创新案例二

土壤氮素转化及机理的研究

朱兆良土壤学家,中国科学院院士。1932年8月21日生于山东青岛（原籍浙江奉化）。1953年毕业于山东大学化学系。现任中国科学院南京土壤研究所研究员。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、中国科学院自然科学奖二等奖、中国科学院科技进步奖二等奖各一项。

氮是农作物生长中极其重要的营养元素之一。在农田施肥中，氮素肥料如尿素、氨水、硫酸铵、碳酸氢铵等就形成了化学肥料中最重要的大家族。现在我国氮肥用量占世界总用量的30%。而作物对于氮肥的平均利用率仅为三分之一左右，损失一半左右。不仅如此，氮进入水体后，引起水的污染；进入大气后，产生大气层温室效应，引起臭氧层破坏，其对人类生存环境的破坏，后果十分严重。因此解决氮素利用问题，合理地施用氮肥，促进生物固氮，提高土壤的供氮能力等，一直是各国科学家十分重视的研究课题。

60年代初氮素研究在我国还是空白点，研究重心不明确。朱兆良在苏南搞科研时，就注意探索解决问题的根本规律。在对三熟制稻田的研究中，他开始把氮肥的肥效机理、损失纳入研究之中，从氮肥施到田中后的一系列变化来解决氮肥的效益问题。1984年，他开始对氮肥损失的途径、机理进行研究。现在的研究则越来越深入，力求在明确机理的情况下，发展对策、方法。

氮素矿化问题，加了示踪化肥氮素后，土壤氮的释放量增加了，即所谓的激发效应。但人们往往忽视了另一方面，即化肥氮素残留在土壤中的问题。据此，朱兆良提出了自己的思路，即释放与残留抵消后，是不是有可能没有净增加？净激发究竟有多大？其激发量有没有实际意义？仅从释放与残留的差值还看不出来，还要考虑到测量误差，因此需要看净激发量占施入氮量的百分率有多大！根据这一思路，他总结了所收集到的国内外有关资料，发现绝大部分资料的净残留率都很低，有的还出现负值。旱地中的情况也一样，一般仅在10%以内。而测量误差也在10%左右。因此所谓的净激发量其实都在试验误差的范围之内，不能说有净激发。朱兆良得出结论：氮素对土壤氮的激发，实际是化肥氮与土壤氮之间通过微生物的生物交换作用所致，并没有净激发，也没有净残留。这看起来是机理问题，实际上是怎样评价氮肥的作用问题。如果真有激发，它会促进土壤氮素的消耗，致使土壤氮素肥力降低。这个问题还关系到用什么指标来评价氮肥的作物利用率，在评价氮肥利用率时不能用示踪法作为评价的标准，而只能用差减法。

朱兆良经常通过比较研究发现问题，然后抓住这些问题不放，进一步进行严格的实验研究，从而获得有价值的成果。如原来农民在稻田中施用氮肥要混一混，觉得这样效果好。但他在总结国内研究结果时发现，在盆栽条件下和大田作物条件下氮肥施用的结果差别很大，从而提出水在氮肥施用中的作用问题并进行了氮肥的有水层表施和无水层混施的比较研究，结果差异很大。进一步的研究发现，混施后氮肥在水中的存留量很大，因而氨挥发很多，而混入土壤中后则氨挥发明显减少。由此使他联想到水层厚可能不好，水层薄可能要好些，因为水层厚时氮肥难以混入土中，因而容易挥发，使氮肥留在水中的量越少则其效果就会越好。在此基础上，他提出了无水层混施法的氮肥施用新原则，很快得到推广应用。

国内外许多人都在氮肥施用量的推荐问题上走精确测试的路子，而朱兆良却跳出这一思路。他发现在盆栽实验条件下测得的相关性很高（0.8以上），而田间试验中相关性则较低（0.5以下）。这是由于田间条件下很多因子没有考虑到，如非土壤来源氮量以及季节性因素等等。因此在田间条件下只能是半定量的，达不到很高的准确性。这使他想到了被人们遗忘了的方法——平均适宜施氮量法，即某一地区某一作物上的氮肥平均适宜施氮量。他根据具体情况，进一步论证了这一方法的可靠性和可行性，并用自己的实验网证明了这一论点，其结果是地区性的总产只低于实验最佳产量的1%，在全国范围内定出了平均值，各地区可以根据实际情况再作调整。这样，传统的平均适宜施用量被赋予了新的意义，也使他的研究更富有特色。

 “从生产实践中提出课题，从学科理论上来做，注意把握实践与理论的结合点”，这是朱兆良进行科学研究的重要原则。在40多年的研究生涯中，铺垫了他善于从生产实践中提取问题，从理论上寻求解决问题的方法的思维基础。不仅如此，他认为，科学研究一定要有自己独立的见解，不能人云亦云。只有形成自己的思路、思想，多方面看问题，才能超出前人。

近十年来，随着氮肥用量的急剧增加，氮素损失引起的环境污染问题越来越受到广泛重视。人们已经认识到，氮素不仅是农业生产中一个重要的养分，而且还是一个环境污染物。因此朱兆良认为，建立高产、稳产、优质、低耗、省工、无污染的氮素管理技术，寻找高产和环境保护的最佳结合点已成为研究人员的工作重点。

点评：

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点。