化肥、有机肥和生物肥的再认识

徐兴家，于广武，李佃通，李晓冰，何长兴，郑连举，赵景坤

（1. 中国化工企业管理协会，北京 100101；2. 中国科学院东北地理与农业生态研究所，黑龙江 哈尔滨 150040；3. 黑龙江和泽生物科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001；4. 黑龙江中农润森农业科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001；5. 黑龙江奥格瑞农业科技发展有限公司，黑龙江 哈尔滨 150081；6. 黑龙江省五常市农业技术推广中心，黑龙江 五常150008；7. 哈尔滨舜泰生物科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150041）

化肥是农业生产过程中非常重要的生产资料，自化肥出现以来，极大地保证了世界的粮食安全。化肥的大量使用也会带来一定的负面作用如水体富营养化等生态问题。化肥对农业生产有方方面面的作用，但是现在有些人谈到化肥就害怕，甚至把化肥妖魔化，认为化肥是造成环境污染的“罪魁祸首”，化肥的使用是“果不香、瓜不甜”，果菜不鲜、易腐烂，镉大米、毒豆角等问题的“元凶”，认为“减肥增效”就是全盘否定化肥。全面地认识肥料，特别是化肥在我国现代农业可持续发展中的重要作用及不可完全替代性，是实现农业可持续发展战略的重要基础。笔者根据目前社会上对生态农业，新型肥料，土壤污染改良、修复中的一些问题和误区，谈谈化肥、有机肥和生物肥的作用及存在的问题，并就我国肥料产业发展提出建议［1-2］。

1 正确认识化肥

1.1 化肥对农作物增产功不可没

1840 年德国学者李比希创立了“植物矿物质营养学说”，从此农业开始施用化肥，从1952—1994 年短短的42 年中，水稻、小麦单产的年平均增长速率分别上升了2.1%和3.7%。德国科学家回答美国科学家关于欧洲粮食增产原因的答案是：化肥的贡献占50%，作物品种占30%，其他管理措施占20%。国内外多年的调查数据也充分证实了化肥在农作物增产中作出的重大贡献。1981—1983年，我国化肥试验网开展5 000 多个田间试验，结果表明化肥在不同农作物增产过程中的贡献率为水稻40.8%、甜菜44.2%、玉米46.1%、棉花48.6%、小麦56.6%、油菜64.5%；1989 年联合国粮农组织（FAO）对1961—1986 年世界各地化肥试验结果的数据统计表明，化肥对农作物增产的平均贡献率达51.4%；1990年我国化肥试验网对70个5年以上定位试验结果统计表明，化肥在农作物增产中的贡献率为53%［3-4］。

1.2 化肥的使用提高了土壤肥力

粮食安全是我国农业可持续发展的重中之重，而耕地质量更是粮食安全的基本保障。英国洛桑试验站连续178年的肥料试验，验证了施肥是粮食增产的重要因素，同时也验证了长期施用化肥对土壤结构、土壤有机质等并无不良影响。我国肥料长期定位试验结果也证实了以上观点。施用化肥可提高土壤养分，促进植株繁茂，增加地表覆盖，减少水土流失，促进作物根系生长和养分吸收，减少养分下渗。新中国成立前耕地养分主要取决于土壤矿物含量，绝大部分土壤存在不同程度的缺乏养分现象。例如，全国第二次土壤普查数据显示，我国土壤w（有效磷）平均仅为7.4 mg/kg，相对较低。改革开放以来，我国土壤长期施用磷酸二铵（w（P2O5）46%、w（N）18%、w（总养分）64%），土壤w（有效磷）上升到23 mg/kg［5-7］。

1.3 化肥施用存在的问题

改革开放以来，由于农业生产单纯强调高产，我国化肥投入量大幅度增加，造成化肥施用过量，特别是经济发达的东南诸省平均单位面积施肥量超过国外安全上限4倍以上。大量依赖化肥投入的所谓现代农业，不仅造成资源浪费，而且加剧了我国能源短缺。同时我国化肥施用时营养元素间配比不合理，过分强调施用磷酸二铵、尿素等高浓度化肥。不合理施用化肥造成肥料利用率低，土壤出现磷严重过剩、酸化、营养失衡和板结等问题，影响农作物品质，危害人类健康。

我国化肥的当季利用率不高，氮平均利用率为30%～35%，磷平均利用率为10%～20%，钾平均利用率为35%～50%，当季化肥平均利用率在30%左右，而发达国家当季化肥平均利用率达到50%～60%。化肥利用率低，不但加剧了化肥供应不足的矛盾，同时也造成大量人力、财力、物力的浪费，还对环境产生危害［8-9］。

2 正确认识有机肥

有机肥是以富含有机质的动植物残体或代谢物为原料积制而成，除含有植物生长所必需的氮、磷、钾外，还含有其他的营养元素。

我国是有机肥料生产和使用大国，一般认为，有机肥料是安全的。国内绿色食品生产的相关标准中规定，只允许施用有机肥料和生物肥料。一些西方国家在有机农业发展中，拒绝使用化学肥料，提倡使用有机肥料。

若有机肥料施用不当和过量施用，会和化学肥料一样，产生硝酸盐淋失、温室气体等生态风险。近年来，随着规模化养殖的迅速发展，畜禽粪便中重金属、抗生素等含量增加，使有机肥料施用存在安全隐患［4,10］。

3 正确认识生物肥

肥料可分为直接肥料与间接肥料。微生物肥料属于间接肥料，由一定数量的活性微生物组成，本身不含氮、磷、钾等农作物生长必需的营养元素，在土壤中具有活化土壤，促进农作物吸收养分的功能。

目前生物有机肥料生产、销售和施用存在某些问题和误区，主要是宣传过头，夸大效果；菌种选择不当，南北菌种水土不服；营养、温度、酸碱度等约束条件不满足、施用方法不当；片面单纯强调总菌数，忽视活菌数；重视菌种筛选，忽视提纯复壮等。菌剂的核心问题在菌种选用上，作物及地域针对性不强、适应性差，导致田间效果不稳定。同时产品应用配套技术体系还不完善。比如，将土壤中的磷由无效态活化成有效态，南方主要是将磷酸铁、磷酸铝里面的磷释放出来，而北方主要是将磷酸钙里面的磷释放出来，活化这两类土壤中的磷途径不同，所用到的功能微生物也不同。这就要有针对性地筛选菌种，然后让这些好的微生物又回到需要它的土壤里面去，比盲目使用生物有机肥效果更好［2］。

目前肥料市场上微生物菌剂产品中缺乏养分和有机质含量，复合微生物肥料产品中有机质含量不足，生物有机肥产品中没有无机养分。因此，要推广有机-无机生物肥料产品，首先必须让农民看到肥料产品施用后的当季农作物增产效果，这就需要一定的养分含量，其次，要发挥特定功能微生物的作用，必须要有特定的微生物和较高含量的有机质［5］。

鉴于上述农作物生产和广大农民的需求，推出了一种“4+X 生物有机无机生态肥”，该肥含有能够改善土壤条件和促进农作物生长的有机养分、无机养分、生物菌剂三大主要成分，满足农作物生长发育所需要的大量、中量、微量、有益元素的同时融入微生物菌剂，还提供部分腐植酸、氨基酸。这种产品的标准设计为：功能菌数≥2×107个/g、w（有机质）≥40%、w（无机养分）≥10%～15%、w（氨基酸）≥2%、w（腐植酸）≥10%、w（中微量元素）≥4%。该肥具有提供营养，改良、修复土壤，提高肥料利用率，增强作物抗逆性，促进、刺激作物生长发育，改善产品品质和提高产量的作用效果，必将成为今后肥料行业中的主打产品［9］。

4 我国肥料产业存在问题

根据作物栽培学、土壤肥料学、植物营养学、环境保护学、农业气候学、生物化学、食品卫生学等理论依据，结合多年农业生产实践经验，目前在肥料生产加工、销售以及施用过程中还存在诸多问题和误区。这些问题严重影响肥料增产效果的发挥，阻碍了农作物产量和品质提高及经济效益增长［10］。

4.1 肥料种类构成不合理，土壤养分失衡

肥料种类构成不合理主要体现为有机肥与化肥生产、施用数量及比例不相适应（横向比不适宜）。据估算，1949年我国农业生产中投入的养分，几乎全部是由有机肥提供的，其量为427.8万t，化肥仅提供0.6万t；至1990年，由有机肥提供的养分虽然已增加到1 500万t，但有机肥投入的养分所占比例显著降低，仅占养分总投入量的36.7%；近年来，有机肥投入养分占比仍在继续下降［6］。

肥料种类构成不合理还表现为氮磷钾施用比例极不合理，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）仅为1 ∶0.38∶0.086，为保证作物高产、优质，不仅要施用足够数量的肥料，而且各养分间要有一个适宜的比例。世界化肥使用的氮磷钾质量比例为1∶0.40∶0.27。我国自20 世纪60 年代开始大量施用磷肥以来，土壤中磷素状况逐步改善，到70年代中期投入量与产出量已达平衡，并开始有盈余，80年代至今由于过量施用磷酸二铵，致使土壤磷素积累猛增，磷素肥效下降。而土壤钾素状况与磷素相反，由于每年施用大量的氮磷化肥，作物产量不断提高，单靠有机肥提供的钾是不够的，而施用化学钾数量少。因此，钾素投放少，产出多，全国每年缺钾量达到K2O 450万t以上，土壤钾素呈下降趋势，缺钾的耕地面积扩大。黑龙江省耕地土壤目前钾素极其缺乏。何万云等对全省4种土壤、4种作物3年47个网研究结果表明，全省每年每667 m2缺氮量为1.4～3.0 kg，盈余磷量为1.65～3.30 kg，缺钾量为1.38～22.50 kg。

我国共进行过全国规模的化肥肥效试验3 次，从中可总结出一些肥效演变的规律，对从宏观上指导我国化肥的生产、分配和施用有实际意义。1935—1940 年第一次全国规模的化肥肥效试验结果表明，在所有土壤中氮素养分一般极为缺乏，磷素养分仅在长江流域和长江以南各省缺乏，钾素在所有土壤中都丰富。1958—1962 年第二次全国规模的化肥肥效试验结果表明，氮肥和钾肥的肥效与20 年前大致相同。即氮肥在不同土壤、不同作物上施用普遍有效，增产作用列为首位；钾肥的肥效仍为较低。但是磷肥肥效较20 年前有了明显提高，不仅在南方水田效果明显，尤其在解决低产田的“稻缩苗”问题上起了重要作用，而且在北方旱地上也显示出了效果。土壤速效磷含量低的离村远地、盐碱地、新开荒地等施用磷肥效果明显，豆科作物和豆科绿肥、油菜、冬小麦等施用磷肥增产幅度大。1981—1983 年第三次全国规模的化肥肥效试验结果表明，氮肥的增产效果大于磷肥，磷肥的肥效大于钾肥，总肥效有所下降，磷肥肥效下降最大，钾肥肥效明显上升［4］。

山东省临沂市农业委员会组织全市10个区县于2010—2011年进行了区域性耕地土壤普查，结果表明，土壤中全氮含量比第二次土壤普查时虽略有增加，但仍显不足；w（有效磷）2010 年比1980 年增加26.1 mg/kg，较土壤有效磷临界值（20 mg/kg）增加11 mg/kg，造成磷积累，继续施磷无效或效果不明显；土壤速效钾含量增加，但全钾含量减少，应重视钾肥的施入。中微量元素，土壤有效硼质量分数为0.25～0.50 mg/kg时为轻度缺乏，＜0.25 mg/kg时为严重缺乏；土壤有效锌质量分数为0.5～1.5 mg/kg 时为轻度缺乏，＜0.5 mg/kg 时为严重缺乏；有效锰质量分数为50～100 mg/kg 时为严重缺乏，101～200 mg/kg 时为中等缺乏，201～300 mg/kg 时为高；酸性土壤有效铜质量分数为1.0～2.0 mg/kg时为低，2.1～4.0 mg/kg 时为中等，4.1～6.0 mg/kg时为高；土壤有效铁临界值为2.0 mg/kg；土壤有效钼质量分数为0.10～0.15 mg/kg 时为潜在性缺乏，0.16～0.20 mg/kg 时为正常，0.21～0.30 mg/kg 时为高；土壤有效硅临界值为120 mg/kg。由此可知，当地土壤有效锌、有效锰缺乏，有效硼极缺；土壤交换性钙含量丰富，除强酸性土壤外不需施钙；土壤交换性镁低于50 mg/kg时施用镁肥效果明显；土壤有效硫临界值一般在16 mg/kg；土壤酸化严重，2010 年以来较第二次土壤普查pH 值降低0.43；土壤有机质明显增加，2010年以来较第二次土壤普查增加7.9 mg/kg。当地土壤氮不足，磷过剩，钾极缺，锌、硼、锰不足，土壤酸化严重。该地土壤状况基本代表全国大部分土壤现状［11］。

4.2 肥料施用方式不当

受传统观念束缚，以及缺乏施肥原理、平衡施肥认识，农民无法根据产量确定肥料种类及施用量，一味地追求低投高产，以致出现用肥不正确、作物产量低、收益差的结果。在农业生产中农民通常对耕种土壤的营养成分不清楚，盲目施肥，最常见的表现是无论种植什么作物都施相同量的同种肥料。自1980 年我国引进美国高浓度磷酸二铵以来，由于过分崇拜和依赖磷酸二铵，农民在所有作物和土壤上均大量施用磷酸二铵，致使土壤营养元素失衡，造成惊人的浪费。造成这些问题的原因较复杂，包括农民自身缺乏科技知识，以及科学种田观念淡薄等。

4.3 新型肥料研究进展缓慢

我国自20世纪80年代末90年代初开始，对叶面肥料、缓/控释肥料、微生物肥料、有机-无机复混肥进行了相关研究与开发，取得了一定进展，例如，开发并投产的多种营养元素型叶面肥，含腐植酸、氨基酸、植物生长调节剂、天然汁液等叶面肥，广泛应用在粮食、蔬菜等作物上［12］。

新型肥料行业存在的问题：现阶段市场上出现的所谓新型肥料，部分产品科技含量不高，增产效果不稳定，甚至不增产。例如微生物肥料，存在缺少高效菌株，作用机制不清，发酵工艺落后等系列问题；缓/控释肥料，至今尚未形成规模化产业，主要因为在包膜选材、工艺上缺乏深入的研究，成本高，效果不理想；有机废弃物资源化方面，尤其是利用生活垃圾研制有机生产中工艺流程不过关，导致产品重金属含量超标［7］。

5 我国肥料产业发展趋势及建议

新型肥料的兴起和发展与农业发展趋势密切相关，通过技术创新、材料创新等途径加强新型肥料的研发与推广，是提高土壤生产力、提高肥料利用率、提高农产品产量与品质、减少环境污染、保障粮食安全的有效途径。

新型肥料的共同特征——高效，即利用率高、节能节资，符合可持续发展的需求。新型肥料研发应在其营养功能的基础上进一步拓宽，如调控养分释放速率功能、保水功能、防病功能、抗寒抗旱功能。新型肥料研发主要包含以下种类：缓/控释长效肥，微生物肥，有机-无机复混肥，含氨基酸、腐植酸肥料，中微量元素肥料，有益元素肥料，水溶性肥料，功能型肥料等。

化肥对农业的贡献毋庸置疑，化肥是作物高产的重要保证，现代农业生产中既要重视化肥的施用，同时也要重视有机肥和生物肥料的施用，做到化肥、有机肥、生物肥料并举，合理配合施用，决不能将三者对立起来或偏废，否则将事与愿违，达不到预期效果。据研究，有机肥、无机肥、生物肥相结合施肥技术与常规施肥方法相比，可使小麦、玉米w（蛋白质）提高2.0%～3.5%，w（氨基酸）提高2.5%～3.2%，面筋提高1.4%～3.6%；可使烟叶中的w（烟碱）达2%～3%、w（氯）＜1%，上中等烟叶增产4%～20%；可使茶叶中水溶性糖、茶碱、茶多酚以及水溶性磷含量提高；可使大蒜优质率增加20%～30%，w（大蒜素） 提高0.9%～1.1%，w（蛋白质）提高0.84%；可使蔬菜中的硝酸盐、亚硝酸盐含量降低，维生素C含量增加；可使大豆中粗脂肪提高0.56%，亚油酸、油酸分别提高0.31%和0.93%。目前有机肥、无机肥与生物肥的配合施用在农业生产中占据优势，研发有机肥、无机肥、生物肥相结合的新型肥料，是当前世界农业发展的总趋势，也是肥料发展的趋势。