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施在地里的氮肥难道不能全部被作物吸收吗？还会流到地下水里，这真令人吃惊。
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实际上损失相当大。全球平均来看，施加的N中只有30-50%被作物利用。剩余的分三个去向：氨气(NH₃)挥散到大气占10-30%、被土壤微生物分解产生氮气(脱氮)占10-30%、而剩下的硝酸盐(NO₃⁻)则会随着降水往地下渗透，最终到达地下含水层。这就是淋滤。
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直接的急性毒性不强，但婴幼儿会有甲血红蛋白血症(蓝婴症)的风险，所以WHO和欧盟规定饮用水中硝酸盐不超50 mg/L。美国EPA规定按N计10 mg/L(约44 mg NO₃/L)，日本也是10 mg N/L。按本工具的默认条件计算，可轻易超过100 mg/L。欧美农业地带的地下水井中几十%都超标。
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影响巨大。砂质土孔隙大、保水能力差，下雨水立刻就渗下去。而粘土质和有机物多的土壤，阳离子交换容量(CEC)高，对铵态氮的保持力强。本工具设土壤系数砂质1.5、粘土0.6，降水系数是线性的。北海道旱地、美国佛罗里达砂质地、荷兰草地——这些都是砂质+高降水，典型的淋滤热点区。
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那怎样才能减少呢？单纯少施肥的话产量会下降啊。
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关键是4R原则。适正量(Right rate)、适期(Right time)、适所(Right place)、适形(Right source)。具体做法有分次施肥(split application)根据生育期分批施用、缓释肥料(CSE)延缓溶出、冬季闲置期种植黑麦等绿肥作物(catch crops)吸收剩余N、施加堆肥增强土壤保持力、硝化抑制剂延缓NO₃⁻产生，等等。美国爱荷华州的《养分减少策略》和欧盟《硝酸盐指令》都总体要求这些措施。
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原来不只是改变用量，还要优化时间、形式等各个方面啊。
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没错。施肥不仅是"为了作物"，更是"为了下游和地下水"。从CAE角度看，这是土壤-水-植物系统的优化问题，目标函数是"产量最大×环境负荷最小"的多目标优化。本工具只是简易的质量平衡模型，但HYDRUS、DSSAT等专业求解器也是同样思想来解N动态的。
土壤中施加的尿素或铵态氮通过微生物的硝化作用从NH₄⁺转化为NO₃⁻。NO₃⁻具有负电荷，不会被同样带负电荷的黏土矿物或腐殖质吸收，而是随降水向下移动，这个过程称为淋滤(leaching)。作物无法吸收的剩余N最终会到达地下水含水层，导致饮用水标准(欧盟/世界卫生组织NO₃为50 mg/L，美国EPA为N 10 mg/L)被超过。
作物的N吸收存在饱和点。例如，玉米在200 kg N/ha左右吸收基本达到饱和，超过这个施肥量产量增加有限，而多余的N则转为挥散、脱氮或淋滤。日本数据显示，施肥量翻倍时产量仅增加1.1-1.2倍，而淋滤量可能增加数倍。从经济和环保角度看，超过适正施肥量都不划算。
施肥的4R原则(适正量、适期、适所、适形)是基础。具体措施包括：(1)分次施肥根据生育期分批施用、(2)缓释肥料(CSE)和包膜肥延缓溶出、(3)冬季闲置期种植绿肥作物(catch crops)吸收剩余N、(4)施加堆肥和有机物增强土壤保持力、(5)硝化抑制剂延缓NH₄⁺向NO₃⁻的转化。美国爱荷华州的《养分减少策略》和欧盟《硝酸盐指令》都综合要求这些措施。
本工具中土壤系数设为砂质1.5、壤土1.0、粘土质0.6，实测数据也显示砂质土的硝酸态氮流失比粘土质土高2-3倍。砂质土保水力差、孔隙大，降水容易渗透到地下水，而粘土质和有机物丰富的土壤阳离子交换容量(CEC)高，对NH₄⁺的保持能力强。砂质土上分施和缓释肥的效果更明显。
农业政策和地下水保护计划：欧盟《硝酸盐指令》(1991年)要求成员国指定"硝酸盐脆弱地区(NVZ)"并设定施肥上限。美国爱荷华州的《养分减少策略》旨在减少向密西西比河流域和墨西哥湾死水区的N流出，促进农民采用分施、绿肥、缓冲带等措施。本工具的简易质量平衡可用于政策评估的初期，概算特定地区的N剩余潜力。
农业现场施肥诊断：在"精准施肥"实践中，根据土壤诊断和作物N需求确定目标施肥量。GPS联动的变量施肥机根据田间土壤变异进行精准施肥。通过改变本工具的参数(土壤种类、SOM、降水量)来计算田间不同地块，可为分区管理制定方向，如"砂质地块需要分施"、"粘土质地块标准量就够"。
环境评估和流域模型：SWAT(土壤水质评估工具)和HYDRUS等流域水质模型采用与本工具相同的N质量平衡，在数千至数万网格上逐网格计算，推估河流和地下水的N负荷。新农地开发或畜牧设施的环评中，用这类模型预测"下游地下水浓度变化多少"后才能获批。
教育和咨询：在农学部的环境化学、土壤学、农业经济课程中，本工具可让学生直观体验"施肥量增加时，产量和环境负荷如何变化"。通过拖动滑块同时看到产量(吸收量)和环保指标(NO₃浓度)的变化，能更好地理解优化的权衡。在咨询和地方说明会中，可用它向农民展示施肥指导的科学依据。
最大的陷阱是"质量平衡模型无法捕捉时间动态"。本工具的计算是年均定态质量平衡，而实际淋滤往往是"梅雨或台风时瞬间发生"的非定态现象。年降水1200mm的地区，如果一天下100mm暴雨，那天就可能冲走年均流出量的几分之一。缓释肥和分施的效果需要动态模型(如HYDRUS-1D)才能准确评估。本工具仅用于把握年均量级。
其次，"土壤系数f_soil和降水系数f_rain是经验式"。本工具的f_soil=1.5/1.0/0.6、f_rain=1+(R−800)/1000是以温带旱田为基准的概算系数。干旱灌溉、热带水田、寒冷地冻土等地的系数完全不同。例如水田由于淹水，脱氮比例比旱田大，淋滤往往更小。需按地区实测数据调校。
最后，"挥散和脱氮也有环保问题"。本工具将挥散NH₃和脱氮N₂(+部分N₂O)视为"逃到地下水以外"，但NH₃通过大气再沉降会污染其他水系，N₂O是CO₂温室效应的约300倍。考虑施加N总量对环境全生命周期的影响，需同时评估大气通量。"减少淋滤而增加脱氮"只是部分优化，不是全局最优。