化學(xué)肥料減施技術(shù)研究進(jìn)展

羅賽男 韓健 張文

摘要 ? ?化學(xué)肥料在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中起著不可替代的作用，但也帶來(lái)了環(huán)境的污染及一系列農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題。本文綜述了國(guó)內(nèi)外化學(xué)肥料減施技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)實(shí)施化肥“零增長(zhǎng)”行動(dòng)提出了展望。

關(guān)鍵詞 ? ?化肥;減施技術(shù);秸稈還田

中圖分類(lèi)號(hào) ? ?S146 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）15-0188-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?Fertilizer plays an irreplaceable role in the agricultural development of China， but it is also bring some environmental pollution and a series of agricultural products′ quality and safety problems. This paper summarized the research progress of chemical fertilizer reduction technique in abroad and domestic， and also put forward to the prospect of implementing the "zero growth" in chemical fertilizer in China.

Key words ? ?fertilizer; reduction technique; straw reuse

一直以來(lái)，化學(xué)肥料為我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)做出了巨大貢獻(xiàn)，但也因長(zhǎng)期過(guò)量施用，土壤淋溶，導(dǎo)致肥料利用效率偏低和地下水污染等一系列問(wèn)題。圍繞解決我國(guó)化肥過(guò)量施用帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、保護(hù)耕地質(zhì)量等問(wèn)題[1]，亟需利用有效的化肥減施增效技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)施肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。2015年初，農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，通過(guò)“推進(jìn)精準(zhǔn)施肥，調(diào)整化肥使用結(jié)構(gòu)，改進(jìn)施肥方式，有機(jī)肥替代化肥”技術(shù)路徑，力爭(zhēng)到2020年主要農(nóng)作物化肥使用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)[2]。

因此，全面掌握現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外化肥減施技術(shù)，研究出不同地區(qū)、不同農(nóng)作物最合適的減施技術(shù)，對(duì)我國(guó)實(shí)施化肥“零增長(zhǎng)”行動(dòng)，保障食品安全，守護(hù)國(guó)民健康具有非常重要的意義。本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)化肥減施技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 ? ?國(guó)外化肥減施技術(shù)研究現(xiàn)狀

化肥施用引發(fā)的一系列農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題已經(jīng)受到全球的重視。自20世紀(jì)80年代末以來(lái)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始了相關(guān)的研究和治理，30年來(lái)已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[3-5]。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家主要采取以下化肥減施措施：一是建立先進(jìn)的施肥診斷方法，制定不同作物的養(yǎng)分限量標(biāo)準(zhǔn)。比如，德國(guó)制定《德國(guó)肥料條例》，荷蘭制定《農(nóng)田養(yǎng)分流失標(biāo)準(zhǔn)》，法國(guó)則針對(duì)不同作物制定不同肥料禁用時(shí)間，加拿大制定《肥料法令》和《肥料管理?xiàng)l例》，丹麥針對(duì)不同土壤和不同耕作方式下的氮肥最大施用量發(fā)布明確規(guī)定，美國(guó)倡導(dǎo)4R施肥技術(shù)。二是充分發(fā)揮有機(jī)肥替代化肥作用。美國(guó)、加拿大、澳大利亞、巴西、歐盟等國(guó)家和組織秸稈還田、免耕播種面積已經(jīng)占到了其農(nóng)作物面積的50%～80%，部分發(fā)達(dá)國(guó)家甚至達(dá)到90%～95%。三是創(chuàng)制新型肥料。歐美日的復(fù)合肥料和作物專(zhuān)用肥占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，注重研發(fā)與作物養(yǎng)分需求匹配的緩控釋肥料、速溶肥料等新型肥料。四是研發(fā)智能機(jī)具。由于人少地多、勞動(dòng)力短缺，農(nóng)業(yè)機(jī)械化在美國(guó)、日本等國(guó)家農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中的作用尤為重要。美國(guó)研發(fā)智能化精準(zhǔn)施肥機(jī)具，日本研發(fā)化肥深施機(jī)械，以色列大力發(fā)展水肥一體化技術(shù)與裝備，大幅度提高肥料利用率[6-10]。

2 ? ?我國(guó)化肥減施技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 ? ?施肥新方法

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所和國(guó)際植物營(yíng)養(yǎng)研究所合作創(chuàng)建了基于產(chǎn)量反應(yīng)和農(nóng)學(xué)效率，利用現(xiàn)代信息技術(shù)研發(fā)形成的界面友好、操作簡(jiǎn)單的Nutrient Expert養(yǎng)分專(zhuān)家系統(tǒng)。其中產(chǎn)量反應(yīng)主要是指施肥后作物產(chǎn)量變化，如果作物產(chǎn)量變化越大，代表土壤基礎(chǔ)肥力越低，系統(tǒng)推薦的施肥量則越高;而農(nóng)學(xué)效率是單位作物產(chǎn)量與施肥量的關(guān)系。自2009年以來(lái)，在我國(guó)作物種植區(qū)開(kāi)展了應(yīng)用NE系統(tǒng)推薦施肥工作。多年、多點(diǎn)、不同氣候區(qū)田間試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠起到科學(xué)減施化肥、提高化肥利用率、穩(wěn)定作物產(chǎn)量、增加農(nóng)民收入的作用。徐新朋等[11]通過(guò)玉米養(yǎng)分專(zhuān)家系統(tǒng)（Nutrient Expert for Hybrid Maize，NE）發(fā)現(xiàn)，NE平衡了肥料用量，顯著降低了氮肥和磷肥施用量，與農(nóng)民習(xí)慣施肥（FP）相比分別降低了43.5 kg/hm2（P<0.001）和23.6 kg/hm2（P<0.001），降幅分別達(dá)到了21.0%和27.0%，但增加了鉀肥用量（8.3 kg/hm2，P=0.001）;侯云鵬等[12]通過(guò)NE推薦施肥，與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理（FP）相比，在減施氮肥52.1～79.2 kg/hm2（25.8%～33.4%）、磷肥50.1～61.4 kg/hm2（46.9%～52.7%）、鉀肥22.7～28.7 kg/hm2（24.9%～30.2%）的情況下，NE推薦施肥處理（OPT）增產(chǎn)167～551 kg/hm2、增收963～2 022元/hm2，氮吸收量提高3.2～12.8 kg/hm2，磷吸收量提高0.7～2.1 kg/hm2，鉀吸收量提高5.3～7.2 kg/hm2，肥料利用效率提高13.7～19.6個(gè)百分點(diǎn)。孫彥銘等[13]通過(guò)養(yǎng)分專(zhuān)家系統(tǒng)的農(nóng)田養(yǎng)分管理技術(shù)在小麥玉米農(nóng)田溫室氣體減排中的應(yīng)用效果試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不降低作物產(chǎn)量的前提下，NE養(yǎng)分管理模式顯著降低了溫室氣體排放量，大幅度提高了農(nóng)田氮肥偏生產(chǎn)力。與農(nóng)民習(xí)慣施肥處理相比，NE養(yǎng)分管理模式NO排放量在小麥和玉米季分別降低了60.8%和53.7%。而在總的農(nóng)田溫室氣體排放當(dāng)量中，NE養(yǎng)分管理模式的溫室氣體排放當(dāng)量較農(nóng)民習(xí)慣施肥處理（FP）在小麥和玉米季分別降低了40.8%和42.3%。農(nóng)田溫室氣體排放當(dāng)量與氮肥偏生產(chǎn)力間有顯著的“線性+平臺(tái)”關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)溫室氣體排放量隨著氮肥偏生產(chǎn)力的提高而降低。

2.2 ? ?有機(jī)肥料替代部分化肥

有機(jī)肥由于具有豐富的有機(jī)養(yǎng)分，養(yǎng)分均衡富含有益微生物菌群，具有改良土壤結(jié)構(gòu)、提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，降低肥料成本等優(yōu)點(diǎn)。何 ?欣等[14]通過(guò)化肥減量與有機(jī)肥替代對(duì)水稻產(chǎn)量與養(yǎng)分利用率的田間小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比常規(guī)施肥，有機(jī)肥替代20%總氮施肥不僅可以提高早稻產(chǎn)量，還能提高氮肥的肥料利用率，從而減少農(nóng)田系統(tǒng)中氮素的流失;陶 ?瑞等[15]通過(guò)減少化肥配施有機(jī)肥對(duì)棉花氮素的吸收試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比單施化肥，減少化肥配施有機(jī)肥各處理生物量在蕾期、鈴期和吐絮期分別增加30.0%～43.0%、16.8%～35.1%和18.5%～38.8%;棉花產(chǎn)量在第3年提高了6.9%～18.5%，其中施用生物有機(jī)肥6 000 kg/hm2獲得最高產(chǎn)，籽棉產(chǎn)量為7 578 kg/hm2。賈 ?田等[16]通過(guò)辣椒化肥減量配施有機(jī)肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，辣椒產(chǎn)量與有機(jī)肥施用量的增加呈逐漸遞增的趨勢(shì)，施有機(jī)肥600 kg/hm2的處理，單產(chǎn)達(dá)到2 103.81 kg/hm2，顯著高于施化肥的處理。綜合生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，以施有機(jī)肥600 kg/hm2為最優(yōu)。

2.3 ? ?秸稈還田模式

我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈總量逾6億t，如果全部進(jìn)行有氧發(fā)酵有機(jī)肥還田，可替代50%以上的化肥，這對(duì)改變土壤生態(tài)環(huán)境，為作物、有益微生物提供功能性營(yíng)養(yǎng)具有重要意義[17]。周兵[18]通過(guò)秸稈還田與減施鉀肥對(duì)雙季稻區(qū)水稻產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施秸稈還田的同時(shí)適量減施10%的鉀肥可以提高水稻產(chǎn)量，早稻和晚稻的產(chǎn)量分別較單施化肥處理增加了97.5、106.5 kg/hm2，增幅分別為1.4%和0.7%。同時(shí)減施鉀肥的CEC、有機(jī)質(zhì)、全氮較單施化肥提高0.7 cmol/kg、1.2 g/kg和0.07 g/kg，在一定程度上提高土壤肥力;叢艷靜等[19]通過(guò)稻草還田腐熟與化肥配施對(duì)晚稻產(chǎn)量及土壤理化性狀的影響試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稻草還田腐熟配施化肥，對(duì)提高水稻生長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)有一定的影響，建議還田干稻草4 500 kg/hm2，氮、磷肥用量減少10%，鉀肥用量減少10%～20%為宜;高業(yè)根[20]通過(guò)稻麥兩熟制秸稈還田水稻肥料減量化技術(shù)研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈粉碎全量還田，在減少化學(xué)肥料用量情況下，可以有效降低肥料成本，增強(qiáng)肥料利用效率，減少肥料對(duì)環(huán)境的污染。

2.4 ? ?新型高效肥料

目前，我國(guó)新型肥料主要包括緩控釋肥、水溶肥、有機(jī)肥、生物肥、功能性肥劑和中微量元素肥等[21]。董彥旭等[22]通過(guò)新型肥料增效劑對(duì)馬鈴薯肥料減施增效作用研究發(fā)現(xiàn)，施用新型肥料增效劑有助于提高馬鈴薯產(chǎn)量，在減少化學(xué)肥料施用量10%，添加新型肥料增效劑的情況下，馬鈴薯產(chǎn)量仍可增產(chǎn)3.98%;在減少肥料施用量20%，添加新型肥料增效劑的情況下，馬鈴薯產(chǎn)量基本和對(duì)照持平。同時(shí)，該增效劑還對(duì)馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的改良和馬鈴薯中蛋白質(zhì)和VC含量的增加起到積極作用。張 ?萌等[23]對(duì)辣椒與新型肥料利用的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與普通復(fù)合肥（西洋復(fù)合肥）相比，施用新型肥料可使辣椒磷素吸收提前，磷素積累快速增長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別提前6～12 d和22～46 d，縮短磷素快速增長(zhǎng)持續(xù)期10～33 d;新型肥料可使辣椒鉀素積累明顯滯后，以包膜型緩釋肥的滯后時(shí)間最長(zhǎng)，辣椒花后鉀素積累效果最為明顯;陳磊[24]通過(guò)新型尿素液肥與傳統(tǒng)追肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響對(duì)比研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，追施尿素液肥后馬鈴薯產(chǎn)量顯著提高，平均增產(chǎn)10 417.5 kg/hm2，較傳統(tǒng)追施普通尿素產(chǎn)量、商品薯重、小薯重等都明顯增加。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在化肥減施技術(shù)上的差距主要體現(xiàn)在以下方面：肥料限量標(biāo)準(zhǔn)缺乏，推薦施肥實(shí)現(xiàn)困難;仍以化學(xué)肥料為主，有機(jī)替代不足;肥料自主研發(fā)不足，創(chuàng)新產(chǎn)品少。由于不同地域、不同品種的差異性較大，加上傳統(tǒng)肥料的使用便捷性，短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)的難度仍較大。為切實(shí)做好化肥減施，力爭(zhēng)到2020年主要農(nóng)作物化肥使用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面工作：一是擴(kuò)大試驗(yàn)示范區(qū)，對(duì)較成熟的化肥減施方法進(jìn)行推廣[25];二是提高農(nóng)戶(hù)對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，加大有機(jī)肥替代化肥的利用率;三是繼續(xù)加大秸稈還田模式的使用;四是鼓勵(lì)自主新型肥料的開(kāi)發(fā);五是加強(qiáng)農(nóng)戶(hù)、種植大戶(hù)與農(nóng)業(yè)企業(yè)的交流合作，有針對(duì)性地進(jìn)行新型肥料的開(kāi)發(fā)。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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