化肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)、是糧食的“糧食”，我國化肥產(chǎn)量和用量從1950年的不到5萬噸/年升至2009年的5000多萬噸/年，增幅超過1000倍，在保障國家糧食安全方面起到了不可替代的作用。但另一方面，由于部分地區(qū)施肥不當(dāng)化肥帶來了局部生態(tài)環(huán)境污染加劇等問題，成為我國經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素。因此，如何科學(xué)評價化肥與農(nóng)業(yè)的關(guān)系，或者說如何辯證看待化肥特別是氮肥在農(nóng)業(yè)中的增產(chǎn)作用與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，已經(jīng)成為關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一個重大問題。
記者：有數(shù)據(jù)顯示，全球40%以上人口依賴于化肥提供的糧食，而中國化肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)高于世界平均水平40%。假如不使用化肥，將會是什么情況？
劉學(xué)軍：建國以來，我國糧食生產(chǎn)取得了巨大成就，創(chuàng)造了世界的奇跡——以世界7%的耕地養(yǎng)活全世界22%的人口，其主要貢獻(xiàn)來自化肥。從1961年到2009年，我國糧食作物的總產(chǎn)從1.1億噸增至5.3億噸，同一時期單產(chǎn)從年均1.2噸/公頃增加到5.6噸/公頃，增加了3.7倍，而收獲面積基本不變。從1961年到2007年，蔬菜、水果的收獲面積分別增加了3.2倍和16倍，單產(chǎn)增加了近1倍、總產(chǎn)增加了6.7倍和30倍。我國作物單產(chǎn)增加主要依靠農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入尤其是化肥投入的增加，化肥已經(jīng)普及到全國所有農(nóng)業(yè)區(qū)，保障了全國農(nóng)業(yè)大面積增產(chǎn)。假設(shè)不使用化肥（考慮其他條件改善），全國糧食產(chǎn)量可能只能維持在年均2.5億噸，而施用化肥的糧食產(chǎn)量在5億噸左右，那么化肥增產(chǎn)的糧食能養(yǎng)活全國約一半的人口，化肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)甚至高于世界平均水平40%。由此可見，沒有化肥的投入就不可能有我國的糧食安全。
記者：化肥的增產(chǎn)作用如此明顯，那么化肥的投入與作物增產(chǎn)之間是否存在正比關(guān)系？
劉學(xué)軍：通過比較國家糧食產(chǎn)量和氮肥的有關(guān)統(tǒng)計資料，我們發(fā)現(xiàn)二者并非呈線性關(guān)系。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)表明，2009年我國化肥用量達(dá)到5404.4萬噸，單位播種面積的化肥用量為341kg/ha，比1961年的0.5kg/ha增加670倍。由此可見，作物產(chǎn)量增幅要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于化肥用量的增幅，化肥的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效應(yīng)隨著化肥用量的增加呈下降趨勢，例如：每千克氮肥投入增產(chǎn)的糧食從1961年的300kg以上降低到20世紀(jì)90年代初的30kg，近些年更下降到20kg以下。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院張福鎖教授等人對我國氮肥農(nóng)學(xué)效率的研究表明，目前每千克氮肥（純養(yǎng)分，以下同）投入當(dāng)年凈增產(chǎn)的水稻、小麥、玉米已經(jīng)分別從上世紀(jì)80年代的20kg左右下降到21世紀(jì)初的10.4kg、8.0kg和9.8kg；磷肥、鉀肥的增產(chǎn)效率也呈現(xiàn)類似的下降趨勢。
此外，我國化肥的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效應(yīng)區(qū)域性差異很大。在地形、土壤、灌溉等自然條件良好的農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，化肥增產(chǎn)效率較高，而且隨著農(nóng)業(yè)綜合措施的進(jìn)步，近兩年化肥的增產(chǎn)效率呈現(xiàn)上升趨勢。
自從1993年實(shí)施菜籃子工程以來，我國種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。糧食播種面積波動式下降，而蔬菜和果樹種植面積不斷增加，到2008年，蔬菜播種面積占全國總播種面積的12%，而果園達(dá)到7%。由于水果和蔬菜的附加值高，農(nóng)戶往往不惜資源投入，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。例如：大棚蔬菜每年投入的化肥和有機(jī)肥純養(yǎng)分是糧田投入量的10~20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過蔬菜自身的需要。大面積種植蔬菜是全國化肥肥料效率不斷下降的主要因素。
記者：針對我國化肥利用率低的問題，目前有沒有較好的對策？
劉學(xué)軍：據(jù)統(tǒng)計，目前我國農(nóng)田氮、磷、鉀化肥養(yǎng)分利用率平均僅為27.5%、11.3%和31.3%，表明我國化肥使用的優(yōu)化空間很大。在如何優(yōu)化氮肥管理、提高氮素利用效率方面，國內(nèi)許多土壤肥料工作者進(jìn)行了一些有益的探索。
中國科學(xué)院南京土壤所朱兆良院士針對中國人多地少的國情，較早提出“平均適宜施氮量”的方法，并首先在江蘇太湖獲得成功。太湖地區(qū)試驗(yàn)證明，水稻氮肥投入總量控制在180～225kg/ha，可保證現(xiàn)有產(chǎn)量，而氮肥用量比農(nóng)民傳統(tǒng)用量平均少1/4～1/3。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張福鎖、陳新平教授等則提出氮肥實(shí)時監(jiān)測、磷鉀肥衡量監(jiān)控的養(yǎng)分資源綜合管理策略，他們在華北平原進(jìn)行的264個田間試驗(yàn)結(jié)果表明，利用養(yǎng)分資源綜合管理技術(shù)可以把小麥、玉米氮肥用量控制到150~180kg/ha，比農(nóng)民施肥量降低30%以上，而產(chǎn)量可以增長5%~10%。1998~2005年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在北京進(jìn)行的121個露地蔬菜試驗(yàn)研究證明，在獲得與農(nóng)民相同產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，通過水肥一體化綜合管理技術(shù)可把氮肥用量降低到100~260kg/ha，比農(nóng)戶用量下降151~183kg/ha，節(jié)氮23%。
記者：要真正實(shí)現(xiàn)化肥的增產(chǎn)增效應(yīng)從哪些方面入手？有何技術(shù)手段？
劉學(xué)軍：要實(shí)現(xiàn)化肥增產(chǎn)增效在戰(zhàn)略上應(yīng)從以下幾個方面入手：
一是發(fā)展和應(yīng)用總量控制、分期調(diào)控的氮肥管理技術(shù)。我國農(nóng)戶經(jīng)營規(guī)模小、土地分散的特點(diǎn)決定了過于復(fù)雜和精確的施肥技術(shù)的可操作性差，經(jīng)濟(jì)上也不劃算。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在氮素實(shí)時監(jiān)控技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的總量控制、分期調(diào)控的氮肥綜合管理技術(shù)，把作物全生育期氮素總量與關(guān)鍵生育期氮素調(diào)控結(jié)合起來，有效地解決了科學(xué)性與實(shí)用性的矛盾。
二是以“大配方，小調(diào)整”策略調(diào)整肥料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)貼近農(nóng)業(yè)需求的化肥技術(shù)改造與升級。具體的說，就是利用全國測土配方施肥技術(shù)成果，采用“大配方，小調(diào)整”策略大幅度調(diào)整肥料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使先進(jìn)的施肥技術(shù)物化，并通過產(chǎn)、學(xué)、研與推廣的結(jié)合，使技術(shù)人員、肥料經(jīng)銷商和廣大農(nóng)民實(shí)實(shí)在在用上這些技術(shù)。
三是加大測土配方施肥技術(shù)推廣力度，徹底改變傳統(tǒng)施肥觀念。全國測土配方施肥項目開展5年來，通過大量的土壤測試，對我國農(nóng)田養(yǎng)分狀況有了新的認(rèn)識。大量的田間試驗(yàn)和示范已基本明確了我國土壤肥力和主要作物的肥料效應(yīng)，創(chuàng)新了一大批施肥技術(shù)和推廣模式。從2009年農(nóng)業(yè)部提供的3000多個田間試驗(yàn)結(jié)果看，小麥、玉米和水稻等糧食作物測土配方施肥比農(nóng)民常規(guī)施肥增產(chǎn)450kg/ha以上，每千克養(yǎng)分增產(chǎn)量1.5kg以上，比常規(guī)施氮量減少30kg/ha左右，氮肥利用率提高10個百分點(diǎn)以上。2009年3月農(nóng)業(yè)部測土配方施肥技術(shù)專家組對6個省1152個農(nóng)戶的隨機(jī)抽樣調(diào)研結(jié)果表明，項目區(qū)農(nóng)戶明顯增產(chǎn)，糧食作物平均增產(chǎn)5.5%。
記者：化肥在保證糧食安全方面的功勞人所共知，但如果化肥施用不當(dāng)也將不可避免地帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題。能介紹一下這方面的情況嗎？
劉學(xué)軍：化肥在我國農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中的作用很大，其功勞是第一位的，完全可以說沒有化肥的投入就沒有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、也不可能解決我國目前的糧食安全問題。化肥的環(huán)境代價主要體現(xiàn)在不合理地過量施肥，尤其是氮肥的過量使用造成氮素連鎖效應(yīng)（Nitrogencascade）。氮素連鎖效應(yīng)是引起水體氮素污染、大氣中氮素痕量氣體及顆粒物濃度升高、氮素沉降和酸雨加劇等的主要原因。對于中國一些地區(qū)存在的大量施用化肥、片面追求糧食高產(chǎn)以及化肥不合理使用導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境代價增加等問題應(yīng)該引起我們的高度重視。新近歐洲氮項目(NitroEurope)的結(jié)果表明，在歐盟主要成員國由于氮素?fù)p失導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境代價高達(dá)700～1400億歐元。我國的氮評估工作尚未結(jié)束，初步估計這方面的代價不會低于歐盟國家。
目前，農(nóng)業(yè)已成為溫室氣體的重要排放源，過量使用氮磷肥所導(dǎo)致的土壤剖面中硝酸鹽累積、耕層土壤有效磷富集以及與此相關(guān)的土壤酸化、水體污染和富營養(yǎng)化等報道日益增多，氮肥不合理使用導(dǎo)致氨揮發(fā)、氧化亞氮和氮氧化物等痕量氣體排放引起的氮素沉降增加與酸雨危害等問題也已經(jīng)成為影響我國農(nóng)業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的制約因素。
土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，不合理施用化肥可導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和污染的發(fā)生，從而直接威脅農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。同時，過量施用氮肥或者偏施氮肥會導(dǎo)致土壤中硝酸鹽大量累積和向下淋溶，成為水體尤其是淺層地下水的重要污染源。全國污染源普查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)是總氮、總磷排放的主要來源，其排放量分別占全國排放總量的57.2%和67.4%。此外，關(guān)于氮肥不合理使用導(dǎo)致的NH3、NOx和N2O等農(nóng)田痕量氣體排放，也越來越引起人們的關(guān)注。
記者：既要保證農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)，又要兼顧生態(tài)環(huán)境效益，您認(rèn)為化肥產(chǎn)業(yè)在未來發(fā)展中如何才能做到這兩點(diǎn)？
劉學(xué)軍：今后我們應(yīng)該在農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效的目標(biāo)下通過多學(xué)科合作優(yōu)化肥料的管理、進(jìn)一步提高化肥的增產(chǎn)貢獻(xiàn)，而通過養(yǎng)分資源綜合管理技術(shù)結(jié)合測土配方施肥的國家行動是提高我國肥料利用率、降低生態(tài)風(fēng)險和環(huán)境代價的根本途徑。
就整體而言，氮肥、磷肥用量應(yīng)逐步下調(diào)、回歸至理性水平，鉀肥維持穩(wěn)定或略有增長。國家應(yīng)加強(qiáng)化肥生產(chǎn)、使用和國際市場等方面的中長期預(yù)測預(yù)報的研究工作，加強(qiáng)肥料立法、逐步減少化肥的補(bǔ)貼，既避免化肥企業(yè)的大起大落，又要有前瞻性地適當(dāng)發(fā)展一些有市場前景的新型肥料，如包膜控釋肥、專用復(fù)混肥等。
今后5~10年內(nèi)，我國化肥企業(yè)應(yīng)該在保持現(xiàn)有產(chǎn)量的前提下大力提升肥料（尤其是復(fù)混肥）產(chǎn)品質(zhì)量，并且更多地關(guān)注農(nóng)化服務(wù)，培養(yǎng)一支較為專業(yè)的農(nóng)化服務(wù)隊伍，有效地為農(nóng)民提供如何合理施肥的科學(xué)知識和試驗(yàn)示范基地，并與各類農(nóng)村專業(yè)化合作組織建立長期合作的關(guān)系，同時為農(nóng)民提供合格的肥料產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。
從更長遠(yuǎn)的未來分析，化肥的高濃化、復(fù)合化、液體化和多功能化是國際上的發(fā)展大趨勢，我國在發(fā)展高濃度單質(zhì)肥料和復(fù)混肥的同時，也應(yīng)針對國情適當(dāng)保留一些相對廉價、養(yǎng)分濃度相對較低的肥料產(chǎn)品比如碳酸氫銨、過磷酸鈣等，以適用一些地區(qū)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)狀況和特定作物的養(yǎng)分需要。
作為中科院重要方向性項目水土資源和養(yǎng)分的高效持續(xù)利用的研究內(nèi)容之一，由離子束生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的新型控緩釋化肥——控失型復(fù)合肥2008年秋季試驗(yàn)示范在我國小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮海平原的河南、山東、河北和安徽四省9個地市順利實(shí)施。項目組對河南、山東和安徽三省4個試驗(yàn)示范現(xiàn)場進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)小麥控失型控緩釋化肥全部基施和減量基施均較習(xí)慣施肥生長旺盛、增產(chǎn)趨勢明顯。圖為施用控失肥（右）和普通肥（左）的田間對照。
2001~2010年我國糧食產(chǎn)量和化肥消費(fèi)量（單位：萬噸）
年度 糧食產(chǎn)量化肥消費(fèi)量 農(nóng)用化肥產(chǎn)量
2001 45246 4254 3383
2002 45706 4339 3791
2003 43070 4412 3881
2004 46947 4637 4805
2005 48402 4766 5178
2006 49804 4928 5345
2007 50160 5108 5825
2008 52871 5239 6028
2009 53082 5404 6385
2010 54641 5545 6741
（映寒） |
