浙江省主要作物的化肥施用現狀與減施潛力估算

陸若輝，虞軼俊，吳春燕，陳紅金*

(1.浙江省耕地質量與肥料管理總站，浙江 杭州 310021；2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

化肥是糧食的“糧食”。通過施肥為作物提供充足的養分供應，是保證糧食等農產品高產穩產的重要措施[1]。然而，近年來糧食增產的速度開始變緩，但肥料投入卻仍快速增長。隨著化肥用量的增加，化肥施用水平較高的地區出現了報酬遞減的現象[2-4]。同時，由化肥的不合理施用而導致的養分流失也已成為我國農業面源污染最主要的來源之一，化肥污染將直接影響農業的可持續發展，并會對一定區域、全國甚至全球的生態系統造成威脅[5-6]。

2015年，農業部制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，指出“力爭到2020年，主要農作物化肥使用量零增長”[7]，為此，我國科研人員在平衡施肥理論與技術上開展了大量的工作，并取得顯著成效[8-10]。然而，浙江省耕地分散、面積狹小，且復種指數較高，勞動力成本大，上述技術難以在小農戶中普及推廣，導致浙江不少地方的農業生產上在施肥問題上依然存在很大的盲目性[11-12]。浙江省地處亞熱帶季風氣候區，適宜栽培水稻、油菜等大田作物，以及蔬菜等高需肥量作物。本研究通過對浙江省水稻、油菜、蔬菜等作物化肥利用現狀和減施潛力的分析，旨在為當地在化肥零增長背景下開展科學的養分管理提供參考。

1 材料與方法

浙江省主要農作物播種面積。根據2017年《浙江統計年鑒》獲取當地主要農作物的播種面積和產量。浙江省作物構成包括：糧食作物、油料作物、棉花、麻類、糖類、烤煙、藥材、蔬菜、果用瓜、花卉苗木和其他農作物。其中，糧食作物包括谷類、豆類和薯類：谷類作物包括早稻、晚稻；豆類作物主要是大豆；薯類作物主要是馬鈴薯。油料作物主要是油菜籽。糖類作物主要是甘蔗。果用瓜主要是西瓜。

化肥使用量。根據《浙江統計年鑒》獲取浙江全省2000—2016年化肥(氮、磷、鉀和復合肥)的使用總量，根據2017年《中國統計年鑒》和2005—2017年《全國農產品成本收益匯編》獲取浙江省2004—2016年水稻、油菜、晾曬煙、桑單位面積化肥用量(純量)，并根據作物播種面積估算出浙江省水稻等化肥使用總量。蔬菜的單位面積化肥用量，系根據《全國農產品成本收益匯編》中給出的浙江省設施菜椒、設施黃瓜、設施茄子、設施西紅柿、露地豆角和露地圓白菜單位面積化肥用量(純量)折算出的平均用量。

化肥效率，即化肥偏生產力(PFP)，是指單位投入的化肥所能產生的作物產量[13]。

化肥養分推薦量。根據過往研究文獻和浙江省農業生產者實際施肥經驗獲得化肥養分推薦量。

化肥養分減施潛力。化肥養分減施潛力系化肥養分推薦量與化肥養分施用量之差占化肥養分施用量的百分比[14]。

2 結果與分析

2.1 浙江省主要農作物播種面積

如圖1所示，2000—2016年浙江省農作物播種面積呈現逐年下降趨勢，由2000年的355.4萬hm2下降至2016年的243.4萬hm2，下降了31.4%，與之相對應，糧食作物、油料作物、棉花、糖類等的種植面積均呈下降趨勢，且占作物總播種面積的比重也不斷下降；而藥材類、蔬菜、果用瓜和花卉苗木類等的種植面積增加，特別是藥材類和花卉苗木類，分別較2000年增加2.6倍和4.7倍。

2.2 浙江省化肥用量

如圖2所示，2000—2016年浙江省化肥總用量整體呈下降趨勢，由2000年的89.72萬t下降至2016年的84.48萬t，下降了5.8%。從化肥種類來看，氮肥用量居首位，磷、鉀肥的用量較少，尤其是鉀肥。近年來，隨著測土配方施肥和化肥減量增效工作的推進，氮肥用量呈下降的趨勢，磷、鉀肥的施用比率有所上升，氮、磷、鉀肥的施用比率由10∶2∶1變為6.7∶1.5∶1。復合肥施用量在2000—2016年增長迅速，較2000年翻了一番。

圖2 2000—2016年浙江省化肥用量

2.3 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用比例估算

根據《浙江統計年鑒》農作物播種面積和《全國農產品成本收益匯編》中浙江省農作物單位面積化肥用量，估算水稻、油菜、蔬菜化肥施用總量。如圖3所示，水稻、油菜和蔬菜中，浙江省化肥用量最大的為蔬菜，其次是水稻和油菜。2004—2016年，蔬菜化肥施用總量從50.4萬t增長到51.7萬t，年均增長0.2%，占這3類作物年化肥總用量的比重也由2014年的56.7%上升至62.3%；水稻化肥施用總量由2004年的31.3萬t下降至2016年的27.7萬t，年均下降0.9%，占這3類作物年化肥總用量的比重由2014年的35.2%下降到33.4%；油菜化肥施用總量由2004年的7.13萬t下降至2016年的3.55萬t，年均下降4.2%，占這3類作物年化肥總用量的比重由2014年的8.0%下降到4.3%。

圖3 水稻、油菜、蔬菜化肥施用量占三者肥料總用量的比例

2.4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用強度

根據農作物播種面積和化肥施用總量估算浙江省化肥施用強度。如圖4所示，2004年，浙江化肥施用強度為336 kg·hm-2，2016年為347 kg·hm-2，始終高于發達國家設置的225 kg·hm-2的最高上限。水稻化肥施用強度呈波狀上升趨勢，由2004年的304 kg·hm-2上升到2016年339 kg·hm-2，年均增長2.92%；油菜化肥施用強度呈波狀下降趨勢，由2004年330.3 kg·hm-2下降到2016年302.1 kg·hm-2，年均下降2.35%；蔬菜化肥施用強度一直居高不下，年均施用強度超過800 kg·hm-2。

圖4 水稻、油菜、蔬菜的化肥施用強度

2.5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率估算

如圖5所示，浙江省蔬菜、水稻和油菜的化肥效率差異較大。其中蔬菜的化肥偏生產力最高，年均34.3 kg·kg-1，其次為水稻，年均為27.9 kg·kg-1，油菜最低，年均為7.6 kg·kg-1。

圖5 水稻、油菜、蔬菜的化肥效率

年際間各作物的化肥效率亦存在一定差異：2004—2016年水稻和蔬菜的化肥效率相對穩定，略有上升，2016年較2004年分別增加1.5%和2.9%；油菜的化肥效率增加明顯，2016年較2004年增加了19.7%。

2.6 水稻、油菜、蔬菜的產量與化肥投入的相關性分析

如圖6所示，水稻產量與單位面積化肥投入量呈一元二次方程曲線關系。根據擬合的方程，當化肥單位面積投入量低于320 kg·hm-2時，水稻產量隨化肥投入量增加而增加，當化肥投入量接近320 kg·hm-2時，水稻產量不再增加，在7 000 kg·hm-2浮動，之后，隨著化肥投入量的增加，水稻產量表現為下降趨勢。晚稻、單季稻和油菜亦表現出與此相同的態勢，產量達到最大值時的化肥投入量分別為310、350、330 kg·hm-2。與晚稻、單季稻相比，早稻化肥投入量相對合理，近年來隨著化肥投入量的增加，其產量也在不斷增加。蔬菜產量與化肥投入量間呈線性負相關關系，表明近年來浙江蔬菜的化肥投入一直處于過量狀態，蔬菜產量隨著化肥投入量的增加有減少趨勢。

2.7 水稻、油菜、蔬菜的化肥減施潛力估算

對浙江省水稻、油菜、蔬菜的化肥減施潛力進行估算。如圖7所示：水稻施肥量自2008年起一直處于過量狀態，且隨著時間推移，過量施用率增加，至2016年，水稻施肥量過量15.7%；早稻施肥整體合理，但自2014年起施肥量也出現了過剩，且增加幅度大，由2014年的過剩0.9%劇增到2016年的9.7%；晚稻施肥變化趨勢與早稻相似，前期相對合理，至2013年晚稻施肥表現為過量，且隨著時間的推移過剩比率增加，至2016年已達6.2%；與其他作物不同，單季稻一直處于過量施肥狀態，但隨著時間推移，過量比例直線下降，由2004年的過量37%降至2016年的6.9%。

相對水稻而言，油菜可適當增施10%來增加產量。

蔬菜一直處于過量施肥狀態，按李書田等[15]推薦的702 kg·hm-2施用量估算，蔬菜年均可減施15%。

3 討論

隨著我國經濟的發展，大田糧食作物占作物栽培總面積的比例逐年下降，蔬菜等具有高經濟價值的園藝作物比例逐年上升，施肥量也隨之增大。單位面積作物產量與化肥投入量的相關性分析表明，早稻施肥相對合理，但晚稻和單季稻存在不合理施肥現象；油菜化肥投入整體趨于合理，但蔬菜化肥投入嚴重超標。

隨著我國城鎮化進程的推進，糧食種植面積逐漸減少，而人口增長較快，糧食總需求量持續增長的壓力逐漸增加；因此，逐漸形成了依靠增加化肥投入來提高單產和總產的農田高強度生產體系。然而，化肥用量迅速增長與糧食產量緩慢增長的矛盾日益突出。按照施肥報酬遞減的客觀規律，當肥料用量增加時，相應的單位質量肥料養分帶來的產量增加(農學效率)必然有所下降。化肥投入的大幅增加在促進中國農業生產的同時也給環境造成了巨大負擔。大量研究表明，目前我國的化肥施用量已經超過了經濟意義上的最優施用量。

圖6 單位面積化肥投入與作物產量的相關性分析

圖7 作物養分減施潛力估算(最大施肥量法)

在我國化肥施用總量快速增長的同時，化肥施用強度也不斷加大，無論是從單位耕地面積還是從單位農作物播種面積來看，我國的單位化肥施用強度均已遠遠超過發達國家設置的225 kg·hm-2的上限，化肥的過量施用帶來了較為嚴重的環境風險[16]。

浙江省雨熱條件較好，耕地復種指數較高，但容易遭受自然災害特別是洪澇災害的襲擊，且土壤酸化程度較高。如何在化肥用量穩定的前提下科學合理使用化肥，如何在有限的土地上生產出更多的糧食，進一步提高作物產量和肥料利用率，實現糧食生產高產高效，確保國家糧食安全，進而減少化肥帶來的環境負面影響是當今亟需關注的熱點問題，也是面臨的現實問題。

浙江地區水稻肥料使用量較高，在保證產量不降的前提下，可減施或使用緩釋肥來代替，以提高肥料利用率[17]，從而在降低生產成本的同時，減少環境污染。油菜是一種較為依賴肥料的作物，但浙江省油菜生產上肥料用量水平較低，因此，可適當增施[18]。蔬菜的肥料減施潛力，可依據產品收獲器官分別對待：對于甘藍等葉菜類，可適量減施氮肥，以降低其硝酸鹽含量；對于番茄等茄果類蔬菜，長期栽培可能會導致土壤速效P增加，因此，建議以減P為主[19]。總體來看，浙江省各類作物施肥普遍過量，具有減施潛力。水稻中，早稻可減施9.7%，晚稻可減施6.2%，單季稻可減施6.9%；蔬菜作物平均可減施15%。