新阶段化肥减量增效战略研究_周卫.pdf

新阶段化肥减量增效战略研究新阶段化肥减量增效战略研究周卫，丁文成（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081）摘要:我国农业生产中化肥过量施用问题较为普遍，肥料利用率不高、资源浪费、环境污染等问题时有发生。“十三五”期间国家开展了化肥减量增效行动计划，取得了积极成效，在生产层面实现了化肥消费总量负增长，但化肥绿色增效的基础理论研究与技术创新不足，推广应用覆盖面不够，政策法规仍有待完善。当前我国化肥减量增效工作步入了全面攻坚期，本文调查分析了国际化肥减量增效的经验，总结了我国前期化肥减量增效工作取得的成效和存在问题，结合我国具体国情农情，以“精准、高效、绿色、智能”为指导原则，提出了新阶段全面推进化肥减量增效的战略导向和具体举措建议，为保障国家粮食安全和生态环境安全提供科技支撑。关键词:化肥零增长；化肥减量增效技术；高效施肥；绿色高效肥料；肥料监管Strategic researches of reducing fertilizer use and increasing use efficiencyin China in the new eraZHOUWei,DINGWen-cheng(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratoryof Plant Nutrition and Fertilizer,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Beijing 100081)Abstract:InChinasagriculturalproduction,excessivefertilizationiscommon,fertilizeruseefficiencyisrelativelylow,withvaryingdegreeofresourcewasteandenvironmentalpollution.AseriesofactionplanshavebeenpromotedbytheChinesegovernmentforreducingchemicalfertilizeruseandimprovingtheuseefficiency,andbasicallyachievedthegoalof“theActionPlanforZeroGrowthinFertilizerUse”duringthe13thFive-YearPlanperiod.However,thetheoreticalresearchandtechnicalinnovationsarestillinsufficientfortheefficientandenvironment-friendlyapplicationofchemicalfertilizers.Hence,theextensionanddemonstrationofnewtechnologiesarefullyongoingacrossthewholecountry,andtherelativepoliciesandregulationsarestillevolving.Now,theactionoffertilizerreductionandefficiencyimprovementinChinahasenteredacriticalperiod.Comparedwiththesuccessfulinternationalexperiences,wesummarizedtheachievementsandgapsinpreviousworksonfertilizerreductionandefficiencyimprovementinChina.Followingthenationalstrategicguidanceandgreatspecificactionplansforthepromotionoffertilizerreductionanduseefficiencyincreaseinthenewera,adheringtotheprinciplesof“Precision,Efficiency,GreenandIntelligence”,andfullconsiderationofthespecificagriculturalconditionsofChina,weproposedstrategicsuggestionsfortherealizationofthegoalsofnationalfoodsecurityandecologicalenvironmentsecurity.Key words:ZeroGrowthActionofChemicalFertilizerUse;technologiesforreducingfertilizeruseandincreasinguseefficiency;highefficientfertilization;greenandhighefficiencyfertilizer;fertilizersupervision植物营养与肥料学报2023,29(1):17doi:10.11674/zwyf.2022647JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20221128接受日期：20221229基金项目：中国工程院战略研究与咨询项目（2022-XY-98）；农田智慧施肥项目；国家自然科学基金青年科学基金项目（32102492）。联系方式：周卫E-mail:化肥作为国家粮食安全和农产品有效供给的重要保障，在农业生产中发挥着不可替代的作用。全球每年化肥农用消费量在 2 亿 t(纯养分量)左右1，对世界粮食增产的贡献率达 40%以上2。依据全国化肥试验网开展的 5000 多个肥效试验，证明化肥对我国粮食增产率在 50%左右3。我国是世界最大化肥消费国，氮肥、磷肥和钾肥的消费量分别占全球总量的 23%、21%和 26%1，农业化肥的高投入是粮食连续增产的重要支撑。然而，由于我国人多地少、土壤基础肥力差、经营分散、复种指数大、倒茬时间紧等客观因素，作物高产建立在化肥大量施用的基础上，科学施肥技术覆盖率不高4。我国农田氮肥和磷肥的平均施用量分别为 N191kg/hm2和P2O573kg/hm2，分别是世界平均水平的 2.6 和 2.4倍1。大量化肥养分积累在土壤中或损失到环境中，造成了资源浪费和环境污染57。我国农田每年约有760 万 t 活性氮(以 N 计)、21 万 t 磷(以 P 计)以及1.3 亿 t 温室气体(以 CO2计)排放到大气和水体环境中813，成为导致地表水体富营养化、地下水硝酸盐超标、PM2.5 形成以及全球变暖的重要因素。随着人口的增加和耕地的减少，粮食增产与生态环境保护的矛盾将日益尖锐，实现化肥减量增效是农业绿色可持续发展的必然要求。从欧盟、北美和东亚部分发达国家的化肥使用历程来看，化肥用量呈现先快速增长、达到峰值后保持稳中有降的趋势。发达国家自 20 世纪 50 年代开始，化肥用量快速增加，到 80 年代达到顶峰，引发了土地退化、大气和水体污染、生物多样性减少等一系列全球性生态环境问题1416。如过量施肥导致氮磷面源污染严重，瑞典、荷兰、德国、丹麦等国来自农业的氮占流域总氮输入量的 60%94%，磷素占 50%以上，美国 70%的地表水体出现富营养化1720。为了应对和缓解上述问题，自 20 世纪 70 年代起，发达国家逐步加强了化肥减量增效基础理论与应用技术研发，发展了测土配方施肥技术、水肥一体化、机械化施肥、高效肥料产品研发、有机养分高效利用、轮作休耕等化肥减量增效技术2126，并制定了一系列化肥使用规范及限量标准，从技术、产品和管理多方面推动了化肥生产、流通、使用规范化，发达国家的化肥用量持续下降，而粮食产量却保持增长或稳定趋势，逐步走上了化肥减量增效的可持续发展之路。近年来，我国化肥减量增效研究取得了积极进展，科学施肥水平有了明显提高，表现在灌溉、机械、良种和栽培技术不断完善和推广，粮食综合生产能力已经得到提高，单纯依靠加大化肥投入来提高作物产量的刚性需求降低，为推行化肥减量增效的国家行动提供了必要条件。本文立足于我国农业转型和绿色发展新阶段的现实需求，在充分调研发达国家化肥减量增效经验，总结化肥零增长行动成效的基础上，提出了适合我国特殊国情和农情的化肥减量增效战略导向和重大举措建议，以加快推动农业由过度依赖资源消耗向追求绿色可持续发展的转变。1 发达国家化肥减量增效的主要经验1.1 化肥减量增效的主要类型根据联合国粮农组织的统计数据1，发达国家化肥使用量变化态势大致可分为两种类型：一是以美国为代表的增长稳定类型，自 1961 年开始，美国化肥消费量连续 19 年快速增长，由 787.5 万 t 增加到 1980 年的 2147.7 万 t，随后稳定在 1600 万 t2100 万 t，而粮食产量继续增长；二是以欧盟、日本等为代表的增长降低类型，欧盟在 20 世纪 80 年代中期肥料用量达到 2936 万 t 后迅速下降，之后一直保持在 2200 万 t 以下，而粮食产量保持稳定。还有部分国家，如加拿大在经历了化肥总消费量增长稳定阶段后又进入到增长阶段，主要原因是扩大了能源作物玉米的播种面积，但单位面积的肥料用量保持稳定。1.2 理论与技术、产品和装备配套实现化肥减量增效发达国家化肥减量的理论基础是完善的测土配方施肥技术。通过定期土壤养分测定，明确土壤养分丰缺状况，在信息化技术和大数据技术支撑下，实现了肥料养分的精准化和智能化投入。缓/控释肥料、高效复合肥和水肥一体化等技术的研发协调了作物养分需求与肥料养分供应的一致性，机械精准化作业大幅度减少了肥料的损失，进一步减少了化肥用量。近年来，欧美基于农业废弃物综合利用的种养结合绿色循环农业技术快速发展，利用先进的粪肥施用装备实现了养殖业与种植业在饲料肥料间的物质循环与协同发展。1.3 政策激励和多措并举推动化肥减量增效国家层面制定管理政策，发挥多重技术措施提升土壤肥力、降低环境压力，同时用经济手段激励农民提高管理水平。美国、加拿大、澳大利亚等土2植物营养与肥料学报29卷地资源丰富的国家，采用轮作和休耕技术，土壤肥力得到了很好的恢复，减少了对化肥的依赖。20 世纪 80 年代初期，美国提出了秸秆、有机肥、绿肥部分代替化肥等农业持续发展技术；1999 年，美国环保署提出综合养分管理计划，要求农业生产者在施肥前要有明确的计划，如登记作物种类、实际产量和目标产量，预计养分施用量、施肥设备和方法等27。欧洲国家在 20 世纪 80 年代纷纷出台了“农业环境一揽子计划”，鼓励农户优先施用有机肥，并在施用时间、种类和数量等方面作了具体的规定28。通过这些措施，目前美国农业面源污染面积比 1980 年减少了 65%，欧盟地下水硝态氮浓度明显下降，特别是荷兰，地下水硝态氮平均浓度从 190mg/L 下降到 60mg/L29。20世纪80年代，美国提出了最佳管理措施(BMP)，对实行最佳管理的农户进行补贴，通过经济激励措施，鼓励秸秆还田、合理轮作和休耕等提高土壤肥力30。1990 年，美国颁布了有机食品生产法案，通过有机产品认证、地理标志认证以及农产品质量认证，特别是消费者对有机食品的青睐等，削减了化肥的使用量31。日本从 2007 年开始对确定为环保型的农户给予补贴、无息贷款支持和税收减免等优惠政策，从 2011 年开始政府对被确认为生态型的农户给予直接补贴32。农作物播种面积、化肥使用强度、种植结构等是驱动化肥用量变化的直接因素，而经济刺激杠杆使更多的农户参与到科学施肥行动中来，可有效降低化肥使用量。1.4 法律法