京津冀化肥投入特征與污染防控對策研究

串麗敏，鄭懷國，王愛玲，趙靜娟，顏志輝，齊世杰

（北京市農林科學院農業(yè)信息與經濟研究所，北京 100097）

我國種植業(yè)生產中化肥的使用已有幾十年的歷史，對于保障我國糧食安全具有重要作用。然而由于其不合理施用，不僅對耕地質量和農產品質量安全造成負面影響，還帶來一系列環(huán)境問題，成為農業(yè)面源污染的主要來源，是導致地表水和地下水環(huán)境污染的主要因素，也是我國面臨的重大環(huán)境問題之一[1-3]。

京津冀協(xié)同發(fā)展是重大國家戰(zhàn)略。京津冀以全國2.3%的國土面積，承載了全國8%的人口，貢獻了全國10%的國內生產總值[4-5]。京津冀具有良好的自然和農業(yè)生產條件，在我國農業(yè)生產中具有重要地位。種植業(yè)是京津冀農業(yè)生產重要組成部分，2018年播種面積達到873.2 萬hm2[6]。更為重要的是，該區(qū)域農業(yè)復種指數(shù)高，產出強度大。農戶在化肥施用中普遍存在盲目或過量行為，導致化肥消耗量居高不下，種植業(yè)環(huán)境負荷較重，對土壤、水和大氣環(huán)境造成嚴重威脅，進一步影響農產品質量甚至人體健康。

當前學者針對全國或不同地區(qū)的施肥情況開展了大量研究，對促進肥料的科學施用、減施增效和減少農業(yè)面源污染起到了積極作用。例如，孟遠奪等[7]依據(jù)全國基層肥料信息網的調查數(shù)據(jù)，闡述了不同區(qū)域和主要作物化肥施用現(xiàn)狀、存在的問題和節(jié)肥潛力，提出了實施節(jié)肥增效的具體措施。寧運旺等[8]基于在江蘇省937 個樣本農戶的實證調查，分析了小麥化肥投入現(xiàn)狀及其影響因素，提出重點加強配方肥施用技術推廣和減少施肥次數(shù)，針對不同地區(qū)指定小麥減肥措施。李玉紅等[9]通過調查摸清了德州市主要農作物的施肥量、資源分配以及化肥品種結構狀況，分析了德州市當前的化肥施用現(xiàn)狀及存在的問題，并提出了對策。仲乃琴等[10]詳細剖析了馬鈴薯作物肥藥施用過量、利用率低下的原因，介紹了國內外減施增效技術的研究進展和發(fā)展趨勢，最后提出了具體的對策和發(fā)展建議。王金林等[11]通過調查統(tǒng)計了云南省作物的施肥情況，提出了采取適類、適時、適量、科學的施肥方法和技術，以實現(xiàn)化肥“零增長”目標。徐洋等[12]利用全國339 家國有零售商收集的數(shù)據(jù)，計算2014—2016年我國農作物種植化肥總量，分析年際間主要農作物及不同化肥施用地區(qū)和化肥品種的變化。

已有研究進展顯示，當前對于種植業(yè)化肥投入的分析，往往是針對某一省、市或縣級尺度，從實地調查或借助于統(tǒng)計管理部門已有的數(shù)據(jù)，開展種植業(yè)源化肥投入品使用量調研。然而，當前研究進展中針對北京市、天津市和河北省化肥投入的研究較少。京津冀是主要的農業(yè)生產功能區(qū)，隨著京津冀現(xiàn)代農業(yè)協(xié)同發(fā)展不斷加快，農業(yè)的規(guī)?；?、集約化、現(xiàn)代化種植越來越普遍，因此要重視加強農業(yè)源環(huán)境污染防控，尤其是種植業(yè)化肥投入帶來的環(huán)境污染防控，以促進農業(yè)高產、高效。同時對于農業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，保障農產品安全、資源安全和生態(tài)安全具有重要意義。

為有效緩解京津冀區(qū)域種植業(yè)源污染，亟需摸清京津冀區(qū)域種植業(yè)化肥投入現(xiàn)狀及存在的問題。因此，本文基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)和實地調查數(shù)據(jù)，從宏觀層面分析2010—2018 年期間北京市、天津市、河北省及京津冀整個區(qū)域化肥使用總量（氮、磷、鉀和復合肥總折純量，下同）以及每一種化肥使用量（折純量，下同）的變化、化肥的構成及單位面積施用量等特征，分析京津冀種植業(yè)中化肥投入存在的問題，進而提出化肥減施增效的調控優(yōu)化對策。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概述

京津冀地處華北平原，位于113°27′～119°50′E，36°05′～42°40′N，包括北京、天津兩直轄市以及河北省的保定、廊坊、唐山、秦皇島、石家莊、張家口、承德、滄州、邯鄲、邢臺、衡水11 個地級市，是我國重要糧棉產區(qū)和集約化蔬菜種植區(qū)，也是城郊型農業(yè)集中分布區(qū)。區(qū)域土地面積為21.6 萬km2，約占全國的2.3%，人口達1.1 億；區(qū)域內分布的海河、灤河兩大河流水系，是居民生活和農業(yè)生產的重要水源；區(qū)域土壤類型以棕壤、褐土、潮土、栗鈣土為主，耕地面積6.54 萬km2，約占區(qū)域總面積的30%。京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展在中國社會經濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。

1.2 研究方法

依據(jù)《中國農村統(tǒng)計年鑒》《北京統(tǒng)計年鑒》《天津統(tǒng)計年鑒》和《河北統(tǒng)計年鑒》，整理收集北京、天津、河北2010—2018 年以來的農作物播種面積，氮、磷、鉀肥和復合肥使用量等數(shù)據(jù)，分析北京、天津和河北各類化肥及總量的年際變化趨勢，并將京津冀區(qū)域作為整體，分析整個區(qū)域的化肥投入趨勢。

同時，采取問卷調研的方法，深入了解農戶的化肥施用方式。問卷內容主要包括農戶個人基本特征（姓名、性別、年齡、受教育程度、從事種植的年限等）、家庭資源情況（家庭收入、主要經濟來源、家庭種地面積、種植的作物種類等）、化肥投入行為（肥料施用種類、肥料用量的確定方法、肥料施用方式、是否獲得技術指導等）等信息。

為有效控制問卷質量和保證調查結果具有代表性，制定了問卷設計和調查實施方案。在正式調研之前，采用隨機走訪的形式進行預調研，核查問卷的適用性，查找問卷設計過程中是否存在問題，是否達到調研目的，增強問卷的科學性和調研結果的有效性。根據(jù)預調研所反饋的信息對問卷進行修改與補充后再進行正式調研。在實地調查中，選擇種植業(yè)相對集中和優(yōu)勢主產區(qū)進行調查。如果同一區(qū)域農業(yè)生產化肥施用方式相對較為一致，差異性小，僅選擇1～2戶作為代表戶；如果差異性較大，適當增加問卷樣本數(shù)量。實地調查區(qū)域覆蓋糧食、蔬菜和果樹作物。共發(fā)放問卷300份，回收問卷273份，回收率為91%。

涉及的具體指標計算公式如下：

單位面積化肥使用量（kg·hm-2）=化肥使用折純總量（kg）/總播種面積（hm2）

播種面積占比=某一地區(qū)或全國某一種作物的播種面積（hm2）/該地區(qū)或全國總播種面積（hm2）×100%

2 結果與分析

2.1 北京市化肥施用量變化特征

2010 年以來北京市化肥施用量和農作物播種面積總體呈下降趨勢。北京市2010 年的農作物播種面積為 31.73 萬 hm2，至 2018 年下降到 10.60 萬 hm2，8 年間 減 少 了21.13 萬hm2，占 2010 年 播 種 面 積 的66.59%。化肥施用量2010 年為13.70 萬t，2011、2012年基本持平，2013 年開始呈現(xiàn)下降趨勢，2018 年降為7.30 萬 t，與 2012 年相比，減少了 6.40 萬 t，年均減少1.07萬t，年均降低7.81%（表1）。

從肥料品種分析看，氮肥從2010 年開始呈現(xiàn)逐年下降趨勢，2011年和2012年下降較為平緩，2013年及以后則呈現(xiàn)快速下降趨勢，由2010 年的6.90 萬t下降為 2018 年的 3.02 萬 t，減少了 3.88 萬 t，占 2010 年氮肥用量的56.23%，平均每年減少0.49 萬t，年減少量7.10%。復合肥用量在2010—2012 年呈現(xiàn)少許增長趨勢，2013 年開始也轉為下降趨勢，由2012 年的5.70萬 t 減少為 2018 年的 3.49 萬 t，減少了 2.21 萬 t，與2012 年相比，下降了38.77%，年均下降0.37 萬t，年均減少6.49%，至2018年與氮肥用量基本持平。磷肥和鉀肥用量整體偏少，分別由2010 年的0.90 萬t 和0.70萬 t 逐年減少為 0.40 萬 t 和 0.39 萬 t，分別減少了55.56%和44.29%。

2.2 天津市化肥施用量變化特征

天津市的農作物播種面積在2016 年以前整體呈現(xiàn)少許上升或相對保持平穩(wěn)狀態(tài)，2017 年有了顯著減少趨勢，與2016 年相比，減少了3.97 萬hm2。之后在2018年下降到42.93萬hm2?；士偸┯昧恳渤尸F(xiàn)下降趨勢，由 2010 年的 25.00 萬 t 下降到 2018 年的16.95萬t（表1），減少了8.05萬t，降低了32.20%，年均減少1.01 萬t，其中2011—2013 年相對較為平穩(wěn)，2013年以后下降相對較快，一定程度上也與農作物播種面積的減少有關。氮肥和磷肥也呈現(xiàn)下降趨勢，在2013年以前下降較為平緩或保持平穩(wěn)，之后下降速度較快。氮肥由2010 年的11.80 萬t 下降到2018 年的5.63萬t，減少了6.17萬t，降低了52.29%；磷肥由2010年的3.90萬t減少為2018年的2.00萬t，減少了1.90萬t，降低了48.72%。鉀肥保持相對平穩(wěn)，為1.34萬～1.80萬t；復合肥表現(xiàn)也相對平穩(wěn)，但近3 年呈現(xiàn)一定的上升趨勢。

表1 2010—2018年期間北京、天津、河北及京津冀化肥投入變化（萬t）Table 1 Chemical fertilizer input in Beijing，Tianjin，Hebei and Beijing-Tianjin-Hebei region during 2010—2018（×104 t）

2.3 河北省化肥施用量變化特征

河北省的農作物播種面積在2016 年以前一直保持在 870 萬 hm2以上，2017 年轉為下降，2018 年相比2016年減少了51.95萬hm2。化肥施用量在2015年以前呈現(xiàn)平穩(wěn)略微上升趨勢（表1），2015 年以后轉為下降，到 2017 年化肥施用量降為 322.00 萬 t，與 2010 年基本持平。2018年又降至312.40萬t。氮肥整體呈現(xiàn)下降趨勢，2015 年以前下降較為平緩，之后速度稍有增加，2016年、2017年和2018年化肥用量分別比前一年減少 2.90 萬、4.70 萬 t 和 25.83 萬 t。磷肥用量也呈現(xiàn)下降趨勢，由 2010 年的 47.30 萬 t 下降為 2018 年的23.94萬t，約為2010年的二分之一。鉀肥用量呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢，由2010 年的26.80 萬t 上升到2015 年的 28.10 萬 t，近幾年進入下調空間，2018 年降至23.97萬t。復合肥用量整體呈現(xiàn)上升趨勢，由2010年的 95.60 萬 t上升到 2016 年的 113.90 萬 t，2017 年降為 111.2 萬 t，與 2016 年相比，減少了 2.7 萬 t，但 2018年增加到150.02萬t。這可能與單質肥施用量減少有關，農民越來越傾向于施用復合肥。

2.4 京津冀區(qū)域化肥施用量變化特征

京津冀區(qū)域農作物總播種面積在2010—2012 年保持相對平穩(wěn)，保持在 949.5 萬～954.4 萬 hm2，2013 年以后逐漸下降，其中2013—2016 年下降較為平緩，年均下降20.20萬hm2，相比2016年2017年和2018年減少播種面積更為明顯，分別減少了39.92 萬hm2和60.89 萬hm2?；适┯昧吭?014 年以前呈現(xiàn)逐年上升趨勢（表1），2015 年以后轉為下降，2015—2018 年的化肥施用量與上一年相比，分別減少了2.70 萬、4.90萬、14.40萬t及11.85萬t。

隨著農業(yè)結構特別是種植業(yè)結構的調整，氮磷鉀化肥的施用比例也在發(fā)生變化。近10 年，京津冀區(qū)域氮肥用量整體呈下降趨勢，從2010 年的171.80 萬t下降為 2018 年的 123.12 萬 t，減少了 48.68 萬 t，減少量占2010 年施用量的28.34%，年均減少6.09 萬t，平均每年減施3.54%。磷肥用量一直呈現(xiàn)下降趨勢，由2010 年的 52.10 萬 t 下降為 2018 年的 26.34 萬 t，并且下降幅度逐年增加。鉀肥施用量由2010 年的29.10萬 t 上升到 2013 年的 30.40 萬 t，之后轉為下降，至2018年減少為25.70萬t。復合肥整體呈現(xiàn)上升趨勢，由 2010 年的 108.50 萬 t 上升為 2016 年的 126.40 萬 t，達到峰值，2017 年降低了3.80 萬t。但由于河北省復合肥的增加，2018年京津冀地區(qū)復合肥增加到161.50萬t。

2.5 京津冀單位面積化肥施用量變化特征

2010 年以來全國化肥單位面積施用量整體變化較小，保持在 318.01～336.10 kg·hm-2，均值為 329.98 kg·hm-2，峰值出現(xiàn)在2014 年，之后有緩慢下降趨勢（圖1）。北京市和天津市單位面積化肥施用量明顯高于全國均值，河北省單位面積化肥施用量與全國均值接近。2010 年以來京津冀平均單位面積化肥施用量在339.72～363.73 kg·hm-2，均值為348.66 kg·hm-2。

北京市單位面積化肥施用量整體呈現(xiàn)上升趨勢，由 2010 年的 358.45 kg·hm-2上升到 2017 年的 504.03 kg·hm-2，提高了 40.61%。2018 年降至 485.58 kg·hm-2，較2017年下降18.45 kg·hm-2。天津市單位面積化肥施用量整體呈現(xiàn)明顯下降趨勢，由2010 年的516.51 kg·hm-2下降到2018年的370.16 kg·hm-2，下降了28.33%。河北省單位面積化肥施用量保持在330.07～360.11 kg·hm-2，整體變化較為平緩。

2.6 京津冀肥料投入比例變化特征

目前京津冀地區(qū)施用的肥料主要為氮肥和復合肥。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2010 年京津冀地區(qū)氮肥投入占比為47.53%，復合肥占比為30.01%，磷肥和鉀肥占比相對較低，分別為14.41%和8.05%（圖2）。2017 年氮肥比重相對減小，磷鉀肥比重變化不大，復合肥比重增大。以北京市為例，2017 年京郊耕地肥料整體投入結構N∶P2O5∶K2O為1∶0.75∶0.64，而2010年N∶P2O5∶K2O 為 1∶0.44∶0.50，表明2010 年以來，磷鉀養(yǎng)分占比呈現(xiàn)波動上升趨勢。

2.7 京津冀農戶化肥施用行為特征

農戶化肥施肥的調查結果顯示，表層撒施肥料仍然是主要的施肥方式，占調查農戶的27.39%，即高于四分之一農戶施肥仍采用這種方式（圖3）。值得關注的是，采用覆土深施、水溶后澆灌和水肥一體化的農戶數(shù)量占比分別為22.20%、14.94%和9.75%，并且也存在著溝施、穴施等方式，表明農戶的施肥方式已經有了改善，粗放的施肥方式也將慢慢減少。

通過對農戶施肥依據(jù)的調查，結果發(fā)現(xiàn)，農戶對于化肥的施用多是來自農資銷售商的介紹，占27.90%；其次是完全憑經驗施用，占比25.29%。來自技術部門指導和管理部門政策宣傳使用化肥的農戶占25.17%，親戚朋友間的相互咨詢的占比為18.80%。其余還有來自廣播電視廣告獲取的信息以及通過其他途徑獲取的信息。

3 討論

3.1 化肥施用存在的問題

3.1.1 單位面積化肥施用量偏高

從已有結果可以看出，雖然京津冀三地的播種面積有下降趨勢，并且化肥總用量也有所下降，但是單位面積的化肥施用量仍然偏高，尤其是北京單位面積化肥施用量甚至呈現(xiàn)上升趨勢。究其原因，這可能與北京市蔬菜和果園的播種面積比重較高，而蔬菜和果樹施肥量較高有關。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)[6]，北京市蔬菜播種面積占比由2010 年的21.3%上升到2018 年的34.7%，提升了13.4 個百分點，呈現(xiàn)明顯快速上升趨勢。北京市果園播種面積占比呈現(xiàn)明顯上升趨勢，由2010 年的16.98%上升到2018 年的30.45%，提升了13.47 個百分點。北京市土肥工作站發(fā)布的2016 年京郊耕地質量長期定位監(jiān)測年報數(shù)據(jù)顯示[13]，長期定位監(jiān)測點中，糧田有機無機養(yǎng)分投入總量為522.0 kg·hm-2，露地菜田和設施菜田有機無機養(yǎng)分投入總量分別為2 050.5 kg·hm-2和 3 427.5 kg·hm-2，果園有機無機養(yǎng)分投入總量為2 290.5 kg·hm-2。菜田和果園的肥料養(yǎng)分投入總量高于糧田，存在著單位面積化肥施用量過高等問題，這與孟遠奪等[7]和杜連鳳等[14]的施肥調查結果一致。因此，農田尤其是蔬菜和果園的科學施肥管理仍然是值得引起重視的問題。

3.1.2 科學施肥水平有待提高

科學合理的養(yǎng)分配比會促進作物的生長，并提升肥料利用效率。從不同作物養(yǎng)分投入來看，糧食作物的鉀肥投入不足，大宗蔬菜作物存在磷肥投入過高以及果樹磷、鉀肥投入偏高現(xiàn)象，作物養(yǎng)分投入不平衡現(xiàn)象較為明顯[15-18]。不同的施肥方式決定著肥料的利用效果，也在一定程度上影響著肥料投入量的高低。本研究結果顯示，表層撒施仍是農戶采取的主要施肥方式。然而表層撒施肥料的方式最容易引起氮肥養(yǎng)分損失，造成肥料資源的浪費，給環(huán)境帶來污染風險。同時，研究結果還顯示，農戶在施肥過程中仍然存在盲目施肥行為，尤其是在確定施肥量時憑經驗施肥現(xiàn)象普遍存在，認為施肥多就會產量高的思想較難改變，科學施肥技術指導的“一公里”鴻溝依然存在，進而導致施肥量偏高。但是在調查中也看到，水肥一體化、肥料深施等施肥技術正在逐步推廣，農民的科學施肥意識在不斷提高。

3.2 化肥減施增效對策

3.2.1 著力推廣精準施肥技術

不同的作物具有不同的養(yǎng)分需求特征。提高精準施肥技術并進行大力推廣和示范，引導科學施肥是重要途徑[19]。在實踐中，應根據(jù)土壤基礎養(yǎng)分狀況、作物需肥特點以及肥料利用率等基本參數(shù)，科學制定并公開發(fā)布不同區(qū)域、不同土壤類型、不同作物的肥料施肥套餐[20-22]；建議開展有針對性的實地養(yǎng)分管理技術研究，開發(fā)適合小農戶地塊和區(qū)域的信息化養(yǎng)分管理決策支持系統(tǒng)，以便在田間地頭就可以方便快捷地指導農戶施肥[23]。建議遵循“4R”策略，幫助農戶選擇合適的肥料種類，在合適的時間、合適的位置施入適量的肥料，提高科學施肥水平，促進建立科學施肥的長效機制[24-26]。

3.2.2 建議制定施肥限量標準

當前國家對主要作物的施肥限量標準缺失，導致對作物的最大施肥量沒有限制。并且，由于不同的土壤類型、不同肥力、不同作物對肥料養(yǎng)分的需求存在差異，因此，在精準施肥套餐制定基礎上，亟需結合生產現(xiàn)狀與實際管理，因地制宜制定不同作物的肥料施用限量標準。利用建立的標準，管理和控制作物的施肥用量，做到不同作物的區(qū)別化管理，減少肥料不合理的投入。

3.2.3 普及推廣栽培和水肥管理措施

肥料的損失及利用率低下主要是由于氮磷的環(huán)境損失[27]，因此，應重視加強肥料的養(yǎng)分管理。應加強先進栽培管理技術與水肥一體化技術及其機械裝備的研發(fā)，重視畜禽糞污有機肥資源的有效利用。在水肥管理粗放的地區(qū)，推行適宜的水肥管理措施，改善農業(yè)生產管理技術。廣泛采取基肥深施、肥料合理運籌、有機無機配施、水肥一體化等措施，普及應用先進的作物栽培技術，選擇合適的肥料施用和管理方式，擴大科學水肥管理示范及應用面積，減少不合理施肥帶來的肥料資源浪費以及環(huán)境污染風險，從栽培和水肥養(yǎng)分管理模式上，減少化肥氮磷損失，提高肥料資源利用效率[28]。

3.2.4 加強宣傳和技術指導

建議借助科技特派員制度、新型職業(yè)農民培訓、田間學校、科技干部進村入戶、項目示范等方式，逐步擴大宣傳，加強田間實地指導，讓廣大農民認識了解科學施肥技術，提高科學施肥水平和環(huán)境保護意識。同時，采取多種政策和經濟手段等激勵措施，引導和帶動農戶接納采用科學施肥方式，提高農戶科學施肥意愿，推廣節(jié)肥增效實施范圍，從而合理減少化肥投入。

4 結論

（1）2010—2018 年期間京津冀區(qū)域化肥施用量以2014 年為轉折點，化肥呈現(xiàn)先逐年上升后轉為下降趨勢，2015—2018 年化肥施用量與上一年相比，分別減少了 2.70 萬、4.90 萬、14.40 萬 t 及 11.85 萬 t。肥料品種以氮肥和復合肥為主?；省傲阍鲩L”行動對科學施肥起到了一定推動作用。

（2）京津冀地區(qū)單位面積化肥施用量為339.72～363.73 kg·hm-2，平均為 348.66 kg·hm-2。單位面積化肥施用量偏高，存在較大下調空間。2010—2018 年期間北京單位面積化肥施用量呈現(xiàn)增加趨勢，應該引起各方面關注。

（3）針對化肥施用過程中存在的問題，從推廣精準施肥技術、施肥限量標準制定、栽培和水肥管理措施普及推廣以及宣傳和技術指導強化等方面入手，提出了化肥減施增效的對策。