我国肥料施用现状及化肥减量研究进展

袁旭 张家安 常飞杨 王鑫月 李寒 张雪梅

(河北农业大学林学院，河北 保定 071000)

中国是世界最大的化肥生产国和消费国。化肥在农业生产中起着至关重要的作用，据统计，全球作物增产有1/2是源于化肥的施用。施肥是促进苗木生长和提高苗木质量的重要栽培措施。适当施用化肥可以增加土壤养分含量，提高作物产量及品质。然而，农民缺乏科学的施肥指导，在种植过程中为实现高产量高收益往往会盲目施用过量的化肥。化肥的过量施用不但会造成资源浪费，环境污染，降低肥料利用率，还会导致作物减产、品质下降、口感变差等不良影响。因此在不减产的基础上通过化肥减量配施有机肥实现培肥地力，提升作物品质，减少环境污染是保障我国农业健康可持续发展的重要举措。

1 肥料施用现状

1.1 化肥施用现状

化肥在我国农业增产上起到了的重要作用，我国的农业增产21.7%来源于化肥施用量的增加。20世纪初，我国部分地区初步进行化肥的施用，20世纪30年代化肥开始走进市场。随着我国农业与化工业的发展，化肥施用量飞速增长。我国化肥施用总量从20世纪50年代的7.8万t增长至2015年的6022万t，年均增长率为9.8%。目前我国在化肥的生产和消费上已领先全球，产量和消费量均占全球总量的30%，单位面积用量约为世界平均水平的3.7倍。同时，我国单位耕地面积投入强度也超出国际水平，据统计，1990—2014年化肥的投入强度由174kg·hm-2上升到362kg·hm-2，约为发达国家设置安全上限的1.6倍。可以看出我国化肥投入上远超国际标准，在化肥使用上存在很大的盲目性，缺乏一个科学完善化肥施用体系，广大农民缺乏科学的施肥观念。过量的化肥投入虽能实现短期增产的效果，但是长远来看过量施肥不仅会造成大量资源浪费，土壤养分流失，地力下降，减少产量，还会造成环境污染。我国肥料利用率远不及发达国家，土壤养分流失严重，氮肥的利用率为30%～35%，磷肥10%～20%，钾肥35%～50%，甚至部分地区的氮磷肥利用率仅10%，化肥利用率不到发达国家的50%。

1.2 有机肥施用现状

我国有机肥资源丰富，据统计我国年有机养分总量约为7500万t，其中养殖粪污占有机养分总量的50%。大量畜禽粪便若不加以处理利用，不仅影响农村环境卫生，而且会对环境造成污染，因此畜禽粪便肥料化处理制成有机肥便是较为合理的解决方案。然而有机肥存在养分释放速度慢、含量低、费工费力等缺点，相比化肥而言有机肥不受农民重视，至2003年我国有机肥施用量仅占肥料总量的1/4。过量化肥施用引起包括土壤酸化、盐渍化、土壤养分失衡等在内的土壤质量退化以及土壤硝酸盐积累、地下水和地表水农业面源污染等问题，而有机肥可以很好地改善这些问题。有机肥中富含有机质和各种养分，具有改善土壤理化性质、培肥地力、维持土壤养分平衡、提高土壤酶活、改善土壤微生物群落结构等优点，过量施用有机肥也会存在重金属积累的风险。有机肥可以作为化肥的良好替代品。已有大量研究表明，在化肥减量配施有机肥有提升作物的品质和产量，改善土壤理化性质，增加土壤有机质，提高微生物数量及酶活性等效果。

2 过量施用化肥对环境的影响

2.1 面源污染

过量的施用化肥已成为多数农民惯用的生产方式，化肥的过量施用是造成农业面源污染的主要因素之一。化肥过量投入后仅有部分被作物吸收，最终养分通过各类水文途径下渗到土壤、水体中。过量氮磷的迁移使水体养分富集，从而造成地表水富营养化和地下水硝酸盐污染。研究表明，磷在化肥中施用相较于在有机肥中施用更容易从土壤中流失下渗至水体。我国多数湖泊与水库面源污染严重，水体处于富营养状态，据统计，我国主要湖泊中富营养状态湖泊约占总数的79%，主要水库中富营养状态与中营养状态水库占评价水库总数的29%。

2.2 影响土壤理化性质

过量施肥会对土壤的理化性质造成严重影响。长期单施化肥会破坏土壤结构性稳定性，容重增值，孔隙度降低，水稳性结构破坏率提高，致使土壤紧实，耕性变坏，土壤肥力衰退。

长期过量施用氮肥会导致土壤酸化。氮肥施用后在土壤中转化为铵态氮，进而产生硝化作用导致土壤酸化。唐贤等[1]研究发现，在平均施氮量为150kg·hm-2的条件下，与不施氮肥相比土壤pH显著降低。施用有机肥可改善土壤的pH值，而单施化肥会使土壤pH值降低，加速土壤酸化。

土壤有机质就是土壤中含碳的有机化合物，是反映土壤肥力的重要指标。有机质是供给植物养分重要保障，也是形成土壤结构的重要因素。土壤有机质会受到气候环境、整地耕作、土壤质地等因素影响，其中施肥是影响土壤有机质的主要原因。何翠翠等[2]研究表明，黑土长期单施化肥有机质含量较不施化肥处理有所下降，有机肥配施化肥处理可以显著提高有机质含量。有研究表明，过量施肥会降低土壤有机质含量，有机质随施氮量的增加呈现先增后减的趋势，长期不施肥或长期施用化肥土壤有机质含量均会下降。

2.3 土壤重金属污染

过量施用化肥会导致土壤重金属积累。磷肥中富含重金属元素，大量施用磷肥会导致重金属在土壤中积累，从而造成土壤重金属污染。研究表明，施用磷肥过量，会导致施肥土壤含镉量增长数十倍，最终造成土壤镉污染。Wang等[3]分析菜地土壤中重金属的含量与来源发现，土壤中Cu、Hg、Zn、Cd等重金含量超标与化肥施用有关，其中Cd、Hg污染程度较高。闫湘等[4]研究表明，微量元素肥料和磷肥中重金属含量较高，其他肥料中也含有不同程度的重金属，大量施用会对农田土壤造成严重污染。

3 化肥减量配施有机肥研究进展

3.1 化肥减量配施有机肥对作物产量及品质的影响

化肥减量配施有机肥在提升作物产量和品质方面都有显著成效。方成等[5]研究发现，化肥减量配施有机肥处理的产量较常规施肥无显著差异，不同梯度减肥处理均显著提高玉米果实品质。杨莉莉等[6]研究表明，苹果氮肥减量配施有机肥处理可滴定酸显著低于施化肥处理，产量、可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比均较单施化肥有所提高，其中有机肥替代50%氮肥处理的果实品质与产量提升效果最佳。杜少平等[7]研究表明，有机肥替代氮肥处理显著增加西瓜产量，其中100%氮肥替代处理的水分利用效率、氮素利用率和可溶性糖含量较常规施肥处理提升效果最佳。

3.2 化肥减量配施有机肥对作物叶片光合作用的影响

光合作用是植物太阳能转化为化学能的重要生理过程，是植物生长发育以及果实质量形成的生理基础。而矿质元素在植物进行光合作用过程中发挥着重要的作用，养分不足会对植物光合作用产生影响。石鑫蕊等[8]研究发现，氮肥施用量的增加可以显著提高水稻叶片的光合性能，高氮处理效果最佳但肥料利用率较低。高中氮有机替代处理光合性能无显著差异但显著高于中低氮处理。苏兰茜等[9]研究表明，有机肥替代处理下菠萝蜜幼苗的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度随有机肥施用量的增加而增加，于70%有机替代处理时达到峰值。

3.3 化肥减量配施有机肥对叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光是探测叶绿体和光合作用的重要参数，叶绿素荧光可以反映出当前植物的生理状况、胁迫环境对植物的影响及光合作用的变化。王通明等[10]研究发现，烤烟有机肥处理相较化肥处理叶绿素荧光参数Y[Ⅱ]、qL、Fv/Fm显著提高，叶龄30以上化肥处理NPQ值高于有机肥处理。宋文博等[11]研究表明，减施化肥增施有机肥能有效降低烤烟中部叶的实际荧光，提高烤烟中部叶的实际光化学效率ΦPSⅡ，增强净光合作用提高叶片质量。

3.4 化肥减量配施有机肥对土壤理化性质的影响

土壤理化性质是反应土壤养分、质量的重要指标，是影响植物生长提升作物产量与质量的关键因素。谢巧娟[12]研究发现，施用有机肥土壤理化性质得到了明显改善，不但降低了土壤容重，调节了土壤pH，还显著提高了土壤肥力。说明有机肥能够起到改善土壤理化性质及培肥土壤的效果。胡柯鑫等[13]研究发现，水稻化肥减量处理后土壤理化性质得到明显改善，其中30%氮肥减量处理的早稻效果最佳，产量较常规施肥显著提高，土壤速效养分含量与有机质含量均较对照有所增长。

3.5 化肥减量配施有机肥对土壤酶活性与微生物的影响

土壤微生物和酶是土壤有机物质的转化及营养元素的固持与释放的积极参与者，有助于植物对土壤养分的吸收与利用。施用有机肥能促进土壤养分循环、植物根系生长，改善土壤环境，提高土壤微生物多样性，增加土壤微生物生物量碳氮，改善微生物群落结构，提升土壤酶活性。

李司童[14]研究表明，各梯度蚯蚓粪代替化肥处理下土壤酶活性及细菌、真菌、放线菌数量均较常规施肥有所提高，其中蚯蚓粪代替30%化肥处理效果最佳。李想等[15]研究表明，化肥配施有机肥处理较单施化肥处理显著提高土壤的脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性及根际土壤微生物数量，在提高微生物群落的丰度的同时调节了微生物群落的平衡性。吴宪等[16]研究表明，化肥减量和有机替代能提高细菌分子生态网络规模和物种间传递物质、能量和信息的效率，提高真菌分子生态网络规模、群落互作，同时起到稳定群落结构的作用。

3.6 化肥减量配施有机肥对作物养分利用效率的影响

肥料利用率是指作物对施入肥料的吸收效率。化肥的过量施用会造成我国肥料资源的浪费，肥料利用率远低于正常标准，而化肥减量配施有机肥可以在减少化肥投入保证产量的基础上提高肥料利用率。研究表明，施用有机肥能促进作物对土壤中氮和磷的吸收利用，显著提高氮肥利用率，氮、磷养分利用率随有机肥施用量的增加而增加。陈玉真[17]等研究发现，化肥有机替代处理能提高茶树新梢养分吸收量，肥料利用率、农学效率、偏生产力和养分回收率都较对照有所提升。尹彩侠等[18]研究发现，有机肥替代氮肥10%处理的水稻养分积累量较对照显著增加，适当的有机肥替代化肥可以显著提高水稻对养分的转化与利用。

4 前景与展望

长期以来，我国为达到作物增产增收在农业生产中大量施用化肥，盲目的化肥投入最终导致了诸多环境问题。而不合理施肥现象的根源以及解决方法是关注的焦点话题。农民为实现增产创收又缺乏科学的指导造成我国存在不合理施肥现象的发生。为解决当今农产品供给需求与发展绿色农业之间的矛盾，我国开展了化肥零增长行动，推动农业生产中有机肥替代化肥总进程，实现我国传统施肥方式向绿色农业转型的方针。2021年中央一号文件提出，要深入推进化肥减施增效，明确实施化肥减量方法和途径，出台相应政策为目前我国过量施肥问题提供有力的支持。

目前，化肥减量配施有机肥已在多种作物上展现显著成效，可以有效改善土壤理化性质，提升作物品质与产量，提高肥料利用率，减少过量施肥造成的环境污染。但想要解决化肥不合理施肥带来的问题仅仅实施化肥减量是远远不够的。如今，随着经济发展物品流通便利，出现了如农田带出养分难以还田的问题。并且我国种植业与养殖业分离，有机养分就地还田困难。我国养殖业每年产生粪污综合利用率不足60%，不仅造成资源浪费，还可能造成重金属污染。因此，通过推动我国养殖业废弃粪污资源化合理利用，既能解决养殖粪污造成环境污染治理难题，又能实现有机养分还田减少农民化肥施用。因此，有效利用养殖粪污还田，推动养分在农业生产中的循环利用，便于提高农民对有机肥的施用率，从而提高我国肥料养分利用率，在保障作物产量的同时也提高作物品质，减少化肥过量施用对环境的污染，推进我国绿色农业的健康可持续发展。