中哈德3 國化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性動態(tài)比較與啟示

劉欽普，林振山，濮勵杰

（1．南京曉莊學院環(huán)境科學與工程重點學科組，江蘇 南京 211171；2．南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023；3．南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210093）

在20 世紀，世界人口出現(xiàn)了快速增長，從世紀初的10 億達到世紀末近70 億［1］。據(jù)預測，到21 世紀中葉，將達到92 億［2］。因此，大量施用化肥提高糧食產(chǎn)量成為滿足人類對食物需求的重要手段。在過去的幾十年中，世界化肥施用量不斷增長，2014 年氮、磷、鉀化肥用量分別是1.13 億t、4270 萬t、3104 萬t，分 別 比2013 年 增 加1.5%、2.4%、3.3%。據(jù)估計，2050 年全世界化肥使用量為2.63 億t［3］。雖然施用化肥給世界農(nóng)業(yè)帶來33%～66%的產(chǎn)量增長［4］，但也帶來了嚴重的環(huán)境問題。

化肥過度施用對環(huán)境造成的影響是多方面的，主要是氮、磷元素從土壤流失到水體或者進入大氣，成為水體富營養(yǎng)化的主要原因，或?qū)夂蜃兣写龠M作用［5］。據(jù)報道，瑞典來自農(nóng)業(yè)的氮曾占其流域總輸入量的60%～87%，德國一些流域也因過量施用化肥導致河流中磷的濃 度 超 過0.2mg/L［6］。中 國2016 年 化 肥 總 用 量為5984.5 萬t，占 世 界 化 肥 總 用 量 的1/3，單位耕地面積施用量比國際公認的化肥施用安全 上 限（225kg/hm2）高 出1 倍［7］，許 多 地 區(qū)已面臨著嚴重的地下水硝酸鹽超標問題［8-9］。國內(nèi)外為控制化肥面源污染在合理施肥方面做了大量研究。如英國冬小麥氮肥用量超過最佳經(jīng)濟投入量時土壤硝酸鹽淋失量明顯增加［6］，德國當冬小麥產(chǎn)量在8100～8900kg時，每公頃施加127～150kg的氮肥，向大氣中釋放的N2O 量最少［10］。Yadav 等［11］在美國明尼蘇達東南地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)剞r(nóng)民種植玉米的施氮量（198kg/hm2）和地方推薦量（168kg/hm2）都超過了實地試驗的最佳經(jīng)濟施氮量。中國北方玉米小麥輪作區(qū)兼顧作物產(chǎn)量和環(huán)境效益的農(nóng)田氮肥適宜用量是小麥150kg/hm2、玉 米180kg/hm2［12］，內(nèi) 蒙 古 河 套 灌 區(qū) 施氮量193～291kg/hm2是玉米生態(tài)經(jīng)濟合理施氮閾值［13］。在西北新疆阿克蘇地區(qū)春玉米的研究表明，土壤有效磷達到14.4mg/kg 時可獲得玉米高產(chǎn)，其對應的磷素淋失風險低的施磷閾值為130.2kg/hm2［14］。在 南 方 赤 紅 壤 區(qū) 施 磷 量 為63～81kg/hm2時土壤磷流失的風險相對較低［15］。以上研究為各地合理施用化肥促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和控制環(huán)境污染提供了重要的參考，但是多是基于局部田間試驗結(jié)果。目前國內(nèi)外用數(shù)學模型方法評價化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性的研究較少，對一帶一路沿線不同國家化肥施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性深入研究更少。

“一帶一路”沿線有60 多個國家和地區(qū)，人口有44 億，其中發(fā)展中國家占大多數(shù)。各國自然資源條件、經(jīng)濟發(fā)展水平很不平衡，農(nóng)業(yè)化肥施用總量和單位面積施用強度差異很大。本文筆者基于化肥施用環(huán)境安全閾值模型提出了施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性評價方法，選擇一帶一路沿線經(jīng)濟發(fā)展差異較大的中國、哈薩克斯坦和德國（中哈德）3個國家，對其近15 年來化肥施用的特點、環(huán)境安全閾值及施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性進行對比研究，一方面有助于完善化肥施用合理性評價方法，促進國際學術(shù)交流，另一方面為我國和一帶一路相關(guān)國家進行農(nóng)業(yè)化肥生產(chǎn)和消費決策以及化肥施用環(huán)境影響評價，加強對外農(nóng)業(yè)國際合作提供參考依據(jù)，

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 化肥施用環(huán)境安全閾值模型

國內(nèi)外農(nóng)業(yè)化肥施用最廣泛、最常見的肥料是氮、磷、鉀肥，其中氮肥最為普遍。因此，為了考慮施肥的生產(chǎn)經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境影響，首先確定氮肥施用的環(huán)境安全閾值最為關(guān)鍵。劉欽普根據(jù)巨曉棠計算理論施氮量的思路，提出了氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）化肥施用環(huán)境安全閾值（Fertilization Environmental Threshold，F(xiàn)ET）的概念和測度模型［16-18］?；适┯铆h(huán)境安全閾值是指為獲得某一季作物目標產(chǎn)量而不危害環(huán)境的最佳施肥量。其中氮肥施用環(huán)境安全閾值計算方法如下：

考慮到小麥、玉米、水稻等大田作物對氮、磷、鉀的需要比例一般為1∶0.5∶0.5［19-20］，則磷肥和鉀肥施用的環(huán)境安全閾值為：

式（1）～（3）中：FETN、FETP、FETK分別為氮肥、磷肥和鉀肥施用的環(huán)境安全閾值，F(xiàn)ET總為氮磷鉀總肥施用的環(huán)境安全閾值；A 為作物需氮系數(shù)，即千克產(chǎn)量的作物需氮量（kg）；yi為某地區(qū)近3 年某作物年產(chǎn)量，ρ 為化肥施用生態(tài)效益調(diào)節(jié)系數(shù)，用于調(diào)節(jié)化肥施用環(huán)境安全閾值與某一作物目標產(chǎn)量下的化肥施用最佳經(jīng)濟適宜量的關(guān)系。由于考慮生態(tài)效益的化肥施用量要比最佳經(jīng)濟適宜量低，作物目標產(chǎn)量要比當前產(chǎn)量要高，因此，

式中：e 為化肥施用環(huán)境安全閾值相對于最佳經(jīng)濟施肥量的下浮比例，t 為作物目標產(chǎn)量相對于當前作物產(chǎn)量的上浮比例，e 和t 一般取小數(shù)。多項研究表明，兼顧生態(tài)與經(jīng)濟的作物施肥量（即環(huán)境安全閾值）比以考慮經(jīng)濟為主的作物施肥量（即最佳經(jīng)濟施肥量）至少低20%［21-22］，人們常用近幾年作物平均產(chǎn)量上浮10%作為目標產(chǎn)量［23］，兩者綜合，這里ρ 取0.9。

1.2 化肥施用強度指數(shù)模型

筆者這里提出化肥施用強度指數(shù)的概念，是指化肥施用強度與環(huán)境安全閾值的比，用于反映化肥施用對生態(tài)環(huán)境的影響程度。其計算公式為：

式中：FII 表示氮、磷、鉀單質(zhì)或總肥的化肥施用強度指數(shù)；FI 表示氮、磷、鉀單質(zhì)或總肥的化肥施用強度，化肥施用強度是指一年內(nèi)作物單位播種面積（或收獲面積）氮、磷、鉀或總肥的實際施用數(shù)量（kg/hm2）。公式（5）表明，化肥施用強度指數(shù)愈接近1，化肥施用強度愈接近化肥施用環(huán)境安全閾值，化肥施用愈合理；化肥施用強度指數(shù)愈大于1，化肥施用強度愈大，生態(tài)風險越嚴重，施肥越不合理；化肥施用強度指數(shù)愈小于1，化肥施用強度愈小，對環(huán)境的影響越小，但越難以保證糧食高產(chǎn)，施肥也越不合理。

1.3 化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性評價

化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性是指在考慮生態(tài)環(huán)境安全的前提下，為獲得某一季作物目標產(chǎn)量所施用化肥的合理程度，用化肥施用合理指數(shù)（Fertilization Rational Index，F(xiàn)RI）表示。筆者提出化肥施用合理指數(shù)的計算公式為：

式中：FRI 為化肥施用合理指數(shù)；e 為自然常數(shù)，約等于2.718。

FRI 用單個數(shù)值可以對化肥施用過量不合理和施用不足不合理兩種情況進行生態(tài)經(jīng)濟合理性評價，克服了化肥施用強度指數(shù)用兩個數(shù)值表示兩種不合理的麻煩。即化肥施用合理指數(shù)越大，化肥施用的生態(tài)經(jīng)濟合理性越強，反之亦然。FRI 的值在0 和1 之間，當值越趨于1，表明施肥越合理，越趨于0，施肥越不合理。多項研究表明，氮磷鉀化肥施用適宜量都有一個變化范圍，大約在其平均數(shù)的上下浮動10%～15%［24-25，15］。假設(shè)化肥施用量在環(huán)境安全閾值的上下15%區(qū)間為生態(tài)經(jīng)濟合理施肥量，按照合理指數(shù)FRI值的大小，劃分出4個不同的施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性等級和類型（表1）。

表1 化肥施用合理指數(shù)（FRI）等級及施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性類型

1.4 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的中國、哈薩克斯坦和德國的氮磷鉀化肥施用量、糧食產(chǎn)量、耕地面積以及作物收獲面積數(shù)據(jù)主要來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)［26］，部分數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒。

2 結(jié)果與分析

2.1 近15 年中哈德3 國化肥施用總量及施用強度的變化

根據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織公布的數(shù)據(jù)，2002～2016 年中哈德3 國的化肥施用量發(fā)生了各具特色的變化。中國的氮（N）磷（P2O5）鉀（K2O）化肥施用總量和各單質(zhì)數(shù)量2002 年以來總體是呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢，分別從2002 年的4321.8、2500.6、1055.5、765.7 萬t 上 升 到2016 年的5984.5、3046.2、1565.7、1372.6 萬t，分 別 提高了38%、22%、48%、79%。鉀肥增長最快，其次是磷肥，氮肥最慢。氮、磷、鉀比例從1∶0.42∶0.31調(diào)整到1∶0.51∶0.45，接近發(fā)達國家氮、磷、鉀1∶0.5∶0.4 的比例。總化肥施用強度及氮、磷、鉀各單質(zhì)化肥施用強度分別從2002 年的278.1、160.9、67.9、49.3kg/hm2，提高到2016 年的332.6、169.3、87.0、76.3kg/hm2，分別提高了20%、5%、28%、55%，呈現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢，最近兩年開始下降（圖1）?；适┯脧姸鹊淖兓嚷拭黠@低于化肥施用總量的變化，說明播種面積增加明顯。與化肥施用強度的變化相比，中國單位面積主要糧食作物（小麥、玉米和水稻）平均產(chǎn)量從2002 年的4946kg/hm2上升到2016 年的6098kg/hm2，上升了23%，化肥效率即千克化肥的糧食產(chǎn)量（kg）從17.8kg上升到18.3kg。其間糧食產(chǎn)量變化與施肥強度變化高度一致，相關(guān)系數(shù)為0.968，表明中國化肥施用對糧食生產(chǎn)的貢獻顯著。然而，最近兩年化肥的施用量有所降低，而糧食產(chǎn)量仍有提高，這與中國政府于2015 年提出《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》［27］后采取的政策措施使農(nóng)業(yè)施肥技術(shù)和灌溉能力等因素的改善有關(guān)。

圖1 中國化肥施用強度及糧食產(chǎn)量變化趨勢

哈薩克斯坦的氮磷鉀化肥施用總量和各單質(zhì)數(shù)量自2002 年以來總體是呈現(xiàn)快速大幅波動上升趨 勢，分別從2002年的2.4、1.3、1.1、0.02 萬t上升到2016 年12.8、9.2、3.3、0.3 萬t，分別提高了430%、610%、200%、1400%，鉀肥增長最快，但絕對量很低。2009年以來氮肥增長最快，磷肥最慢。氮、磷、鉀比例從1∶0.85∶0.02 調(diào)整到1∶0.36∶0.03。與中國相比，哈薩克斯坦化肥施用總量很低，其耕地面積是中國的22%，2016 年化肥施用量僅是中國的0.2%。該國總化肥施用強度和氮、磷、鉀各單質(zhì)化肥施用強度分別從2002 年1.62、0.88、0.74、0.01kg/hm2提高到2016 年的7.47、5.37、1.93、0.18kg/hm2， 分別提高了360%、510%、160%、1200%?；适┯脧姸鹊淖兓嚷噬缘陀诨适┯每偭康淖兓f明哈國的播種面積增加不明顯。哈薩克斯坦化肥施用強度變化如圖2 所示，氮肥施用強度最大，波動最大，磷肥次之，鉀肥最小，波動平緩。2008 年世界金融危機時，哈薩克斯坦化肥施用強度快速下降至3 年前水平，2009 年之后呈現(xiàn)緩慢增長、快速增長、快速下降、緩慢增長等波動變化。15 年來，哈薩克斯坦主要糧食作物（小麥、玉米和大麥）平均產(chǎn)量從2166kg/hm2增加到2853kg/hm2，呈現(xiàn)高低起伏波動大、增產(chǎn)趨勢較明顯的特點，化肥施用與糧食產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.691。但糧食產(chǎn)量一直處于較低水平，化肥效率急速下降，從2002 年的1336kg下降到2016年的403kg。特別是小麥產(chǎn)量波動很大，例如2002 年哈薩克斯坦小麥產(chǎn)量為1089.5kg/hm2，2011 年為1661kg/hm2，而2012 年盡管施肥強度為歷年之最，由于受到干旱天氣影響，小麥產(chǎn)量下降到793kg/hm2，比上年減少50%以上。2016 年和2017 年小麥產(chǎn)量又分別回到1211、1243kg/hm2。這說明哈薩克斯坦抵抗自然災害的能力很低，嚴重影響施肥效果［28］。

圖2 哈薩克斯坦化肥施用強度及糧食產(chǎn)量變化趨勢

德國的氮磷鉀化肥施用總量和各單質(zhì)數(shù)量分別從2002 年的259.5、178.8、32.7、48.0 萬t 下降到2016 年232.0、165.9、23.1、43.0 萬t。分 別 降低了11%、7%、29%、10%，氮、磷、鉀3 種肥料的消費量的大小順序是氮肥＞鉀肥＞磷肥，化肥施用降低的速度是磷肥＞鉀肥＞氮肥，氮、磷、鉀比例從2002 年的1∶0.18∶0.27 下降到2016 年的1∶0.14∶0.26，磷肥施用最低。這與歐盟國家為控制磷肥施用對土壤和水體造成嚴重的鎘污染而制定的法令有關(guān)［29］。德國化肥施用總強度和氮、磷、鉀單質(zhì)強度2002 年分別為272、186、34、50kg/hm2，2016 年分別為265、190、26、49kg/hm2。從2002 年以來呈現(xiàn)總體平穩(wěn)、微幅波動、稍有下降趨勢（圖3）。氮、磷、鉀3 種肥料的歷年變化較為一致，2008 年世界金融危機時，3 種化肥施用量下降至近15 年的最低點。2002～2016 年小麥、大麥和玉米3 大糧食作物平均產(chǎn)量為7276～7993kg/hm2，呈現(xiàn)出在水平方向上微幅波動、稍有上升趨勢，與化肥施用變化趨勢相反。同期化肥效率從27kg增加到30kg。由于化肥施用量和糧食產(chǎn)量波動時間點多處不一致，兩者相關(guān)性很差，相關(guān)性系數(shù)為-0.095。這可能與德國的土地休閑、復種指數(shù)小于1、施肥期與收獲期不一致有關(guān)。

圖3 德國化肥施用強度及糧食產(chǎn)量變化趨勢

2.2 近15 年來中哈德3 國化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性對比分析

2.2.1 化肥施用環(huán)境安全閾值的年際變化

化肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)作物營養(yǎng)成分的重要來源之一。但是，如果單位面積化肥施用量大，超過了植物的需要，多余的化學物質(zhì)就會成為污染物留存在土壤，污染土壤、水體和大氣。如果施肥不足，化肥作用沒有充分發(fā)揮，則影響糧食產(chǎn)量的提高。所以確定既能保證糧食生產(chǎn)效益，又能保證環(huán)境安全的化肥合理施用量就顯得極為重要。這種兼顧經(jīng)濟和生態(tài)的化肥施用量即為化肥施用環(huán)境安全閾值。根據(jù)式（1）～（4），用3 年滑動平均的方法，計算出2004 年以后中哈德各年主要糧食作物的平均產(chǎn)量，然后得出相應的化肥施用環(huán)境安全閾值（表2）。

表2 2004～2016 年中哈德3 國化肥施用環(huán)境安全閾值（FET）（kg/hm2）

由表2 可見，從2004 年到2016 年中哈德3國總肥施用環(huán)境安全閾值的大約范圍及大小排列分別為：德國（323.2～373.1kg/hm2）＞ 中國（226.6～271.7kg/hm2）＞哈薩克斯坦（95.7～120.1kg/hm2）。氮肥和磷（或鉀）的環(huán)境安全閾值分別對應于總肥和氮肥減半排列。將表2 與圖（1）～（3）相比，中國的總化肥施用強度超過了其環(huán)境安全閾值，德國和哈薩克斯坦各自的總施肥強度都低于其閾值。各國化肥施用環(huán)境安全閾值的變化與近十多年的糧食產(chǎn)量的變化密切相關(guān)，綜合地反映了各國自然和社會經(jīng)濟條件的差異以及對化肥施用環(huán)境風險的抵御潛力，即：環(huán)境安全閾值越高，說明糧食生產(chǎn)能力越強，對化肥施用環(huán)境風險抵御能力越強。德國的化肥施用環(huán)境安全閾值高于中國，但是實際化肥施用強度卻低于中國，基本上做到了糧食生產(chǎn)和環(huán)境安全雙贏發(fā)展。

就近10 多年來化肥施用環(huán)境安全閾值平均值來說，中國為251kg/hm2。這個數(shù)字基本上與原國家環(huán)境保護部2010 年關(guān)于中國生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)化肥施用強度不超過250kg/hm2的生態(tài)標準是一致的［30］。德國的氮肥施用環(huán)境安全平均值為187kg/hm2，這與德國《肥料法》規(guī)定的小麥施用總氮不超過210kg/hm2的數(shù)量也比較接近［31］。這些數(shù)字不是偶然的巧合，必然有其內(nèi)在的聯(lián)系，有待進一步研究。

2.2.2 化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性分析

應用基于糧食產(chǎn)量的化肥施用環(huán)境安全閾值來計算化肥施用強度指數(shù)，從而確定化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性，可以避免化肥過度施用造成環(huán)境污染或化肥施用不足使得糧食產(chǎn)量不高，這樣有助于解決糧食安全和環(huán)境安全的矛盾。根據(jù)公式（5），計算中哈德3 國的化肥施用強度指數(shù)。計算結(jié)果見表3。

表3 2004～2016 年中哈德化肥施用強度指數(shù)（FII）

化肥施用強度指數(shù)的大小表示了化肥施用對生態(tài)環(huán)境的壓力或風險，強度指數(shù)等于1，化肥施用強度等于環(huán)境安全閾值，指數(shù)愈小于1，化肥施用對環(huán)境的影響越小。由表3 可見，中國從2004 年到2016 年氮肥強度指數(shù)最大，在1.25～1.46 之間，說明氮肥施用環(huán)境風險較大，但是呈現(xiàn)不斷降低的趨勢。磷肥穩(wěn)定在1.30 左右，具有一定的環(huán)境風險。鉀肥在0.96～1.14 之間，鉀肥施用環(huán)境安全性較強。哈薩克斯坦的氮磷鉀化肥施用強度指數(shù)在0.01～0.09 之間，施肥嚴重不足，環(huán)境風險很低。德國氮磷鉀化肥施用強度指數(shù)絕大部分在0.2～1.1 之間，氮肥施用強度在閾值附近，磷肥和鉀肥遠低于閾值，化肥施用總體環(huán)境風險低，安全性高。

根據(jù)公式（6）計算中哈德化肥施用合理指數(shù)（表4）。由表4 化肥施用合理指數(shù)所示的中哈德施肥生態(tài)經(jīng)濟合理性可見，中國氮磷鉀總的化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性處于較為合理的2 級水平，就氮肥來講，2004～2013 年為過量施用的生態(tài)經(jīng)濟合理性3 級水平，2014～2016 年為氮肥稍過量的生態(tài)經(jīng)濟合理性2 級水平。磷肥一直是施肥偏多的生態(tài)經(jīng)濟合理性2 級水平，鉀肥屬于合理施用的生態(tài)經(jīng)濟合理性1 級水平。這種變化與中國政府自2005年以來實施農(nóng)業(yè)配方施肥和減少氮肥、增加磷肥和鉀肥的政策有關(guān)。但目前中國的氮肥和磷肥施用仍處于過量施用的較不合理狀態(tài)，保持鉀肥施用水平、減少氮肥和磷肥、提高施肥效益是今后的主要任務(wù)。

表4 2004～2016 年中哈德化肥施用合理指數(shù)（FRI）及生態(tài)經(jīng)濟合理性等級

近10 多年來哈薩克斯坦的氮磷鉀化肥施用效果不佳，都在施肥過分不足的生態(tài)經(jīng)濟合理性4 級水平。這與哈薩克斯坦農(nóng)業(yè)在資本、勞動、技術(shù)3方面的供應存在嚴重不足有關(guān)［32］。哈薩克斯坦的糧食產(chǎn)量在蘇聯(lián)時期曾達到3453萬t，而在2014年糧食產(chǎn)量在10 年之中最高僅為1550 萬t，說明哈薩克斯坦獨立后農(nóng)業(yè)經(jīng)濟嚴重下滑。盡管哈薩克斯坦采用了化肥和優(yōu)質(zhì)種子的使用以及現(xiàn)代化學技術(shù)的運用，但大多數(shù)年景是“靠天吃飯”，技術(shù)總體水平遠遠低于目前中國的農(nóng)業(yè)技術(shù)水平。所以，增加化肥等農(nóng)資投入，改善生產(chǎn)條件，是哈薩克斯坦提高糧食單產(chǎn)的必要措施。

德國氮肥的施用總體上是合理的，屬于生態(tài)經(jīng)濟合理性1 級水平，磷肥和鉀肥處于施肥不足的生態(tài)經(jīng)濟合理性4 級水平。2016 年德國的氮、磷、鉀比例是1∶0.14∶0.26，這與歐洲主要國家大部分作物氮、磷、鉀用量大概是1∶0.4∶0.5 相比差距很大。例如愛爾蘭2004 年小麥產(chǎn)量為8767kg/hm2時氮、磷、鉀比例是1∶0.38∶0.5［33-34］，2017 年產(chǎn)量為10175kg/hm2時是1∶0.37∶0.47。2017 年德國小麥產(chǎn)量為7644kg/hm2，與歐洲高產(chǎn)國家相比，德國的化肥施用和糧食產(chǎn)量都有改善的空間。

3 討論

單純從糧食產(chǎn)量與化肥投入相比所示的化肥效率來看，中哈德3 國中以德國最好。2016 年德國3 大糧食作物平均單產(chǎn)最高，分別是中國和哈薩克斯坦的1.3、2.8 倍。德國耕地面積是中國的9%，2016 年化肥施用量總量僅是中國的3.9%，糧食單產(chǎn)卻比中國高36%，化肥效率是中國的1.7 倍。中國和德國的化肥效率總體呈增加趨勢，但哈薩克斯坦化肥效率呈急速下降趨勢。由于哈薩克斯坦農(nóng)業(yè)化肥投入很低，其糧肥產(chǎn)投比起初很高，似乎效率很高，但是隨著產(chǎn)量的增長，其化肥效率是急劇降低的，說明過低的化肥施用對糧食生產(chǎn)的作用不大，其糧食產(chǎn)量主要受其它因素的影響。因此，衡量化肥施用效果好和差，不僅要看產(chǎn)投比數(shù)值的大小，還要看其變化趨勢。哈薩克斯坦施肥效果差，主要與水分配合差有關(guān)。自20 世紀90 年代以來，哈薩克斯坦的灌溉面積在逐漸減少，1993 年哈薩克斯坦有230 萬hm2灌溉土地，占農(nóng)業(yè)用地的1.6%，到2011 年，灌溉土地下降到206.58 萬hm2，僅占農(nóng)業(yè)用地的0.99%［35］。德國的施肥效果好，歸因于歐盟國家制定了嚴格的法律法規(guī)和積極的農(nóng)業(yè)財政補貼與政策扶持，農(nóng)業(yè)研發(fā)不斷投入，大力建設(shè)灌溉等基礎(chǔ)設(shè)施，施肥效率不斷提高，同時大力進行生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)。當前，德國生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展在歐盟獨樹一幟，牛奶、豬肉、糧食、蔬菜、水果等主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基本上實現(xiàn)了生態(tài)化，構(gòu)建了標準化的農(nóng)產(chǎn)品技術(shù)體系，盡量不使用化肥、農(nóng)藥，積極推廣施用有機肥料，提升農(nóng)產(chǎn)品的附加值［36］。因此，就糧食生產(chǎn)和化肥施用的發(fā)展趨勢來說，德國呈現(xiàn)總體平穩(wěn)、穩(wěn)中向好的良性發(fā)展。中哈德3 國化肥施用特點與各國經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)，今后都有進一步改善化肥施用的空間。

德國氮、磷、鉀化肥的施用比例是否適當，不僅要看當前三者施用的數(shù)量，還要分析其施肥歷史及土壤養(yǎng)分累積的情況。德國是世界上最早在19世紀就施用化肥的國家之一，化肥用量經(jīng)歷了發(fā)達國家共同的先升后降的過程［37］。1950 年德國氮、磷、鉀化肥用量分別為23、24、38kg/hm2，1979年分別為185、110、146kg/hm2，自1980 年以后出現(xiàn)持平至逐年下降，到1993～1995 年氮、磷、鉀施用量分別為146、36、56kg/hm2（3 年平均值），可見磷肥和鉀肥施用量下降更快。然而，這一磷、鉀肥料用量加上用于作物生產(chǎn)的畜牧業(yè)產(chǎn)生的有機肥料中的磷素和鉀素，仍大于土壤為作物生產(chǎn)支付的磷和鉀［38］。德國某地有長期試驗表明，當施磷量與作物生產(chǎn)帶走的磷量相近時，17 年后土壤有效磷含量無明顯變化［39］。由于土壤磷素和鉀素大量積累，所以目前德國每年向土壤施加的磷、鉀量就比較低，分別保持在30、46kg/hm2左右。再加上歐盟1991 年頒布《硝酸鹽指令》后，德國為發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和防治面源污染，對化肥的施用管理相當嚴格，使得德國目前磷肥和鉀肥施用比例明顯低于歐美一些發(fā)達國家。但從長遠來說，德國調(diào)整氮、磷、鉀的施用比例將會有利于糧食產(chǎn)量的進一步提高。

4 結(jié)論

（1）中哈德化肥施用各具特色，呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。從2002～2016 年，中國化肥施用量，特別是磷肥和鉀肥在總量和單位面積施用量上都呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，目前處于頂峰并開始下降。哈薩克斯坦的化肥施用量特別是氮肥呈現(xiàn)快速大幅波動上升趨勢，德國呈現(xiàn)總體平穩(wěn)、微幅波動、稍有下降趨勢。

（2）中哈德化肥施用總量分別從2002 年的4321.8、2.4、259.5 萬t 增加到2016 年的5984.5、12.8、232 萬t，分別增加了38%、430%、-11%；化 肥 施 用 強 度 分 別 從278.0、1.62、272.2kg/hm2增 加 到332.5、7.47、265.2kg/hm2， 分 別 增 加了20%、360%、-2.6%。氮、磷、鉀比例分別從1∶0.42∶0.31、1∶0.85∶0.02、1∶0.18∶0.27 調(diào)整到1∶0.51∶0.45、1∶0.36∶0.03、1∶0.14∶0.26。中國氮磷鉀化肥施用結(jié)構(gòu)比較合理，施肥效果較好，糧食產(chǎn)量較高，哈薩克斯坦化肥投入嚴重不足和比例失調(diào)，化肥施用效果最差，糧食產(chǎn)量最低。德國施肥效果最好，單位面積糧食產(chǎn)量最高。

（3）近十幾年來，中哈德化肥施用的環(huán)境安全閾值分別為227～272、96～120、323～373kg/hm2，與其糧食產(chǎn)量和經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關(guān)。中國的氮磷鉀化肥施用都超過了環(huán)境安全閾值；哈薩克斯坦大大低于閾值；德國氮肥施用量在閾值附近，磷鉀肥施用則明顯低于閾值。

（4）中哈德化肥施用生態(tài)經(jīng)濟合理性差異顯著。中國化肥施用處于較為合理的生態(tài)經(jīng)濟合理性2 級水平，近年來不斷改善；哈薩克斯坦則處在施肥嚴重不足的合理性4 級水平，需加大對農(nóng)業(yè)的化肥投入和其它配套設(shè)施建設(shè)，促進糧食產(chǎn)量的提高；德國的氮肥施用長期穩(wěn)定地處于合理性1 級水平，但是氮磷鉀施用比例不太協(xié)調(diào)。

5 啟示

（1）對比德國化肥施用的歷史和現(xiàn)狀，我國農(nóng)業(yè)節(jié)肥增糧潛力很大，治理面源勢在必行。中國的化肥施用強度是德國的1.3 倍，產(chǎn)量只有其76%。德國的氮磷鉀化肥施用都在環(huán)境安全閾值之內(nèi)，中國的氮磷化肥施用超過了閾值和作物的實際需求，已經(jīng)達到峰值。所以我國改進施肥技術(shù)，提高化肥利用率，降低化肥施用強度是完全必要和可以做到的，同時糧食產(chǎn)量也有很大的提升空間，應努力保持目前已經(jīng)出現(xiàn)的減肥增糧的勢頭。為響應2019年中央一號文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展做好“三農(nóng)”工作的若干意見》中關(guān)于“加大農(nóng)業(yè)面源污染治理力度，開展農(nóng)業(yè)節(jié)肥節(jié)藥行動，實現(xiàn)化肥農(nóng)藥使用量負增長”的號召，可借鑒德國的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗或引進有關(guān)施肥技術(shù)。用法律的手段規(guī)范肥料的施用，制定化肥和有機肥施用辦法，建立標準化的農(nóng)產(chǎn)品技術(shù)體系和規(guī)?；a(chǎn)，做到糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護雙贏發(fā)展。

（2）謹慎看待德國氮磷鉀的消費模式。目前德國氮、磷、鉀比例是1∶0.14∶0.26，并不認為是長期不變的理想模式，根據(jù)歐洲一些糧食高產(chǎn)國家的施肥情況，適當調(diào)高氮、磷、鉀三者中的磷、鉀比例仍會有利于德國糧食產(chǎn)量的進一步提高。但是，由于磷素和鉀素容易在土壤中固定和累積，我國的高氮中磷低鉀施肥模式也應逐漸向德國的高氮低磷中鉀的施肥模式過渡。由于我國氮肥施用歷史早于磷鉀肥，目前的氮、磷、鉀1∶0.5∶0.45 的比例是基本合適的。但是我國的復合肥施用量近些年增加很快，磷鉀養(yǎng)分增加的勢頭更大。2017 年復合肥施用量占化肥總施用量的38%，相當于氮肥的施用量。大量施用復合肥很容易引起磷素和鉀素過量，因為目前我國市場上出售的復合肥多是氮、磷、鉀比例為1∶1∶1 的普通型。所以，化肥市場銷售人員和農(nóng)業(yè)技術(shù)人員要指導農(nóng)戶合理施用復合肥。復合肥有普通型、高氮型、高（低）磷型或高鉀型等多種，農(nóng)民要根據(jù)作物和土壤的實際情況，有針對性地使用復合肥，避免營養(yǎng)元素的浪費和流失。從長遠來看，要調(diào)整我國的施肥結(jié)構(gòu)朝向氮、磷、鉀1∶0.4∶0.5（0.4）的方向發(fā)展。（3）同哈薩克斯坦開展國際農(nóng)業(yè)合作潛力很大。哈薩克斯坦農(nóng)業(yè)產(chǎn)量波動大，抵御自然災害的能力低，施肥不合理，增產(chǎn)較緩慢，化肥效率急速下降?？赏ㄟ^加強國際技術(shù)合作，吸引國外投資，改善生產(chǎn)條件，提高化肥效率，保障糧食產(chǎn)量穩(wěn)步提高。中哈為近鄰，“一帶一路”倡議為中國和哈薩克斯坦農(nóng)業(yè)合作提供了良好的機遇。我國在勞動力資源和農(nóng)業(yè)灌溉、施肥及良種方面有一定的優(yōu)勢，為中哈開展農(nóng)業(yè)合作提供了人力和技術(shù)保障。中國施肥效益和糧棉單產(chǎn)明顯高于哈薩克斯坦，糧棉產(chǎn)業(yè)與其合作將大有可為，并且加大化肥生產(chǎn)投資或產(chǎn)品出口哈薩克斯坦有廣闊前景。