基于种植结构调整视角的化肥减施对策研究*

刘 莉,刘 静

(中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京 100081)

0 引言

生态文明建设是保障中华民族永续发展的千年大计。十九大报告指出节约资源和保护环境是我国的基本国策，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，像对待生命一样对待生态环境，坚持走可持续发展之路，形成绿色发展方式和生活方式，建设美丽中国。绿色发展、生态安全已然成为统领我国经济社会各项事业发展的根本法则。农业作为社会生产生活的基础产业，是全社会绿色发展之源，也是绿色之本。建设生态文明，绿色农业必须先行。发展绿色农业，首要任务是推进农业清洁生产，防治农业面源污染。2017年10月13日，中办、国办印发《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》，作为党中央出台的第一个推进农业绿色发展的文件，提出要把农业绿色发展摆在生态文明建设全局的突出位置，全面建立以绿色生态为导向的制度体系，坚持“一控两减三基本”、坚决打赢农业面源污染攻坚战，到2020年，主要农作物化肥、农药使用量实现零增长，彻底扭转农业面源污染加剧的趋势。

国家统计局数据显示， 2016年全国总体化肥施用量呈负增长，增速降至-0.6%，提前3年实现化肥使用量“零增长”。但目前的“零增长”，一是源自种植面积的下降，而化肥施用强度并未实质性下降，甚者有上升态势； 二是当前的“零增长”主要表现为化肥施用总量的下降，隐含部分地区用量上升，以及其他肥料用量上升的风险。而化肥“零增长”的本质要求是科学施肥、减施增效，实现绿色生态可持续发展。

化肥是重要的农业生产资料，常被称为粮食的“粮食”。新中国成立以来为解决粮食供应短缺，化肥工业蓬勃发展，产量与用量双增，对促进农业生产发展，保障粮食安全发挥了积极作用。但2000年以来不当施肥导致污染问题显现，特别是2010年以来，生态安全问题日益突出，农业面源污染成为重要的环境污染源，其中，化肥施用量过高、流失严重、氮磷排放加剧是农业面源污染的主要来源。目前，我国农用化肥利用率只有30%左右，未有效利用的部分流失进入土壤及地下水系，造成水体污染，土地盐碱化、土壤肥力下降，生态环境问题日益严峻[1-2]。实现农业绿色发展，迫切需要减少农业生产中化学投入品的使用，提高利用效率，走有益于保护生态环境的可持续发展之路。

2015年化肥使用量增速降至0.44%， 2016年化肥使用量首次出现负增长，化肥施用趋势出现拐点。下一步，如何巩固化肥施用量“零增长”成效？如何推进化肥使用量下降趋势？如何从根本上减少化肥需求？文章从种植业结构调整视角，分析不同作物种植面积变化对化肥用量的影响，探寻减少化肥使用量的有效对策。

1 我国化肥施用现状及国际比较

1.1 化肥生产使用状况

新中国成立之初，我国化肥工业基础薄弱，生产力水平低下，直到20世纪70年代，建成一批以合成氨为基础的碳酸氢铵工厂，缓解了我国化肥供给不足的局面。到2000年，我国化肥工业自足的局面初步形成，基本实现产销平衡。2004年我国化肥生产量超过施用量，化肥产能过剩问题开始显现[3]3。1998—2015年我国农用化肥产量与施用量总体呈双增态势，农用化肥产量由1998年的3 010万t增加至2015年的7 432万t，年均增长率4.7%； 化肥施用量由1998年的4 084万t增加至2015年的6 023万t，年均增长率2.15%。2016年，我国农用化肥产量与施用量均较2015年下降，农用化肥产量为6 630万t，比上年减少802万t； 施用量为5 984万t，比2015年减少39万t(图1)。

图1 1998—2016年我国农用化肥产量与施用量注：数据来源于中国统计年鉴

1.2 化肥施用水平国际比较

我国是世界上化肥施用量和化肥施用强度均较高的国家之一。FAO统计数据显示， 2015年我国农用化肥折纯用量约占世界全部用量的1/3，单位面积化肥施用折纯量约为446.12kg/hm2[注]FAO统计数据计算的单位面积施肥量，是以耕地面积(含Arable land和permanent crops)为基数，居世界范围内较高水平，约为美国施肥强度的3倍，欧盟施肥强度的6倍，大大超过生态环境部为防止化肥对环境造成危害，设置的250kg/hm2的安全上限[4]。即使按照播种面积[注]播种面积按照《国际统计年鉴》提供的land under permanent crops计算，目前可查询到的最新版《国际统计年鉴》(2017)与化肥施用折纯量对应的land under permanent crops数据更新至2014年，因此，播种面积计算的化肥施用量为2014年数据计算，我国单位面积化肥施用量为417.77 kg/hm2，约为欧盟施肥强度的5倍，美国的2倍(表1)。

表1 2002—2015年主要国家化肥施用强度对比 kg/hm2

对比来看，美国等发达国家化肥施用强度接近世界平均水平，稳定在100kg/hm2左右； 欧盟国家执行更为严格的化肥使用标准，其化肥施用强度仅为世界平均水平的3/5。日本和韩国化肥施用强度较高，但2005年以来呈显著下降趋势，目前其化肥施用强度低于我国。FAO数据[注]单位面积施用量=农用N、P、K肥施用总量/耕地面积，其中，各个国家农用N、P、K肥施用总量采用FAO数据库中该国的Agricultural Use Nutrient nitrogen N(total)、Nutrient phosphate P2O5 (total)、Nutrient potash K2O(total)的合计数据，耕地面积采用FAO数据库中Arable land和land under permanent crops合计数据显示， 2015年世界平均化肥施用强度为122.84 kg/hm2，而我国为446.12 kg/hm2，约为美国的3.3倍，欧盟的5.8倍，日本的2.1倍，韩国的1.3倍。

1.3 我国化肥施用量的发展趋势

新中国成立之初，我国化肥产量为每年6 000t，有机肥料是农业生产所需养分的主要来源。20世纪70年代以来，我国化肥工业实现了较快的发展，农业化肥用量大幅度增加，化肥替代有机肥的比例日益上升，有机肥用量减少，化肥用量不断增加[3]2。1980—2016年的36年间，农用化肥施用量增加了3.7倍，农用氮肥施用量增加了1.5倍，农用磷肥施用量增加了2.08倍，农用钾肥施用量17.6倍，农用复合肥施用量增加了79倍[注]农用复合肥的快速增长与20世纪90年代开始实施的测土配方有关。

自1980年开始，我国农用化肥施用量经历了将近30年的大幅增长后，到2010年增速放缓。1980—2015年的35年间绝对量年均增幅4.45%，直至2016年，首次呈现负增长，施用量下降39万t(图2)。

图2 1980—2016年我国农用化肥施用量注：数据来源于中国统计年鉴。由于农用化肥施用量属于总量型指标，与农用氮肥、磷肥、钾肥、复合肥不属同一个数量级，因此制图时农用化肥施用量选用主坐标轴(以实线标示)，其他肥料施用量选用次坐标轴(以虚线标示)

2 化肥使用量增加的原因分析

我国化肥过量施用问题引起社会广泛关注。对于导致化肥过量使用的原因，主要观点：一是化肥使用效率低导致化肥用量增加进而导致农业面源污染[5-7]，部分作物产量的增长是以过度施用化肥为代价的[8]，由于我国化肥投入的技术效率仅为0.603，在化肥施用方面存在很大节约空间[9]。二是耕地复种指数高是导致我国化肥施用总量较大的重要原因。受资源约束和供求压力，我国土地复种指数高，南方地区一年多熟、黄淮海地区一年两熟、长城以北一年一熟，为保障农产品供给和实现增产，增施化肥成为普遍采用的方法。三是种植结构调整造成化肥使用量的增加。越来越多的耕地被用于种植经济效益较高的水果、蔬菜等作物，而这些作物对于化肥的需求量较高，从而导致化肥使用量的增长[10-13]。四是农村劳动力的非农就业助推了化肥使用量的增长，农民通过增加化肥使用量来替代劳动力的投入[14-15]。五是化肥使用强度增长是我国化肥施用总量增长的主要原因，但化肥使用强度的贡献下降，播种面积调整对增加化肥施用量的贡献提高[16]。

该文主要分析不同作物种植面积调整对化肥使用量的影响。

2.1 粮食、蔬菜、水果种植面积调整

在追求收益最大化动机的驱使下，产量高、收益大的水果、蔬菜等经济作物越来越受到农户的青睐。1980—2016年，我国粮食作物播种面积占农作物总播种面积比例由80.09%下降到67.83%； 而蔬菜、水果种植面积比重则呈显著上升趋势，分别由2.16%、1.22%增加到13.4%、7.79%(图3)。

图3 粮食、蔬菜、水果种植面积占农作物总播种面积比例注：数据来源于中国统计年鉴

2.2 不同作物耗肥水平差异显著

不同作物的耗肥量存在显著差异。《全国农产品成本收益资料汇编》统计数据显示，粮食作物、油料作物化肥用量较低，每667m2化肥用量不超过28kg，大豆耗肥量最低，每667m28.54kg； 而蔬菜、水果等经济作物耗肥量较高，其中，蔬菜平均耗肥量为每667m238.58kg，桔类水果平均每667m2化肥用量为46.06kg，苹果平均每667m2化肥用量为57.6kg，柑类水果则更高，每667m2化肥用量达70.64kg，相当于主粮类作物平均化肥用量的2.8倍。

对比来看，蔬菜瓜果类作物对化肥的需求量较大，但由于其经济效益较高，近年来种植面积显著扩大，农户施用大量化肥种植果蔬类经济作物，以获取更多的经济收益[17-21]。果蔬类经济作物种植面积的增加，很大程度上解释了自1990年以来我国化肥施用量大幅增长的现象[22](表2)。

表2 主要农作物单位面积耗肥强度

表3 2016年主要农作物耗肥量情况

从2016年各类农产品耗肥量占比情况看，玉米耗肥量对化肥使用总量的贡献率最高，达22.88%，紧随其后的是蔬菜，耗肥量占总使用量的21.59%。而从播种面积来看，玉米播种面积占总播种面积的31.63%，而蔬菜播种面积占比19.21%，蔬菜播种面积小于玉米，而耗肥量却接近玉米，说明蔬菜单位面积的耗肥水平较高，是推高化肥施用量的主要来源(表3)。

2.3 化肥施用量与不同作物种植面积的相关性

灰色关联分析法是一种多因素统计分析方法，通过建立灰色关联分析模型，可以分析影响因素序列与主序列之间关系强弱和次序，进而对影响因素序列与主序列的相互关系、作用程度做出评价。该文运用灰色关联分析法，选取1980—2016年化肥施用量及主要作物种植面积数据[注]数据来源于国家统计局官网，化肥施用量选取历年农用化肥施用折纯量数据，主要作物种植面积分别选取粮食作物、蔬菜及果园种植面积数据，分析粮食、蔬菜、水果种植面积与化肥施用量的相关度。

经过计算得出[注]具体计算过程及数据可与作者联系获取，农作物播种面积、粮食播种面积、蔬菜播种面积、果园播种面积与化肥施用量之间的关联度如下(表4)。

表4 化肥施用量与主要作物播种面积的关联度

关联度排序结果显示，对化肥施用量的影响程度依次是，蔬菜播种面积>果园播种面积>农作物总播种面积>粮食播种面积。关联分析结果一定程度上说明，果蔬类作物播种面积的消长是影响化肥施用量增减的重要因素，特别是蔬菜播种面积对化肥施用量的影响尤为显著。此结论，支持了果蔬类经济作物种植面积的增加是我国化肥施用量大幅增长重要推手的判断。

2.4 各地区化肥施用水平变化情况

据统计， 2016年全国31个省市自治区中有22个地区化肥使用量较上年下降，施肥量下降最大的5个省份是安徽、江苏、山东、湖北和甘肃。有9个地区化肥用量增加，施肥量增加较多的地区是内蒙古、广东、云南、吉林和广西。从下降相对量水平看，施肥量降幅排前5位的地区是青海、北京、上海、甘肃、浙江(图4)。

图4 2015—2016年各省市农用化肥施用折纯量注：数据来源于中国统计年鉴

以播种面积为基数计算， 2016年全国平均单位面积化肥施用量为359.08 kg/hm2，比2015年下降38.61 kg/hm2。分地区来看，施肥强度较高的是北京、海南、陕西、广东和福建； 施肥强度较小的5个地区是青海、贵州、黑龙江、甘肃和西藏。按环保部生态县建设标准[注]国家环保部2007年设定的生态县建设标准，化肥施用强度上限值为250kg/hm2，有26个省市施肥强度超上限阈值。与2015年相比，有25个省份施肥强度下降或接近零增长，有6个省份施肥强度增幅较大，分别是北京、上海、海南、云南、吉林、广东(图5)。

图5 2015—2016年全国各省市单位面积化肥施用量注：数据来源于中国统计年鉴

2016年全国农作物种植总面积比2015年增加了27.574 0万hm2，其中，内蒙古种植面积增加了35.400 0万hm2，不考虑内蒙古的情况下，农作物种植总面积比2015年减少7.828 0万hm2，加之全国平均施肥强度较2015年下降，带动了化肥施用总量的下降。内蒙古种植面积的大幅增长，主要是油料、豆类、薯类等耗肥量较小的作物种植面积增加，因此，虽然内蒙古农作物种植面积增加较多，占全国农作物种植总面积上涨幅度的128.38%，但其施肥总量上涨幅度较小，确保了全国化肥施用总量下降。

分地区来看，化肥施用量下降最大的5个省份中，除甘肃外，其他4个省份2016年种植面积较2015年均有较大幅度的下降，甘肃省农作物种植面积虽较2015年上升，但其施肥强度处于较低水平，且仍有下降趋势，因此其化肥施用总量下降。化肥施用量增加较多的前5个省份中，内蒙古、广东、广西农作物种植面积均上升，其中广东、广西主要是蔬菜与果园种植面积增加，与2015年相比，两广地区施肥强度呈上升态势； 云南、吉林农作物种植面积虽有下降，但化肥施用强度较2015年上升，导致化肥施用总量增加，分析其种植结构可知，云南虽然总种植面积下降较大，但蔬菜、果园种植面积增加，蔬菜、水果耗肥量较大，导致其化肥施用总量上升。

各地区化肥施用量的变化状况，进一步验证了果蔬类作物种植面积调整是影响化肥施用量变化的重要因素。上述分析，为推进化肥减施提供了重要思路，优化种植业结构要充分考虑作物耗肥水平，适度调减果蔬类作物的种植面积，将显著抑制化肥使用量的增长。

3 控制化肥用量的讨论与建议

3.1 讨论

2017年底，我国提前3年实现化肥使用量“零增长”目标，下一步需要重点考虑巩固和推进“零增长”成效，控制和减少使用总量。化肥减施的路径，大体可以分为3条，一是“替代”，通过增加其他肥料的使用减少化肥的使用，如实施有机肥替代化肥行动； 二是“增效”，提高化肥使用效率，降低单位面积施肥量，如实施水肥一体化等精准施肥技术； 三是“减需”，减少不合理需求，通过调整施肥方式，实施耕地轮作、休耕，协调农产品生产与需求，调减不合理的肥料施用量。

有机肥替代化肥面临一定的问题。化肥广泛应用，主要是其具备两个优点，一是化肥提供的养分通常是传统有机肥的10倍以上，667m2农田10kg的氮素供应只需要25kg左右的尿素。二是节省劳动力，传统农业施用有机肥费时费力，而施用化肥省时省工，通常一个劳动力徒手半天就可以完成运输和施用。实现有机肥替代化肥，需要解决养分供给效率低与劳动力成本高的问题。另外，增加有机肥的使用还隐含畜禽粪污中残留的抗生素、重金属等对土壤二次污染的风险。

提高化肥施用效率也存在一定的困境。我国各地地理气候、土壤状况以及土地复种、作物熟制差异较大，化肥施用效率的精准评估较为困难，化肥肥效的发挥既因地而异，也因时而异，提高肥料利用效率既需要对不同作物需肥规律和不同土壤供肥特点的准确测定，又需要配套提供实时环境状况监测等服务，因此，增效虽然是根本措施，但从理论到实践任重而道远。

调减不合理的化肥需求量是降低化肥用量最为直接而有效的措施。当前，不合理的化肥施用量一方面源自于粗放型施肥方式，一次性施肥以及基肥的过量施用是导致化肥过量的主要原因，转变施肥方式，实施精细化管理，注重追肥将有效减少不合理施用。另一方面源自于拼资源消耗和物质要素投入的发展理念，以及生产与需求不协调的发展模式，导致化肥过量施用。当前农业的发展环境已经发生变化，主要矛盾已经由总量不足转变为结构性矛盾，消费需求的新变化以及国际国内市场资源的深度融合，均需要适应新形势做出重要调整，特别是需要调整种植业结构和区域布局，根据资源禀赋及区域差异，优化品种结构和区域布局，巩固提升优势区，适当调减非优势区。同时，应根据各地的资源条件和生态特点，建立耕地轮作制度，实现耕地的休养生息，促进可持续发展。这些方式均将有效减少化肥不合理施用。

“十三五”期间，我国种植业结构调整势在必行，把握种植业结构调整的有利契机，优化作物品种结构和区域生产布局，转变发展理念，坚持有保有压，坚持生态保护，着力提升资源利用效率，推进耕地轮作，实现用地养地相结合，将有利推动化肥减施目标的实现。

3.2 建议

(1)种植业结构调整要与促进化肥减施目标相结合。在综合考虑资源承载能力、环境容量、生态特点和发展基础等因素的基础上，确定不同区域的发展方向和重点，巩固提升优势区，调减非优势区作物的种植面积。按照《全国种植业结构调整规划(2016—2020年)》制定的目标，在目前基础上[注]基期数据为2016年，蔬菜至少要调减66.7万hm2种植面积，玉米至少要调减333.3万hm2种植面积，蔬菜与玉米是推高化肥施用量的主要品种，调减玉米与蔬菜的种植面积将有效促进化肥减施。同时，根据不同区域的资源条件和生态特点，发展生态友好型耕作制度； 在地下水漏斗区、重金属污染区、生态严重退化地区开展休耕试点； 在保障国家粮食安全底线的前提下，充分利用国际农业资源和产品市场，保持部分短缺品种的适度进口，以缓解面临的资源环境紧约束。

在保障农产品有效供给的基础上，优化种植业区域布局，应尤为重视环境效益，结合“一控两减三基本”目标，制定有利于降低环境风险的调整策略。当前正在推进的部分调整策略值得商榷，《全国种植业结构调整规划(2016—2020年)》中提出要适度调减华北地下水严重超采区小麦种植面积，改种耐旱耐盐碱的棉花、油葵和马铃薯。但是，棉花病虫害发生率较高，且化肥使用强度高达530kg/hm2，每公顷比小麦需多施化肥120kg。从农作物化肥使用潜在环境风险、病虫害防治等角度看，在黄淮海地区，小麦改种棉花并不是好的选择。又如，《“镰刀弯”地区玉米结构调整的指导意见》提出太行山沿线区包括山西东部和河北西部山区，发展板栗、核桃、山楂、蔬菜、中药材等特色种植，蔬菜的化肥需求量很大，种植蔬菜应审慎。另外，《全国种植业结构调整规划(2016—2020年)》在品种结构调整方面，提出发展南菜北运基地和北方设施蔬菜，设施蔬菜耗肥量较高，在建设北方设施蔬菜生产区时，必须重视化肥减施增效技术的运用，以降低化肥大量施用风险。

(2)产业结构升级要兼顾经济效益与生态效益。实现农业提质增效，必须以农业绿色发展为前提，注重产地环境的保护。通过推进粮经饲统筹、农牧渔结合，大力发展优势特色产业等措施，各地蔬菜瓜果、茶叶蚕桑、苗木花卉等种植面积显著增长，对增加农民收入、提升产业效益具有积极作用。但同时要关注蔬菜、水果等经济作物化肥使用强度大，易引发环境风险的问题。在粮改饲、蔬菜水果种植密度较高的地区，要重点推广化肥减施增效技术，实施有机肥替代化肥等措施，要使粮改饲、蔬菜水果种植面积增加的速度与化肥减施增效技术的推广进度匹配，兼顾经济效益与环境效益。

(3)转变发展方式需要完善以绿色生态为导向的农业补贴支持政策。转变农业发展方式是实现化肥合理施用的根本举措。农业发展要由过度依赖资源消耗、主要满足量的需求，向追求绿色生态可持续、更加注重满足质的需求转变。施肥方式要由传统粗放型施肥，转变为根据土壤供肥性能和作物不同生长期需肥规律科学施肥。推动农业发展方式的转变，需要建立和完善以绿色生态为导向的农业补贴政策，发挥政策支撑引导作用。一是农业各项补贴政策设计与实施要充分体现绿色生态理念。对农业绿色生产技术的研发与应用，给予政策倾斜与资金补助。二是加大生态资源保护补贴政策支持力度，重点鼓励保护和提升耕地地力，探索休耕补贴，鼓励生态脆弱地区开展休耕试点。三是实施生态保护补助奖励政策，对于积极采用绿色生产技术，配合生态环境保护行动的地区和农户给予补助奖励，调动农民保护生态的积极性。四是积极创设农业面源污染治理和废弃物综合利用补贴政策，大力支持农作物秸秆综合利用、地膜清洁生产，推动果菜茶有机肥替代化肥行动，支持农药化肥社会化服务发展，推动减少化肥农药施用。

农业绿色发展作为生态文明建设的重要方略，已经成为全社会共同关注的问题，也是事关生态文明建设基石稳固与评判质量效果的重要指标，坚定绿色可持续发展的信心，走资源节约、环境友好型农业生产之路，是我国农业发展必将遵循的不二法则。要实现农业绿色生产，推进化肥减施是破题之举。化肥使用量与作物播种面积、作物品种显著相关，当前正在进行的种植业结构调整将成为促进化肥减施的重要契机，调减非优势区作物的种植面积，构建生态友好型耕作制度，生态脆弱地区开展休耕试点，综合运用国际农业资源和产品市场，保障短缺农产品供给等种植业结构优化目标，将是推动化肥减量直接而有效的方式。同时，要转变农业发展方式，加快化肥减施增效技术的研发与运用，加大农业绿色发展政策的创设与支持力度，巩固化肥“零增长”成效。诚然，探索前进的道路上必然存在诸多困难和问题，必须始终保持科学严谨的态度，大胆实践，深入研究，开拓一条科技引领、科学有效、质优可行的绿色发展之路。