国家的养分借助于率不断提高，这些地区农民有机会获取现代技术和信息。

这也就说明了向可持续集约化农业转型的可行性，即农民可以在提高农业生产力的与此同时，保障了本底资源并下降了环境关系风险，即下降了单位产品输出的养分盈余。与此相反，大部分发展中国家的状况仍在不断恶化。发展中国家想要扭转这样的趋势，则需要有机会接触并实施最佳管理措施（即综合养分管理方法）。

因为各类养分之间有交互作用，我们可以通过优化管理某种养分来提高其借助于率，或通过优化管理与其有交互作用的其它养分（平衡施肥）提高其借助于率。例如，硫元素可以促进蛋白质合成，那么就会提高氮素借助于率。

养分借助于效率和效力目标是互补的

虽然提高养分借助于率是一个很至关重要的目标，但其它反映作物系统效力的关键指标，如作物产量、土壤肥力、水分生产率等也不一定容忽视。例如，可以通过消耗土壤养分库来提高养分借助于率，但此举是不可持续的，由于长此以往会关系土壤肥力。

同样，也可以通过缩短施肥量以提高养分借助于率，但可能会引起作物产量降低。虽然追踪养分借助于率变化可以供给壹些有用信息，但需结合一系列其它互补指标才能做出有意义的判断。

针对农民具体耕作地点和作物条件推介的最佳管理措施，应供给壹些能够提高作物系统整体效力和可持续性的选，与此同时应考虑公众制定的经济、社会与环境发展目标。

农业养分循环与损失途径

土壤中氮素的关键形态是有机氮化合物以及以铵盐（NH4⁺）和硝酸盐（NO3^-）有的无机氮。无机氮仅仅是全部土壤氮库的一小部分。土壤表层氮素关键以有机氮形态有。这些不相同的氮素形态做好着多种转化流程，可能导致不相同途径损失到空气和水体中。

农作物的养分管理

就磷而言，关键损失通过土壤颗粒的侵蚀和径流发生。因为磷在土壤中不易迁移，其淋洗损失相对于氮素是较小的。钾也可通过侵蚀、径流和淋洗损失。因为钾在土壤中可迁移性大，其淋洗损失与磷相对也就会相应添加。除此之外，与氮相似，因为硫既可损失到大气中又可损失到水体中，硫循环也比较复杂。

因为农业养分循环是一个不断损失养分的流程，可持续农业生产依靠有机肥（假如易得的话）、无机肥和生物固氮等外源养分投入，来弥补作物收获时移走的养分及养分循环不相同环节的养分损失引起的差额。怎么选良好的肥料品种，以合理的施肥量，在良好的时间，使用良好的施肥方法施入土壤，来维持最佳产量与此同时缩短对环境的关系，是农民一直面临的挑战。养分不足和过量基本都会对人体健康、环境及农民收入引起不利关系。

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植物营养和土壤肥力综合管理的必要性

无机肥比有机肥养分含量高，具有明确的养分组成，且其所含养分一般情况下是易被作物吸收借助于的。顾名思义，有机肥是富含有机质的，有利于改善土壤性质，如土壤结构、水分入渗和持留能力。鉴于上述它们各自的优点，无机肥和有机肥是互补的。最佳的管理措施应充分借助于这样的协同增效作用。

从营养的角度来看，综合管理关系到两个不相同层面：

综合植物养分管理（IPNM）旨在基于有机肥和无机肥各自的优点，将两者配合施用。在综合植物养分管理下，农民施入其农场或邻近地区供给的有机肥，并补冲化肥以实现产量和品质目标，与此同时在土壤测试代表有效果养分含量较低的地区恢复土壤肥力。

综合植物养分管理方法只针对作物生产的养分供应方面，而综合土壤肥力管理（ISFM）方法则涵盖了与植物养分吸收有关的所有方面，包含作物品种选，及土壤生物物理健康，这两方面均可以促进植物养分吸收。例如，在干旱情况下，覆盖有机物的土壤比不覆盖的能持留更多土壤水分，多持留的这部分水分则会促进作物对施入肥料养分的吸收并提高产量。

综合植物养分和土壤肥力管理致力于相似目标，即确保植物高效吸收养分和生长的与此同时，将环境危害降到最低限度。

农作物的养分管理

最佳养分管理措施遵从的一般原则

研究和实践中所提出的有些更高产、获利更多、对环境更加友好以及更为社会接受的措施被统叫作肥料（或养分）最佳管理措施（BMPs）。肥料最佳管理措施的目标是将养分供应与作物需求相匹配以实现最佳产量与此同时将损失到环境中的养分减到最少。肥料最佳管理措施在养分管理四个方面（肥料品种、施肥量、施肥时间、施肥方法）的应用供给了相应的养分管理一般原则，即高效借助于植物养分以获取经济、社会和环境最大效益的体系。

农作物的养分管理

一项单独的最佳管理措施只能改善一两方面的表现症状。因为四个管理方面基本都值得关注，理所当然养分管理需要使用一系列针对这四个方面的相辅相成的最佳管理措施。假如这其中的任一方面被忽视，基本都不可能实现高效的农田养分管理。管理最薄弱的一方面将会造成最大的关系。

最佳管理措施需按照地理位置选，对一个给定的农田，与当地土壤-气候条件、作物类型、管理体系及其它具体实地条件相匹配的管理措施才是最有效果的。

农作物的养分管理

此概念强调养分管理环环相扣的四个方面，这四个方面将关系作物体系对环境、经济和社会可持续发展的贡献（IFA，2009；IPNI，2012）

以下五条具有普遍性的科学原则符合客观条件的要求于肥料最佳管理措施：

遵从已知的农学原理

综合考虑有关的科学知识，包含土壤肥力、植物营养、土壤物理化学、水文以及农业气象。例如，因为水分胁迫，影响到的作物萎蔫现象在干旱情况下可能会加剧，由于根部高养分浓度可通过渗透压从作物体中吸收水分。在这样的状况下，施肥要与土壤水分有效果性在时间上相契合。

要注意施肥与其他管理措施的交互作用

比如栽培品种、播种时间、播种密度、作物轮作等。

要注意肥料品种、施肥量、施肥时间和施肥方法的相互关系

例如，控释肥与水溶性肥的施用时期可能不一致。

防止施肥对植物根系、叶片及幼苗的不利关系

例如，条施肥需与种子维持必需的安全距离以免损害幼苗。

要注意施肥对作物品质和产量的关系

例如，氮素既关系产量也关系籽粒蛋白质含量。蛋白质是一种至关重要的动物和人体营养成分，与此同时还可以关系用小麦制作的面包品质。虽然超过最佳产量施氮量会添加必需的籽粒蛋白质含量，但过量施氮对植物健康、作物产量和品质及环境的可持续性基本都有不利关系。氮高效作物品种的使用要注意。适度选作物品种和合理调整施肥策略是至关至关重要的。非常多品种在高氮环境中生长过度迅速，会影响到作物营养器官生长过度旺盛而可收获部分缩短。

合适的肥料品种

选能够平衡且同步地供应作物所有一定养分的肥料品种。

养分管理体系中所选的肥料品种必须确保在整个生长季按照作物需要能够以有效果态平衡供应所有一定养分。选肥料品种（包含有机肥）时还是要考虑养分发生损失的可能性、不相同养分之间的相互作用和共存性、作物对该肥料潜在的敏感性，以及该肥料含有的非营养元素所带来的风险。合理肥料品种因作物、气候和土壤性质、可用肥料产品、经济效益以及施肥方法的而确定。

选合理肥料品种应遵从的科学原则包含：

供应作物有效果态养分

供应的养分应是水溶性且作物可立刻借助于的，或是在土壤中易转化为作物有效果态的形式。

与土壤物理化学性质匹配

比如防止在淹水土壤中施入硝态氮肥或在不施加脲酶抑制剂的状况下向高pH值土壤中表施尿素。某些肥料会使土壤酸化，理所当然只能将它们施入碱性土壤，或配合石灰一块施入。

要注意不相同营养元素或肥料品种之间的相互作用

比如磷-锌相互作用，氮素可提高磷有效果性，以及化肥对有机肥的补冲作用。

要注意混合物的相容性。

某些不相同肥料品种或产品混在一块时会吸水集聚，影响到组分分离而不可以均匀地施入这些混合肥料。类似地，颗粒肥料也必须防止不相同产品之间的离析现象。某些液体肥料在低温下会发生盐析，或与其它组分发生化学反应生成胶体或沉淀。

要注意作物对某些营养元素的敏感性

绝大多数肥料基本都包含一个对某些作物有益、有损害或中性的伴随离子。例如，氯化钾中与钾离子结合的氯离子利于玉米生长，但也就会对某些水果和蔬菜的品质引起不利关系。

调节非营养性元素的关系。

例如，肥料生产使用的原材料可能会包含壹些非营养性的痕量金属元素。这些元素的施加量基本都应维持在安全限度以内。

合理施肥量

确保所有限制性养分的施入量能够满足作物实现目标产量和品质的需求。

合理施肥量是将所有来源作物有效果养分的供应量与作物的养分需求量相匹配。了解不相同生长环节作物的养分需求是确定合理施肥量的第一步。施肥量应按照整个生长季养分供应与作物需求之间的平衡来确定，以免引起养分不足或过量。假如施肥量过低，作物产量和品质基本都会受限；然而过量的投入又会危害作物和环境。过量或不足的养分投入基本都会下降经济收益。

估算土壤养分供应

使用土壤与植物测试、响应试验、缺素小区或饱和参考带（做为对照）等一系列方法做好估算。

估算所有可借助于的养分来源

包含作物秸秆、绿肥、畜禽粪便、堆肥、污泥、灌溉水、大气沉降以及化肥所有养分数量及作物有效果性。

估算作物需求

一季作物的养分吸收量取决于作物产量和养分含量。精准估算目标产量十分至关重要，那么就会可以设计出能够实现目标产量的综合作物生产计划。

预测肥料借助于率。

非常多损失是不可防止的。虽然要把损失降到最低，但当确定能够满足作物需求的施肥量时，還是要考虑壹些不可防止的损失。

考虑养分需求的季节变异性

受气候和其它管理因素的关系，作物产量潜力和养分需求会随季节变化，这样就为实时养分管理来调整施肥量（如使用叶绿素仪、叶色卡和其它测定作物体内养分含量的方法）供给了契机。

考虑养分收支

假如一个作物体系的养分输出超过输入，那它的土壤肥力长期会降低。与此相反，假如有盈余养分并且损失掉了，那么环境质量和经济收益基本都会受到关系。

考虑不相同施肥量的经济收益

考虑到产量具有空间和时间变异性，对不可以持留于土壤中的养分来说，经济最佳施肥量指的是其连续等量的投入恰好等于其预期能添加的收益（即边际报酬递减规律），也就是边际收益等于边际投入时的养分投入量。土壤残余养分对后季作物的供应也应被考虑。

农作物的养分管理

良好的施肥时间

确定良好的施肥时间需考虑作物养分吸收、土壤养分供应、环境风险及田间操作的相互关系。

从种子萌发到营养生长在到生殖生长最后成熟的流程中，作物整个生长季的养分吸收率不断变化。以便到了最高生产力，在作物能够接触到的地方位置一定有足够的作物有效果态养分供应以满足作物在整个生长季不相同环节的养分需求。假如某养分在被植物吸收借助于以前，就已在土壤中长期有，那它很可能会被移出根区或转化为不可借助于态。良好的施肥时间可以提高产量，改善品质，下降养分损失。

评估作物吸收养分的时间

作物吸收养分的时间由播种日期、作物生长特点、不相同生长环节对养分缺乏的敏感度等因素决定。养分供应必须与作物对养分的需求维持同步，一般情况下呈“S”型曲线。

评估土壤养分供应的动态变化

土壤有机质的矿化可以广泛地供给多种养分，但假如作物对养分的吸收需求先于矿化释放的养分，则会影响到养分缺乏而限制其生产力。

评估肥料产品的养分释放及有效果性

肥料中养分的释放速率和有效果性受施肥时的天气和土壤湿度关系，假如与作物需求不相同步，就可能影响到严重的养分和产量损失。

要注意按照关系养分损失的天气因素安排时间

一种养分的特殊形态在某些气候条件或某些季节效果更佳。例如，在温带地区，淋溶损失在春季和秋季会更频繁发生。

评估田间操作可行性

例如，多元养分投入可能需要也可能不用与农药配合施用。但施肥时不应耽搁有些对时间敏感的管理活动如播种或病虫害防治。在这些限制情况下，可以叶面喷施与绝大多数农药基本都相容的肥料。

良好的施肥方法

充分借助于根际土壤的动态变化，与此同时考虑养分流动、田间空间变异及下降田间养分损失，来确定良好的施肥方法。

将养分施入良好的位置（在垂直和水平方向上基本都处于最佳位置）能够确保作物根系在生长季所有时期基本都可以足量地吸收到每种养分。可以借助于先进的施肥设备将肥料施入正在生长的根部周围。近年来，精准农业技术的应用使我们可以精确调整养分投入，按需改变同一田块不相同区域的施肥量，考虑不相同区域土壤测试和产量潜力的差异。