增效氮肥自上世纪60年代发展至今已有50年的历史,因其可以通过控制养分的释放速率或延缓氮素转化过程达到减少损失提高作物吸收的目的,曾一度被认为是解决粮食安全和降低氮素环境污染的有效途径。但实际应用中却发现效果存在很大的变异,增产增效和减排潜力以及环境因素对其影响作用尚不明确,如何合理应用增效氮肥以发挥其最大的综合效益也并不清晰。为此,本研究采用整合分析方法,通过汇总全球不同生态环境条件下四种主流产品,硝化抑制剂、脲酶抑制剂、双抑制剂和高分子包膜控释肥对作物产量和效率的响应及对不同活性氮损失减排的潜力。同时分析了作物体系、土壤、气候和管理条件对增效氮肥综合表现的影响,明确了增效氮肥适宜与不适宜应用的条件。最后在中国小麦玉米体系开展了田间试验研究,探索了增效氮肥结合其他优化措施下的综合效益,旨在为增效氮肥的合理应用提供指导。主要研究结果如下:1.高分子包膜控释肥(PCF)、脲酶抑制剂(UI)、硝化抑制剂(NI)及双抑制剂(DI)施用于农田体系可以显著减少总活性氮损失64%,24%,22%,43%。对于特定形态氮素损失的减排四种增效氮肥作用不同,有些条件下甚至会增加排放。控释肥可以协同减少N2O、NH3和NO3-淋洗,减排潜力分别为38%,70%,66%;脲酶抑制剂可以显著减少NH3损失63%,但对N2O及NO3-淋洗损失无作用;硝化抑制剂可以显著减少57%的N2O排放和45%的NO3-淋洗,但却增加了19%的NH3排放;双抑制剂显著减少一半的N2O和NH3损失,但对NO3-淋洗损失的影响存在很大的变异。相对于氮素损失的减排,四种增效氮肥对作物产量和效率的响应稍弱,如控释肥在所有作物体系上仅能增加产量3%,增加效率9%;抑制剂平均增产6-7%,增效20-32%。2.增效氮肥的综合效应主要受作物体系、土壤、气候及灌溉条件的影响。控释肥对土壤水分和温度要求较高,在适宜温度和水分条件下表现较好,如水田以及灌溉农田体系,以及年均降雨在800-1200mm、年均气温在10-20℃的温带湿润地区,如水田上可以减少总活性氮损失84%,同时增加产量5%,增效26%,但在旱地作物体系无法显著增加产量和效率。此外控释肥在轻质及有机碳含量较低的土壤上减排潜力更高。硝化抑制剂在轻质、酸性土壤上综合表现优于壤土和中碱性土壤,如当土壤pH<6时,硝化抑制剂可以平均减少N2O排放60%,增加产量效率6%和57%,而在当土壤pH>8时,硝化抑制剂对N2O减排潜力仅41%,增产3%,增效14%。此外,硝化抑制剂在低温地区上综合表现优于高温地区,且要避免在强降雨地区的淋失。脲酶抑制剂综合表现比较稳定,受环境影响较小,在大多条件下都可减少氨挥发损失,且在排放较高的土壤和地区综合潜力更大。双抑制剂在草地上综合效果好于其他作物体系,可以协同减少三种活性氮损失37-51%,且增产增效突出,而在旱地碱性土壤上施用可能会增加NO3-淋洗损失。且不同于单抑制剂,当背景活性氮排放增加时,双抑制剂减排潜力有下降趋势,主要是由于硝化抑制剂和脲酶抑制剂施宜应用条件不同,同时施用可能存在对抗作用。3.不同生态体系适宜应用的产品不同,草地上表现最优是双抑制剂,可以平均增加产量11%,增效33%,减少总活性氮损失47%;水田上综合表现最好的产品是脲酶抑制剂,平均增加产量9%,增效29%,同时减少总活性氮排放41%;旱地小麦玉米体系上四种增效氮肥综合效益都不突出,相比较下脲酶抑制剂综合表现胜过其他产品,可以平均增加作物产量3%,增效14%,同时减少活性氮损失28%。此外,增效氮肥都是在灌溉农田中增产增效潜力更大,既在水分充足的情况下,增效氮肥节省的氮素更容易被作物吸收利用。在高氮投入高盈余的地区,首先应纠正不合理的施肥方式,再结合其他优化措施来施用增效氮肥,以便将增效氮肥节省的氮素转化为生产力;而在投入产出平衡地区建议进一步减量以发挥增效氮肥节肥增效潜力。4.中国小麦玉米体系两点的试验验证了不同生产环境需要不同的增效氮肥产品,华北冬小麦体系中控释肥和脲酶抑制剂都有较好的效果,可以协同提高农学、环境和经济效益,东北春玉米硝化抑制剂表现突出,减排增效潜力最大。同时增效氮肥配合其他优化措施可以更进一步减少氮素损失、提高效率。但对经济效益的响应仍不明确,在华北冬小麦体系可以显著提高经济收益,但在华北夏玉米和东北春玉米体系只有在某些价格区间才能有效地提高农民收益。此外,传统氮肥的优化管理也会产生优于增效氮肥的效果。以上结果说明增效氮肥对于提升作物生产力、减少损失有很大的潜力,但施用过程中存在较大变异,不能盲目施用,更不能替代其他综合管理措施。