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創新案例二

2009-08-23 分享到:

土壤氮素轉化及機理的研究

 

朱兆良土壤學家,中國科學院院士。1932821日生于山東青島(原籍浙江奉化)。1953年毕业于山东大学化学系。现任中國科學院南京土壤研究所研究員。他对土壤氮素转化及管理进行了长期的研究。建立了用土壤矿化铵的15N丰度作为参比值,测定水稻全生育期中共生固氮量的方法;首次对土壤供氮能力进行了定量解析,修正了通常以水稻累积氮量作为土壤供氮量量度的错误概念;论证了用差值法的氮肥利用率作为评价氮肥生产效用的合理性;在稻田氮肥损失方面,进行了农田土壤中氮肥去向的研究,提出了水稻田减少氮肥损失的合理施用新原则和控制氮肥施用量和重视其他肥料配合施用的建议。获得了国家科技进步奖二等奖、中國科學院自然科学奖二等奖、中國科學院科技进步奖二等奖各一项。

氮是農作物生長中極其重要的營養元素之一。在農田施肥中,氮素肥料如尿素、氨水、硫酸铵、碳酸氫铵等就形成了化學肥料中最重要的大家族。現在我國氮肥用量占世界總用量的30%。而作物對于氮肥的平均利用率僅爲三分之一左右,損失一半左右。不僅如此,氮進入水體後,引起水的汙染;進入大氣後,産生大氣層溫室效應,引起臭氧層破壞,其對人類生存環境的破壞,後果十分嚴重。因此解決氮素利用問題,合理地施用氮肥,促進生物固氮,提高土壤的供氮能力等,一直是各國科學家十分重視的研究課題。

60年代初氮素研究在我國還是空白點,研究重心不明確。朱兆良在蘇南搞科研時,就注意探索解決問題的根本規律。在對三熟制稻田的研究中,他開始把氮肥的肥效機理、損失納入研究之中,從氮肥施到田中後的一系列變化來解決氮肥的效益問題。1984年,他開始對氮肥損失的途徑、機理進行研究。現在的研究則越來越深入,力求在明確機理的情況下,發展對策、方法。

氮素礦化問題,加了示蹤化肥氮素後,土壤氮的釋放量增加了,即所謂的激發效應。但人們往往忽視了另一方面,即化肥氮素殘留在土壤中的問題。據此,朱兆良提出了自己的思路,即釋放與殘留抵消後,是不是有可能沒有淨增加?淨激發究竟有多大?其激發量有沒有實際意義?僅從釋放與殘留的差值還看不出來,還要考慮到測量誤差,因此需要看淨激發量占施入氮量的百分率有多大!根據這一思路,他總結了所收集到的國內外有關資料,發現絕大部分資料的淨殘留率都很低,有的還出現負值。旱地中的情況也一樣,一般僅在10%以內。而測量誤差也在10%左右。因此所謂的淨激發量其實都在試驗誤差的範圍之內,不能說有淨激發。朱兆良得出結論:氮素對土壤氮的激發,實際是化肥氮與土壤氮之間通過微生物的生物交換作用所致,並沒有淨激發,也沒有淨殘留。這看起來是機理問題,實際上是怎樣評價氮肥的作用問題。如果真有激發,它會促進土壤氮素的消耗,致使土壤氮素肥力降低。這個問題還關系到用什麽指標來評價氮肥的作物利用率,在評價氮肥利用率時不能用示蹤法作爲評價的標准,而只能用差減法。

朱兆良經常通過比較研究發現問題,然後抓住這些問題不放,進一步進行嚴格的實驗研究,從而獲得有價值的成果。如原來農民在稻田中施用氮肥要混一混,覺得這樣效果好。但他在總結國內研究結果時發現,在盆栽條件下和大田作物條件下氮肥施用的結果差別很大,從而提出水在氮肥施用中的作用問題並進行了氮肥的有水層表施和無水層混施的比較研究,結果差異很大。進一步的研究發現,混施後氮肥在水中的存留量很大,因而氨揮發很多,而混入土壤中後則氨揮發明顯減少。由此使他聯想到水層厚可能不好,水層薄可能要好些,因爲水層厚時氮肥難以混入土中,因而容易揮發,使氮肥留在水中的量越少則其效果就會越好。在此基礎上,他提出了無水層混施法的氮肥施用新原則,很快得到推廣應用。

國內外許多人都在氮肥施用量的推薦問題上走精確測試的路子,而朱兆良卻跳出這一思路。他發現在盆栽實驗條件下測得的相關性很高(0.8以上),而田間試驗中相關性則較低(0.5以下)。這是由于田間條件下很多因子沒有考慮到,如非土壤來源氮量以及季節性因素等等。因此在田間條件下只能是半定量的,達不到很高的准確性。這使他想到了被人們遺忘了的方法——平均適宜施氮量法,即某一地區某一作物上的氮肥平均適宜施氮量。他根據具體情況,進一步論證了這一方法的可靠性和可行性,並用自己的實驗網證明了這一論點,其結果是地區性的總産只低于實驗最佳産量的1%,在全國範圍內定出了平均值,各地區可以根據實際情況再作調整。這樣,傳統的平均適宜施用量被賦予了新的意義,也使他的研究更富有特色。

 “從生産實踐中提出課題,從學科理論上來做,注意把握實踐與理論的結合點”,這是朱兆良進行科學研究的重要原則。在40多年的研究生涯中,鋪墊了他善于從生産實踐中提取問題,從理論上尋求解決問題的方法的思維基礎。不僅如此,他認爲,科學研究一定要有自己獨立的見解,不能人雲亦雲。只有形成自己的思路、思想,多方面看問題,才能超出前人。

近十年來,隨著氮肥用量的急劇增加,氮素損失引起的環境汙染問題越來越受到廣泛重視。人們已經認識到,氮素不僅是農業生産中一個重要的養分,而且還是一個環境汙染物。因此朱兆良認爲,建立高産、穩産、優質、低耗、省工、無汙染的氮素管理技術,尋找高産和環境保護的最佳結合點已成爲研究人員的工作重點。

評:

朱兆良先生对土壤氮素转化及管理进行了长期研究,建立了测定水稻共生固氮量的方法,论证了差减法在评价氮肥作物率中的合理性,开展了农田土壤中氮素去向的研究,提出了减少氮肥损失的新原则和施用建议。从生产实践中发现问题,从理论上寻求解决问题的思路和方法,是朱先生科研工作的突出特點。