我国粮食生产体系中化肥效率的变化

我国粮食生产体系中化肥效率的变化

自30年代以来，中国的化肥用量继续增加，20世纪80年代的增长率达到6.6%，90年代的增长率达到4.7%，21世纪初的增长率达到1.2%。中国是世界上最大的化肥生产国和消费国,2007年化肥产量占世界的33%,消费量占世界的32%。而中国粮食增长率从20世纪80年代的3.6%下降到90年代的1.5%,2000～2003年粮食产量平均增产率已经下降到-4%。粮食总产增长缓慢,而化肥用量增长迅速,化肥效率的大幅下降受到了国内外普遍关注。1998年朱兆良指出当时的主要粮食作物氮肥利用率为30%～35%;张福锁等对2000～2005年不同作物和不同区域试验结果分析发现,主要粮食作物的氮肥利用率为10.8%～40.5%。可见,2005年以前我国粮食作物化肥效率总体呈下降趋势。但从2004年开始,我国粮食生产发生了较大变化,国家采取多项措施保证粮食产量连续6年增长,包括2005年启动的全国测土配方施肥工作,同时化肥价格大幅波动。这些背景下农户化肥施用行为和化肥肥料效率如何变化值得关注。因此,本研究基于2001年和2008年全国万户农户调研数据,从宏观上分析了中国主要粮食作物化肥施用以及化肥效率的变化情况。1材料和方法1.1样本基本情况2001年农业部在全国开展了万户调研活动,2008年在农业部公益性行业专项的资助下,中国农业大学重新组织全国万户农户调研活动。这两次调研活动都是由中国农业大学设计问卷,由地方土肥站系统和科研院所负责实施,调研覆盖了粮食作物、经济作物、蔬菜、果园以及茶园等种植业体系。其中,2001年调研主要反映2000年的实际生产情况,数据覆盖全国22个省,11000个农户;2008年调研主要反映2007年的实际生产情况,数据覆盖全国23个省,10380个农户。样本基本情况汇总见表1。由于缺乏2000年的陕西小麦和江苏水稻的数据,我们使用了2002年这两个省份的农户调研数据。1.2化肥效率的测算肥料效率有4种表达方式,分别为RE、AE、PE和PFP。其中,化肥偏生产力(化肥效率)(Partialfactorproductivityfromappliedfertilizer,PFP,单位为kg/kg),它是指单位投入的化肥所能生产的作物子粒产量,即:PFP=Y/FY为施肥后所获得的作物产量;F代表化肥的投入量。国际农学界常用PFP,原因是它不需要通过实验测定空白区产量和养分吸收量,简单明了、易于运用,尤其适合于用农户调研数据分析化肥效率。利用农户调研数据测算化肥效率(PFP)。表1看出,两次调研所涉及的省份不完全相同,样本量也有较大差异。因此,在计算各作物平均单产和化肥平均施肥量时将涉及到的所有数据综合在一起按照调研面积加权平均以减少两次调研的不一致性。在比较2000年和2007年的化肥用量和效率时重点对照了两年调研中涉及到的相同省份。各省作物播种面积和粮食总产的统计数据来源于2008年中国国家统计年鉴。统计数据用来校验调研数据,而调研数据以两年差值反应变化趋势,由于两年调研方法一致,因此用差值可以避免共性偏差。2结果分析2.1小麦高产和化肥施用量情况表2显示,2007年与2000年相比,小麦、玉米和水稻的单产分别增加17.6%、7.9%和8.2%。氮肥施用量,小麦、玉米和水稻的单位面积施肥量分别增加12.3%、37.3%和6.0%;磷肥施用量,小麦和水稻的单位面积施肥量分别减少13.5%和17.7%,玉米增加8.8%;钾肥施用量,小麦和玉米的单位面积施肥量增加16.1%和30.8%,水稻减少12.9%;化肥总施用量,小麦和玉米的单位面积施肥量增加5.4%和29.0%,水稻减少4.3%。调研数据(表3)显示,全国小麦主产区单产有明显增加,而化肥施用量小幅增加。从不同地区来看,除了甘肃以外,2000～2007年,河北、河南、山东、陕西和山西5省的小麦单产分别增加30.9%、20.9%、17.6%、39.3%和73.2%,平均增产36.4%。施肥总量除了山东省略有下降,其余5个省份都全部增加,分别增加了9.4%、0.5%、1.8%、26.7%和34.2%。这几个地区都是小麦主产区,尤其是河北、河南和山东,产量都大幅增加,而肥料用量没有显著增加。全国玉米单产和化肥用量也都大幅增加(表3)。2007年与2000年相比,河北、河南、山东、贵州、内蒙古、山西6省玉米的单产都大幅增加,分别增加了36.8%、19.3%、16.6%、17.8%、59.0%、16.0%,平均增产27.6%。玉米上施用的化肥总量除了山东略有减少外,河北、河南、贵州、内蒙古、山西化肥用量全部大幅增加,分别增加了11.9%、17.7%、41.6%、119.2%、59.5%。2007年与2000年相比,除江西的水稻单产略有增加外,湖南、广西、贵州、广东的水稻单产都降低,降低幅度分别为10.6%、18.7%、3.3%、29.1%(表3)。农户调研数据和统计数据略有不同。江西、广西和贵州水稻单位面积化肥施用量分别增加15.3%、16.6%和32.2%。湖南和广东水稻单位面积化肥施用量分别减少11.1%和42.7%。2.2化肥总消耗量根据统计数据中各地区的粮食作物播种面积和农户调研中的单位面积施肥量,计算出主要粮食作物体系的化肥消费量。结果看出,2000年农用化肥总消耗量为3.6×107t,其中小麦、玉米和水稻分别消耗7.5、4.9和9.4×106t,豆类和薯类分别消耗0.9和1.5×106t,蔬菜、果树、油料、茶园和其他作物分别消耗4.3、2.4、2.7、0.3和1.8×106t。2007年农用化肥总消耗量为5.2×107t,与2000年相比,增加了44%。其中小麦、玉米和水稻分别消耗7.1、8.1和7.1×106t,豆类和薯类分别消耗1.1和2.2×106t,蔬菜、果树、油料、茶园和其他作物分别消耗10.9、7.4、3.3、6.3和3.7×106t。2007年与2000年相比,小麦和水稻用肥所占的份额分别减少7%和12%,玉米所占份额增加2%(图1)。小麦所占份额减少的主要是非主产区播种面积减少(退耕还林);国家统计数据表明,小麦的播种面积减少了11%。玉米所占份额增加主要是因为播种面积和单位面积施肥量的增加,玉米的播种面积增加了27.9%;调研数据显示,施肥总量增加了64.8%。水稻播种面积和单位面积施肥量的减少都导致了水稻化肥消耗比重的减少,水稻播种面积减少了3.5%;调研数据显示,施肥总量减少了25.2%。蔬菜和果树的化肥消费比重分别增加了10%和7%;调研数据显示蔬菜和果树化肥消耗量分别增加了152.1%和208.9%。蔬菜和果树的播种面积分别增加了13.7%和17.2%。豆类、薯类、油料、茶园和其他作物的化肥消费比重无明显变化,但化肥消耗总量都有所增加。2.3全国玉米化肥效率大幅下降三大粮食作物的化肥效率大小排列顺序是水稻>小麦>玉米;而化肥效率的变化幅度大小顺序是玉米>水稻>小麦。与2000年相比,2007年全国小麦化肥效率从10.6kg/kg增加到11.9kg/kg,平均上升了12%(图2)。其中河南、山东、河北、陕西和山西的化肥效率分别上升20%、24%、20%、10%和29%;甘肃的化肥效率下降15%。5省份的小麦播种面积占全国播种面积的55%(2007年统计数据),可见,全国小麦化肥效率的增加是由主产区拉动的。与2000年相比,2007年全国玉米化肥效率从13.8kg/kg下降到11.5kg/kg,平均减少17%(图3)。全国玉米化肥效率的大幅下降是由于玉米单产整体增幅小于化肥投入的增幅(见表2)。其中河北、山东、河南、吉林的化肥投入量增长幅度很小,而产量增幅较大,化肥效率分别上升22%、22%、1%、-1%;内蒙古、山西、贵州的化肥用量增幅大于单产增幅,其化肥效率分别下降了27%、27%、17%。与2000年相比,2007年全国水稻化肥效率从13.9kg/kg增加到15.7kg/kg,平均增长13%(图4)。其中广东和湖南的化肥效率分别上升24%和1%。江苏、广西、贵州和江西水稻的化肥效率分别下降33%、30%、27%和13%。全国水稻化肥效率总体趋势增长,而主产区化肥效率大幅度下降,主要是东北等新兴水稻主产区肥料效率较高。如2007年黑龙江水稻化肥效率为30.7,比全国平均值高21.3%;四川(包括重庆)水稻化肥效率为24.8,高于与其直接对比的几个区域,而这些区域水稻播种面积占全国的17.1%,导致2007年化肥效率整体提高。3讨论3.1作物化肥效率变化的原因分析3.1.1粮食生产得到较大发展由于种粮收入较低,农村劳动力流失严重,近些年中国粮食生产布局变化很大。一些低产地区受退耕还林等活动的影响,粮食生产逐步萎缩,而粮食优势区由于规模效益好,政府和技术支持大,机械化水平高,粮食生产得到较大幅度发展(表4)。因此全国粮食生产平均水平有所提高,农业资源配置得到进一步优化。3.1.2测土配方施肥近年来养分资源综合管理、测土配方施肥等科学施肥技术取得了快速发展,而且肥料产品也走向复合化,快速改变了中国肥料施用效果。测土配方施肥项目县3000多个田间试验和示范数据分析表明,测土配方施肥比常规施肥,氮肥、磷肥和钾肥的利用率分别提高10%、7%～10%和7%以上。科学施肥技术有大幅增效的作用,而农户调研数据也表明,随着科学技术的推广和肥料产品的变化,农户实际施肥技术也发生了很大变化,2008和2001年的调研结果表明水稻氮肥基追比例分别从1∶0.73调整到1∶1.47。3.1.3机械化措施将推动国内秸秆再利用,建立高效节能体系在过去7年中中国机械化耕作发展迅速,由于机械化发展提高了耕作整齐度,为高产和高效奠定了基础。机械化加大了有机资源还田,2008年,中国秸秆直接还田面积和总量达到35%。另外,高产栽培也在全国迅速推进,有力支撑了粮食产量的提高。3.1.4改变原代样品,增长总价2007年下半年开始,中国化肥价格大幅增长,至2008年8月份,尿素、磷酸二铵、氯化钾等主导产品批发价格同比增长66%、84%和160%。化肥价格的突然剧烈增长,使得农户不愿意继续多投入化肥,部分地区施肥量大幅减少,也是化肥效率上升的因素。3.2通过提高财政服务、提高粮食资源高效资美国化肥用量在20世纪80年代后期开始稳定,而作物产量仍持续增加,其化肥利用率也经历了先降后增并且持续增加的趋势。目前,其氮肥偏生产力(PFP)已经达到65kg/kg,恢复到20世纪60年代的水平,说明实现高产和资源高效的同步完全可能。中国也已经具备这种转变的条件。首先,中国已经走入土壤养分大量盈余的阶段,全国土壤有机质含量整体提高;大部分地区土壤磷素水平从20世纪80年代的10mg/kg提高到了现在的20mg/kg以上,而且仍在进一步提高;全国土壤钾素也从全面匮缺转为部分盈余,其中华南区域土壤交换性钾增长明显。土壤肥力的大幅提高对减少化肥投入,进一步提高化肥效率奠定了基础。其次,随着灌溉、机械、良种和栽培技术的不断完善和推广,中国粮食综合生产能力已经得到提高,单纯依靠增加化肥增产的刚性需求降低。第三,中国化肥市场化改革已经进行了10年,生产、流通和技术服务体系经过不断完善,化肥产品与农业需求之间逐步吻合,有提高效率的空间。3.3种植结构调整对作物产量、肥料用量的影响主要表现为为验证调研数据的可靠性,分析了国家统计数据中作物单产的变化发现,主要区域小麦、玉