浙江省主要作物的化肥施用現(xiàn)狀與減施潛力估算

陸若輝，虞軼俊，吳春燕，陳紅金*

(1.浙江省耕地質(zhì)量與肥料管理總站，浙江 杭州 310021；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥是糧食的“糧食”。通過施肥為作物提供充足的養(yǎng)分供應(yīng)，是保證糧食等農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施[1]。然而，近年來糧食增產(chǎn)的速度開始變緩，但肥料投入?yún)s仍快速增長。隨著化肥用量的增加，化肥施用水平較高的地區(qū)出現(xiàn)了報酬遞減的現(xiàn)象[2-4]。同時，由化肥的不合理施用而導(dǎo)致的養(yǎng)分流失也已成為我國農(nóng)業(yè)面源污染最主要的來源之一，化肥污染將直接影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并會對一定區(qū)域、全國甚至全球的生態(tài)系統(tǒng)造成威脅[5-6]。

2015年，農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，指出“力爭到2020年，主要農(nóng)作物化肥使用量零增長”[7]，為此，我國科研人員在平衡施肥理論與技術(shù)上開展了大量的工作，并取得顯著成效[8-10]。然而，浙江省耕地分散、面積狹小，且復(fù)種指數(shù)較高，勞動力成本大，上述技術(shù)難以在小農(nóng)戶中普及推廣，導(dǎo)致浙江不少地方的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上在施肥問題上依然存在很大的盲目性[11-12]。浙江省地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，適宜栽培水稻、油菜等大田作物，以及蔬菜等高需肥量作物。本研究通過對浙江省水稻、油菜、蔬菜等作物化肥利用現(xiàn)狀和減施潛力的分析，旨在為當(dāng)?shù)卦诨柿阍鲩L背景下開展科學(xué)的養(yǎng)分管理提供參考。

1 材料與方法

浙江省主要農(nóng)作物播種面積。根據(jù)2017年《浙江統(tǒng)計年鑒》獲取當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)作物的播種面積和產(chǎn)量。浙江省作物構(gòu)成包括：糧食作物、油料作物、棉花、麻類、糖類、烤煙、藥材、蔬菜、果用瓜、花卉苗木和其他農(nóng)作物。其中，糧食作物包括谷類、豆類和薯類：谷類作物包括早稻、晚稻；豆類作物主要是大豆；薯類作物主要是馬鈴薯。油料作物主要是油菜籽。糖類作物主要是甘蔗。果用瓜主要是西瓜。

化肥使用量。根據(jù)《浙江統(tǒng)計年鑒》獲取浙江全省2000—2016年化肥(氮、磷、鉀和復(fù)合肥)的使用總量，根據(jù)2017年《中國統(tǒng)計年鑒》和2005—2017年《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》獲取浙江省2004—2016年水稻、油菜、晾曬煙、桑單位面積化肥用量(純量)，并根據(jù)作物播種面積估算出浙江省水稻等化肥使用總量。蔬菜的單位面積化肥用量，系根據(jù)《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》中給出的浙江省設(shè)施菜椒、設(shè)施黃瓜、設(shè)施茄子、設(shè)施西紅柿、露地豆角和露地圓白菜單位面積化肥用量(純量)折算出的平均用量。

化肥效率，即化肥偏生產(chǎn)力(PFP)，是指單位投入的化肥所能產(chǎn)生的作物產(chǎn)量[13]。

化肥養(yǎng)分推薦量。根據(jù)過往研究文獻(xiàn)和浙江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者實際施肥經(jīng)驗獲得化肥養(yǎng)分推薦量。

化肥養(yǎng)分減施潛力。化肥養(yǎng)分減施潛力系化肥養(yǎng)分推薦量與化肥養(yǎng)分施用量之差占化肥養(yǎng)分施用量的百分比[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江省主要農(nóng)作物播種面積

如圖1所示，2000—2016年浙江省農(nóng)作物播種面積呈現(xiàn)逐年下降趨勢，由2000年的355.4萬hm2下降至2016年的243.4萬hm2，下降了31.4%，與之相對應(yīng)，糧食作物、油料作物、棉花、糖類等的種植面積均呈下降趨勢，且占作物總播種面積的比重也不斷下降；而藥材類、蔬菜、果用瓜和花卉苗木類等的種植面積增加，特別是藥材類和花卉苗木類，分別較2000年增加2.6倍和4.7倍。

2.2 浙江省化肥用量

如圖2所示，2000—2016年浙江省化肥總用量整體呈下降趨勢，由2000年的89.72萬t下降至2016年的84.48萬t，下降了5.8%。從化肥種類來看，氮肥用量居首位，磷、鉀肥的用量較少，尤其是鉀肥。近年來，隨著測土配方施肥和化肥減量增效工作的推進(jìn)，氮肥用量呈下降的趨勢，磷、鉀肥的施用比率有所上升，氮、磷、鉀肥的施用比率由10∶2∶1變?yōu)?.7∶1.5∶1。復(fù)合肥施用量在2000—2016年增長迅速，較2000年翻了一番。

圖2 2000—2016年浙江省化肥用量

2.3 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用比例估算

根據(jù)《浙江統(tǒng)計年鑒》農(nóng)作物播種面積和《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》中浙江省農(nóng)作物單位面積化肥用量，估算水稻、油菜、蔬菜化肥施用總量。如圖3所示，水稻、油菜和蔬菜中，浙江省化肥用量最大的為蔬菜，其次是水稻和油菜。2004—2016年，蔬菜化肥施用總量從50.4萬t增長到51.7萬t，年均增長0.2%，占這3類作物年化肥總用量的比重也由2014年的56.7%上升至62.3%；水稻化肥施用總量由2004年的31.3萬t下降至2016年的27.7萬t，年均下降0.9%，占這3類作物年化肥總用量的比重由2014年的35.2%下降到33.4%；油菜化肥施用總量由2004年的7.13萬t下降至2016年的3.55萬t，年均下降4.2%，占這3類作物年化肥總用量的比重由2014年的8.0%下降到4.3%。

圖3 水稻、油菜、蔬菜化肥施用量占三者肥料總用量的比例

2.4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用強(qiáng)度

根據(jù)農(nóng)作物播種面積和化肥施用總量估算浙江省化肥施用強(qiáng)度。如圖4所示，2004年，浙江化肥施用強(qiáng)度為336 kg·hm-2，2016年為347 kg·hm-2，始終高于發(fā)達(dá)國家設(shè)置的225 kg·hm-2的最高上限。水稻化肥施用強(qiáng)度呈波狀上升趨勢，由2004年的304 kg·hm-2上升到2016年339 kg·hm-2，年均增長2.92%；油菜化肥施用強(qiáng)度呈波狀下降趨勢，由2004年330.3 kg·hm-2下降到2016年302.1 kg·hm-2，年均下降2.35%；蔬菜化肥施用強(qiáng)度一直居高不下，年均施用強(qiáng)度超過800 kg·hm-2。

圖4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用強(qiáng)度

2.5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率估算

如圖5所示，浙江省蔬菜、水稻和油菜的化肥效率差異較大。其中蔬菜的化肥偏生產(chǎn)力最高，年均34.3 kg·kg-1，其次為水稻，年均為27.9 kg·kg-1，油菜最低，年均為7.6 kg·kg-1。

圖5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率

年際間各作物的化肥效率亦存在一定差異：2004—2016年水稻和蔬菜的化肥效率相對穩(wěn)定，略有上升，2016年較2004年分別增加1.5%和2.9%；油菜的化肥效率增加明顯，2016年較2004年增加了19.7%。

2.6 水稻、油菜、蔬菜的產(chǎn)量與化肥投入的相關(guān)性分析

如圖6所示，水稻產(chǎn)量與單位面積化肥投入量呈一元二次方程曲線關(guān)系。根據(jù)擬合的方程，當(dāng)化肥單位面積投入量低于320 kg·hm-2時，水稻產(chǎn)量隨化肥投入量增加而增加，當(dāng)化肥投入量接近320 kg·hm-2時，水稻產(chǎn)量不再增加，在7 000 kg·hm-2浮動，之后，隨著化肥投入量的增加，水稻產(chǎn)量表現(xiàn)為下降趨勢。晚稻、單季稻和油菜亦表現(xiàn)出與此相同的態(tài)勢，產(chǎn)量達(dá)到最大值時的化肥投入量分別為310、350、330 kg·hm-2。與晚稻、單季稻相比，早稻化肥投入量相對合理，近年來隨著化肥投入量的增加，其產(chǎn)量也在不斷增加。蔬菜產(chǎn)量與化肥投入量間呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明近年來浙江蔬菜的化肥投入一直處于過量狀態(tài)，蔬菜產(chǎn)量隨著化肥投入量的增加有減少趨勢。

2.7 水稻、油菜、蔬菜的化肥減施潛力估算

對浙江省水稻、油菜、蔬菜的化肥減施潛力進(jìn)行估算。如圖7所示：水稻施肥量自2008年起一直處于過量狀態(tài)，且隨著時間推移，過量施用率增加，至2016年，水稻施肥量過量15.7%；早稻施肥整體合理，但自2014年起施肥量也出現(xiàn)了過剩，且增加幅度大，由2014年的過剩0.9%劇增到2016年的9.7%；晚稻施肥變化趨勢與早稻相似，前期相對合理，至2013年晚稻施肥表現(xiàn)為過量，且隨著時間的推移過剩比率增加，至2016年已達(dá)6.2%；與其他作物不同，單季稻一直處于過量施肥狀態(tài)，但隨著時間推移，過量比例直線下降，由2004年的過量37%降至2016年的6.9%。

相對水稻而言，油菜可適當(dāng)增施10%來增加產(chǎn)量。

蔬菜一直處于過量施肥狀態(tài)，按李書田等[15]推薦的702 kg·hm-2施用量估算，蔬菜年均可減施15%。

3 討論

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大田糧食作物占作物栽培總面積的比例逐年下降，蔬菜等具有高經(jīng)濟(jì)價值的園藝作物比例逐年上升，施肥量也隨之增大。單位面積作物產(chǎn)量與化肥投入量的相關(guān)性分析表明，早稻施肥相對合理，但晚稻和單季稻存在不合理施肥現(xiàn)象；油菜化肥投入整體趨于合理，但蔬菜化肥投入嚴(yán)重超標(biāo)。

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，糧食種植面積逐漸減少，而人口增長較快，糧食總需求量持續(xù)增長的壓力逐漸增加；因此，逐漸形成了依靠增加化肥投入來提高單產(chǎn)和總產(chǎn)的農(nóng)田高強(qiáng)度生產(chǎn)體系。然而，化肥用量迅速增長與糧食產(chǎn)量緩慢增長的矛盾日益突出。按照施肥報酬遞減的客觀規(guī)律，當(dāng)肥料用量增加時，相應(yīng)的單位質(zhì)量肥料養(yǎng)分帶來的產(chǎn)量增加(農(nóng)學(xué)效率)必然有所下降。化肥投入的大幅增加在促進(jìn)中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時也給環(huán)境造成了巨大負(fù)擔(dān)。大量研究表明，目前我國的化肥施用量已經(jīng)超過了經(jīng)濟(jì)意義上的最優(yōu)施用量。

圖6 單位面積化肥投入與作物產(chǎn)量的相關(guān)性分析

圖7 作物養(yǎng)分減施潛力估算(最大施肥量法)

在我國化肥施用總量快速增長的同時，化肥施用強(qiáng)度也不斷加大，無論是從單位耕地面積還是從單位農(nóng)作物播種面積來看，我國的單位化肥施用強(qiáng)度均已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家設(shè)置的225 kg·hm-2的上限，化肥的過量施用帶來了較為嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險[16]。

浙江省雨熱條件較好，耕地復(fù)種指數(shù)較高，但容易遭受自然災(zāi)害特別是洪澇災(zāi)害的襲擊，且土壤酸化程度較高。如何在化肥用量穩(wěn)定的前提下科學(xué)合理使用化肥，如何在有限的土地上生產(chǎn)出更多的糧食，進(jìn)一步提高作物產(chǎn)量和肥料利用率，實現(xiàn)糧食生產(chǎn)高產(chǎn)高效，確保國家糧食安全，進(jìn)而減少化肥帶來的環(huán)境負(fù)面影響是當(dāng)今亟需關(guān)注的熱點問題，也是面臨的現(xiàn)實問題。

浙江地區(qū)水稻肥料使用量較高，在保證產(chǎn)量不降的前提下，可減施或使用緩釋肥來代替，以提高肥料利用率[17]，從而在降低生產(chǎn)成本的同時，減少環(huán)境污染。油菜是一種較為依賴肥料的作物，但浙江省油菜生產(chǎn)上肥料用量水平較低，因此，可適當(dāng)增施[18]。蔬菜的肥料減施潛力，可依據(jù)產(chǎn)品收獲器官分別對待：對于甘藍(lán)等葉菜類，可適量減施氮肥，以降低其硝酸鹽含量；對于番茄等茄果類蔬菜，長期栽培可能會導(dǎo)致土壤速效P增加，因此，建議以減P為主[19]。總體來看，浙江省各類作物施肥普遍過量，具有減施潛力。水稻中，早稻可減施9.7%，晚稻可減施6.2%，單季稻可減施6.9%；蔬菜作物平均可減施15%。