化学肥料减施技术研究进展

罗赛男 韩健 张文

摘要    化学肥料在我国农业发展过程中起着不可替代的作用，但也带来了环境的污染及一系列农产品质量安全问题。本文综述了国内外化学肥料减施技术的研究现状，对我国实施化肥“零增长”行动提出了展望。

关键词    化肥;减施技术;秸秆还田

中图分类号    S146        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）15-0188-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（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

一直以来，化学肥料为我国农产品的高产、稳产做出了巨大贡献，但也因长期过量施用，土壤淋溶，导致肥料利用效率偏低和地下水污染等一系列问题。围绕解决我国化肥过量施用带来的生态环境污染、农产品质量安全、保护耕地质量等问题[1]，亟需利用有效的化肥减施增效技术来替代传统施肥，促进农业升级转型。2015年初，农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，通过“推进精准施肥，调整化肥使用结构，改进施肥方式，有机肥替代化肥”技术路径，力争到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长[2]。

因此，全面掌握现有国内外化肥减施技术，研究出不同地区、不同农作物最合适的减施技术，对我国实施化肥“零增长”行动，保障食品安全，守护国民健康具有非常重要的意义。本文在综合分析国内外现有研究成果的基础上，对化肥减施技术的发展趋势进行了展望。

1    国外化肥减施技术研究现状

化肥施用引发的一系列农业面源污染问题已经受到全球的重视。自20世纪80年代末以来，欧美发达国家开始了相关的研究和治理，30年来已经积累了丰富的经验[3-5]。目前，发达国家主要采取以下化肥减施措施：一是建立先进的施肥诊断方法，制定不同作物的养分限量标准。比如，德国制定《德国肥料条例》，荷兰制定《农田养分流失标准》，法国则针对不同作物制定不同肥料禁用时间，加拿大制定《肥料法令》和《肥料管理条例》，丹麦针对不同土壤和不同耕作方式下的氮肥最大施用量发布明确规定，美国倡导4R施肥技术。二是充分发挥有机肥替代化肥作用。美国、加拿大、澳大利亚、巴西、欧盟等国家和组织秸秆还田、免耕播种面积已经占到了其农作物面积的50%～80%，部分发达国家甚至达到90%～95%。三是创制新型肥料。欧美日的复合肥料和作物专用肥占据市场主导地位，注重研发与作物养分需求匹配的缓控释肥料、速溶肥料等新型肥料。四是研发智能机具。由于人少地多、劳动力短缺，农业机械化在美国、日本等国家农业现代化进程中的作用尤为重要。美国研发智能化精准施肥机具，日本研发化肥深施机械，以色列大力发展水肥一体化技术与装备，大幅度提高肥料利用率[6-10]。

2    我国化肥减施技术研究现状

2.1    施肥新方法

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所和国际植物营养研究所合作创建了基于产量反应和农学效率，利用现代信息技术研发形成的界面友好、操作简单的Nutrient Expert养分专家系统。其中产量反应主要是指施肥后作物产量变化，如果作物产量变化越大，代表土壤基础肥力越低，系统推荐的施肥量则越高;而农学效率是单位作物产量与施肥量的关系。自2009年以来，在我国作物种植区开展了应用NE系统推荐施肥工作。多年、多点、不同气候区田间试验结果表明，该方法能够起到科学减施化肥、提高化肥利用率、稳定作物产量、增加农民收入的作用。徐新朋等[11]通过玉米养分专家系统（Nutrient Expert for Hybrid Maize，NE）发现，NE平衡了肥料用量，显著降低了氮肥和磷肥施用量，与农民习惯施肥（FP）相比分别降低了43.5 kg/hm2（P<0.001）和23.6 kg/hm2（P<0.001），降幅分別达到了21.0%和27.0%，但增加了钾肥用量（8.3 kg/hm2，P=0.001）;侯云鹏等[12]通过NE推荐施肥，与农民习惯施肥处理（FP）相比，在减施氮肥52.1～79.2 kg/hm2（25.8%～33.4%）、磷肥50.1～61.4 kg/hm2（46.9%～52.7%）、钾肥22.7～28.7 kg/hm2（24.9%～30.2%）的情况下，NE推荐施肥处理（OPT）增产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，钾吸收量提高5.3～7.2 kg/hm2，肥料利用效率提高13.7～19.6个百分点。孙彦铭等[13]通过养分专家系统的农田养分管理技术在小麦玉米农田温室气体减排中的应用效果试验发现，在不降低作物产量的前提下，NE养分管理模式显著降低了温室气体排放量，大幅度提高了农田氮肥偏生产力。与农民习惯施肥处理相比，NE养分管理模式NO排放量在小麦和玉米季分别降低了60.8%和53.7%。而在总的农田温室气体排放当量中，NE养分管理模式的温室气体排放当量较农民习惯施肥处理（FP）在小麦和玉米季分别降低了40.8%和42.3%。农田温室气体排放当量与氮肥偏生产力间有显著的“线性+平台”关系，即在一定范围内温室气体排放量随着氮肥偏生产力的提高而降低。

2.2    有机肥料替代部分化肥

有机肥由于具有丰富的有机养分，养分均衡富含有益微生物菌群，具有改良土壤结构、提高农产品品质，降低肥料成本等优点。何  欣等[14]通过化肥减量与有机肥替代对水稻产量与养分利用率的田间小区试验发现，相比常规施肥，有机肥替代20%总氮施肥不仅可以提高早稻产量，还能提高氮肥的肥料利用率，从而减少农田系统中氮素的流失;陶  瑞等[15]通过减少化肥配施有机肥对棉花氮素的吸收试验发现，相比单施化肥，减少化肥配施有机肥各处理生物量在蕾期、铃期和吐絮期分别增加30.0%～43.0%、16.8%～35.1%和18.5%～38.8%;棉花产量在第3年提高了6.9%～18.5%，其中施用生物有机肥6 000 kg/hm2获得最高产，籽棉产量为7 578 kg/hm2。贾  田等[16]通过辣椒化肥减量配施有机肥试验发现，辣椒产量与有机肥施用量的增加呈逐渐递增的趋势，施有机肥600 kg/hm2的处理，单产达到2 103.81 kg/hm2，显著高于施化肥的处理。综合生态效益和经济效益，以施有机肥600 kg/hm2为最优。

2.3    秸秆还田模式

我国每年农作物秸秆总量逾6亿t，如果全部进行有氧发酵有机肥还田，可替代50%以上的化肥，这对改变土壤生态环境，为作物、有益微生物提供功能性营养具有重要意义[17]。周兵[18]通过秸秆还田与减施钾肥对双季稻区水稻产量及土壤养分的影响试验发现，在实施秸秆还田的同时适量减施10%的钾肥可以提高水稻产量，早稻和晚稻的产量分别较单施化肥处理增加了97.5、106.5 kg/hm2，增幅分别为1.4%和0.7%。同时减施钾肥的CEC、有机质、全氮较单施化肥提高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;丛艳静等[19]通过稻草还田腐熟与化肥配施对晚稻产量及土壤理化性状的影响试验发现，稻草还田腐熟配施化肥，对提高水稻生长的经济性状指标有一定的影响，建议还田干稻草4 500 kg/hm2，氮、磷肥用量减少10%，钾肥用量减少10%～20%为宜;高业根[20]通过稻麦两熟制秸秆还田水稻肥料减量化技术研究试验发现，小麦秸秆粉碎全量还田，在减少化学肥料用量情况下，可以有效降低肥料成本，增强肥料利用效率，减少肥料对环境的污染。

2.4    新型高效肥料

目前，我国新型肥料主要包括缓控释肥、水溶肥、有机肥、生物肥、功能性肥剂和中微量元素肥等[21]。董彦旭等[22]通过新型肥料增效剂对马铃薯肥料减施增效作用研究发现，施用新型肥料增效剂有助于提高马铃薯产量，在减少化学肥料施用量10%，添加新型肥料增效剂的情况下，马铃薯产量仍可增产3.98%;在减少肥料施用量20%，添加新型肥料增效剂的情况下，马铃薯产量基本和对照持平。同时，该增效剂还对马铃薯营养品质的改良和马铃薯中蛋白质和VC含量的增加起到积极作用。张  萌等[23]对辣椒与新型肥料利用的试验发现，与普通复合肥（西洋复合肥）相比，施用新型肥料可使辣椒磷素吸收提前，磷素积累快速增长开始时间和结束时间分别提前6～12 d和22～46 d，缩短磷素快速增长持续期10～33 d;新型肥料可使辣椒钾素积累明显滞后，以包膜型缓释肥的滞后时间最长，辣椒花后钾素积累效果最为明显;陈磊[24]通过新型尿素液肥与传统追肥对马铃薯产量影响对比研究试验发现，追施尿素液肥后马铃薯产量显著提高，平均增产10 417.5 kg/hm2，较传统追施普通尿素产量、商品薯重、小薯重等都明显增加。

3    结语

与发达国家相比，我国在化肥减施技术上的差距主要体现在以下方面：肥料限量标准缺乏，推荐施肥实现困难;仍以化学肥料为主，有机替代不足;肥料自主研发不足，创新产品少。由于不同地域、不同品种的差异性较大，加上传统肥料的使用便捷性，短期内实现化肥零增长的难度仍较大。为切实做好化肥减施，力争到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长，应做好以下几个方面工作：一是扩大试验示范区，对较成熟的化肥减施方法进行推广[25];二是提高农户对环境保护的意识，加大有机肥替代化肥的利用率;三是继续加大秸秆还田模式的使用;四是鼓励自主新型肥料的开发;五是加强农户、种植大户与农业企业的交流合作，有针对性地进行新型肥料的开发。

4    参考文献

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