中國化肥減量增效行動與技術研究

摘要：化肥是當代農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可替代，但化肥的不合理施用會對環(huán)境造成潛在威脅。本文對我國近年來出臺的系列化肥減量增效行動和政策、國家統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和相關的研究進展進行了梳理總結(jié)。結(jié)果表明：我國的化肥減量增效行動已初具成效，表現(xiàn)為2015—2022年的8年間，化肥用量減少15.7%，而糧食增產(chǎn)3.9%；化肥施用結(jié)構(gòu)趨向合理化，表現(xiàn)為氮肥用量持續(xù)減少，復合肥用量持續(xù)增加；我國的化肥施用強度也有所下降，2022年化肥施用強度（298.8 kg·hm-2）比2015年減少62.2 kg·hm-2，但施肥強度仍有進一步減量空間；化肥減量、養(yǎng)分利用、元素循環(huán)轉(zhuǎn)化等方面的研究有望為提高化肥利用率、推進減量增效行動提供基礎科學依據(jù)。本文為我國進一步開展科學的化肥減量增效行動提出政策和管理建議，以期為我國的化肥減量增效行動的現(xiàn)狀和未來的行動方針提供科學依據(jù)和參考。

關鍵詞：化肥；氮肥利用率；減量增效；有機肥替代；施肥強度

中圖分類號：S143 文獻標志碼：A 文章編號：2095-6819（2025）01-0001-10 doi： 10.13254/j.jare.2023.0676

化肥可明顯提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。當今，世界上約一半的食物供應量要歸功于化肥的使用，可見其在解決全球糧食安全問題上貢獻卓著，對于實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標2 的“零饑餓”至關重要[1]?；释ǔ７市Э?、利于作物吸收，例如化學氮肥施用后通常3～15 d就可以完全釋放，在作物生長旺盛期可迅速滿足養(yǎng)分需求?；蔬€可以通過灌溉、葉面噴施的方式施用，可大幅度提高作物的養(yǎng)分吸收效率[2]。

過去幾十年，農(nóng)業(yè)從業(yè)者常寄希望于通過大量施用化肥來提高作物產(chǎn)量，造成了過度和不合理的施肥。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計，在過去四十年間，全球糧食產(chǎn)量翻了一番，但化肥用量卻翻了兩番[3]?；视昧康倪^度增長會導致養(yǎng)分利用率下降，尤其是氮肥，因為氮肥是植物需求量最大、最重要的養(yǎng)分，且施用后損失量很大[4]，因此，氮肥利用率常被用來衡量化肥的養(yǎng)分利用率，也是衡量施肥經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的重要參數(shù)。

過量施用化肥除了增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入成本，造成資源浪費，還會帶來包括水體富營養(yǎng)化、空氣污染、土壤酸化、生物多樣性喪失和有害氣體排放等環(huán)境問題[5–6]。全球氮肥利用率從1961 年的50% 降到2010年的40%；我國尤甚，從1961年的高于60%降到2010年的25%[3]。化肥中的氮素容易以硝態(tài)氮和銨（氨）態(tài)氮的形態(tài)通過揮發(fā)、硝化/反硝化以及淋溶損失，導致氮素最終返回到環(huán)境中，無法被作物吸收利用[7]。研究表明，氮素施用量的增加會加劇氮素的淋溶損失，導致氮肥利用率降低[8]?；室彩前钡两档闹饕獊碓粗唬醒芯勘砻?，在過去四十年間，全球氨氮沉降增加了70%，其中農(nóng)田68%的氨排放源自小麥、水稻和玉米地[3]。在歐洲，大氣中約20%的氨排放來源于化肥[9]。從1980 年到2015 年，我國的氨氮沉降從470 萬t 提高到1 000 萬t，提升了113%。2015 年之后，由于化肥減量增效等措施的實施，至2018年，氨氮沉降稍有下降（940萬t），但仍需進一步降低[3]。

化肥中的氮素流失可能會對人體健康和環(huán)境造成直接負面影響。研究表明，水體中的NO-3超過50 mg·L-1會直接影響人體健康，美國每年有2 300～12 594個癌癥病例與水體NO-3超標有關[4]。過量施用氮肥可促進NO2的生成，其可與空氣中的O3反應，對臭氧層形成威脅，影響大氣中的氮平衡并加劇全球溫室效應[1]。研究表明，礦物質(zhì)氮的施用每年可造成7.17 CO2e億t的溫室氣體排放。因此，提高氮肥利用率是降低礦物質(zhì)化肥源碳排放的重要途徑[1]?；蕼p量增效技術可以提高養(yǎng)分利用率，減少資源損耗和環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本，促進農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效和清潔生產(chǎn)，維護可持續(xù)發(fā)展。為此，應當大力推行化肥減量增效技術的應用。我國農(nóng)業(yè)部自2015年組織開展化肥農(nóng)藥使用量零增長行動以來，已取得了一些初步的成果。本文擬對國內(nèi)的化肥應用現(xiàn)狀、化肥減量增效行動及效果進行綜述和總結(jié)，以期為未來我國化肥減量增效行動的開展和調(diào)整提供借鑒及決策參考。

1 中國化肥減量增效行動

1.1 化肥施用現(xiàn)狀

我國自1901年引入化肥，至今已有120多年的歷史。在這期間，我國農(nóng)業(yè)逐漸由以施用有機肥為主演變?yōu)橐允┯没蕿橹?。目前，我國有機肥的施用比例極低，很少有有機肥投入占比高于20%的地區(qū)，僅蔬菜水果種植集中的地區(qū)占比稍高[10]。而我國的化肥施用強度自1980年以來，每年平均增長4.1%[11]，化肥過量施用問題已非常突出。我國僅用全球9% 的耕地面積養(yǎng)活了全球18% 的人口，但卻施用了全球約30% 的化肥量[5]。由于氮素是施用量最多的化肥養(yǎng)分，因此氮肥的過量施用問題尤其突出，可能導致嚴重的環(huán)境問題[10]。

我國1990—2022年施肥量如圖1所示。隨著我國政府對化肥濫用問題的關注和相關政策的制定，我國近幾年化肥施用量出現(xiàn)負增長，如2021年，我國農(nóng)用化肥施用量為5 191.3萬t，實現(xiàn)了連續(xù)6年下降，相較施用量最高的2015年下降了13.8%。除了要降低化肥的總用量，化肥的減量增效還體現(xiàn)在改善施肥結(jié)構(gòu)、減少氮肥用量上。近幾年，我國氮肥施用量的下降尤其明顯，化肥施用結(jié)構(gòu)得到改善（圖1）。另外，我國化肥的施肥強度也有所下降，2022年的平均施肥強度為298.8 kg·hm-2，比2015年減少62.2 kg·hm-2（根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，由農(nóng)用化肥施用量除以農(nóng)作物總播種面積計算得出）。然而，我國施肥強度仍為美國的2倍，表明我國的化肥減量工作依然需要大力推進[10]。

從地理分布上來說，2022 年我國各省份施肥強度之間差異較大（圖2）。海南、福建施肥強度較高，均高于500 kg·hm-2。青海省多年來施肥強度均最低，其2022年施肥強度為80.34 kg·hm-2，而其他省份均高于100 kg·hm-2。圖2的結(jié)果表明，化肥過度施用問題主要集中于東部省份，在施肥強度排名前五的省份中，有四個屬于東部省份（陜西除外）。這是因為東部是我國耕地的主要分布區(qū)[12]。通常，為了提高作物產(chǎn)量和收益，種植蔬菜、水果等經(jīng)濟作物時的化肥投入量比糧食作物更多，這也是蔬菜水果種植量大的東南沿海地區(qū)化肥施用強度高的重要原因。西藏、四川和青海等省份，習慣將牛糞等有機肥作為肥料，同時化肥的供應與來源有限，因此化肥施用強度低。我國各省份的氮肥利用率多處于20%～40%之間，東北地區(qū)的氮肥利用率可超50%[9]。不同地區(qū)的氮肥利用率由于受到本地自然氣候和社會經(jīng)濟因素的影響，驅(qū)動因子并不相同，應結(jié)合各地實際來提高氮肥利用率，實現(xiàn)化肥的減量增效[9]。

1.2 化肥減量增效行動

自改革開放以來，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和化肥行業(yè)發(fā)展十分迅速。然而，以個體化經(jīng)營為主的農(nóng)耕模式為了追求經(jīng)濟效益，盲目施肥現(xiàn)象比較普遍，不同程度上造成了土壤酸化、養(yǎng)分淋失，以及水體富營養(yǎng)化、水環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡[7]。近年來，化肥過量施用引起的環(huán)境污染問題也引起了我國政府與社會各界的高度重視，有關部門對化肥行業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)諸多環(huán)節(jié)進行了全面規(guī)劃管理。2015年以來，農(nóng)業(yè)部組織開展化肥農(nóng)藥使用量零增長行動，部門行動轉(zhuǎn)向國家意志，標志著化肥零增長運動正式啟動[13]。2017年啟動實施“果菜茶有機肥替代化肥行動”、“東北地區(qū)秸稈處理行動”等農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展五大行動。2018 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合下發(fā)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》，提出了“到2020年我國化肥使用實現(xiàn)負增長”的更高目標，該目標已經(jīng)順利實現(xiàn)。2022年11月18日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)了《到2025年化肥減量化行動方案》的通知，提出各地區(qū)要結(jié)合本地實際，加快推進化肥減量增效，有序有力推進相關工作。以上的措施表明，我國的化肥減量增效行動經(jīng)歷了一個循序漸進、逐步精進的過程。

我國化肥減量增效的實施途徑可總結(jié)為“精、調(diào)、改、替”的方針[13]。精，即精確施肥，依據(jù)不同地區(qū)的土壤狀況、農(nóng)作物增產(chǎn)潛力等要求，對所需施肥量進行規(guī)劃設置，因地制宜，防止過度施肥。例如測土配方施肥技術和基于計算機輔助決策的養(yǎng)分專家系統(tǒng)[14]。調(diào)，即調(diào)整施肥養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增施微量元素，引進和推廣新型肥料，改變氮、磷、鉀和微量元素的比例。改，即改進施肥方式，如水肥一體化技術，以及把傳統(tǒng)的表施和一次性施肥改為深層機械施肥、分期施肥、葉面施肥、水肥結(jié)合和種肥。替，即有機肥替代化肥，農(nóng)家肥與化肥混合施用、秸稈還田、養(yǎng)殖廢棄物經(jīng)處理后還田利用都是有機肥替代化肥的重要措施[13]。研究表明，多項措施并舉可在更大程度上提升氮肥利用率，從而達到更好的減量增效結(jié)果。據(jù)報道，聯(lián)合采用機械深施、改施控釋肥與脲酶抑制劑、優(yōu)化糞肥養(yǎng)分資源化利用管理的多管齊下措施，可使我國氮肥利用率由目前的38%提升至48%[14]。

從技術層面來講，我國實現(xiàn)化肥減量的途徑可歸納為兩類措施：①肥料施用技術的優(yōu)化及效率的提升；②土壤作物綜合管理技術，通過對土壤肥力的改良促進效率的提升，也是實現(xiàn)化肥減量增效的關鍵。其中，化肥施用技術與效率提升環(huán)節(jié)包括化肥產(chǎn)品優(yōu)化，如提升復混肥的應用率、淘汰低效的碳銨，推廣控釋肥、水溶肥和穩(wěn)定性肥料等新型肥料的應用；機械化施肥實現(xiàn)肥料的深施；應用栽培育種技術提升化肥利用率；水肥一體化技術的發(fā)展。作物綜合管理技術主要包括秸稈還田、有機肥替代化肥、輪作間作等技術的發(fā)展應用，以實現(xiàn)土壤改良和化肥的部分替代[15]。

1.3 化肥減量增效成效

根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，我國歷年的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)以糧食為主。例如，2021年的農(nóng)作物播種面積為16 869.5萬hm2，其中糧食播種面積占69.73%，蔬菜占13.03%，果園占7.59%。因此，統(tǒng)計近年來糧食產(chǎn)量與化肥用量，能夠大體上檢驗化肥減量增效的效果。由圖3可知，自2015年實施化肥減量政策以來，糧食產(chǎn)量在保持平穩(wěn)的同時出現(xiàn)了小幅提升，而化肥用量自2015年達到峰值后就逐年下降。2022年化肥用量為5 079.2萬t，相當于2007年（5 107.8萬t）的用量水平。從2015年到2022年的8年間，化肥減量15.7%，而糧食產(chǎn)量增加3.9%。這說明我國的化肥減量增效措施行之有效，在實現(xiàn)了減量的同時達到了增效的目的。

化肥減量增效除了化肥總量的降低，還涉及化肥施用結(jié)構(gòu)的改善。我國化肥施用的一個較突出問題是氮肥施用量大、比例高，導致一系列環(huán)境問題[2]。近年來，我國各地積極推廣測土配方施肥、復合肥和有機無機肥配施，使得施肥結(jié)構(gòu)也逐漸趨向合理化。其中一個比較明顯的表現(xiàn)是，氮肥在整個化肥施用量中的比例逐年下降，由1990年的63.25%下降到2022年的32.57%；復合肥（N+P2O5+K2O）的施用比例逐年上升，由1990 年的13.19% 上升到2022 年的46.63%（圖4）。隨著近年來有機農(nóng)業(yè)的發(fā)展和政府對有機肥施用的鼓勵，有機肥正在被廣泛接受。2020年全國有機肥施用面積已達5.5億畝（1畝=1/15 hm2），比2015年增加40%，綠肥種植面積超過333.3萬hm2[16]。由于一系列化肥減量增效措施的實施，農(nóng)作物化肥利用率明顯提升，促進種植業(yè)高質(zhì)量發(fā)展效果明顯。經(jīng)科學測算，2020年我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物化肥平均利用率為40.2%，比2015年提高5個百分點[17]。另一方面，我國不同養(yǎng)分的施用管理仍有較大進步空間。據(jù)估計，我國氮、磷化肥過?，F(xiàn)象嚴重，過剩率分別為67%和54.22%，全國耕地氮、磷肥平均過剩量分別為177.86 kg·hm-2 和51.89 kg·hm-2，而鉀肥施用存在約8.5%的缺口[18]。在保證各項化肥減量政策實施及不影響國內(nèi)食品供應的前提下，到2030年，預計氮素過?？山档统?0%，磷素過?？山档统?5%，但鉀肥的缺口并不會得到顯著改善[19]。這說明我國的施肥強度仍有進一步減量空間，而化肥施用結(jié)構(gòu)也仍需改善。

2 化肥減量增效技術研究

2.1 減氮施肥

減氮施肥，又稱合理施氮，即綜合考慮作物產(chǎn)量、利用率和農(nóng)田養(yǎng)分平衡等方面來推薦適宜用量，從而在保障作物高產(chǎn)的同時減少氮肥對環(huán)境的負面影響[20]。減氮施肥是實現(xiàn)化肥減量增效的重要措施，因此，減氮技術的研究、開發(fā)和應用可作為化肥減量增效行動的基礎依據(jù)和有力保障。主要涉及氮素施用量的降低、化肥生產(chǎn)技術的改進及應用的普及。

適當減少氮素施用可以增加作物的養(yǎng)分吸收率，增加作物產(chǎn)量和肥料利用率。例如，有研究分析了國內(nèi)近年來的大量文獻后，發(fā)現(xiàn)0～30% 減氮施肥在提高小麥、玉米和水稻氮肥利用率的同時，其產(chǎn)量沒有顯著降低[21]。在全國31個省份布置的35 502個田間氮肥施用試驗表明，若小麥、玉米、水稻的氮肥施用強度分別減少15%、16%和19%，則其產(chǎn)量將分別提高10%、19%和13%，相應的氮肥利用率分別提高39%、36%和48%[5]。但減氮施肥不是盲目減氮，一個地區(qū)農(nóng)田適宜氮肥用量需要根據(jù)作物種類及目標產(chǎn)量、土壤氮素盈余、氮肥利用率等綜合指標來確定合理施氮量范圍，且應以該地區(qū)多年、多點的田間試驗為基礎[22]。為更好指導農(nóng)民合理施氮，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)司根據(jù)各地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況和土壤類型等，2021年6月印發(fā)了關于《全國水稻產(chǎn)區(qū)氮肥定額用量（試行）》的函，為不同稻區(qū)氮肥施用量設置了最低和最高限額[23]。與此類似，Li等[24]的研究為我國各地區(qū)推薦了相應的小麥和玉米的氮肥施用量限額。朱凱迪等[25]建立了我國谷子缺氮處理相對產(chǎn)量與土壤氮素含量回歸方程，制定了若干目標產(chǎn)量和氮肥利用率情形下不同氮素豐缺級別土壤的推薦施氮量，為土壤不同氮素含量水平下的適宜施氮量提供科學指導。近年來，有研究強調(diào)了氮素盈余在提高我國農(nóng)業(yè)氮素管理的重要性，并制定了全國范圍內(nèi)13種種植體系的氮素盈余指標，以便有針對性地評估不同區(qū)域土壤的適宜施氮量[26]。就不同地區(qū)來說，王博博等[22]以理論氮素盈余率為0時施氮量的95%作為置信區(qū)間，綜合考慮玉米植株氮素吸收量、產(chǎn)量和氮素盈余率3個方面，計算出東北中部地區(qū)適宜氮肥投入為179.5～198.4kg·hm-2。有研究總結(jié)了全國測土配方試驗區(qū)小麥在主要農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的化肥施用量水平，發(fā)現(xiàn)總施肥量黃淮海區(qū)（383 kg·hm-2）gt;長江中下游（322 kg·hm-2）gt;西北區(qū)（284 kg·hm-2）gt;北部高原區(qū)（233 kg·hm-2）；氮肥施肥量為黃淮海區(qū)（207 kg·hm-2）gt;長江中下游（206kg·hm-2）gt;西北區(qū)（179 kg·hm-2）gt;北部高原區(qū)（161 kg·hm-2）[27]。

化肥的生產(chǎn)技術與施肥技術的改進可有助于氮肥減量增效的實現(xiàn)。例如，在施氮量同為300 kg·hm-2時，控釋氮肥（一種防止養(yǎng)分損失的新型肥料）相比普通尿素使冬小麥增產(chǎn)8.1%，且能提高氮肥利用率[28]。另外，普及氮素轉(zhuǎn)化抑制劑和控釋肥的應用有助于減少氮氧化物的排放量，推進化肥減量增效。如脲酶和硝化抑制劑能減緩土壤中肥料氮向其他氮化合物的轉(zhuǎn)化速率?？蒯尫视兄趯⒅参锏男枨蠛偷实尼尫畔嗥ヅ?。研究表明，相比于單施速效氮肥，控釋氮肥100%替代速效氮肥或兩者配施（控釋氮肥60%+速效氮肥40%）在保障水稻產(chǎn)量的同時，還能顯著提高氮肥利用率，具有更好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益（經(jīng)濟效益可提升5.21%～11.44%），以配施處理表現(xiàn)最佳[29]。研究表明，控釋肥施用比例為30%～70% 時增產(chǎn)效果最佳，考慮到經(jīng)濟效益，推薦控釋肥施用比例為30%～40%[30]。

2.2 有機肥部分替代化肥

有機肥部分替代化肥也是近年來的研究熱點，關注焦點包括有機肥的氮素替代率、有機肥種類對作物產(chǎn)量和污染物排放量的影響。有機肥屬于一種生物質(zhì)資源。我國每年產(chǎn)生的生物質(zhì)資源包含2 553萬t氮素，是每年植物實際吸收氮量的4.12倍，其中，畜禽糞污是最重要的生物質(zhì)資源來源，占54.5%，其次是作物秸稈（22.9%）[31]。豐富的養(yǎng)分含量為畜禽糞污和作物秸稈作為有機肥替代化肥提供了前提條件，多數(shù)畜禽糞肥正是由畜禽糞污和作物秸稈混合共同堆置腐熟而成。目前化肥減量的一部分貢獻來自于有機肥替代，以北京市順義區(qū)為例，兩個有機肥替代核心示范區(qū)將有機肥作為基肥施入，其施用量達到22.5～30.0 t·hm-2，化肥總投入量由原來的1 500 kg·hm-2降低到1 125 kg·hm-2[32]。有機肥的一大優(yōu)點是有機質(zhì)含量豐富（gt;40%），長期施用有助于提高土壤有機質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進團聚體結(jié)構(gòu)形成[33]。有研究表明，長期施用有機肥可增加土壤有機碳和活性、惰性碳的含量，提升土壤質(zhì)量[34]。但有機肥的肥效慢，在植物快速生長期常無法保障足夠的養(yǎng)分供應[35]。因此，從保證作物產(chǎn)量角度考慮，有機肥替代率不宜過高，否則可能造成減產(chǎn)。例如，有機肥全量替代化肥中的氮素會使產(chǎn)量降低11%，雖然氨排放量降低了62%～77%，但保障產(chǎn)量是化肥減量增效行動的重要前提，減產(chǎn)顯然不可取[36]。不同有機肥替代措施對作物產(chǎn)量和氮肥利用率的影響研究舉例見表1。

目前，不同研究關于有機肥替代對作物產(chǎn)量影響的結(jié)論不盡一致，因為土壤質(zhì)地及肥力、作物系統(tǒng)、氣候以及不同的試驗年限會顯著影響有機肥替代后的作物產(chǎn)量[40]。以全量（等氮量計）有機肥替代種植小麥與水稻輪作7年后，相比于有機肥全量替代，單施化肥小麥產(chǎn)量顯著增產(chǎn)13.64%，而水稻產(chǎn)量沒有顯著差異，且全量有機肥替代會提高溫室氣體排放量[37]。采用不同比例有機肥替代處理的30年水稻種植試驗表明，有機無機肥配施在試驗前幾年表現(xiàn)為有機肥低替代率配施效果最佳，中后期以有機肥高替代率配施效果最佳，推測有機肥殘效的連續(xù)疊加使得土壤供氮能力持續(xù)增加，并且土壤有機質(zhì)和肥力的提升使得高有機肥替代率的優(yōu)勢隨年限增加逐漸明顯[40]。因此，有機肥和化肥理想配施比的確定，應該從保障作物產(chǎn)量與品質(zhì)、環(huán)境保護、土壤肥力水平等多個角度綜合考慮。有研究則認為，有機糞肥并不是化肥的理想替代品，因為以每單位折算為二氧化碳當量CO2e t氮素養(yǎng)分，有機糞肥造成的溫室氣體排放量是化肥的1.9倍[52]。上述結(jié)果表明目前學界對有機肥施用的合理性問題依然存在爭議。而且，當代有機肥多來自集約化養(yǎng)殖場的畜禽糞便，其中包含多種污染物（抗生素、重金屬和抗生素抗性基因等），其對土壤環(huán)境和食品安全的影響尚待全面評估。此外，從避免資源損失和溫室氣體減排角度講，對化肥減量增效的研究應當兼顧化肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)和化肥利用環(huán)節(jié)，二者造成的溫室氣體排放量分別占化肥源溫室氣體總排放量的1/3和2/3[52]。

2.3 生物固氮

豆科植物與其他作物輪作或豆科植物覆蓋對于化肥減量增效具有潛在積極影響。豆科植物和其他植物混合栽培有助于促進豆科植物提高固氮量，因為非豆科植物對土壤氮素的競爭會迫使豆科植物固定更多N2以滿足其對氮素的需求。以三葉草與雜草混種為例，三葉草內(nèi)的氮素來自生物固氮作用的比例高達近100%[53]。但當土壤中含有豐富的可利用氮時，豆科植物的生物固氮量會減少[54]。研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物的種植可通過生物固氮向土壤和其他作物供應氮，通過根系分泌物和根系衰老供應碳，以及通過豆科植物與能促進植物生長的根際細菌與叢枝菌根的互作聯(lián)系供應磷，其養(yǎng)分供應量隨作物種類、土壤母質(zhì)、土壤管理、環(huán)境條件和固氮菌種類等的不同而差異較大[55]。對不同豆科植物的固氮量研究表明，白三葉一年的固氮量約為160 kg·hm-2（以N計，下同），而紅三葉和紫花苜蓿一年的固氮量超過300 kg·hm-2[53]。同一種植物的氮含量在不同土壤條件及施肥方案下，來自生物固定的氮素量與吸收自土壤中的氮素量差異較大（前者73～335 kg·hm-2，后者3～276 kg·hm-2），其生物固氮量的氮素比波動范圍為34%～99%[54]。

此外，從元素循環(huán)、生物化學、分子生物學等領域研究養(yǎng)分元素之間的互作、植物對養(yǎng)分元素的吸收利用，將有助于從機理角度為化肥的減量增效措施提供基礎依據(jù)。例如，氮同化途徑中第一個被鑒定的酶——硝酸還原酶，可將植物吸收至根內(nèi)的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽進入質(zhì)體后進一步被亞硝酸還原酶還原成銨鹽，因而，硝酸還原酶可直接影響氮利用效率，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要的作用[55]。研究發(fā)現(xiàn)，氮磷交互作用能促進植物對氮、磷的吸收，加上植物對自身組織氮磷含量的調(diào)節(jié)，更有利于植物生長與繁殖[57]。在土壤中，有高達82%的總磷以礦物結(jié)合磷酸鹽形式存在，不易被植物提取利用，而氮肥過量供應會導致土壤酸化，促進難溶性無機磷組分向易溶性無機磷轉(zhuǎn)化，使土壤有效磷顯著增加[58]。土壤中磷、鉀和硫不足會降低生物固氮量，反之，這些足量的養(yǎng)分供應能提高生物固氮量，從而也有助于提高氮肥利用率[59]。另外，促植物生長細菌（Plant Growth Promot?ing Bacteria，PGPB），可用于制作細菌生物肥料，替代一部分化肥。例如，Azotobacter chroococcum NCIMB8003兼具固氮和磷活化功能，可用于制作生物肥料，最新研究表明，該菌的生物固氮與磷活化功能緊密相關，生物固氮能增強磷活化活動，而磷限制則會阻礙固氮活動[60]。由此可見，進一步優(yōu)化氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂及微量元素與生物肥料的配施，協(xié)調(diào)好當?shù)丨h(huán)境條件、微生物和植物的關系，并投入足夠的水、健康的土壤和合適的人力因素，將有助于實現(xiàn)養(yǎng)分的合理利用，助推化肥的減量增效。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

化肥減量增效行動關乎農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展、資源的高效利用、國家糧食安全和環(huán)境生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過總結(jié)已開展的化肥減量增效行動，得出以下結(jié)論：

（1）我國的化肥減量增效行動已取得一定成效，化肥總用量減少的同時糧食產(chǎn)量有所提升，化肥施用結(jié)構(gòu)也有所改善，但仍需要大力推進相關工作。

（2）我國當前施肥強度在不同省份之間差異較大，東部省份作為耕地主要分布區(qū)，施肥強度較高；化肥源的氮素投入比在不同地區(qū)間也存在較大差異，東北和東南沿海地區(qū)氮肥投入比較高。

（3）不同地區(qū)的氮肥利用率驅(qū)動因子并不相同，因此我國應結(jié)合各地實際來提高氮肥利用率，實現(xiàn)化肥的減量增效。

（4）在化肥減量增效技術研究方面，肥料減氮、有機肥部分替代化肥及生物固氮是實現(xiàn)化肥減量增效的重要環(huán)節(jié)。

3.2 展望

為了加快推進化肥減量增效行動的大力開展，結(jié)合已有的行動措施和取得的成效，本文提出以下建議：

（1）政府應加強相關政策制定和經(jīng)濟激勵，引導和鼓勵相關生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)民加快推進化肥減量增效工作。例如，政府提供一部分資金補貼，鼓勵農(nóng)民購買和選用價格高于普通化肥的控釋肥。

（2）各級政府相關部門應加強對農(nóng)民的科普工作，使農(nóng)民充分了解化肥減量增效的目的與意義，以及其益處與可行的實施途徑。

（3）加強國際交流合作，積極學習農(nóng)業(yè)先進國家的合理施肥經(jīng)驗，包括可借鑒的法律強制性措施、經(jīng)濟激勵措施和公眾參與措施。

（4）加強技術層面的關鍵技術攻關、研發(fā)及應用推廣。技術提升、更新?lián)Q代是實現(xiàn)化肥減量增效的重要措施，當前可加快推廣機械深施、測土配方、水肥一體化、氮肥緩釋控釋等技術，并加強自動化、智能化技術在施肥相關方面的研究和應用。必要時引進先進國家技術設備，有助于實施化肥減量增效。

（5）我國不同地區(qū)地理與環(huán)境特征、農(nóng)業(yè)發(fā)展模式存在較大差異。除了已有的政策支持，還應因地制宜，從多角度、多方面加強相關研究（如農(nóng)業(yè)實踐研究和基礎研究），以提高作物養(yǎng)分利用率，保障作物高產(chǎn)的同時減少環(huán)境污染，使得化肥減量增效持續(xù)改進，提質(zhì)提速。

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