糧食作物養分管理與農業綠色發展

王朝輝

（1西北農林科技大學資源環境學院/農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，陜西楊凌 712100；2西北農林科技大學/旱區作物逆境生物學國家重點實驗室，陜西楊凌 712100）

以消耗有限的資源為代價生產足夠的糧食，滿足日益增長的人口需求，并保證環境安全是人類21世紀面臨的重大挑戰[1]。我國是世界糧食作物主要產區，小麥、玉米和水稻總產量分別占全球的18%、22%和28%[2]。為支撐糧食生產，消耗了大量養分資源。2014年我國三大糧食作物生產氮磷鉀養分消耗分別為1 508、573和374萬噸[3]?？傮w上看，我國養分資源投入過量，華北平原和太湖流域氮素養分的盈余量介于200—256 kg N·hm-2[4]。高氮盈余導致糧食作物氮肥利用效率不高。我國小麥、玉米和水稻的平均氮肥偏生產力為28、34 和47 kg·kg-1，與國際上的氮肥偏生產力（40—70 kg·kg-1）相比，還有較大差距[5]。在我國的農業生產實踐中，由于以小農戶經營為主，農戶間肥料用量變異大也制約著養分資源管理、限制了養分高效利用。以水稻為例，大樣本調研發現水稻生產中 56%的農戶氮肥施用過量，33%的農戶氮肥施用不足[6]。不合理的養分管理造成了資源浪費、經濟損失以及環境污染。優化養分資源管理、提高養分利用效率是我國糧食生產節本增效、綠色增產與環境保護所面臨的巨大挑戰。

一直以來，政府部門、科研機構和相關企業為管理好養分資源都開展了大量的工作。2005年，以土壤測試和肥料田間試驗為基礎的測土配方施肥國家行動啟動，為加強養分資源管理提供了契機。2015年，農業部發布《化肥使用量零增長行動方案》，大力推進化肥減量增效。與此同時，科技部、農業部全面啟動“十三五”化肥農藥雙減項目，支持開展養分資源管理的理論研究、技術集成和示范培訓與推廣應用，為優化養分資源管理提供了新的機遇。2018年中央一號文件“關于實施鄉村振興戰略的意見”提出了堅持人與自然和諧共生的原則，牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，落實節約優先，以綠色發展引領鄉村振興，開展農業綠色發展行動，強調實現投入品減量化、生產清潔化、廢棄物資源化、產業模式生態化，推進有機肥替代化肥、畜禽糞污處理、農作物秸稈綜合利用等具體措施，對養分資源管理提出了更高的要求。近些年來，科研工作者在糧食作物養分管理的理論與技術創新方面開展了大量工作，取得了不少重要進展。本專題在展示糧食作物養分管理研究方面工作進展的同時，希望引起對糧食作物養分管理的進一步重視，推動糧食作物養分管理研究不斷進步，更加有力地支撐我國農業減肥增效、綠色發展。

我國糧食作物種植區域分布廣且以小農戶經營為主，不合理的養分管理現象普遍存在，過量與不足并存[7-8]，解決農戶施肥問題是實現我國科學施肥的關鍵。明確農戶小麥養分吸收利用和需求規律，對保證我國小麥高產穩產、化肥合理減施有重大意義。氮磷鉀是作物必需營養元素，也是肥料三要素。作物氮磷鉀需求量一直是科學施肥的熱點問題，對小麥的氮磷鉀需求量與產量、施肥、品種、區域環境的關系有不少研究，但多是基于一個地點的試驗結果，或不同年份、不同地點試驗的文獻數據匯總分析。試驗條件不完全等同于農戶實際生產，有關農戶小麥養分吸收利用與需求的研究一直缺乏。本專題論文《中國主要麥區農戶小麥氮磷鉀養分需求與產量的關系》[9]研究了我國春麥、旱作、麥玉和稻麥4個典型區域的農戶小麥產量、生物量、產量構成，各器官氮磷鉀含量，養分吸收量和需求量，明確了不同區域農戶小麥產量形成與養分吸收利用和需求的關系，為解決我國農戶過量施肥，實現小麥科學減肥提供了重要依據。

小麥是黃土高原農業區主要糧食作物，水分不足嚴重制約旱地小麥產量形成及肥料利用。地膜覆蓋栽培能增蓄、保水、增溫，促進作物根系發育和養分吸收利用，提高糧食產量[10-11]?！皦拍喜ァ焙汀叭じ餐裂úァ笔屈S土高原旱地兩種典型的小麥覆膜栽培方式，明確兩種覆膜栽培方式下冬小麥產量形成規律、氮肥吸收運移及兩者關系，對黃土高原旱地小麥氮肥高效利用有重要意義?！饵S土高原旱地小麥覆膜增產與氮肥增效分析》[12]一文，研究了黃土高原旱地小麥“壟膜溝播”和“全膜覆土穴播”中的周年覆蓋和監控優化施肥兩個因素對小麥產量形成、氮素吸收轉運和土壤硝態氮殘留的影響，對我國旱地小麥高產高效生產有重要的指導意義。

我國是世界上最大的氮肥生產和消費國[13]，氮肥對提高糧食產量，保障糧食安全具有不可替代的作用，但氮肥普遍施用過量，這不僅使增施氮肥的糧食增產效果不再明顯，還導致肥料利用率不高與資源浪費，造成生態環境危害[14-15]。河南是農業大省，小麥和玉米的面積、單產和總產、商品糧提供量均在全國占有重要地位，然而河南農戶過量施肥現象普遍[16]。明確河南小麥和玉米的氮肥需求和節氮潛力，不僅對河南及黃淮地區化肥減施有重要意義，對其他地區也有重要指導作用。《河南省小麥、玉米氮肥需求及節氮潛力》[17]一文分析了河南小麥和玉米生產和氮肥消費量的歷史變化，并基于大量田間試驗數據，研究了小麥和玉米的施氮效果、氮肥需求量和區域氮肥推薦用量，提出了河南小麥和玉米的節氮潛力，為河南糧食生產中合理施肥提供了依據，對我國其他地區作物氮肥需求及減氮潛力研究，實現合理施肥和化肥零增長目標也具有重要指導意義。

近年來，國際玉米價格走低[18]，我國玉米市場價格隨之急劇下降，嚴重影響農民收入。減肥增效不僅是節本增收、提高玉米市場競爭力，也是保護農業生態環境的根本措施。影響玉米肥料用量和肥效的因素很多，如采用的品種、施肥技術（包括肥料用量、施肥時間、肥料種類與形態、肥料施入土壤的位置）、其他養分資源利用、根層土壤調控技術等。《東北玉米化肥減施增效技術途徑探討》[19]一文以東北玉米為研究對象，從玉米養分需求規律、養分高效品種節肥潛力、化肥高效施用的 4R技術、化肥的有機替代技術等多方面論述了減肥增效的途徑，對我國東北及全國玉米減肥增效和綠色生產有重要的理論指導意義和實踐參考價值。