1-养分资源综合管理技术与中国化肥需

1、养分资源综合管理技术与 xx 化肥需求xx 北方学院农林科技学院 xx中国农业大学资源与环境学院 xx近 50 年来，我国农业生产取得了举世瞩目的成就，特别是以占世界7%的耕地养活了占全世界 20%的人口，粮食单产和总产均大幅度提高，人均粮食和 肉蛋生产量均超过了世界平均水平，其中化肥养分的投入发挥了巨大的作用。 目前，我国化肥产量已突破 5000 万吨（纯养分），氮肥总产占全球的 35%，磷 肥总产占全球的 27%，成为名副其实的世界化肥第一生产和消费大国。然而， 从资源管理的角度来看，养分资源包括了土壤、化肥、有机肥和环境所提供的 所有养分，近年来随着人民经济收入和生活水平日益提高，人们只

2、重视化肥养 分的投入，而忽视了其它养分资源的利用，使我国农业生产面临着增肥不增 产、土壤养分过量累积、化肥施用过量和养分利用效率下降等重大问题，严重 制约了化肥养分资源的高效利用，同时也对生态环境产生了不利的影响。因此 在今后一段时期内，有必要重新审视我国化肥养分资源管理问题，及时调整养 分资源发展战略，进行养分资源综合管理，为作物增产和生态安全提供保证。 本文根据近年来的研究结果对人们关心的几个问题进行讨论。1. 中国粮食需求持续增加依赖化肥资源的投入中国未来的粮食产量需要持续不断增长才能保证人口和经济的发展。根据 许多科学家针对中国人口发展、人均消费水平以及粮食自给率对今后粮食需求 的预测

3、， 20 年中国人口将达到14.6 亿，按人均占有 400 公斤（小康水平）计算，总需求量达到5.84 亿吨左右，如果考虑膳食改善和能源发展的需求，粮食需求总量会达 到6.6 亿吨。而粮食总产是粮食单产和粮食作物播种面积共同决定的，由于中 国耕地面积近年来一直在持续下降，从 1996 年的1.30 亿公顷下降到 2006 年的1.22 亿公顷，耕地面积的减少直接导致中国粮食作物播种面积的减少，因 此依靠大量增加粮食作物播种面积来提高粮食总产是行不通的，确保粮食单产 在今后一段时间平稳地提高是当前中国保证粮食总量增加的基础。提高粮食单产必须增加粮食作物生长所需要的养分， 20世纪 70年代以前中

4、 国农田养分供给主要依靠有机肥，但是随着经济的发展，中国化肥发展迅猛增 加， 1989 年中国成为世界化肥使用量最多的国家， 1996 年化肥的总产量（纯养 分）也达到了世界第一，如何充分发挥化肥养分资源在中国粮食增产中的作用 成了关系到粮食生产的重要问题。从中国历年化肥用量、粮食总产和粮食单产 的数值变化可以得出，随着化肥用量的增加，粮食总产和粮食单产在不断地提 高。相关分析表明，从 1949年到 2006年，全国粮食总产、粮食单产与化肥用 量之间的 R2 值分别达到0.9463和0.9660，均呈极显著相关。多年来大面积的研究试验结果也充分证明，无论 是中国还是世界，化肥对粮食作物产量的贡

5、献率均占到了50%左右。全国化肥试验网的研究也表明，化肥对中国粮食单产增长的贡献率高达5557%，对提高总产的贡献率约 3031%。可见，化肥养分资源为中国实现粮食增产发挥了巨大 作用，今后一段时间内中国粮食需求的持续增加依然依赖化肥养分资源的持续 投入。2. 中国土壤养分由大面积缺乏向过量累积方向发展20世纪 80年代，我国耕地主要土壤养分表现为大面积缺乏，依据第二次土 壤普查结果，我国 40%的旱地土壤全氮含量低于0.75g/kg, 30%的耕地土壤有机质含量低于1%, 50%的耕地土壤速效磷含量 低于5 mg/kg,除黑龙江省以外，几乎所有省市都有 50%的耕地面积的土壤速效 磷含量低于

6、10mg/kg。砖红壤、赤红壤地区，红、黄壤地区以及水稻土和灰潮 土等地区土壤则表现为缺钾或严重缺钾,而北方的棕壤、褐土区,暗棕壤、黑 土和黑钙土等地区的土壤供钾能力较强。经过二十多年的化肥施用和土壤培肥,特别是部分地区的高量施肥,我国 耕地土壤全量养分稳步上升,速效养分明显增加,部分速效养分含量已表现为 过量累积。如与第二次土壤普查结果相比，当前我国华北、华东、华中和西北 地区耕地土壤有机质和全氮含量稳中有升，近 20 年来占农田面积 53- 59的 土壤有机碳含量呈增长趋势， 30- 31呈下降趋势， 4- 6基本持平；而东 北地区和西南地区由于耕作制度，尤其是施肥管理水平等措施的影响，东

7、北地 区有机质含量有所下降，西南地区有升有降。大量研究也表明，一旦氮肥用量 超过作物经济最佳施氮量，土壤硝态氮则表现出明显的累积趋势，受经济发达 地区常年过量施氮的影响，我国很多地区土壤剖面中出现高量的无机氮（硝态 氮和铵态氮）累积，这部分氮素就像土壤中的 “定时炸弹 ”，随时都有向环境中 迁移的危险。20 多年来，我国各区耕地土壤速效磷含量呈显著的增加趋势，部分经济作 物耕层土壤速效磷含量表现为过量累积。对全国 1365 个耕地土壤和 168 个菜园 土壤的速效磷含量分析结果表明，我国农田土壤速效磷含量一直呈上升趋势， 有效磷含量低于 5mg/kg 的土壤面积大幅度减少， 5-10mg/kg

8、 和大于 40mg/kg 的 土壤面积略有增加；对我国主要农区长期定位试验结果进行分析也表明土壤磷 盈余是我国土壤有效磷含量变化的主要驱动力，根据土壤收支平衡和有效磷消 长关系预测，从 1980到 2003年我国农田土壤有效磷含量增长约为 19 mg/kg。 我国部分耕地土壤有效钾水平有所下降，其中以东北地区下降最为明显，如辽 宁省 20 年间土壤有效钾含量年递减率约为1.27%，平均下降20.6mg/kg。尽管我国各地区土壤有效钾含量出现不同程度的下降，由于北 方各区土壤钾素含量较为丰富，并没有出现大面积土壤缺钾现象，增施钾肥还 应该针对特定地区和敏感作物，日益扩大的秸杆还田也在很大程度上缓

9、解了我 国土壤缺钾问题。3. 化肥过量施用现象极其普遍，养分利用效率明显降低受 “施肥越多，产量越高 ”等观念的影响，我国农民为了获取作物高产，不 合理和盲目过量施肥现象相当普遍，尤其在经济发达地区极为突出。2002年的FAO统计数据显示，当年中国水稻的化学氮肥消费量已经超过180kg/hm2，远远高于世界平均氮肥用量100 kg/hm2的水平，其中太湖地区水稻的氮肥施用量 达到了 270-300kg/hm2,有的地区甚至竟高达 350kg/hm2。对2000年和2002年 全国 26 个地区 200多个农户的调查数据分析结果表明，水稻的氮肥投入量平均 为 215kg/hm2 ，小麦的氮肥平均

10、投入量为 187kg/hm2 ，而玉米的氮肥平均投入 量为209kg/hm2，这三种粮食作物的平均氮肥用量为 205kg/hm2，大大高于全 国推荐的 150-180 kg/hm2 的最佳水平。和粮食作物的施肥相比，我国集约化的 蔬菜生产一个很显著的特点也是化肥的投入量过大，对全国主要省份的施肥调 查结果表明， 2000年全国蔬菜生产规模前 10位的省份中，蔬菜生产中氮肥平均 用量超过了 300kg/hm2,个别地区化学氮肥的用量甚至超过了 500kg/hm2。和 氮肥施用相似，磷肥的过量投入也是土壤和环境工作者关注的一个问题，如 20 世纪 90 年代后期，山东寿光的蔬菜面积占作物总种植面积

11、的21.6%，然而消费了全市 77%的磷肥，其中蔬菜是磷肥投入的最大去向。尽管我国肥料过量投入现象普遍存在，但在不同地区、同一地区的不同农 户之间仍表现出很大差异。比如我们将不同农户间氮肥投入量分成 3 级， 150- 250kg/hm2 为适中，小于 150 kg/hm2 为不足，大于 250 kg/hm2 则为超量。根据 全国农户调查数据进行总结，水稻、小麦和玉米超量施氮用户均接近调查农户 的；施氮量在合理和不足范围内的农户也各占到了约。所以从总体来看，我国主要作物化肥投入存在整体过量施肥和投入不平衡 的问题，所有的这些问题都会导致肥料利用率下降，养分向环境中的损失量增 加。从 90 年代

12、到现在，经过了 16 年的时间，粮食单产仅从 4t/hm2 变化到了4.7t/hm2 ，而化肥施用量从 2600万吨增加到了 4900万吨，出现了化肥用 量大幅度增加，而粮食作物单产却徘徊不前的局面，通过收集全国不同地区 2001-2005年间的 586 个试验数据计算得出目前中国水稻、小麦和玉米的氮肥利 用率分别为28.3%，28.2%和26.1%，平均利用率为27.5%，将近 70%的以上的氮肥由于各种途径损失掉了；而主要粮食作物的 磷肥利用率也不足 15%，钾肥利用率不足 35%。4. 实现养分资源综合管理，大幅度提高作物产量和养分资源的利用效率，减 少化肥需求量通过以上分析，可以知道随

13、着农户的过量施肥，化肥的增产效应在逐渐下 降，我国土壤和植物营养科学工作者在节肥增产，提高化肥养分资源利用效率 方面进行了极大的努力，但肥料进一步增产的效应似乎很小。例如，在由中国 农业大学资源与环境学院主持的 “十五”养分资源综合管理 “948项”目中，在 88 个 小麦试验、 189个玉米试验和 55 个水稻试验中，虽然可以将氮肥利用率提高 7-16 个百分点，但是化肥养分优化管理对作物进一步增产的作用很小；目前国 内农业科研工作者往往可以在特定地区小面积的耕地上不断地刷新作物单产记 录，但却难以在区域上大面积实现，因此我国优良作物品种产量潜力的发挥往 往低于 60，而发达国家可达到 85

14、。分析这些现象的主要原因是对土壤生产 力的主控过程认识不清，缺乏既能保水保肥，又能充分发挥高产作物生物学潜 力，同时实现作物高产和水肥的高效利用的途径。因此，开展持续提高土壤生 产力的基础研究，在大幅度提高作物产量的同时提高养分利用效率，进行养分 资源综合管理的研究非常重要。如果我们以 2000年和 2002年全国农户的施肥水平代表目前水稻、小麦和 玉米的施肥水平，然后和进行养分资源综合管理措施下氮肥的投入水平相比， 我们可以得到目前水稻、小麦和玉米的氮肥用量可以分别节省 65 kg/hm2、18 kg/hm2和47kg/hm2，按照2006年水稻、小麦和玉米的播种面积来 计算，则分别可以节省

15、氮肥190.4 万吨、41.3 万吨和126.8 万吨，共计为358.5 万吨。可见养分资源综合管理技术可以明显地节约氮肥用量，随着养 分资源管理技术的不断集成，今后一段时期可以有效地降低粮食作物对化肥的 需求量。另在农户调查中我们也可以发现，投肥量一定时，农民施肥效率决定 于综合管理水平。如果将农户施肥状况和资源效率按产量分组，结果表明，高 产组农户资源效率大大高于低产组农户。之所以产生这种现象，是因为肥料投 入水平只是决定产量的一个因素，产量高低决定于农户综合管理的技术水平， 在高产区投入水平不是限制因子时更是如此。吨粮田技术是运用综合技术达到 高产高效的典范，其在光能利用率、水分利用效率

16、、养分利用效率等方面均高 于一般高产田也说明了这一点。因此，在现有生产条件下，农户获得高产的同 时可提高资源利用效率，养分综合管理技术就是实现农户高产和资源高效利用 协调发展值得研究和开发的新技术。土壤是植物最直接的养分资源库，土壤养分资源本身的变化直接影响到粮 食作物产量的提高与农业的可持续发展，因此发挥化肥养分增产作用必须考虑 土壤本身的养分供给；其次要加强对有机养分资源的重视，实际上有机养分直 至 20 世纪 50 年代初期，几乎是补充土壤养分的唯一来源，对中国农业生产发 挥了巨大作用；最后还要加强对大气和水体等环境养分资源的利用，如华北平 原的研究结果表明，2003-2006年期间的氮素年沉降量平均高达 27kg/hm2，范 围为15-50kg/hm2，因此对于农户来说，必须注意这部分养分资源对土壤的补充 作用，否则