浙江省主要作物的化肥施用现状与减施潜力估算

陆若辉，虞轶俊，吴春燕，陈红金*

(1.浙江省耕地质量与肥料管理总站，浙江 杭州 310021；2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥是粮食的“粮食”。通过施肥为作物提供充足的养分供应，是保证粮食等农产品高产稳产的重要措施[1]。然而，近年来粮食增产的速度开始变缓，但肥料投入却仍快速增长。随着化肥用量的增加，化肥施用水平较高的地区出现了报酬递减的现象[2-4]。同时，由化肥的不合理施用而导致的养分流失也已成为我国农业面源污染最主要的来源之一，化肥污染将直接影响农业的可持续发展，并会对一定区域、全国甚至全球的生态系统造成威胁[5-6]。

2015年，农业部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，指出“力争到2020年，主要农作物化肥使用量零增长”[7]，为此，我国科研人员在平衡施肥理论与技术上开展了大量的工作，并取得显著成效[8-10]。然而，浙江省耕地分散、面积狭小，且复种指数较高，劳动力成本大，上述技术难以在小农户中普及推广，导致浙江不少地方的农业生产上在施肥问题上依然存在很大的盲目性[11-12]。浙江省地处亚热带季风气候区，适宜栽培水稻、油菜等大田作物，以及蔬菜等高需肥量作物。本研究通过对浙江省水稻、油菜、蔬菜等作物化肥利用现状和减施潜力的分析，旨在为当地在化肥零增长背景下开展科学的养分管理提供参考。

1 材料与方法

浙江省主要农作物播种面积。根据2017年《浙江统计年鉴》获取当地主要农作物的播种面积和产量。浙江省作物构成包括：粮食作物、油料作物、棉花、麻类、糖类、烤烟、药材、蔬菜、果用瓜、花卉苗木和其他农作物。其中，粮食作物包括谷类、豆类和薯类：谷类作物包括早稻、晚稻；豆类作物主要是大豆；薯类作物主要是马铃薯。油料作物主要是油菜籽。糖类作物主要是甘蔗。果用瓜主要是西瓜。

化肥使用量。根据《浙江统计年鉴》获取浙江全省2000—2016年化肥(氮、磷、钾和复合肥)的使用总量，根据2017年《中国统计年鉴》和2005—2017年《全国农产品成本收益汇编》获取浙江省2004—2016年水稻、油菜、晾晒烟、桑单位面积化肥用量(纯量)，并根据作物播种面积估算出浙江省水稻等化肥使用总量。蔬菜的单位面积化肥用量，系根据《全国农产品成本收益汇编》中给出的浙江省设施菜椒、设施黄瓜、设施茄子、设施西红柿、露地豆角和露地圆白菜单位面积化肥用量(纯量)折算出的平均用量。

化肥效率，即化肥偏生产力(PFP)，是指单位投入的化肥所能产生的作物产量[13]。

化肥养分推荐量。根据过往研究文献和浙江省农业生产者实际施肥经验获得化肥养分推荐量。

化肥养分减施潜力。化肥养分减施潜力系化肥养分推荐量与化肥养分施用量之差占化肥养分施用量的百分比[14]。

2 结果与分析

2.1 浙江省主要农作物播种面积

如图1所示，2000—2016年浙江省农作物播种面积呈现逐年下降趋势，由2000年的355.4万hm2下降至2016年的243.4万hm2，下降了31.4%，与之相对应，粮食作物、油料作物、棉花、糖类等的种植面积均呈下降趋势，且占作物总播种面积的比重也不断下降；而药材类、蔬菜、果用瓜和花卉苗木类等的种植面积增加，特别是药材类和花卉苗木类，分别较2000年增加2.6倍和4.7倍。

2.2 浙江省化肥用量

如图2所示，2000—2016年浙江省化肥总用量整体呈下降趋势，由2000年的89.72万t下降至2016年的84.48万t，下降了5.8%。从化肥种类来看，氮肥用量居首位，磷、钾肥的用量较少，尤其是钾肥。近年来，随着测土配方施肥和化肥减量增效工作的推进，氮肥用量呈下降的趋势，磷、钾肥的施用比率有所上升，氮、磷、钾肥的施用比率由10∶2∶1变为6.7∶1.5∶1。复合肥施用量在2000—2016年增长迅速，较2000年翻了一番。

图2 2000—2016年浙江省化肥用量

2.3 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用比例估算

根据《浙江统计年鉴》农作物播种面积和《全国农产品成本收益汇编》中浙江省农作物单位面积化肥用量，估算水稻、油菜、蔬菜化肥施用总量。如图3所示，水稻、油菜和蔬菜中，浙江省化肥用量最大的为蔬菜，其次是水稻和油菜。2004—2016年，蔬菜化肥施用总量从50.4万t增长到51.7万t，年均增长0.2%，占这3类作物年化肥总用量的比重也由2014年的56.7%上升至62.3%；水稻化肥施用总量由2004年的31.3万t下降至2016年的27.7万t，年均下降0.9%，占这3类作物年化肥总用量的比重由2014年的35.2%下降到33.4%；油菜化肥施用总量由2004年的7.13万t下降至2016年的3.55万t，年均下降4.2%，占这3类作物年化肥总用量的比重由2014年的8.0%下降到4.3%。

图3 水稻、油菜、蔬菜化肥施用量占三者肥料总用量的比例

2.4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用强度

根据农作物播种面积和化肥施用总量估算浙江省化肥施用强度。如图4所示，2004年，浙江化肥施用强度为336 kg·hm-2，2016年为347 kg·hm-2，始终高于发达国家设置的225 kg·hm-2的最高上限。水稻化肥施用强度呈波状上升趋势，由2004年的304 kg·hm-2上升到2016年339 kg·hm-2，年均增长2.92%；油菜化肥施用强度呈波状下降趋势，由2004年330.3 kg·hm-2下降到2016年302.1 kg·hm-2，年均下降2.35%；蔬菜化肥施用强度一直居高不下，年均施用强度超过800 kg·hm-2。

图4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用强度

2.5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率估算

如图5所示，浙江省蔬菜、水稻和油菜的化肥效率差异较大。其中蔬菜的化肥偏生产力最高，年均34.3 kg·kg-1，其次为水稻，年均为27.9 kg·kg-1，油菜最低，年均为7.6 kg·kg-1。

图5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率

年际间各作物的化肥效率亦存在一定差异：2004—2016年水稻和蔬菜的化肥效率相对稳定，略有上升，2016年较2004年分别增加1.5%和2.9%；油菜的化肥效率增加明显，2016年较2004年增加了19.7%。

2.6 水稻、油菜、蔬菜的产量与化肥投入的相关性分析

如图6所示，水稻产量与单位面积化肥投入量呈一元二次方程曲线关系。根据拟合的方程，当化肥单位面积投入量低于320 kg·hm-2时，水稻产量随化肥投入量增加而增加，当化肥投入量接近320 kg·hm-2时，水稻产量不再增加，在7 000 kg·hm-2浮动，之后，随着化肥投入量的增加，水稻产量表现为下降趋势。晚稻、单季稻和油菜亦表现出与此相同的态势，产量达到最大值时的化肥投入量分别为310、350、330 kg·hm-2。与晚稻、单季稻相比，早稻化肥投入量相对合理，近年来随着化肥投入量的增加，其产量也在不断增加。蔬菜产量与化肥投入量间呈线性负相关关系，表明近年来浙江蔬菜的化肥投入一直处于过量状态，蔬菜产量随着化肥投入量的增加有减少趋势。

2.7 水稻、油菜、蔬菜的化肥减施潜力估算

对浙江省水稻、油菜、蔬菜的化肥减施潜力进行估算。如图7所示：水稻施肥量自2008年起一直处于过量状态，且随着时间推移，过量施用率增加，至2016年，水稻施肥量过量15.7%；早稻施肥整体合理，但自2014年起施肥量也出现了过剩，且增加幅度大，由2014年的过剩0.9%剧增到2016年的9.7%；晚稻施肥变化趋势与早稻相似，前期相对合理，至2013年晚稻施肥表现为过量，且随着时间的推移过剩比率增加，至2016年已达6.2%；与其他作物不同，单季稻一直处于过量施肥状态，但随着时间推移，过量比例直线下降，由2004年的过量37%降至2016年的6.9%。

相对水稻而言，油菜可适当增施10%来增加产量。

蔬菜一直处于过量施肥状态，按李书田等[15]推荐的702 kg·hm-2施用量估算，蔬菜年均可减施15%。

3 讨论

随着我国经济的发展，大田粮食作物占作物栽培总面积的比例逐年下降，蔬菜等具有高经济价值的园艺作物比例逐年上升，施肥量也随之增大。单位面积作物产量与化肥投入量的相关性分析表明，早稻施肥相对合理，但晚稻和单季稻存在不合理施肥现象；油菜化肥投入整体趋于合理，但蔬菜化肥投入严重超标。

随着我国城镇化进程的推进，粮食种植面积逐渐减少，而人口增长较快，粮食总需求量持续增长的压力逐渐增加；因此，逐渐形成了依靠增加化肥投入来提高单产和总产的农田高强度生产体系。然而，化肥用量迅速增长与粮食产量缓慢增长的矛盾日益突出。按照施肥报酬递减的客观规律，当肥料用量增加时，相应的单位质量肥料养分带来的产量增加(农学效率)必然有所下降。化肥投入的大幅增加在促进中国农业生产的同时也给环境造成了巨大负担。大量研究表明，目前我国的化肥施用量已经超过了经济意义上的最优施用量。

图6 单位面积化肥投入与作物产量的相关性分析

图7 作物养分减施潜力估算(最大施肥量法)

在我国化肥施用总量快速增长的同时，化肥施用强度也不断加大，无论是从单位耕地面积还是从单位农作物播种面积来看，我国的单位化肥施用强度均已远远超过发达国家设置的225 kg·hm-2的上限，化肥的过量施用带来了较为严重的环境风险[16]。

浙江省雨热条件较好，耕地复种指数较高，但容易遭受自然灾害特别是洪涝灾害的袭击，且土壤酸化程度较高。如何在化肥用量稳定的前提下科学合理使用化肥，如何在有限的土地上生产出更多的粮食，进一步提高作物产量和肥料利用率，实现粮食生产高产高效，确保国家粮食安全，进而减少化肥带来的环境负面影响是当今亟需关注的热点问题，也是面临的现实问题。

浙江地区水稻肥料使用量较高，在保证产量不降的前提下，可减施或使用缓释肥来代替，以提高肥料利用率[17]，从而在降低生产成本的同时，减少环境污染。油菜是一种较为依赖肥料的作物，但浙江省油菜生产上肥料用量水平较低，因此，可适当增施[18]。蔬菜的肥料减施潜力，可依据产品收获器官分别对待：对于甘蓝等叶菜类，可适量减施氮肥，以降低其硝酸盐含量；对于番茄等茄果类蔬菜，长期栽培可能会导致土壤速效P增加，因此，建议以减P为主[19]。总体来看，浙江省各类作物施肥普遍过量，具有减施潜力。水稻中，早稻可减施9.7%，晚稻可减施6.2%，单季稻可减施6.9%；蔬菜作物平均可减施15%。