陜西省化肥施用量增長變化特征分析

王建興,韓申山,趙敏寧

(咸陽師范學(xué)院 資源環(huán)境與歷史文化學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要肥料,而化肥由于具有營養(yǎng)元素含量大、肥效快、施用方便等特點,在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被大量使用?；实拇笠?guī)模施用極大地促進了糧食產(chǎn)量的增長,聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的研究表明：1980～2010年化肥施用對世界糧食產(chǎn)量增長的貢獻率達到了50%。Wang等[1]研究表明：1986～1990年我國糧食產(chǎn)量增長的40%來源于化肥的貢獻。近30年來，我國的化肥施用量增長迅速，單位耕地面積的化肥施用量接近世界平均水平的4倍[2]，過量施肥的問題突出?；蔬^量施用不但增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且還會產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染問題，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。很多研究已經(jīng)證實，過量施用化肥是造成農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因[3-6]。近年來，我國的環(huán)境污染問題突出，為了減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，2016年中央一號文件提出：“加大農(nóng)業(yè)面源污染防治力度，實施化肥農(nóng)藥零增長行動?！标兾魇∈俏覈r(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)大省，化肥施用總量從1980年的29.64×104t增長到了2015年的231.95×104t[7],增長了7.83倍，化肥施用強度已經(jīng)超過了國際公認的水體污染上限(225 kg/hm2)。因此，研究陜西省化肥施用量和化肥施用結(jié)構(gòu)變化特征，對分析陜西省化肥施用存在的主要問題，進而制定準確的化肥施用控制措施具有重要的現(xiàn)實意義。

化肥的科學(xué)合理施用是關(guān)乎區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題的關(guān)鍵，學(xué)術(shù)界圍繞如何減少化肥施用量，降低農(nóng)業(yè)面源污染這一主題開展了大量研究，從現(xiàn)有文獻看主要集中在以下幾個方面：(1)化肥施用量對糧食生產(chǎn)影響的評價。這類研究利用田間試驗數(shù)據(jù)和宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算不同化肥投入水平對糧食增產(chǎn)的彈性或貢獻率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量超過合理值后，繼續(xù)增加化肥施用量則不能呈比例地提高糧食產(chǎn)量[7-9]。(2)化肥過量施用對生態(tài)環(huán)境影響的研究。通過試驗，分析了河流、湖泊等水體和土壤中氮、磷、鉀的含量變化，測算了化肥過量施用造成的環(huán)境污染風(fēng)險，并給出了不同地區(qū)、不同農(nóng)作物的化肥適宜(安全)用量，提出了一些減輕農(nóng)業(yè)面源污染的措施[10-12]。(3)化肥施用強度的變化及其影響因素的研究。從時間和空間2個維度測算化肥施用強度的變化特征以及區(qū)域差異，運用數(shù)學(xué)模型定量分析了不同因素對農(nóng)戶施肥決策的影響[13-14]?，F(xiàn)有研究從多個角度深入分析了我國化肥施用存在的問題，為準確認識當(dāng)前的農(nóng)業(yè)面源污染做了有益探索，也為后續(xù)的研究提供了方法借鑒。本研究用趨勢法、彈性系數(shù)法、對比分析法，分析了陜西省2000年以來的化肥施用量增長變化，以找出陜西省化肥施用量和化肥施用結(jié)構(gòu)變化的特征，弄清楚區(qū)域化肥用量增長的差異與變化趨勢，以期為控制化肥用量增長、減輕農(nóng)業(yè)面源污染提供依據(jù)和建議。

1 研究區(qū)域的概況

陜西省地處中國西北地區(qū)的東南部，介于東經(jīng)105°29′～111°15′，北緯31°42′～39°35′之間，下轄西安、寶雞、咸陽、渭南、銅川、延安、榆林、漢中、安康、商洛10個地級市和一個農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，土地面積20.56萬km2。陜西省地勢南北高、中間低，有高原、山地、平原和盆地等多種地形，氣候條件多樣，自然資源豐富，年平均氣溫9～16 ℃。豐富的自然資源和悠久的開發(fā)歷史造就了陜西良好的發(fā)展環(huán)境，形成了以能源化工、高新技術(shù)、林果、畜牧、旅游等為代表的一批優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。近年來在政策和市場的引導(dǎo)下，陜西省農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了長足進步，2015年陜西省農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達到了2813.49億元，糧食產(chǎn)量達到了1226.80萬t[5]，分別是1990年的16.55和1.15倍。2015年陜西省化肥施用量為231.95萬t[5]，是1990年化肥用量的7.45倍。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

本文采用趨勢分析法、彈性系數(shù)法和對比分析法，分析了陜西省化肥施用量增長變化情況。趨勢分析法用于研究陜西省化肥施用量和化肥施用強度在時間維度上的增長變化的特征，通過圖、表數(shù)據(jù)，使化肥總量以及氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥4種單質(zhì)肥料的用量信息直觀顯示出來；彈性系數(shù)法通常用于研究相關(guān)的2個變量之間的變化速率關(guān)系。本文運用彈性系數(shù)法測算了化肥施用量與糧食產(chǎn)量間的相對數(shù)量關(guān)系,當(dāng)彈性系數(shù)大于1時,說明化肥用量增速大于糧食產(chǎn)量增速，化肥施用效率差；相反，當(dāng)彈性系數(shù)小于1時,說明化肥用量的增速小于糧食產(chǎn)量的增速，化肥施用效率提高。判斷陜西省是否存在過量施肥的問題，可以通過對比分析法來研究。將陜西省的化肥施用強度與國家環(huán)保部的化肥施用環(huán)境安全標準和發(fā)達國家的施肥安全上限進行對比分析，判斷陜西省化肥施用是否科學(xué)，揭示其中存在的主要問題。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所需數(shù)據(jù)包括2000～2015年陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所消耗的各類化肥、農(nóng)作物播種面積、糧食產(chǎn)量和化肥施用強度的數(shù)據(jù)?？紤]到數(shù)據(jù)的可獲得性，化肥數(shù)據(jù)選用統(tǒng)計年鑒上能夠查找到的化肥折純總量、氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥施用量的數(shù)據(jù)；農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)是指研究區(qū)域一年中種植的糧食、棉花、油料、麻類、糖料、烤煙、蔬菜和瓜類等主要農(nóng)作物的面積總和；糧食產(chǎn)量包括夏糧數(shù)據(jù)和秋糧數(shù)據(jù)。這三類數(shù)據(jù)均來源于《陜西統(tǒng)計年鑒》(2001～2016年)?；适┯脧姸葦?shù)據(jù)利用化肥數(shù)據(jù)與當(dāng)年農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)相除計算得到。復(fù)合肥中氮、磷、鉀成分的含量比例參考劉欽普[16]、汪翔[17]等的處理方法，按照1∶1∶1的比例計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 2000～2015年陜西省化肥施用量的增長變化

農(nóng)民為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量、增加經(jīng)濟收益，在生產(chǎn)活動中會有意識地增加化肥施用量。已有研究證明：1980年以來我國化肥施用量增長迅速，2014年全國化肥施用總量是1980年的4.7倍，化肥用量的增長明顯快于同期糧食產(chǎn)量的增長[6]。表1數(shù)據(jù)顯示了2000～2015年陜西省化肥總用量以及氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥的施用量情況，從表1可以看出：無論是化肥施用總量還是4種單質(zhì)肥料的施用量都呈現(xiàn)了不同程度的增長?；适┯每偭繌?000年的131.19×107kg增長到了2015年的231.95×107kg，15年間總共增長了76.80%，年均增長5.12%。而同時期全國化肥施用總量只增長了45.25%[18]，陜西省的化肥用量增長明顯快于全國水平。復(fù)合肥用量從2000年的27.25×107kg增長到了2015年的95.50×107kg，增長率達到了250.46%；鉀肥的用量從2000年的8.17×107kg增長到了2015年的24.40×107kg，增長了198.56%；氮肥、磷肥的施用量分別增長了28.09%、9.65%。從圖1可以直觀地看出4種單質(zhì)肥料的用量增長出現(xiàn)了分化，復(fù)合肥和鉀肥的增長最為顯著，氮肥、磷肥的施用量增長相對較小。

化肥的營養(yǎng)成分主要是N、P2O5、K2O，它們的施用量比例(簡寫為N∶P∶K)有一定的合理范圍。目前，世界上發(fā)達國家氮磷鉀的比例為1∶0.5∶0.5，世界平均水平為1∶0.46∶0.36，中國為1∶0.51∶0.44[18]。2000年陜西省的氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別為82.09×107、25.97×107、17.25×107kg，N∶P∶K的比例為1∶0.32∶0.21；截至2015年陜西省的氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別達到了125.35×107、50.35×107、56.23×107kg，N∶P∶K的比例變?yōu)榱?∶0.40∶0.45。從表1數(shù)據(jù)可以看出，陜西省的N∶P∶K比例在日益改善,但是用肥比例并不合理，與發(fā)達國家和全國水平相比，陜西省的磷、鉀元素投入比例長期偏低，氮元素的施用比例過高，近年來隨著鉀肥、復(fù)合肥施用量的增加，局面才有所改觀。

表1 2000～2015年陜西省化肥用量的變化

化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)是化肥施用量的增長率和糧食產(chǎn)量的增長率之間的比值，它是衡量化肥施用效果的重要指標。按5年的間隔長度，測算了陜西省3個時期的化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)。2000～2004年陜西省的化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)為1.391，說明化肥的增長幅度比糧食產(chǎn)量的增長幅度稍大，兩者基本保持同步增長，化肥的施用效率沒有明顯下降；2005～2010年受化肥施用量快速增加的影響，化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)急劇增長，達到了15.074，這一時期化肥施用量從147.30萬t增加到了196.79萬t，增長了33.6%，而糧食產(chǎn)量從1139.5萬t增長到了1164.9萬t，只增長了2.23%，因此化肥的增長極大地超過了糧食增長，投入產(chǎn)出效果日益惡化。在科學(xué)施肥、測土配方施肥等政策的引導(dǎo)下，2011～2015年農(nóng)民的施肥趨向科學(xué)，化肥施用量的增長減緩，化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)下降到了3.36(圖1)。

圖1 2000～2015年陜西省化肥用量的變化趨勢

3.2 陜西省化肥施用結(jié)構(gòu)的變化

化肥施用結(jié)構(gòu)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用的各種化肥數(shù)量占化肥總量的百分比，它反映了一個地區(qū)不同時期的化肥施用特點。由于不同類別的化肥在營養(yǎng)成分、持續(xù)時效和價格水平上存在差異，農(nóng)民選用肥料時會有偏向性，這種偏向性是形成不同化肥施用結(jié)構(gòu)的基本原因。

2000～2015年陜西省的化肥施用結(jié)構(gòu)發(fā)生了比較大的變化(表2)。從氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥4種肥料施用量的百分比看，2000年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用的氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥比例分別為55.65%、12.87%、6.23%、20.77%，截至2015年這些比例分別變成了40.32%、7.98%、10.52%、41.17%。由表2可知：氮肥和磷肥所占比例持續(xù)下降,氮肥的占比下降最多，16年期間下降了15.33個百分點，磷肥的占比下降了4.89個百分點；復(fù)合肥、鉀肥的用量比例則持續(xù)提高，復(fù)合肥用量比例提高了20.4個百分點，鉀肥的用量比例提高了4.29個百分點。化肥施用結(jié)構(gòu)的這種變化表明陜西省農(nóng)業(yè)用肥日益趨向科學(xué)，化肥施用的特點由以氮肥為主，轉(zhuǎn)變?yōu)?種肥料均衡施用。

表2 2000～2015年陜西省化肥施用結(jié)構(gòu)%

從4種肥料的比例變化速率看，陜西省施肥結(jié)構(gòu)的變化經(jīng)歷了3個階段(圖2)：第一階段(2000～2004年)，這個階段化肥結(jié)構(gòu)在緩慢發(fā)生變化，氮肥、磷肥、鉀肥的比例小幅減少，復(fù)合肥的比例增長了3.03個百分點；第二階段(2005～2012年)，化肥結(jié)構(gòu)的劇烈變化期，氮肥、磷肥、鉀肥的比例快速減少，復(fù)合肥的比例大幅度增加；第三階段(2013～2015年)，化肥結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定期，4種肥料的比例基本保持穩(wěn)定。

3.3 化肥施用強度的變化

化肥施用強度是衡量化肥利用效率的重要指標，常用單位土地面積上的化肥施用量表示。利用陜西省2000～2015年的化肥消費量和農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)，計算得到了化肥施用強度(表3)。從整體上看，15年間陜西省的化肥施用總強度和氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥的施用強度都呈現(xiàn)了不同程度的增長。其中，化肥總強度從2000年的431.97 kg/hm2增加到2015年的810.12 kg/hm2，增長了87.54%；氮肥強度從2000年的240.40 kg/hm2增加到2015年的338.28 kg/hm2，增長了40.72%；鉀肥強度從2000年的26.90 kg/hm2增加到2015年的83.80 kg/hm2，增長了211.52%；復(fù)合肥強度從2000年的89.73 kg/hm2增加到2015年的323.15 kg/hm2，增長了260.14%；磷肥強度沒有太大變化。2000～2015年陜西省化肥施用強度的變化存在較大差異，復(fù)合肥強度和鉀肥強度增長最顯著，增幅超過了2倍，氮肥強度只有較小增長，磷肥強度幾乎沒有增長。造成這種變化的主要原因是這一時期復(fù)合肥和鉀肥的產(chǎn)量大增，市場價格持續(xù)下降，相比氮肥易揮發(fā)、磷肥易淋失的缺點，復(fù)合肥和鉀肥的肥效持續(xù)性長，性價比更高，因此農(nóng)民在生產(chǎn)中更愿意施用這2種肥料。復(fù)合肥、鉀肥施用量的大幅增加是推動化肥總強度增加的主要力量。

圖2 2000～2015年陜西省化肥施用結(jié)構(gòu)的變化趨勢

目前，一些發(fā)達國家的化肥施用安全上限為225 kg/hm2[20]，環(huán)境保護部制定的生態(tài)縣建設(shè)標準中規(guī)定國家級生態(tài)縣的化肥施用強度不超過250 kg/hm2[21]，全國平均的化肥強度為361.99 kg/hm2[18]。2015年陜西省的化肥總強度是發(fā)達國家的3.6倍，是生態(tài)縣施肥上限的3.24倍，是全國平均強度的2.24倍，化肥強度超標十分突出，過度施肥問題嚴重。由于農(nóng)作物不能吸收過量的肥料，超過作物需要的過量肥料就會通過揮發(fā)、淋溶等途徑進入大氣、水體、土壤，既造成了化肥施用效率的下降，又造成河湖水體富營養(yǎng)化，土壤有機質(zhì)含量下降，重金屬超標。過量施肥是造成農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)2000～2015年陜西省化肥施用總量和單質(zhì)化肥施用量持續(xù)增加，化肥施用總量從2000年的131.19×107kg增長到了2015年的231.95×107kg，16年間總共增長了76.80%，而同時期全國化肥施用總量只增長了45.25%，陜西省的化肥施用量增長明顯快于全國水平。4種單質(zhì)肥料的用量增長出現(xiàn)了分化，復(fù)合肥和鉀肥的增長最為顯著，氮肥、磷肥的施用量增長相對較小。2015年陜西省的氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別達到了125.35×107、50.35×107、56.23×107kg，N∶P∶K的比例為1∶0.40∶0.45。與發(fā)達國家和全國水平相比，陜西省的磷肥、鉀肥施用比例長期偏低，氮肥的施用比例過高，近年來隨著鉀肥、復(fù)合肥施用量的增加，局面才有所改觀。陜西省的化肥-糧食產(chǎn)量彈性系數(shù)在2011～2015年、2005～2010年、2011～2015年分別為1.391、15.074、3.36，說明化肥施用量的增長幅度長期大于糧食產(chǎn)量的增長幅度，化肥的施用效果差。

表3 2000～2015年陜西省化肥施用強度水平kg/hm2

(2)受多種因素影響，2000～2015年陜西省的化肥施用結(jié)構(gòu)發(fā)生了比較大的變化。氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥的比重從2000年的55.65%、12.87%、6.23%、20.77%分別變?yōu)?015年的40.32%、7.98%、10.52%、41.17%。氮肥和磷肥所占比例在持續(xù)下降,氮肥的占比下降最多，16年期間下降了15.33個百分點，磷肥的占比下降了4.89個百分點；復(fù)合肥、鉀肥的用量比例在持續(xù)提高，復(fù)合肥用量比例提高了20.4個百分點，鉀肥的用量比例提高了4.29個百分點。

(3)16年間陜西省化肥總強度和氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥的強度都呈現(xiàn)了不同程度的增長?；士倧姸葟?000年的431.97 kg/hm2增加到2015年的810.12 kg/hm2，增長了88.0%；氮肥強度從2000年的240.40 kg/hm2增加到2015年的338.28 kg/hm2，增長了36.2%；鉀肥強度從2000年的26.90 kg/hm2增加到2015年的83.80 kg/hm2，增長了217.56%；復(fù)合肥強度從2000年的89.73 kg/hm2增加到2015年的323.15 kg/hm2，增長了272.65%；磷肥強度沒有太大變化。2015年陜西省的化肥總強度是發(fā)達國家的3.6倍，是生態(tài)縣施肥上限的3.24倍，是全國平均強度的2.24倍，過度施肥問題嚴重。

4.2 建議

化肥對陜西省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了重要貢獻,但是化肥施用量的持續(xù)增長既增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，又污染了生態(tài)環(huán)境，不利于農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。為了早日實現(xiàn)陜西省化肥施用總量下降，化肥施用強度回歸合理，需要改變陜西省當(dāng)前化肥用量不斷增長的勢頭，制定科學(xué)的化肥施用管理政策。為此提出一些建議：(1)加大科學(xué)施肥宣傳，做好測土配方施肥服務(wù)。由于大多數(shù)農(nóng)民文化程度低，缺乏科學(xué)施肥的專業(yè)知識，他們認為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施肥越多，產(chǎn)量就越高，這是形成過量施肥的主要原因。因此政府的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門應(yīng)該面向廣大農(nóng)民加大科學(xué)施肥、用肥知識的宣傳和技能培訓(xùn)，尤其在農(nóng)耕季節(jié)要深入到田間地頭，現(xiàn)場開展技能示范和免費測土配方施肥服務(wù)，使農(nóng)民認識到科學(xué)施肥的好處，自愿減少用肥強度。(2)推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高有機肥施用比重。隨著有機農(nóng)產(chǎn)品的熱銷，生態(tài)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)受到農(nóng)民歡迎。鼓勵農(nóng)業(yè)院校、農(nóng)技部門在農(nóng)村開展生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣，通過利用農(nóng)家肥等有機肥料，改善土壤質(zhì)量，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，使農(nóng)民認識到有機肥料替代化肥可以獲得更多的經(jīng)濟效益。(3)發(fā)展新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體，搞好農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)。傳統(tǒng)以農(nóng)戶為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，由于生產(chǎn)規(guī)模小，不利于先進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)推廣，化肥利用效率低下。在國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的推動下，大力發(fā)展家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社、種糧大戶等新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體，利用其專業(yè)知識多、經(jīng)營規(guī)模大、生產(chǎn)技術(shù)新的特點，有效提高化肥利用效率。(4)改革化肥補貼政策，提高化肥價格。長期以來政府對化肥生產(chǎn)企業(yè)的財政補貼使得化肥的市場銷售價格維持在較低的水平，農(nóng)民大量施肥不會有較大的經(jīng)濟壓力。如果政府取消補貼，化肥價格就會升高，農(nóng)民考慮到經(jīng)濟成本就會減少化肥施用量。