化肥減施增效關鍵技術研究進展分析

唐 漢 王金武 徐常塑 周文琪 王金峰 王 秀

(1.東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030； 2.北京農業智能裝備技術研究中心， 北京 100097)

0 引言

化肥是利用化學或物理方法制成含有一種或幾種農作物生長所需營養元素，以提供植物養分為主要功能，并兼具改善土壤性質的肥料，作為農業生產最重要基礎物質之一，對保障糧食生產安全和農業高效高產具有重要作用[1-2]。中國是世界最主要化肥生產與施用大國，2016年中國化肥總產量約7 004萬t(折純量，下同)，施用量約5 984萬t，占世界總施用量的1/3，農作物用量346.5 kg/hm2，遠高于世界平均水平120 kg/hm2，而肥料利用率較低，僅30%左右[3]。我國化肥的盲目過量施用，致使農作物產量品質降低、土壤板結退化和水體嚴重污染，因此引發了系列農產品安全、環境污染與資源浪費等亟需解決的社會性問題[4]。

化肥科學合理施用主要由化肥配制、施肥技術及配套機具三大系統完成。在政府長期大力支持下，經國內科研院所及企業多年創新研究與應用推廣，中國化肥配制技術已達到較先進水平，多種氮磷鉀肥及復合肥在一定程度可滿足農作物生長需求[5]。相對而言，施肥技術及配套機具與國外仍有較大差距。國外結合農作物栽培管理模式，采用測土配方施肥、緩控釋肥、變量施肥、灌溉施肥等典型先進技術，配套機械化機具，有效提高肥料利用率，已進入了化肥減施增效的農業可持續發展階段[6-8]。國內整體施肥技術發展水平相對落后，肥料產品結構不合理，多數地區仍采用傳統撒施及條施方式進行基肥、種肥及追肥施用作業[9-10]，僅部分地區實現精準施肥生產且機械化程度較低，長期粗放施肥直接造成系列生產環境問題，極不利于資源節約型社會構建[11]。近些年，為貫徹落實中央農村工作會議、中央一號文件和全國農業工作會議精神，中央及各級地方政府相繼出臺系列政策，緊緊圍繞“穩糧增收調結構，提質增效轉方式”的工作主線[12-13]，逐步建立科學施肥管理技術體系，樹立“增產施肥、經濟施肥、環保施肥”理念，突破現代施肥關鍵技術瓶頸，大力推進化肥減施增效發展進程。

在此背景下，本文全面分析中國化肥施用現狀和形勢，重點闡述分析國內外多種現代施肥關鍵技術研究進展、技術特點、應用概況及存在問題等，并結合可持續農業發展需求，分別從政府政策、技術研究等方面提出未來發展建議，為構建符合中國國情的科學施肥管理技術體系及相關研究提供參考。

1 中國化肥施用現狀與形勢

1.1 化肥施用現狀

近些年，中國化肥產業發展十分迅速，化肥需求量因農產品產量及價格快速上升而急劇增加[14]。中國耕地面積僅占世界耕地面積9%，而其化肥施用量占世界1/3，化肥消耗量大而利用率低，且平均用量仍呈逐漸增長趨勢。據聯合國糧農組織(FAO)統計[15]，2007—2013年中國化肥總產量與施用量逐年增加，至2013年國家大力推進系列化肥減施增效政策，其施用增長率得到一定控制，總產量呈穩中略降趨勢；2016年施用量達5 984萬t，增長率首次呈現負值，近10年化肥施用量增長率逐年遞減，其變化趨勢如圖1所示。

圖1 2007—2016年中國化肥施用變化圖Fig.1 Trend chart of chemical fertilizer from 2007 to 2016 in China

結合近年中國化肥產業發展及肥料施用情況[16-17]，分析肥料施用所存在主要問題：化肥用量偏高，其農作物平均用量346.5 kg/hm2，遠高于世界平均水平120 kg/hm2，為美國2.6倍，歐盟2.5倍；化肥增產邊際效應逐漸明顯，水稻、玉米及小麥等大宗農作物化肥施用量過大，而產出水平較低，依靠增施化肥提高產量效應已近極限；施肥不均衡現象突出，中國東部經濟發達區、長江下游區和城市郊區施肥量偏高，蔬菜及果樹等附加值高的經濟作物過量施肥現象較普遍；過度依賴無機化肥，有機肥料資源利用率較低，有機肥料資源總養分約7 000余萬噸，實際利用率不足40%，其中畜禽糞便養分還田率約50%，農作物秸稈養分還田率約35%；施肥結構不平衡，重無機化肥、輕有機肥料，重大量元素肥料、輕中微量元素肥料，重氮素肥料、輕磷鉀素肥料的“三重三輕”問題突出；傳統人工施肥方式仍占主導地位，配套施肥技術落后，機械化施肥僅占35%～40%；傳統增施化肥等農業增產措施已成為部分地區主要污染源，產量目標與生態環保間矛盾無法有效緩解。

1.2 化肥施用形勢

縱觀國外發達國家化肥減施增效發展進程，歐美及日韓等國化肥施用量皆呈先快速增長、達到峰值后保持穩中略降或持續下降的趨勢[18]，且多種先進現代施肥技術不斷發展，配套機具快速應用推廣，已基本實現全面機械化施肥作業。相對而言，中國化肥過度施用與農作物增產壓力大、耕地基礎地力低且利用強度高、農戶生產規模小、施肥技術落后和機械化程度低等因素相關，同時與化肥生產經營脫離農業需求、化肥產品結構不合理和管理制度不健全等問題亦具有重要關系[19]。

“十三五”期間，以保障國家糧食生產安全和重要農產品有效供給為目標，依靠科技進步，依托新型經營主體和專業農化農機服務組織，促進節本增效和節能減排的現實需求，明確“一控、兩減、三基本”的農業污染治理目標，爭取于2020年實現化肥施用量零增長，主要農作物肥料利用率達40%以上的目標[20]。結合目前中國化肥施用形勢，總結闡述肥料減施增效發展建議：具備豐富養分物質和優良理化性狀的綠色高效肥料研究；優化高效肥料產品結構，包括多功能復合肥料、緩控釋肥料、液體肥料、專用肥料(水稻、玉米及小麥等)和全水溶性肥料等；采用物質替代、養分平衡及生態控制原理，提高肥料利用率，合理控制施用量；快速發展多種現代施肥技術，研發適于多地區各類農作物機械化機具，加大關鍵技術推廣及培訓；構建信息技術服務平臺與監測評估系統，實現肥料精準施用指導與監控；推進肥料生產企業與新型經營主體合作，實現規模化經營發展與示范引領效應；立足化肥產業發展，集成建立化肥減施增效技術體系。

2 化肥減施增效關鍵技術研究進展

化肥減施增效技術是在農作物營養供給各生長期采用現代技術手段將肥料按一定比例施于種子、根系或葉面附近而被高效吸收，有效提高農作物產量品質，減少資源浪費與環境污染，滿足農業可持續發展要求，是肥料合理施用可靠保障[21]。相對于傳統粗放施肥方式，其緊緊圍繞糧食增產、生產高效、資源高效及生態環保的理念，如最早開展的測土配方施肥以平衡土壤養分和提高農作物產量為目標；緩控釋肥施用可一次性完成農作物各生長期養分供給；精準變量施肥可因地制宜全面平衡施肥用量；灌溉施肥可有效緩解水資源短缺及環境污染間矛盾；部分大宗農作物施肥可結合作物需肥規律有針對性地實現肥料施用。上述施肥技術皆在各環節貫徹著“4R”概念[22]，即正確肥料(Right source)、正確施量(Right rate)、正確時間(Right time)和正確位置(Right place)。結合國內外相關文獻資料，重點對在現代農業生產中發揮關鍵作用的主要典型施肥技術——測土配方施肥、緩控釋肥施用、精準變量施肥、灌溉施肥及部分大宗農作物施肥等研究進展進行闡述歸納，為化肥減施增效科學施用提供技術參考。

2.1 測土配方施肥技術

測土配方施肥是以土壤測試和肥料田間試驗為依據，結合農作物需肥規律、土壤供肥特性和肥料效應，提出氮磷鉀及中微量元素肥料配套施用量、施肥時期和施用方法的技術，可實現農作物營養供應平衡，有效提高肥料利用率及農作物產量品質[23]。此項技術主要由測土、配方、配肥、供應和施肥等5個關鍵系列環節組成，核心在于調節和解決農作物需肥與土壤供肥間矛盾，其技術流程如圖2所示。

圖2 測土配方施肥技術流程Fig.2 Technical process of soil testing and formulated fertilization

自1850年，現代植物營養學奠基人尤·李比希首次以植物營養組成為依據建立了一套完整肥料施用體系，強調了科學施肥在土壤-植物系統中重要意義[24]；至20世紀40年代，國際普遍采納了以土壤檢測結果為依據的肥料施用標準。經100余年廣泛研究與應用，測土配方施肥技術已成為典型現代施肥技術中最基礎和最成熟技術，世界各國皆將其作為農業戰略發展應用的主要技術。目前測土配方施肥主要應用方法[25-26]包括：①土壤-植物測試推薦施肥法，即根據土壤供氮和農作物需氮情況對氮素進行動態監測和精準調控，結合土壤測試和養分平衡方法對磷素及鉀素進行衡量監控，采用因缺補缺施肥策略對中微量元素進行養分矯正。②肥料效應函數法，即采用“3414”試驗結果建立區域內農作物肥料效應函數，獲取單位面積內農作物氮磷鉀肥的最佳施肥量。③土壤養分豐缺指標法，即結合土壤肥效試驗結果建立多種農作物不同區域的土壤養分豐缺指標，提供肥料配方措施。④養分平衡法，即根據農作物目標產量分析需肥量與土壤肥效間關系以精準計算對應補充施肥量。

國外測土配方施肥技術發展十分迅速，20世紀60年代美國已建立較為完善測土配方施肥體系，各州皆設立了專業的土壤測試化驗中心和測土工作委員會，負責土壤與農作物養分測定分析、配方方法制定及科學施肥指導等工作，已實現了全國范圍內養分綜合管理，目前美國測土配方已覆蓋了80%以上耕地面積[27]。以色列、英國及荷蘭等國也制定了相關測土配方技術標準與管理措施，建立了區域范圍內配方指導方案與施肥科學專家系統。近些年，國外測土配方施肥技術正逐漸向信息化和智能化方向發展，如地面與低空衛星遙感技術，在不破壞植物營養器官和狀態情況下快速檢測相關數據，科學分析農田養分施入管理，深入研究高通用性及相關性的檢測方法，如Mehlich 3多元素通用浸提檢測法等。

中國于20世紀70年代末開展測土配方施肥技術相關研究，國家土壤普查辦公室在全國16個省、市及自治區相繼組織召開了“土壤養分豐缺指標研究”會議，并逐步推廣測土配方施肥技術；1995年，已建立了多層次、多類型土壤肥料監測點4 000余個，涵蓋20余種土壤類型[28]；2005年，中國開展了大規模測土配方施肥行動，以政府為主導免費為農民測試土壤樣品，并指導農民合理施肥，但由于中國農業高度分散，仍無法完全滿足全國范圍內需求；至2015年，通過測土配方施肥已使主要糧食作物氮肥、磷肥和鉀肥利用率分別提高至33%、24%和42%，肥料施用量增幅呈下降趨勢[29]。部分測土配方施肥示范及作物長勢如圖3所示。近些年，國內高校院所及企業將測土配方施肥與多種施肥方式相結合，保證農作物有效吸收肥料養分；逐步建立基于“3S”信息技術和傳感器技術的精準施肥體系，獲得肥料最優配比管理決策方案，實現測土配方精準施肥；研制多種具備數據獲取處理和結果信息顯示分析的田間快速便攜式測土配方儀器[30-31]，一定程度解決了因耕地需肥差異造成施肥難度大問題。

圖3 測土配方施肥示范及作物長勢Fig.3 Demonstration field and crop growth by soil testing and formulated fertilization

目前，在測土配方施肥應用推廣過程中存在的主要問題有：因土壤測試方法落后易造成后續配方和施肥環節的作業時效性及精準性下降；對供應環節忽略易造成各環節間配合較為困難；由于此項技術不斷發展而缺乏專業技術人員，使其無法發揮最大作用；所施有機肥料和無機化肥均衡性較差，嚴重影響土壤質地并加速水體富營養化；易忽略部分重要微量元素(硼、鋅、鉬及錳等)施入，直接或間接影響農作物產量品質。

2.2 緩控釋肥施用技術

緩控釋肥是通過各種調控機制使肥料緩慢釋放于土壤，延長農作物對養分吸收利用有效期，按一定釋放速率緩慢釋放養分的肥料[32]。合理施用緩控釋肥并將其釋放速率與農作物生長規律相結合，可提高肥料利用率30%，有效減少施肥次數與施用量。緩控釋肥多作為種肥在播種時期與種子同步正/側位深施于土壤，根據其作用形式可分為緩釋肥和控釋肥。緩釋肥施入土壤后其轉化為農作物可利用有效形態的釋放速率較常規肥料緩慢，但持續時間無法保證與農作物營養需求完全一致，易受外界土壤環境及灌溉水量等影響，以單質氮肥為主；控釋肥通過各種機制措施預先設定肥料釋放模式，使養分釋放速率與農作物需肥規律同步，其釋放速率僅受外界土壤溫度影響[33]。

中國于20世紀60年代末開始對緩控釋肥開展相關研究，中國科學院南京土壤研究所[34]首次成功研制了包膜長效碳酸氫銨，同期黑龍江省、湖南省及福建省等地農科院所也相繼開展此方面研究；針對主要糧食作物及經濟作物，研制多種包膜類型的緩控釋肥，通過大量田間試驗及生產示范獲得肥料最佳制備工藝參數，證明了其可顯著改善農作物根系生長指標，提高農作物產量品質[35-36]。近些年，國內在緩控釋肥制備生產方面發展十分迅速，主要開展肥料微溶化技術和包膜處理技術相關研究，前者代表產物為脲醛化合物，后者代表產物為硫包膜尿素和聚合物包膜尿素。國內高校院所與企業亦致力于各類型緩控釋肥創制研究，并取得了實質性進展，部分肥料產品與配套設備已生產銷售。鄭州大學磷肥與復肥研究所[37]以鈣鎂磷肥為包裹物研制的緩控釋肥取得多項國際專利，并相繼在國內及美國建立了肥料生產廠；華南農業大學資源環境學院[38]長期致力于低成本緩控釋肥材料和非專用設備生產包膜肥料的研究；山東農業大學與金正大生態工程集團合作[39]，開展緩控釋肥產品改進與提升，建設了年產量達30萬t肥料生產基地；北京市農林科學院植物營養與資源研究所[40]研制了樹脂包衣緩控釋肥生產設備，并逐步生產適于各類農作物生長需求的系列緩控釋肥新產品，但仍需進一步降低其生產成本，加快應用推廣范圍。部分緩控釋肥施用示范及作物長勢如圖4所示。

圖4 緩控釋肥施用示范及作物長勢Fig.4 Demonstration field and crop growth by slow/controlled release fertilization

目前，對緩控釋肥養分釋放與農作物吸收同步性、包膜材料回收處理及綠色包膜材料研發等方面研究相對較少。缺乏針對緩控釋肥施用農藝指導，多采用常規施肥播種機具作為種肥以正/側深施肥方式施于不同農作物種子附近，對其配套技術掌握程度相對較低，易造成施肥作業不合理等問題，肥料距根系過近易造成燒苗現象，肥料距根系過遠易造成肥效降低；肥料對水分依賴性較強，若土壤缺水將直接影響養分釋放速率，在國內干旱地區應用推廣受到一定限制；應用成本較為昂貴，致使農民無法完全接受，對各類農作物應用推廣亟需解決。

2.3 精準變量施肥技術

圖5 精準變量施肥技術體系Fig.5 Technical system of precision variable-rate fertilization

精準變量施肥是將農田土壤進行空間網格單元劃分，以各單元內歷年農作物產量信息與多層數據(土壤理化性質、病蟲草害及氣候等)疊合分析為依據，作物生長模型和作物營養專家系統為支撐，高產、優質、環保為目的，因地制宜地進行全面平衡施肥的先進技術[41]。作為精準農業重要組成部分之一，其是信息技術、生物技術、機械技術及化工技術的優化組合。

精準變量施肥技術伴隨精準農業發展而得到快速應用推廣。20世紀60年代初，法國MATHERON等創立的地統計學方法為定量描述土壤空間研究奠定了基礎[42]，即通過數學插值方法準確獲取土壤性狀空間分布，但由于缺乏專業控制系統及配套機具無法滿足空間變異施肥作業要求，僅部分農場根據土壤養分差異進行單元施肥管理，此即為精準變量施肥雛形；20世紀80年代，由于部分發達國家農業經營管理存在資源緊缺和環境質量下降等問題，亟需開展新技術及新裝備研究，以充分利用各種農資投入，提高農產品市場競爭力，為精準變量施肥技術發展提供了社會及經濟需求；至20世紀90年代，隨著現代信息技術高速發展，特別是全球衛星定位系統(Global positioning system，GPS)、地面信息系統(Geographical information system，GIS)、遙感技術(Remote senescing，RS)、作物栽培管理技術及農業工程技術等現代先進技術在農業中得到應用[43-44]，為實現空間變異精準操作奠定了可靠基礎，即精準農業誕生。精準變量施肥技術是精準農業最早應用的領域，經20余年發展，此項技術有效解決了土壤-作物-養分間互作關系，引領精準農業技術進步。精準變量施肥技術體系主要由土壤數據與作物養分信息檢測采集技術、施肥處方圖生成與實時傳感器技術和精準變量施肥控制技術等3部分組成，技術體系如圖5所示。

2.4 灌溉施肥技術

灌溉施肥是將農作物生長所需基本因素水分和養分相結合，根據土壤養分含量和農作物需肥規律，通過灌溉系統將可溶性固體肥料或液體肥料配兌施入作物根部區域，保證農作物土壤所需水分和養分，避免水肥深層滲漏和超量蒸發，是一項高效實用農業技術[45]，又稱水肥一體化。相對于傳統施肥方式，此項技術可滿足農作物各生長期水分和養分需求，減少肥料與土壤接觸面積，實現農田水分和養分綜合調控及一體化管理，提升水肥綜合利用率，為根系生長維持相對穩定的水肥環境，具有省肥節水、省工省時、控溫調濕、減輕病害及提高農作物產量和品質等優點。國外于20世紀60年代初開始對灌溉施肥技術開展相關研究，經多年發展已在世界范圍內得到了廣泛應用，目前以色列及美國等農業生產多采用灌溉施肥作業。中國亦重點倡導和推廣此項技術，最先由華北、東北及西北等資源性相對缺水地區開展推廣，現應用面積已達667萬公頃，其中新疆地區約201萬公頃，東北地區約254萬公頃，預計至2020年全國推廣面積可達1 000萬公頃，逐步形成了由旱區至全國、由設施至大田、由經濟作物至糧食作物的趨勢[46]。由于其特定施肥載體為灌溉水，所需液態肥料或固態肥料應具備較強水溶性且含雜較少，如氨水、尿素及硝酸鉀等，一般不建議使用顆粒復合肥，沼液及腐殖酸液肥需過濾避免堵塞管道。根據其作業方式可分為地表灌溉施肥、噴灌施肥、滴灌施肥和微噴施肥等，典型示范作業如圖6所示。

圖6 灌溉施肥示范Fig.6 Demonstration of irrigation and fertilization application

2.4.1地表灌溉施肥技術

地表灌溉施肥是在常規無壓灌溉條件下將肥料以一定比例溶于灌溉水中直接施于田間，是應用最傳統的灌溉施肥方法[47]。根據其作業形式可分為漫灌施肥、溝(畦)灌施肥和波涌灌施肥等；其中漫灌施肥將肥料撒施于地表并放水淹沒，此種方式嚴重浪費水肥資源，在國內部分水稻和小麥種植地區仍有所應用；溝(畦)灌施肥將溶于肥料的灌溉水施于田間渠道或畦間，主要應用于蔬菜、葡萄及果樹等經濟作物；波涌灌施肥主要采用自動脈沖閥間斷性將不同流量灌溉水肥以振蕩脈沖形式送至田間預定位置，在田間平整區域其施肥效率可接近有壓灌溉施肥水平[48]。

國外對地表灌溉施肥技術研究較早，目前此種方式仍占美國農業灌溉施肥60%以上。對傳統溝(畦)灌施肥研究多采用試驗方法探究灌溉施肥均勻性，建立相關數學模型分析土壤初始含水率、溝(畦)灌流量、入滲參數、田面粗糙率及施肥時間等對其效率影響[49-50]；隨著激光平整、脈沖灌水及尾水回收利用等技術不斷發展，其田間多采用管道輸水施肥，通過管道直接將水肥送至溝畦，有效提高灌溉施肥均勻性及作業效率。相對而言，國內外學者對波涌灌施肥研究較多，1979年，美國STRAINGHAM等首次提出波涌灌概念并應用至施肥領域[51]，在各地區先后開展波涌灌施肥與連續灌溉施肥田間效果對比；1986年，美國農業部正式頒布了波涌灌溉施肥技術指南[52]，至此進入應用推廣階段。目前，對此項技術研究多集中于波涌灌施肥減滲機理探討，建立權函數模型、梯函數模型和周期循環率模型等入滲模型，分析水肥平衡、完全水動力學、零慣性量和運動波等水肥流動模式。

由于地表灌溉施肥可有效節約施肥過程中勞動力投入，目前中國一半以上農業灌溉均采用此種無壓灌溉方式，但較有壓灌溉其施肥效率低，資源浪費嚴重且控制過程復雜，因此對其研究較少，技術發展較為緩慢。國內部分地區經濟和社會因素無法實施有壓灌溉施肥作業，隨著計算機技術發展有效推動了地表灌溉施肥技術的優化實施，且農業化學品污染與地表灌溉具有密切關系，因此加快對地表灌溉施肥技術研究具有重要意義。國內專家學者建立了多種區域性地表灌溉系統，模擬地表及地下水流溶質運移關系，特別針對地表溶質運移的彌散效應進行探討，但相關模型多局限于單一農作物或某區域的灌溉施肥作業，其適用性及有效性有待考證。未來應結合環境及經濟等因素，對農作物各生長期的地表灌溉施肥規律進行研究，將所建立的農作物模型與施肥效應結合，評估施肥措施對水分、養分、作物產量、經濟效益及肥料淋失等系統影響，以有效提高肥料利用率。

2.4.2滴灌施肥技術

滴灌施肥是將肥料注入滴灌系統，利用壓力系統或地形自然落差，通過管道系統及安裝在末級管道噴頭將小流量水肥均勻精準地施于農作物根部附近[53]。此種方式是基于滴灌作業發展的一項現代施肥技術，較常規施用方式可提高水資源利用率40%～60%和肥料利用率30%～50%，滿足農作物各生長期水肥需求。其中滴灌施肥系統主要由水源工程、首部樞紐(供水系統、過濾系統、施肥系統及控制系統等)、配水管網(主管、支管及毛管等多級管道)、灌水器(滴頭和滴灌管)和流量壓力控制系統等組成[54]，其系統組成如圖7所示。根據滴頭布置深度可分為表面滴灌施肥和地下滴灌施肥；其中滴頭流量小于7.5 L/h，滴頭處于20 cm以下土層且不影響表面耕作即地下滴灌施肥；滴頭處于20 cm以上土層且田間管路需及時更換即表面滴灌施肥；此兩種方式僅滴頭所處深度具有一定差異，配套設備基本相同，目前表面滴灌施肥是應用最廣的灌溉施肥方式。

圖7 滴灌施肥系統組成Fig.7 Composition of drip irrigation and fertilization system 1.灌溉施肥機 2.肥料裝置 3.自動加水系統 4.肥料pH中和罐 5.變頻控制器 6.水源 7.水泵 8.過濾系統 9.分流管 10.出水/施肥管 11.供水管 12.吸肥管 13.主管 14.滴灌管 15.滴頭

國外于20世紀60年代初開始對滴灌施肥技術開展研究及應用。1964年，以色列已建立了全國范圍輸水系統進行灌溉施肥，其一半以上耕地皆采用此種加壓灌溉施肥作業[55]；20世紀70年代，澳大利亞、以色列、墨西哥、新西蘭、美國及南非等6個國家結合各國農業模式相繼開展灌溉施肥技術研究并得到快速推廣；至20世紀80年代，以色列開始進行自動化灌溉施肥系統研發，設計了施肥罐、文丘里施肥器和水壓驅動比例注肥器等部件，結合自動控制技術及計算機技術創制了多種智能現代滴灌施肥系統及設備，有效提高所施養分均勻性及水肥利用率[56]。目前，以色列已在農業各領域全面推廣此項技術，其應用面積占灌溉面積67.9%；美國是滴灌施肥及微噴灌施肥面積最大國家，研發了多種專用水溶性肥料，并創制配套水肥注入控制裝置，已實現精細化灌溉施肥作業[57]。國外已形成了肥料配制、設備生產及示范推廣服務于一體的完善滴灌施肥技術體系，特別對水肥精準控制系統研究最為先進，如以色列愛達爾(Eldarhany)公司生產的Frtimix/Fertigal系列和耐特菲姆(Nertfim)公司生產的Netajet/Fertikit系列全自動智能灌溉施肥機[58]，結合傳感器技術、互聯網技術、EC/pH綜合控制系統、氣候控制系統及自動排水反沖洗系統等先進技術，可依據農作物類型及各生長期灌溉施肥特征，實時采集環境數據信息并檢測水肥比例，經專家決策分析將肥料精準注入滴灌管道，配備水肥采樣檢測功能進行水肥濃度和流量自動化反饋調控，有效提高水肥耦合效率，實現水肥養分的全自動化管理。

中國對滴灌施肥技術研究較晚，1974年由墨西哥引進滴灌系統，結合農藝栽培技術逐步開展滴灌施肥設備研究[59]；1980年，國內自主研發了第一代成套滴灌施肥設備，在融合國外先進技術與生產工藝基礎上，逐漸實現了規模化生產[60]；至20世紀90年代，國內對滴灌施肥理論進行深入研究，各級農業推廣部門相繼開展相關培訓研討。近些年，在國家政策支持與生產實際需求雙重推動下，各地區逐漸建立滴灌施肥核心示范區，由小面積試驗示范發展至大面積推廣應用，輻射范圍由華北區域擴大至西北旱區、東北地區及華南地區，覆蓋設施栽培、無土栽培和果樹栽培等多種栽培模式。如小麥滴灌施肥[61]是對密植作物灌溉的一次革新，由地表灌溉施肥向地下灌溉施肥和膜下灌溉施肥模式發展，顯著提高水分利用率35%和氮肥利用率30%；新疆農墾科學院[62-63]提出了膜下滴灌施肥綜合管理技術，開發系列配套機械化裝備，可一次完成開溝、施肥、播種、鋪設滴灌帶和覆膜等多項作業，有效推進棉花產業發展，整體技術已達國際領先水平，典型配套機具及示范效果如圖8所示。

圖8 棉花膜下滴灌施肥機械化示范Fig.8 Mechanization demonstration of cotton drip irrigation and fertilization under film

總體上，中國滴灌施肥技術已處于中級階段，國內高校院所及企業不僅局限于對傳統土壤狀態及節水增效試驗等研究，正逐步開展滴灌施肥條件下水肥耦合效應、農作物生理品質影響規律和土壤養分運移規律等研究，并從自動化滴灌施肥轉變為智能變量滴灌施肥，部分智能控制系統應用于國內現代溫室設備。但對田間滴灌施肥作業成熟度仍有待提高，應用面積較局限，水肥耦合理論與成果應用有待深入，且土壤養分數據及施肥數據獲取難度較大，精準滴灌施肥作業操作難度大，土壤信息管理系統和專家決策系統應用成熟度不足，核心系統設備與國外同類先進產品仍存在一定差距。

滴灌施肥滴頭、過濾裝置、施肥裝置及精準控制系統研究一直是國內外關注重點及熱點。如針對噴頭因化學物質沉淀、微生物生長或根系入侵等原因造成的田間管路堵塞和水肥分布不均等問題，國內外學者從材料選擇、生產工藝及結構設計等方面進行大量研究，研制多種類型噴頭，如低流量大口徑和壓力補償式等[64]。為防止滴灌施肥過程中泥沙及有機質堵塞管道和噴頭，分別設計了多種過濾裝置，如砂石過濾器、吸力自清洗式網式過濾器、低壓自動沖洗疊片式過濾器和自動水力驅動無壓進水口過濾器等[65]，并根據作業環境組合配置多級過濾系統。對施肥裝置研究一直是滴灌施肥系統的核心內容，主要包括定量施肥裝置(自壓式施肥器和壓差式施肥罐)與比例施肥裝置(文丘里施肥器、比例式注肥泵和全自動智能施肥機)。其中比例施肥裝置供肥比例固定，可一定程度實現精準控制，避免水肥施用不均問題，部分典型滴灌施肥裝置總體結構、工作原理及技術特點如表1所示[66-67]。國內外專家學者對各類型施肥裝置進行相關研究，以色列阿米亞德公司(AMIAD)等[68]研制的水力驅動比例注肥泵無需額外動力輸出設備，可實現精準控制肥料濃度功能；荷蘭普瑞瓦(Priva)公司[69]研發了多款壓差式滴灌施肥器，實現溫室水肥精準控制；韓啟彪等[70]采用理論分析與流體動力學(CFD)數值方法對文丘里施肥器進行了優化改進，并對比6種文丘里施肥器吸肥性能，探求其結構參數對水力性能影響規律。

表1 部分典型滴灌施肥裝置Tab.1 Partial typical drip irrigation and fertilization devices

在滴灌施肥控制系統方面，國外學者對其研究較早且深入，以色列THOMPSONS等[71]設計配置以控制器和檢測單元為核心的計算機專家系統，可依據所采集EC/pH值判別最佳的滴灌施肥作業時間；伊朗MAHMOUD OMID等[72]運用VB程序語言設計了溫室滴灌施肥監測系統，可根據溫室濕潤度、CO2供給量和土壤溫度等條件自動實施滴灌施肥；墨西哥DOMINGO等[73]首次將FPGA技術(Field-programmable gate array)和模糊控制技術相結合，研制了具備在線調控水肥功能的溫室灌溉施肥系統。國內學者開展了大量關于設施農業滴灌施肥控制系統的研究，多采用單片機控制原理，結合硬件裝置和軟件系統實現滴灌施肥作業的精準控制和同步實施，集成多種自動化智能控制施肥決策系統及配套施肥設備，保證作業過程中可精準控制施肥量、灌溉水量和施肥濃度等。但所開發的控制系統研究方法單一，自動化程度低，EC/pH值控制精度穩定性差且通用性低，多處于試驗調試及小范圍應用階段，無法完全滿足大田滴灌施肥精準控制的要求。

近些年，隨著網絡傳輸、信息感知、數據處理與現代控制等先進技術的快速發展及物聯網技術逐漸興起，基于農業物聯網的智慧精準滴灌施肥技術及配套裝備已成為未來發展必然趨勢，實現大田栽培科學管理、設施農業環境監測和灌溉施肥控制實時掌控，有效減少農業生產人力化管理，節約肥料及農業用水投入，降低生產成本，具有廣闊應用前景，智慧精準滴灌施肥體系如圖9所示。

圖9 基于農業物聯網的智慧精準滴灌施肥體系Fig.9 Intelligent precision drip irrigation and fertilization system based on agricultural internet of things

此技術體系需配套互聯網實時通訊的滴灌施肥全自動智能施肥設備和水肥運行管理控制器，并建設農作物灌溉施肥信息采集系統和多學科共享的集控服務器。其中集控服務器為數據處理和決策平臺，負責發布灌溉施肥決策信息，多學科各種專家模型在此平臺下匯集融合共享，可通過大數據后處理和專家庫程序化、自學習和人工智能等知識進行開發；農作物灌溉施肥信息采集系統需建設專業氣象環境站、土壤墑情及作物信息檢測點，或配備無人機和衛星遙感等監測手段，通過農作物各生長期所需水肥規律和灌溉施肥分析決策進行數據處理，經互聯網傳輸至專業服務器。水肥運行管理控制器具備與手機APP系統平臺互聯通信功能，負責管理全自動智能施肥設備、太陽能供電及一體化泵房等，其中設備運行、故障和費用支付等信息由控制器和傳感器完成，可通過手機APP系統平臺進入水肥運行管理控制器信息界面，獲取灌溉施肥作業有效信息，經專家系統處理地圖實時監測整體作業數據。

2.4.3微噴灌施肥技術

微噴灌施肥是將肥料注入微噴或噴灌系統，由水泵加壓或自然落差形成有壓水肥并通過壓力管道送入田間，經噴頭噴射至一定高度空中，形成細小液滴并均勻灑落至土壤表面和農作物葉片[74]。此種施肥方式具有對地形和土質適應性強，耕地利用率高，水分深層滲漏和地面徑流效應較小等優點，但易受外界風力影響，風力達3～4級時需停止噴施，減少肥料蒸發損失。微噴及噴灌施肥系統所配置首部樞紐與滴灌施肥基本相同，僅噴灌終端(噴灌機和噴頭)具有一定差異，部分典型微噴灌施肥噴頭總體結構及技術特點如表2所示[75-76]。此種施肥方式與滴灌施肥最大區別在于將水肥直接噴施于葉面，適于微量元素肥料施用，可添加農用化學殺蟲劑實現同步施肥噴藥功效，主要應用于保護地種植和園藝作物等，正逐漸被滴灌施肥所替代。

國外對微噴灌施肥技術研究較早，配套基礎農業設施較完善，所采用的微噴灌施肥裝置主要為附加動力泵注式和壓差式，目前美國噴灌施肥裝置多采用維蒙特(Valmont)灌溉工業公司生產的柱塞式比例注肥泵[77]，配套大型機組灌溉機進行噴灌施肥，結合自動控制技術實現高效噴灌施肥作業，在中國內蒙古等地示范區亦有所應用。中國對微噴施肥技術研究相對成熟且應用廣泛，結合微灌特點設計了多種類型施肥裝置及噴頭，但所開發的噴灌施肥系統仍存在諸多問題，典型泵注式和壓差式施肥裝置存在壓力損失較大、施肥控制穩定性較差等問題，且尚無針對噴灌施肥的成套產品與技術規程，部分核心部件仍需購置國外原件，如典型壓差式施肥裝置其施肥性能易受噴灌機管道壓力流量波動變化影響。國內專家學者多致力于泵注式噴灌施肥機及其關鍵部件研究，如中國農業大學嚴海軍等[78]以圓形噴灌機為載體，設計了多種配套比例式注肥泵，并開展田間試驗檢測其作業性能；江蘇大學袁壽其等[79-80]創制了多種類型噴灌機具及配套泵體，采用理論分析及虛擬仿真對泵體及噴頭進行優化設計，部分成果已在噴灌施肥領域得到應用推廣。

表2 部分典型微噴施肥和噴灌施肥噴頭Tab.2 Partial typical sprinklers for micro- irrigation and sprinkler-irrigation fertilization

2.5 大宗農作物典型施肥技術

由于各類大宗農作物栽培管理模式具有一定差異，在實際生產中其配套施肥技術亦各不相同。為進一步分析各類農作物典型施肥技術在化肥減施增效發展中所發揮的重要作用，本文重點選取水稻側深施肥、玉米機械化施肥及小麥機械化施肥等普遍應用關鍵技術進行闡述分析，以完善化肥施用科學技術管理體系。

2.5.1水稻側深施肥技術

水稻側深施肥是在機械插秧或直播作業過程中將肥料(基肥、蘗肥或基蘗穗肥)同步施于秧苗側位(苗側3～5 cm)具有一定深度土壤(深度4～6 cm)的施肥方式[81]，其肥料呈條穴狀施于耕層根系附近，可有效提高肥料利用率達50%以上，較常規撒肥提高15～20個百分點，節約肥料施用量10%，減少人工作業次數，實現農業生產節本增效，已被農業農村部確定為2018年重大引領性農業技術。由于水田復雜多變作業環境，對此項技術實施及配套機具作業性能提出了較高要求[82]，即：結合水稻需肥規律、土壤供肥情況及側施需求效果選擇合適的專用緩控釋肥為施用對象；田塊精細平整，泡田后無過多稻秸殘體等雜物漂浮，防止堵塞施肥裝置；配套機具作業平穩，肥料施用量準確且均勻，氣力式或機械式排肥部件均勻排肥，防止肥料潮解固結。

國外對水稻側深施肥技術及配套機具研究較早且深入，其中日本因其集約化及精準化農業生產模式，在中小型地塊水田施肥技術領域研究較為領先，日本久保田、井關、東洋及洋馬等公司[83]對水田側深施肥裝置開展了大量創新性研究工作，并配置于高速水稻插秧機及直播機，形成系列化和標準化產品。所生產的側深施肥裝置多采用機械結構排肥和氣力輸肥方式進行施肥[84-85]，其中氣力輸肥系統基本采用正壓風送原理實現顆粒肥料輸送；機械排肥機構多采用直槽輪式排肥器，日本洋馬公司生產的排肥機構可通過更替不同孔徑排肥盤調節傳動比，實現施肥量穩定變化。由于國外水稻側深施肥農藝模式不同，且配套裝置安裝復雜，其與中國水稻種植機具匹配性較差。中國于20世紀60年代開始開展水稻側深施肥裝置研究，通過引進國外先進技術并結合水稻種植農藝要求，先后提出了20余種側深施肥方案并研制配套機具，重點對其排肥機構、肥箱及壓實平輥等進行改進，并開發肥料監測和堵塞報警系統，已可滿足各區域水稻側深施肥農藝要求。部分國內應用較廣的典型水稻側深施肥插秧機總體結構及技術特點如表3所示[86-87]。

國內高校院所及企業對水稻側深施肥技術亦開展了相關研究，開發多種適用于水稻插秧及直播作業的配套施肥裝置，部分得到示范應用推廣。羅錫文團隊[88]研制了一種同步開溝起壟側深施肥水稻精量穴直播機，已與上海世達爾現代農機有限公司聯合進行應用推廣；陳長海等[89]以獨輪乘坐式插秧機為載體，配置了螺旋輸送式側深施肥裝置，采用螺旋推桿將肥料強施于耕層，但存在肥口易堵塞問題；李革等[90-91]結合水稻密苗栽植農藝要求，提出了多種側深施肥裝置改進方案；王金峰等[92-93]設計了葉片調節式和氣力輸送式水稻側深施肥裝置，解決了施肥均勻性低和輸肥管路堵塞等問題；左興健等[94]采用電機驅動排肥和風送輸肥原理，結合GPS系統設計了風送式水稻側深施肥裝置。目前，國內對水稻側深施肥技術研究仍處于模仿與探索階段，其關鍵部件基礎理論、精準控制方法及其田間適用性和可靠性研究較少，一定程度影響了此項技術進一步應用推廣。

2.5.2玉米機械化施肥技術

玉米機械化施肥是在其各生長期采用施肥機具以撒施、條施或穴施等方式將肥料施于種子、作物根系及葉面附近以供給所需養分[95]。中國玉米種植面積廣闊，根據土壤質地、氣候變化及栽培模式等特點，玉米機械化施肥主要模式為：夏玉米采用基肥(配方復合肥+種肥同播)+機械追肥；春玉米采用基肥(配方復合肥+秸稈還田)+種肥同播(專用種肥)+機械追肥。根據肥料施用時期可分為基肥施用、種肥施用、一次性分層施肥和中耕追肥等。

表3 部分國內典型水稻側深施肥插秧機Tab.3 Partial typical rice transplanting machines with side deep fertilizing devices in China

玉米基肥施用是在播種前采用施肥機具將有機肥和化肥施于土壤，并配合耕整地作業將肥料翻埋于耕層，實現培肥地力和疏松土壤目的，此種施肥方式與耕作制度密切相關[96]。在傳統耕作模式下，于播種前或前茬作物收獲后采用人工或撒肥機將固態肥料撒施于地表并翻埋于耕層。常見固態肥料撒肥機包括全幅式、擺動式和離心式等，其中離心式應用最為廣泛。隨著保護性耕作模式推行實施，秸稈粉碎還田、腐熟還田、過腹還田、免耕及條帶耕作等方式正逐漸取代傳統基肥撒施。美國約翰迪爾(John Deere)公司[97]生產的JD1770NT型玉米免耕施肥播種機，將基肥與種肥同步施于壟臺內，并于壟側距行中心5 cm處加施液態氮肥，滿足追肥前作物所需氮肥營養；美國DAWN公司[98]生產的HS-AIR系列施肥單元，將固態或液態肥料經輸肥系統施于鑿形鏟所開深溝底層，其施肥深度可達15～20 cm；中國東北玉米壟作地區多于聯合整地機后側配置施肥部件，將基肥條施于壟體正下方，完成滅茬、旋耕、施肥、起壟及鎮壓等復合作業；李文哲等[99]以沼液沼渣為基肥，設計了一種液態沼肥暗灌溉施肥機具，實現沼肥抽裝運輸、田間深松及暗灌施肥等多項作業。

玉米種肥施用是在播種期采用施肥播種機將肥料與種子按一定位置關系施于耕層。根據種肥位置關系可分為：種肥混施，即將種子與肥料混合同步施于溝底，需嚴格控制施肥量以避免肥料直接接觸腐蝕燒傷種子；種肥側位分施，即將肥料施于種子側下位置(種側3～5 cm，種下5 cm)，因肥料集中于種子一側易造成兩側肥效不均問題；種肥正位分施，即將肥料施于種子正下位置(種下5 cm)，其與種子間隔3～5 cm土層，引導種子幼苗根系向下生長，但所消耗配套動力較大。近年來國內市場常見施肥播種機及所研發新型施肥裝置多采用肥料正/側位分施方式。吉林省康達農業機械有限公司[100]生產的2BMF系列玉米免耕播種機可在全覆秸條件下一次進地完成側位分施、種床整備、精量播種和覆土鎮壓等多道工序；付乾坤等[101]設計的玉米滅茬起壟施肥播種機，李復輝等[102]設計的船輪式玉米免耕精量施肥播種機和陳海濤等[103]設計的大壟玉米原茬地免耕施肥播種機，結合滅茬、耕整、條施肥及播種等部分環節，提高機具作業質量與效率；林靜團隊[104]設計了免耕播種機穴施肥控制系統，并開發配套算法實現穴施肥位置與肥量的精準調節。

玉米一次性分層施肥是在播種期采用分層施肥裝置將肥料一次性、分多層施于耕層，有效提高肥料利用率，減少進地作業次數，其所施肥料種類多為高氮復混肥或緩控釋肥。目前對此項技術研究多集中于農藝施肥效果探討及關鍵部件開發。鄒忠君等[105]通過田間對比試驗發現，分層施肥技術可滿足玉米各生長期養分需求，顯著提高農作物產量；王云霞等[106]結合玉米需肥規律設計了一種可調式分層施肥器；姚萬生等[107]研制了一種組合式同溝分層施肥播種開溝器，可將種子及肥料按一定配比精準施于耕層；張俊雄等[108]開發了一種玉米分層正位分層穴施肥機構，采用SPH算法對穴施肥狀態進行模擬，驗證機具設計合理性及可行性。

玉米中耕追肥是在其生長中后期供給養分的一項重要農業措施，常與中耕深松同步實施，一次完成松土、除草及施肥等作業。中耕追肥肥料種類以液態氨、液態硝銨尿素和固態尿素為主，合理追肥時期應在玉米養分需求最旺盛的拔節期至大喇叭口期[109]，但實際生產多于出苗后幾周即進行追肥。主要由于部分地區采用人工追肥或將施肥播種機卸除播種單體后進行中耕施肥，因作業面積、天氣降雨及機具地隙過低影響其田間通過性，且易造成苗帶機械損傷。常見中耕追肥形式主要包括地表撒施、葉面噴施或條/穴深施等。國外對玉米中耕追肥技術及配套機具研究較為成熟，美國Yetter公司[110]專業開發各類施肥器，生產了可適于免耕翻耕、地表殘茬、施肥位置、土壤質地及強制入土等要求的系列開溝部件，被廣泛應用于世界著名農機生產公司的耕種及施肥機具。針對常規施肥機具地隙較低、追肥期過早且無法完全滿足農藝要求等問題，國外企業研發了多種高地隙葉面噴施追肥機具。美國十方(Hagie)公司[111]生產的STS系列噴藥機配置施肥懸掛系統，其離地地隙183 cm，幅寬達12.2 m，可一次完成24行玉米追肥作業；約翰迪爾(John Deere)公司[112]生產的JD2510L型追肥機離地地隙達76.2 cm，同時提高了其配套液灌車地隙，有效延長玉米追肥時間。隨著信息化、自動化及智能化技術在中耕施肥機具應用，國外先進機型皆安裝多種農用傳感器，可根據玉米冠層營養診斷結果實現精準變量追肥作業。國內高校院所及企業引進先進高效中耕施肥機具，結合中國玉米種植農藝要求開展了配套機具相關研究。中國農業大學[113]通過引進Yetter公司施肥器，配置設計了2FZ2995-4型高地隙玉米追肥機，可沿壟側20 cm處進行條深施肥作業，離地間隙達70 cm，最高可對1.2 m植株進行追肥；胡紅[114]設計了一種小型玉米行間定點扎穴深施追肥機，玉米行間一次完成2行扎穴追肥；李沐桐[115]研制了玉米苗期自動穴施肥控制機構，實現玉米中耕精準追肥作業。

國外玉米施肥作業主要采用大型專業施肥機具，其配套機具門類齊全，可滿足玉米生產各環節施肥要求，呈現大型、復式及高效特點，正朝著自動化、智能化及精準化方向發展。相對而言，中國玉米施肥配套機具多由傳統機械改造而成，缺乏系統性設計原則與方法，作業性能及技術指標相對落后，且自動化程度低。未來應逐步加大有機肥料施用比例，重點開發玉米中后期追肥的高地隙液態肥追肥機及液態有機肥運輸施肥機等專業機具。

2.5.3小麥機械化施肥技術

小麥機械化施肥是在其各生長期采用施肥機具實現肥料翻埋混施、種肥同施、根系深施和葉面噴施等功能，完成基肥、種肥及追肥等施用環節。根據農作物生長期及對溫度需求可分為冬小麥和春小麥，中國以河南省及山東省等地種植的冬小麥為主。小麥需肥規律較為特殊[116]，其對土壤肥力依賴性較高，氮肥需求不宜過多，而對磷肥較為敏感，應合理注重基肥施用，減少種肥用量，適時分期追肥。

小麥基肥施用是其養分主要來源，占施肥總量60%以上，可有效促進麥苗早發及根系生長。目前，中國小麥基肥施用仍沿用地表撒施+深埋或旋耕深施方式，存在肥料無序投放且利用率較低等問題。國內專家學者從結合小麥種植農藝要求對其基肥施用方式及配套機具進行了研究。席天元等[117]研究發現分層施用磷肥可明顯促進冬小麥生長發育；祝清震等[118]基于旋耕覆土原理提出了一種冬小麥基肥精準分層定深投送方法，并設計了配套施肥機具。此外，在部分小麥玉米輪作區、稻麥輪作區及稻麥油輪作區等地所開展秸稈還田作業亦一定程度替代了傳統基肥施用。

小麥種肥施用主要以條施或穴施方式與播種作業同步實施。國外長期致力于大型高效小麥施肥播種機具研究，并配置條施或穴施部件實現種肥同施作業，美國約翰迪爾(John Deere)公司[119]生產的JD1030型小麥免耕施肥播種機，配置雙開溝系統將肥料條施于種下5～8 cm處以保證養分有效汲取。隨著中國保護性耕作不斷推廣，小麥機械化施肥亦進入新的階段，國內高校院所及企業不斷研發新型配套機具，但由于小麥種植模式較為多樣，各區域土壤質地、前茬狀態及光溫條件等不同，所開發關鍵部件及整機配置具有較大差異。河南豪豐機械制造有限公司[120]生產的2BSX系列小麥免耕施肥播種機，可在秸稈還田地塊一次完成平地、開溝、播種、施肥、鎮壓、覆土及打畦等復合作業；王志偉等[121]結合黃淮海小麥玉米輪作區種植特點，設計了一種小麥深松分層施肥寬苗帶播種機；胡紅等[122]提出了適于長江中下游稻麥輪作區“種-肥-種”播種施肥和帶狀旋耕相結合防堵思路，設計配套稻茬田小麥寬幅精量少耕播種機具。

適時追肥是保證小麥高產穩產重要保證，結合前期基肥+種肥施用及小麥需肥規律，在拔節期至灌漿期進行根區條/穴深施追肥或葉面噴施追肥。歐美等地應用較廣的輻輪式液態肥深施機具可將液態肥注入小麥根區附近，減少對土壤結構破壞及肥料揮發損失[123]。國內對小麥追肥技術及配套機具研究相對較少，多采用人工或簡易機具進行根區深施或葉面噴施。馮慧敏等[124]針對冬小麥返青后深施追肥作業需求，結合拖拉機自動導航技術研制了小麥精準對航精量深施追肥機具；陳滿[125]以所設計的冬小麥精準追肥機為研究載體，開發配套追氮專家決策系統。此外，采用滴灌施肥在小麥各生長期內進行全程灌溉施肥作業，可有效提高水肥利用率，已在部分地區得到大面積應用推廣。

3 發展趨勢分析與建議

目前，如何有效平衡糧食產量品質及生態安全與化肥減施增效間關系成為需要解決的系統工程問題，亦是多種現代施肥技術發展的重要驅動力。在國家大力發展可持續生態農業背景下，亟需結合區域特點，綜合施策，創新發展多種先進施肥技術，建立化肥減施增效技術管理體系，力爭于2020年實現主要農作物化肥施用量零增長目標。

在此背景下，結合中國化肥施用現狀和形勢，綜合國內外現代施肥技術研究進展與應用情況，從政府政策、技術研究及宣傳培訓等方面進行趨勢分析并提出未來發展建議：

(1)以政府為主導，構建完善扶持與監管政策體系，加強科學施肥法制保障。堅持以政府為主導，農民、企業及社會共同參與，構建長效機制形成攻堅合力；統籌考慮土肥水種等生產要素與耕作制度，促進農機農藝農信相結合，綜合運用行政、經濟、技術和法律等手段推進科學施肥作業；各級政府建立區域性的科學施肥專家系統，形成全國范圍內肥效監測網絡，及時準確掌握肥料效應評價數據；完善相關財政補貼機制，對新型經營主體和適度規模經營提供科學施肥服務，加強施用有機肥料、配方肥料、緩控釋肥及配套機具等補貼力度，強制性報廢部分低效率及高污染的施肥機具；制定化肥科學施用管理條例，加快建立健全各項肥料管理規章制度，打擊假冒偽劣化肥產品及低性能機具，保證化肥產業健康有序發展。

(2)創新發展現代施肥關鍵技術，建立化肥減施增效科學技術管理體系，推進新肥料新技術新裝備應用。探索建立適于全國區域高效環保輕簡施肥模式，積極引進融合國際先進前沿技術，重點開展共性關鍵技術研究，建立以骨干企業為主體，高校院所共同參與的科學施肥產學研推相結合的攻關團隊與創新體系，提升技術研發及裝備集成水平，開展農作物高產高效施肥技術研發、推廣及全程服務，為科學決策和精準發力提供咨詢服務；結合高產創建和綠色增效攻關模式，根據土壤養分狀況和農作物需肥規律，分區域、分作物制定科學施肥指導手冊，集成推廣高產高效生態施肥技術。

針對化肥減施增效關鍵技術，建議重點開展：農作物養分鏈一體化管理技術和農作物養分調控技術研究，分析氮磷鉀化肥轉化與高效利用生物學機制，建立化肥減施控制基準與調控途徑；結合農作物各生長期需肥規律，研究具備豐富營養物質和優良理化性狀的系列高效綠色肥料，優化肥料產品結構，包括多功能復合肥料、緩控釋肥、液體肥料、專用肥料、全水溶性肥料和有機肥料等集養分形態與功能融合的新型肥料，推動化肥產業轉型升級；確定合理化肥施用比例，推廣因地、因苗、因水和因時分期施肥技術；結合網絡傳輸、信息感知及數據處理等先進技術，開展高精度且覆蓋全面的土壤及作物養分信息高效檢測采集技術和數字化營養管理系統研究；研發可快速精準監測農田多層信息傳感器，建立適合多種農藝模式的精準施肥控制體系，提高作物生長模型及施肥專家決策分析系統通用性及適應性；構建化肥減施增效技術體系信息技術服務平臺與監測評估系統，實現化肥精準施用指導與監控；將單一施肥作業逐漸轉變為變量施肥作業，開發設計多種關鍵部件結構，實現多變量在線配肥及施肥功能，提高施肥系統自動化和智能化水平；結合高效節水灌溉技術，進行水肥耦合效應和土壤養分運移規律等基礎探討，重點開展基于農業物聯網的智慧精準施肥技術及配套裝備研究，加快推進滴灌施肥及噴灌施肥等節約型技術發展；結合現代農業發展及中國農業經營體制特性，積極探索有機養分資源利用的有效模式，支持規模化畜禽糞便有機肥有效利用，加快推廣秸稈粉碎還田、快速腐熟還田及過腹還田等技術應用；結合基肥、種肥和追肥統籌原則，因地制宜地推進大宗農作物機械化種肥同播及液態肥深施等技術，研發高效配套裝備；多項先進施肥技術措施積極配合，加強農業與互聯網結合力度，實現“互聯網+農業”新常態，建立健全科學施肥技術管理體系。