河南省化肥使用量對糧食產量的影響

金新港，常國華，李昌明，王聞天，王瑞兵

(蘭州城市學院地理與環境工程學院 甘肅省礦區污染治理與生態修復工程研究中心，甘肅 蘭州 730070)

近十幾年來，我國農業化肥使用量不斷增長，已成為世界化肥消費第一大國[1]?；实氖褂脤μ岣咿r產品產量具有重要的作用。但是，我國肥料的平均利用率僅30%左右，大部分養分，如氮和磷等流失到大氣、水體和土壤中，引發嚴重的環境問題[2-3]?；实某渴┯煤兔つ渴┯茫粌H不利于糧食增產，而且還會降低農產品品質，影響食品質量，危害人體健康，同時也增加了農業生產成本，并導致土壤理化性狀變劣，如土壤酸化、土壤肥力下降，從而進一步產生追施化肥的惡性循環。據2010年發布的《第一次全國污染源普查公報》顯示，農業面源污染已成為我國水環境污染的主要因素，而化肥的大量施用正是誘發農業面源污染的重要因素之一[4-5]。楊家曼等[6]對2011年我國31個省(市、自治區)的化肥施用情況進行分析，結果表明，我國大部分糧食產地都存在氮、磷、鉀肥施用比例失衡、化肥污染較嚴重的問題。同時，化肥在制造過程中的能耗和產生的工業污染也是相當驚人的，以氮肥為例，我國氮肥生產年均能源消耗量約為1億t標準煤，而且正以每年接近1 000萬t標準煤的速度增長[7]。因此，控制化肥的使用量對保護生態環境和人群健康均具有重要意義。

河南省擁有豐富的農產品資源，是我國重要的商品糧基地和棉、油、煙主產區之一。2012年，河南省糧食總產量達到5 638.6萬t，連續9 a增產，連續7 a年糧食總產超500億kg。河南省糧、棉、油、煙產量的提高離不開化肥的使用。2012年，河南化肥用量(折純)達684.43萬t，居全國首位，平均施用量為950.31 kg·hm-2，是全國化肥平均施用水平的2倍[8]。1978—2016年，河南化肥使用量年均遞增7.11%，目前仍處于上升趨勢，因此，研究該地區化肥使用量對糧食產量的影響具有典型意義。

1 材料與方法

1.1 資料來源

糧食產量、化肥使用量及有效灌溉面積等數據源于國家統計局。

1.2 研究方法

查閱數據并對各數據進行分析。引入化肥使用強度的概念，以反映單位有效灌溉面積上的化肥使用量。為評價單位土地面積上化肥對糧食增產的效果，引入單位土地面積化肥增產率(%)的概念，即某年度單位有效灌溉面積的糧食增量與當年化肥使用強度的比值。其中，某年度單位有效灌溉面積的糧食增量為本年度糧食產量較上年度糧食產量的增加值。

2 結果與分析

2.1 化肥使用量

1987—2016年，河南省化肥使用(折純)量見表1。折純是指將氮肥、磷肥、鉀肥分別按含N、P2O5、K2O的含量進行折算[9]。下文所說的使用量均為折純后的用量。根據大多數情況，將復合肥中的N、P2O5、K2O含量統一按1∶1∶1做簡化處理。

表1 河南省1987—2016年的化肥使用量 單位：萬t

從表1可以看出，河南省1987—2016年的化肥使用量升高。對氮肥、磷肥、鉀肥及復合肥的使用量(yN、yP、yK、yC)分別與時間(t)進行線性擬合：

yN=4.8t-9 422.5，R2=0.864 7；

yP=2.99t-5 888.92，R2=0.889 1；

yK=2.47t-4 907.09，R2=0.986 1；

yC=10.76t-21 417.93，R2=0.944 9。

由上述擬合方程可知，鉀肥用量與時間的線性關系較好，復合肥使用量的增長速度最快。1987年，氮肥使用量最大；到2012年，復合肥的使用量超過氮肥，成為使用量最大的化肥。復合肥使用量的增加，說明土地的綜合肥力水平下降。應施加有機肥，改善土壤狀況，發展生態農業。

農用化肥中氮肥、磷肥和鉀肥比例是影響糧食產量的重要因素。目前，世界上發達國家的這一比例是1∶0.5∶0.5，世界平均水平是1∶0.46∶0.36，我國是1∶0.5∶0.4[10]。以2016年為例，河南省的氮磷鉀肥用量比例是1∶0.65∶0.5，與發達國家相比，磷肥施用量偏高。應根據土地營養狀況、土壤肥力和農作物特點，進一步優化肥料施用比例，提高化肥有效利用率。

2.2 化肥總使用量、有效灌溉面積和糧食產量

不區分具體化肥種類，統計河南省1978—2016年糧食產量、化肥總使用量及有效灌溉面積的變化趨勢(圖1)?；士偸褂昧吭?978—2016年穩步增加，從1978年的52.54萬t增加到2016年的715萬t，38 a間增長12.6倍，年均增長率為7.1%；有效灌溉面積從1978年的372.2萬hm2增加到2016年的524.3萬hm2，年均增長率為0.9%；糧食產量自1978年的1 900萬t增加到2016年的5 946.6萬t，38 a間增長了2.1倍，年均增長率為3.1%。

對1978—2016年的糧食產量和化肥總使用量進行線性擬合(圖1)，結果表明，化肥使用量(y1)與年份(t)的線性關系，及糧食產量(y2)與年份(t)的線性關系都較好，擬合方程：

y1=19.25t-38 071.57，R2=0.989 8；

y2=106.25t-208 277.6，R2=0.954 5。

2.3 化肥使用強度

如圖2所示，1978—2016年間，河南省的化肥使用強度整體呈上升趨勢，但自2013年后化肥使用強度逐年減弱。對河南省化肥使用強度(y)與時間(t)進行線性擬合：y=0.034t-66.19，R2=0.989 7。可以看出，河南省1978—2016年的化肥使用強度隨時間推進呈線性上升趨勢，且線性關系較好。以2016年為例，河南省的化肥使用強度為1 363.7 kg·hm-2，是發達國家規定值(225 kg·hm-2)的6倍。

圖1 河南省1978—2016年糧食產量、化肥總使用量及有效灌溉面積的變化

圖2 河南省1978—2016年化肥使用強度的變化

2.4 單位有效灌溉面積的糧食產量

有效灌溉面積是衡量農業生產的一個重要指標，是保障糧食安全的關鍵[11]。河南省1978—2016年單位有效灌溉面積的糧食產量的變化趨勢如圖3所示：1984年之前，增長迅速；1984—2004年，在8.67 t·hm-2上下波動；之后，快速增長并趨于穩定。若要進一步提高單位有效灌溉面積的糧食產量：一方面，應在保證現有農田有效灌溉面積的基礎上，合理調整種植結構，提高糧食作物有效灌溉面積的比例，這也是未來農業主產區增加糧食產量的根本出路[12]；另一方面，應提高灌溉用水效率，適度增加農田灌溉用水量。

圖3 河南省1978—2016年單位有效灌溉面積的糧食產量的變化

2.5 單位面積化肥增產效果

化肥是現代農業生產投入中的重要元素，與糧食增產有著密切的關系[13-14]。如圖4所示，1978—2016年，單位質量化肥投入對應的糧食產量整體下降，至2000年后趨于穩定，1萬t化肥的產糧量基本維持在8.59萬t。對1978—2016年河南省單位質量化肥投入對應的糧食產量(yg)與時間(t)進行擬合：yg=7.96+8.82×1099e(-t/8.72)，R2=0.929 4?？梢钥闯?，單位質量的化肥投入對應的糧食產量隨時間推進呈指數下降趨勢。

圖4 1978—2016年河南省單位質量化肥投入對應的糧食產量的變化

如圖5所示，1978—2016年河南省單位土地面積化肥增產率整體呈波動下降趨勢，有幾年甚至為負，到2000年以后漸趨于0。這說明，當前條件下化肥投入對河南省糧食增產的效果已經很低，雖然化肥使用量持續增加，但由此帶來的化肥增產效益基本穩定，繼續增加化肥使用量并不會帶來產量的大幅提高。若要進一步增加糧食產量，應考慮推廣使用有機肥。有機肥的施用可以改善土地土壤結構，增加土壤本身的透氣性和透水能力，在提高糧食產量和質量的同時減少環境污染[15]。同時，也要注意發揮防災技術、農業機械化等其他要素對糧食增產的作用[16]。

圖5 1978—2016年河南省單位土地面積化肥增產率的變化

3 小結

1978—2016年，河南省化肥使用量、化肥使用強度整體上升，但單位土地面積化肥增產率卻波動下降，近年來單位土地面積化肥增產率已趨近于0，化肥對糧食增產的效果已經很低。河南省想要進一步提高糧食產量：一方面應大力推廣有機肥，通過調整施肥方式、優化施肥結構、對傳統化肥進行增效改性等措施進一步提高肥料的增產效果，同時應著力發揮技術要素對糧食增產的作用；另一方面，要增加農田有效灌溉面積，提高農田土壤質量和肥力，為糧食增產打下基礎。