稳定性肥料产业技术战略联盟在2014—2018年期间选取中国华南 (茶叶、龙眼，2个试验点，3年)、西南 (玉米、水稻、马铃薯、小椒、花椒，7个试验点，1～3年)、华东 (玉米、水稻、小麦、花生、大姜，11个实验点，2～3年)、华中 (玉米、水稻、小麦、花生、油菜，棉花，19个试验点，1～5年)、华北 (玉米、马铃薯、红干椒，5个试验点，2年)、东北 (玉米、水稻、大豆，24个试验点，2～5年)、西北区域 (玉米、小麦、苹果、甜瓜、棉花、番茄，20个试验点，1～5年) 的典型土壤类型和代表性作物，在全国范围内开展了5年的稳定性肥料田间肥效试验和示范研究。各区域的试验点、土壤类型、作物和稳定性肥料信息见表1，稳定性肥料均是Ⅲ型稳定性肥料 (脲酶抑制剂和硝化抑制剂均添加的稳定性肥料)，均由施可丰肥料有限公司生产和提供。

本研究中各个试验点均设置以下4个处理：1) 不施肥处理 (CK₀)；2) 常规施肥处理 (CK)；3) 等养分稳定性肥料处理 (SF)；4) 80%稳定性肥料处理 (80%SF)。CK的施肥水平采用当地供试作物的习惯施肥水平；SF与CK是等氮磷钾养分的，SF施用的稳定性肥料与CK施用化肥是等氮养分的，SF中磷肥和钾肥的不足部分用普通磷肥和钾肥补充；80%SF是在SF施肥总量的基础上减少20%肥料施用量。各试验点种植的作物不同，习惯施肥水平不同，因而供试的稳定性肥料类型不同，施用的普通磷肥和钾肥类型也不尽相同。

均在作物收获期从试验小区中多点取样，测定果实或者种子的产量。

增产率 (%) = (处理产量 − 对照产量)/对照产量 × 100

氮肥农学效率 (NAE，kg/kg)，是指单位施氮量所增加的作物籽粒产量，即，NAE = (Y－Y₀)/F，式中，Y为施肥后所获得的作物产量；Y₀为不施肥条件下作物的产量；F代表氮肥的投入量。

采用Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 11.5统计分析软件对数据进行差异显著性检验 (LSD法，P = 0.05)。

在华南、西南、华东、华中、华北、东北、西北地区，稳定性肥料处理 (SF) 相对常规施肥处理 (CK)(SF vs CK) 的作物平均增产率分别为5.00%、13.40%、8.68%、6.96%、16.30%、5.80%、8.72%(图1)。从全国水平来看，稳定性肥料对作物的增产率平均达到8.54%(图1)。由此可发现，等养分稳定性肥料施肥在华北地区的增产效果最佳 (16.30%)，在西南地区的次之 (13.40%)，在华东和西北地区的居中 (8.7%左右)，在华南、华中和东北地区的较小 (5.00%～6.96%)。与常规施肥等养分的稳定性肥料施用后，在各个地区均能产生明显的增产效果，完全可以代替常规施肥。

图  1  不同区域稳定性肥料作物平均增产率

Figure 1.  Average yield growth rate resulted from stabilized fertilizer application in different regions

在华南、西南、华东、华中、华北、东北和西北地区，80%稳定性肥料处理 (80%SF) 相对CK (80%SF vs CK) 的作物平均增产率分别为1.62%、10.38%、6.34%、1.78%、8.35%、0.09%和1.44% (图1)。80%SF对作物的全国平均增产率达到3.13% (图1)。由此可发现，80%SF在西南地区的增产效果最佳 (10.38%)，在华北、华东地区的次之 (6.34%～8.35%)，在华南、华中、西北和东北地区的很小 (1.6%～0.09%)。说明，与CK产量相比，减施20%肥料在各个区域均不会造成作物减产，80%SF施肥模式也完全可以替代常规施肥模式，在减少肥料投入的同时还能降低环境污染风险。

在华南、西南、华中、华东、华北、西北和东北地区，80%SF相对SF (80%SF vs SF) 的作物平均增产率分别是–3.92%、–1.22%、–1.25%、–3.49%、–0.07%、–1.08%和–0.05%，说明与SF的作物产量相比，减施20%肥料在各个区域均带来小幅减产。华南、西南和华东地区，稳定性肥料相对常规施肥的增产率和80%稳定性肥料相对常规施肥的增产率在统计上无显著性差异，说明在这3个地区，80%SF对作物的增产效果与SF对作物的增产效果无显著性差异，80%SF和SF对华南、西南和华东地区的作物产生的平均增产效果相似，从增产角度考虑，华南、西南和华东地区适宜的施肥模式是80%稳定性肥料。然而，华中、华北、西北和东北地区，稳定性肥料相对常规施肥的增产率和80%稳定性肥料相对常规施肥的增产率在统计上有显著性差异 (P < 0.05)，说明在这4个地区，80%SF对作物的增产效果相对SF对作物的增产效果是显著降低的 (P < 0.05)，从增产角度考虑，华中、华北、西北和东北地区适宜的施肥模式是等养分稳定性肥料。

全国平均来看 (图1)，80%SF相对SF的作物平均增产率是-0.83%，说明与SF的作物产量相比，减少20%稳定性肥料施用会使作物平均减产0.83%。且稳定性肥料相对常规施肥和80%稳定性肥料相对常规施肥的增产率在统计上有显著性差异 (P < 0.05)，说明80%SF的增产作用相对SF的来说是显著降低的 (P < 0.05)。单从增产效果考虑，全国范围适宜的施肥模式是等养分稳定性肥料。

图2为各地区常规施肥和稳定肥料的氮肥农学利用率 (NAE) 结果。通过对比不同地区CK和SF下作物的平均NAE可以发现，华南地区CK和SF的NAE分别为2.63 kg/kg和3.58 kg/kg，施用稳定性肥料能明显提高该地区NAE 36.11%。西南地区CK和SF的NAE分别为8.88 kg/kg和11.50 kg/kg，施用稳定性肥料能提高该地区NAE 29.48%。华东地区CK和SF的NAE分别为13.16 kg/kg和19.87 kg/kg，稳定性肥料的施用能大幅提高该地区的NAE，增幅达到51.02%。华中地区CK和SF的NAE分别为6.70 kg/kg和8.53 kg/kg，施用稳定性肥料后该地区NAE的增幅为27.25%。东北地区CK和SF的NAE分别为16.74 kg/kg和20.26 kg/kg，施用稳定性肥料后该地区的NAE增幅为21.00%。西北地区CK和SF的NAE分别为6.16 kg/kg和9.54 kg/kg，施用稳定性肥料后该地区NAE的增幅最高，达到54.73%。从全国范围来看，CK和SF的NAE分别为11.11 kg/kg和13.53 kg/kg，施用稳定性肥料后NAE的全国平均增幅为21.77%。由此可得出，与CK的平均NAE相比，等养分稳定性肥料施用能明显增加各区域作物的平均NAE，但是差异均不显著，其中西北和西南地区的NAE增幅较大 (51%～54%)，其余5个地区的NAE增幅在21%～37%之间。

图  2  不同区域常规肥料与稳定肥料的平均氮肥农学利用率

Figure 2.  Average agronomic nitrogen use efficiency of conventional and stabilized fertilizers in different regions of China

从图2还可以看出，在华南、西南、华东、华中、西北和东北地区，80%SF相对CK (80%SF vs CK) 的NAE增幅分别是78.24%、81.41%、20.10%、49.22%、38.96%和62.10%。说明，与各区域CK的NAE相比，减施20%肥料会明显增加各区域的NAE，但除在东北地区有显著性差异外 (P < 0.05)，在其它区域均没有显著性差异。

80%SF相对SF的NAE在华南、西南、华中和东北地区是分别增加30.95%、40.11%、17.27%和33.97%的，而在华东和西北分别减少20.48%和10.19%。但是在这6个区域中，SF相对CK的NAE增幅和80%SF相对CK的NAE增幅在统计上均无显著性差异，说明80%SF对作物NAE的增加效果与SF对作物NAE的增加效果之间无显著差异。单从增加NAE角度考虑，华南、西南、华中和东北地区更适合的施肥模式为80%稳定性肥料，华东和西北地区更适合的施肥模式为等养分稳定性肥料。

从全国平均水平看，80%SF的NAE分别比CK和SF的高出26.39%和3.79%，但是稳定性肥料对比常规施肥和80%稳定性肥料对比常规施肥之间的NAE增幅在统计上无显著差异。说明从全国平均水平来看，80%SF对作物NAE的增加作用相对SF对作物NAE的增加作用在统计上是没有差异的，从增加NAE角度出发，全国范围适宜的施肥模式是80%稳定性肥料。

中国东西经度跨度60多度，南北纬度跨度近50度，不同经纬度区域地理和生态环境的不同形成了多种多样的土壤类型。由表2的统计结果可以发现，各区域的土壤pH从南到北逐渐增加，由华南 (红壤区) 的约4.6、到华中 (棕红壤区) 的5.7、到华北 (潮土、钙土区) 的7.9、再到东北 (黑土区) 的6.4。试验点的土壤pH从西到东呈降低趋势，从西北 (漠土区) 的约8.3增加到华北 (潮土、钙土区) 的7.9、华中 (棕红壤区) 的5.7和华东的5.7左右。

土壤有机质平均含量在东北地区最高，为29.1 g/kg左右，西北地区的土壤有机质平均含量最低，为8.3 g/kg左右。华南、西南、华东、华中、华北地区的土壤有机质平均含量变化范围在19.9 g/kg至27.0 g/kg之间。土壤碱解氮平均含量以华中地区最高，达到181 mg/kg左右，其次是东北地区 (151 mg/kg)，西南 (110 mg/kg) 和华东 (103 mg/kg) 地区居中，华北地区较低 (66.6 mg/kg)，华南和西北地区最低，分别仅有25.0 mg/kg和11.2 mg/kg左右。土壤速效磷平均含量在东北地区最高，达到43.2 mg/kg，在华南 (28.0 mg/kg) 和华北 (31.4 mg/kg) 地区居中，在西北、华中和西南地区均很低，分别为16.9 mg/kg、18.4 mg/kg和19.4 mg/kg左右。土壤速效钾平均含量在华南和东北地区处于较高水平，分别达到182.0 mg/kg和171.0 mg/kg，在华东、华中、华北和西北地区居中 (122.6 ～153.3 mg/kg)，在西南地区最低，仅有92.9 mg/kg。

西南、华南、华中、华北和东北地区土壤基本理化性质 (从南到北) 与稳定性肥料增产率之间的相关性见表3。Pearson相关分析结果表明，稳定性肥料对作物的增产率与土壤pH呈极显著的正相关关系 (P < 0.01)，与土壤速效磷呈极显著的负相关关系 (P < 0.01)，与土壤有机质含量呈显著的负相关性 (P < 0.05)。回归分析结果表明，稳定性肥料对作物的增产率与土壤pH、速效磷和有机质之间存在一元线性相关关系 (图3)，一元线性回归方程如图3所示。进一步通过主成分分析，提取了两种影响稳定性肥料增产率的有效公因子，定义这两种因子为养分因子 (F1) 和pH因子 (F2)，F1 = 0.241 × OM + 0.409 × AN + 0.367 × AP + 0.367 × AK + 0.129 × pH，F2 = 0.844 × pH – 0.279 × OM + 0.343 × AN – 0.079 × AP + 0.038 × AK。式中：OM表示有机质；AN表示碱解氮；AP表示速效磷；AK表示速效钾。

图  3  稳定性肥料增产率与土壤pH、有机质、速效磷之间的一元线性回归关系

Figure 3.  Unitary linear regression relationships between yield growth rate of stabilized fertilizer and soil pH, organic matter and Olsen-P

西北、华北、华中、华东地区土壤基本理化性质 (从西到东) 与稳定性肥料增产率之间无显著相关性。从西北干旱区至华东湿润区，除温度差异外，降雨差异非常大，西北地区比较极端的气候条件导致西北的土壤性质与其他区域的土壤性质差异十分显著 (表2)。由此推断干旱等极端气候条件可能会掩盖稳定性肥料增产作用。

上述分析结果表明，影响稳定性肥料肥效和增产效果的有效因素是土壤养分，其次是土壤pH。且稳定性肥料增产率与土壤养分主要呈负相关关系，说明土壤养分越低，稳定性肥料的增产效果越强，稳定性肥料在贫瘠土壤上产生的经济效益越大 (西北等极端气候地区除外)。稳定性肥料增产率与土壤pH呈正相关关系，说明土壤pH越高，稳定性肥料肥效越强，增产效果越显著。

国内外学者均对脲酶抑制剂和硝化抑制剂的应用效果进行了大量的室内和田间试验^[18-25]。Meta分析研究结果表明，各种硝化抑制剂平均能增加植物氮的回收率58%、作物产量5%～14%^[11]；专注于目前主流硝化抑制剂DCD和DMPP的Meta分析结果表明，DCD相对DMPP的增产效果更佳，DCD平均增产6.5%，DMPP平均仅增产1.2%^[12]；另有Meta分析结果表明硝化抑制剂 (DCD和DMPP) 和脲酶抑制剂 (NBPT) 可平均增加作物产量7.5%和提高氮肥利用率12.9%^[13]。

本研究中施用的稳定性肥料均是Ⅲ型稳定性肥料，即同时添加有硝化抑制剂和脲酶抑制剂的稳定性肥料。本研究结果表明等养分稳定性肥料在中国各区域的增产率达到5.00%～16.30%，全国平均增产8.54%；减施20%稳定性肥料在各区域的增产率达到0.09%～8.35%，全国平均增产3.13%。因此等养分稳定性肥料和减施20%稳定性肥料均能明显提升作物产量代替常规施肥。相对等养分稳定性肥料，减施20%稳定性肥料在各个区域均带来小幅减产 (-3.92%～-0.04%)，全国平均减产0.83%，在华南、西南、华东地区80%稳定性肥料对作物的增产效果相对等养分稳定性肥料对作物的增产效果没有显著差异，而在华中、华北、西北和东北地区是显著降低的 (P < 0.05)。因而为保证作物产量，华南、西南、华东地区适宜的施肥模式是80%稳定性肥料，而华中、华北、西北和东北地区适宜的施肥模式是等养分稳定性肥料。

施用等养分稳定性肥料和80%稳定性肥料后各区域及全国的作物平均NAE分别提升21.00%～57.73%和20.10%～78.24%。并且，除华东和西北地区外，减施20%稳定性肥料相比稳定性肥料更进一步提升了其它4个区域的平均NAE。单从增加NAE角度考虑，华东和西北地区更适合的施肥模式为等养分稳定性肥料，华南、西南、华中和东北地区更适合的施肥模式为80%稳定性肥料。试验期间，华东区域因为常遭受不同程度的冻害，导致试验结果脱离实际情况，而西北地区气候极端干旱，导致稳定性肥料试验效果不稳定，这些可能是华东和西北地区减施20%稳定性肥料后作物平均NAE低于等养分稳定性肥料NAE的原因。不同区域和全国范围内等养分稳定性肥料和80%稳定性肥料对作物NAE的增幅差异虽较大，但是差异均不显著。中国地大物博，供试土壤种类多、土壤基本肥力性质差异大，加上供试作物种类多、作物的需肥特性差异大，可能这些原因共同导致了该现象的产生。因为土壤pH和质地等土壤因子、氮肥施用水平和灌溉等管理因子以及作物种类和测定部位 (地上部产量、籽粒产量) 等作物因子均会对抑制剂的作用效果产生不同程度的影响^[13]。

对比华南、西南、华东、华中、东北和西北区域作物的平均NAE发现，东北的NAE (16.74～27.14 kg/kg) 均明显比其它地区高 (2.36～19.87 kg/kg)，这可能是由于东北气温低，作物的生育期长，植物吸收氮营养时间更长，氮肥利用时间更长。然而东北地区稳定性肥料施用后的作物NAE增幅 (21.00%) 却明显低于其它区域的 (27.25%～57.73%)，说明作物生育期的长短与抑制剂提高肥料利用率的幅度之间可能存在此消彼长的关系。

从南到北，稳定性肥料增产效果与土壤养分呈负相关关系，土壤养分越低，稳定性肥料增产效果越好，这应该是由于在肥力和生产力较低的土壤中，稳定性肥料肥效的延长更能补足土壤本身肥力不足的短板，更能发挥其增产效果。稳定性肥料增产效果与土壤pH呈正相关，pH越高，稳定性肥料增产效果越大，这与Abalos等^[13]的整合分析结果一致，他们的统计结果指出抑制剂在酸性土壤 (pH ≤ 6) 上对作物产量和NAE的效果优于其在中性 (6 < pH < 8) 和碱性土壤 (pH ≥ 8) 上的作用效果，且他们推测pH影响抑制剂作用效果的可能机制在于pH对土壤氨挥发的作用，因为大量研究已经表明抑制剂施用后土壤氨挥发会显著增加^[26-28]，抑制剂的施用导致铵态氮在土壤中存留数量和时间都会增加，从而导致pH越高的土壤氨挥发越多。但是，Yang等^[12]的Meta-分析结果指出硝化抑制剂DCD在酸性、碱性土壤上均表现出明显的增产效果，而硝化抑制剂DMPP只在碱性土壤上有明显增产效果，在酸性土壤上效果甚微。不同研究结论的产生说明，未来需要进一步精细化研究不同抑制剂在不同土壤和作物上的应用效果研究，从而更好的发挥脲酶抑制剂和硝化抑制剂对延长氮肥释放、促进作物生长和减少氮肥污染的作用，更加科学的生产和应用稳定性肥料。西北、华北、华中、华东地区土壤基本性质 (从西到东) 与稳定性肥料增产率之间无显著的相关性。这主要是因为，西北土壤pH值虽然高、土壤贫瘠，但气候极端干旱，导致稳定性肥料在西北一些地区和作物上的应用效果不稳定，无法产生类似从南到北的规律，极端的气候条件掩盖稳定性肥料的作用效果。

等养分稳定性肥料和80%稳定性肥料施用后均会明显增加作物产量和提高NAE，具有优越的增产节肥效应，稳定性肥料适合在全国各区域广泛推广应用，从而充分发挥其对农作物产量和质量、农业经济以及农业生态环境的贡献。并且减施20%稳定性肥料在大部分区域不仅不会减产 (华南、西南、华东)，而且还会明显增加作物的NAE (西南、华南、华中、东北)，在这些区域80%稳定性肥料具有更佳的推广应用优势。总之，综合从提高作物产量和NAE考虑，华南和西南地区适宜的施肥模式是80%稳定性肥料，而华东、华中、华北、东北和西北地区适宜的施肥模式是等养分稳定性肥料。