對化肥的再認識及其發(fā)展趨勢

徐興家(中國化工企業(yè)管理協(xié)會，北京 100101)

0 引言

化肥是農業(yè)生產非常重要的生產資料。自化學肥料出現以來，極大地保證了世界的糧食安全。過去大量的研究與生產實踐都證明，全球有一半的糧食來自于化肥的使用。中國的糧食增產超過50%是來自化肥使用的結果，所以沒有化肥，我們就不可能養(yǎng)活這么多人口。化學肥料的大量使用也會帶來一定的負面作用，如水體富營養(yǎng)化等生態(tài)健康問題。化肥對農業(yè)生產有方方面面的作用，但是現在有些人談到化肥就害怕，認為“減肥增效”就是全盤否定化肥。然而解決這些問題的措施是合理施用化學肥料，而不是拒絕使用化學肥料。現代農業(yè)離不開化學肥料，生態(tài)健康也離不開化學肥料。要大力提倡化肥和有機肥配合施用。

目前，肥料在生產、銷售、施用中還存在諸多問題和誤區(qū)，如肥料利用率低；重化肥，輕農肥、中微量元素肥料、有益元素肥和生物肥的施用；肥料品種單一，新肥種研發(fā)進展緩慢；施肥的盲目、隨機性等問題普遍存在。因此，平衡施肥、配方施肥勢在必行。

1 對化肥、有機肥和生物肥的再認識

化肥對作物增產功不可沒。1989年聯合國糧農組織(FAO)對1961—1986年間世界各地試驗結果統(tǒng)計，化肥平均增產貢獻率達51.4%；1990年我國化肥試驗網對70個5年以上定位試驗結果統(tǒng)計，化肥增產貢獻率為53%。大量農田試驗表明，化肥對農業(yè)及作物增產的巨大貢獻有目共睹，化肥貢獻率在50%以上。化肥對我國糧食安全至關重要，化肥是糧食的“糧食”，是現代科學技術帶給人類的高效營養(yǎng)物質。

化肥提高了土壤肥力。英國洛桑試驗站連續(xù)經過180年的長期化肥試驗資料表明，化肥對糧食增產至關重要，并且表明長期科學施用化肥對土壤結構、土壤有機質等并無傷害，也不會造成土壤板結。我國關于化肥的長期科學試驗結果也證實了上述觀點。但是，如果過量施用化肥也會出現系列問題。如施用磷肥，近40年來我國土壤由于長期施用含有高磷(P2O546%、N18%、總養(yǎng)分含量64%)磷酸二銨，致使土壤中有效磷含量上升到23 mg/kg。土壤中磷嚴重過剩造成酸化、營養(yǎng)失衡和板結。

目前社會上流傳的“果不香、瓜不甜”、果菜不鮮、易腐爛、鎘大米、毒豆角等問題是土壤、水質及空氣污染，生態(tài)環(huán)境變劣所致，并非單純化肥造成的。決不能聽風就是雨，把化肥妖魔化，一切問題都推到化肥身上，全盤否定化肥。當然，多年來由于過分強調施用磷酸二銨、尿素等高濃度化肥也有一定關系，尤其是改革開放以來，單純強調高產，忽視產品品質，經濟發(fā)達的東南諸省市平均單位施肥量超過國外安全上限四倍以上，加之營養(yǎng)元素間配比不合理等綜合原因造成的。

我國是有機肥料生產和使用大國，一般認為，有機肥料是安全的。但是，與化肥一樣，如果施用不當和過量施用，同樣會出現土壤問題和生態(tài)風險。養(yǎng)殖場糞便中重金屬、抗生素等含量增加，造成有機肥料也存在安全隱患。

近些年，我國規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展。目前，生物有機肥料生產、銷售和施用存在某些問題和誤區(qū)，主要是宣傳過頭，夸大效果；菌種選擇不當，南北菌種水土不服；營養(yǎng)、溫度、酸堿度等約束條件不滿足、施用方法不當；片面單純強調總菌數，忽視活菌數；重視菌種篩選，忽視提純復壯等。菌劑的核心問題在菌種選用上，作物及地域針對性不強、適應性差，導致田間效果還不穩(wěn)定。同時，產品應用配套技術體系還不完善。比如土壤中的磷由無效態(tài)變成有效態(tài)，那么南方和北方土壤中的磷形態(tài)是不一樣的。南方主要是磷酸鐵、磷酸鋁里面的磷釋放出來，而北方主要是磷酸鈣里面的磷釋放出來，活化這兩類土壤中的磷途徑是不一樣的，所以這兩個不同區(qū)域所用到的功能微生物也是不一樣的。這就要有針對性地去篩選菌種，然后讓這些好的微生物又回到需要它的土壤里面去，比盲目去使用生物有機肥效果會更好。

目前，肥料市場上微生物菌劑產品中缺乏養(yǎng)分和有機質含量，復合微生物肥料產品中有機質含量不夠，生物有機肥產品中沒有養(yǎng)分含量。因此，要推廣有機無機生物肥料產品，首先，必須讓農民看到肥料產品施用后的當季作物增產效果，這就需要一定的養(yǎng)分含量。其次，要發(fā)揮特定功能微生物的作用，必須要有特定的微生物和較高含量的有機質。多元生物有機無機生態(tài)肥是以能夠改善土壤條件和促進植物生長的有機、無機、生物三大主成分，滿足作物生長發(fā)育所需要的大量、中量、微量、有益元素的同時融入微生物菌劑，提供植物生長所必需的各種營養(yǎng)元素和部分腐殖酸、氨基酸。其具有提供、滿足作物營養(yǎng)，改良、修復土壤，提高肥料利用率，增強作物抗逆性，促進、刺激作物生長發(fā)育，改善產品品質和提高產量的作用效果。這類產品同時具備當季作物增產、有效培肥土壤、消納農業(yè)廢棄物等作用，必將成為今后肥料行業(yè)中的主打產品。

2 我國化肥生產、使用情況

目前，我國化肥生產和使用主要呈現三個方面的特點：化肥產業(yè)由弱變強，產品結構優(yōu)化；化肥用量出現拐點，總量開始下降；化肥使用結構優(yōu)化，利用率逐步提高。

1979年我國化肥使用量首次超過1 000萬噸(折純，下同)，2015年化肥使用量6 022萬噸，達到新中國成立以來的最高峰。2016年化肥使用量5 984萬噸，2017年化肥使用量5 859萬噸。在我國化肥行業(yè)減量增效政策的引導下，加上疫情影響，2020年，我國化肥產量繼續(xù)減少。根據國家統(tǒng)計局數據，2020年我國累計生產化肥5 395.8萬噸，主要是氮肥、鉀肥和磷肥。氮肥生產能力遠遠超出我們的需求，鉀肥還需進口。2014—2020年中國化肥產量變化情況如表1所示。

表1 2014-2020年中國化肥產量變化情況表 單位：萬噸

資料顯示，國際公認的化肥施用量安全上限是225 kg/hm2，而目前我國平均化肥施用量達到 434.3 kg/hm2，為化肥施用量安全上限的1.93倍。平均施用量最多的是東南沿海經濟發(fā)達地區(qū)。據《中國農業(yè)統(tǒng)計資料2000》對全國31個省市自治區(qū)統(tǒng)計，平均每公頃施肥量最多的為福建省859.5 kg，依次是江蘇663 kg、上海612 kg、山東550.5 kg、廣東538.5 kg、浙江421.5 kg……，最低的為內蒙古91.5 kg、黑龍江103.5 kg和青海105 kg。依賴大量化學物質投入堪稱所謂現代農業(yè)的突出特點，危害甚多，不可持續(xù)。肥料生產、施用及新型肥料研發(fā)中均應以能否提高肥料利用率為其衡量標準。

多年來我國化肥生產施用中的氮磷鉀比例發(fā)展極不合理，N∶P2O5∶K2O僅為1∶0.38∶0.086[1]。例如山東省臨沂市農委組織全市10個區(qū)縣于2010—2011年進行了區(qū)域性耕地土壤普查，結果表明，土壤中大量元素，全氮量比第二次土壤普查時雖略有增加，但仍顯不足；有效磷2010年比1980年增加26.1 mg/kg， 較土壤有效磷臨界值20 mg/kg增加11 mg/kg，造成磷積累施磷無效或效果不明顯；土壤速效鉀含量增加，但全鉀含量減少，應重視鉀肥的施入；中微量元素，土壤有效硼臨界值0.5 mg/kg，0.25～0.5 mg/kg為輕度缺乏，＜0.25 mg/kg為嚴重缺乏；土壤有效鋅臨界值 ＜1.5 mg/kg, 0.5～1.0 mg/kg為輕度缺乏，＜0.5 mg/kg為嚴重缺乏；有效錳臨界值為100 mg/kg，50～100 mg/kg 為嚴重缺乏，101～200 mg/kg為中等缺乏，201～ 300 mg/kg為高；酸性土壤有效銅臨界值為2.0 mg/kg，1.0～2.0 mg/kg為低，2.1～4.0 mg/kg為中等，4.1～ 6.0 mg/kg為高；土壤有效鐵臨界值為2.0 mg/kg；土壤有效鉬臨界值為0.1 mg/kg，0.1～0.15 mg/kg為潛在性缺乏，0.16～0.2 mg/kg為正常，0.21～0.3 mg/kg為高；土壤有效硅臨界值為120 mg/kg。由此可知，當地土壤有效鋅、有效錳缺乏，有效硼極缺；土壤交換性鈣含量豐富，除強酸性外不需施鈣；土壤交換性鎂含量低于50 mg/kg時施用鎂肥效果明顯；土壤有效硫臨界值一般在16 mg/kg；土壤酸化嚴重，2010年以來較第二次土壤普查pH值降低0.43單位；土壤有機質明顯增加，2010年以來較第二次土壤普查增加7.9 mg/kg。當地土壤氮不足，磷過剩，鉀極缺，鋅、硼、錳不足，土壤酸化嚴重。該地土壤狀況基本代表全國大部分土壤現狀。為保證作物高產、優(yōu)質，不僅要施用足夠數量的肥料而且氮磷鉀養(yǎng)分要有一個適宜的比例。世界上化肥使用的氮磷鉀比例為1∶0.40∶0.28。

3 我國肥料發(fā)展趨勢和方向

當前，經濟社會發(fā)展進入新的歷史階段，根據預測，未來幾年，伴隨著人口增加、城鎮(zhèn)化建設、食品結構調整，我國每年的糧食需求增量約為1 000萬噸，環(huán)境的穩(wěn)定改善也要同步進行。這就要求我們構建保障糧食供給與生態(tài)自然之間的平衡，因此，發(fā)展高效生態(tài)農業(yè)成為必然的手段，這將倒逼我國化肥生產全面推行綠色發(fā)展。化肥行業(yè)未來的主要工作將以綠色消費為導向，調整產業(yè)結構，降低資源開發(fā)強度，減少各環(huán)節(jié)投入品的使用，減少污染物的產生，構建原料、制造、產品、流通、使用全生命周期的綠色肥料體系，推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。新型肥料是在綠色農業(yè)、生態(tài)農業(yè)、精準農業(yè)、可持續(xù)發(fā)展農業(yè)的環(huán)境下，從適應市場和實際需要出發(fā)發(fā)展起來的一種新型肥料產品。因此要大力發(fā)展、推廣新型肥料[2]。

3.1 農業(yè)發(fā)展的趨勢和方向

3.1.1 高質量發(fā)展綠色優(yōu)質農產品

2019年2月，農業(yè)農村部等七部門印發(fā)《國家質量興農戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》，明確了緊緊圍繞農業(yè)高質量發(fā)展，堅持綠色化、優(yōu)質化、特色化、品牌化發(fā)展的基本思路，分階段制定了質量興農的發(fā)展目標。到2022年，基本建立質量興農制度框架，初步實現產品質量高、生產效率高、經營者素質高、國際競爭力強，推動農業(yè)高質量發(fā)展取得顯著成效。其中綠色優(yōu)質農產品、無公害農產品這些產品質量高的農產品供給數量大幅提升，營養(yǎng)更均衡、品質更優(yōu)、口感更好、特色更鮮明。

3.1.2 加強綠色優(yōu)質農產品發(fā)展基礎

以綠色發(fā)展為導向，圍繞優(yōu)質綠色農產品的產地環(huán)境、技術體系等方面，強化優(yōu)質綠色農產品發(fā)展的基礎支撐。

一是通過產地環(huán)境污染綜合治理、生態(tài)系統(tǒng)構建等手段打造優(yōu)良農產品產地環(huán)境。農業(yè)農村部與生態(tài)環(huán)境部于2018年11月6日聯合印發(fā)《農業(yè)農村污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》，強化污染治理、循環(huán)利用和生態(tài)保護。推進全國農產品產地環(huán)境監(jiān)測網絡建設，開展土壤和農產品協(xié)同監(jiān)測。

二是推廣綠色生產技術，支撐農業(yè)綠色、優(yōu)質轉型升級。2018年，農業(yè)農村部印發(fā)《農業(yè)綠色發(fā)展技木導則(2018—2030年)》，將構建農業(yè)綠色發(fā)展技術體系作為鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施的一項重要任務，提出要依靠科技推動形成綠色生產方式，加強綠色農產品供給。組織專家制定了114項區(qū)域性綠色食品生產操作規(guī)程，解決綠色生產技木應用的“最后一公里”問題。

三是推行農業(yè)綠色生產，加強農業(yè)污染防治。綠色是農業(yè)的本色，大力實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，深入踐行綠色發(fā)展理念，大力發(fā)展綠色農業(yè)，推進農業(yè)現代化，讓農業(yè)回歸綠色本質，精心打造智慧鄉(xiāng)村。具體措施包括：化肥減量增效，果菜茶有機肥替代；節(jié)水農業(yè)、旱作農業(yè)，水肥一體化；推廣新型肥料(緩釋、控釋、長效、水溶、生物、納米、功能、智能、信號、改土、調酸、抗逆等)；耕地質量建設，開展耕地輪作休耕制度試點，東北黑土地保護利用試點，高標準良田建設，土壤改良治理，土壤污染修護，石油、化工、工礦區(qū)修復等。

3.2 我國肥料發(fā)展方向

科技農業(yè)、質量農業(yè)、綠色農業(yè)、品牌農業(yè)的發(fā)展理念，對農業(yè)發(fā)展提出了新思路，傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)快速轉變，對農用肥料提出了簡便、自動、精準的新要求。近年來，各種新型肥料如：水溶肥、緩(控)釋肥、微生物有機肥、土壤調理劑等呈上升趨勢，促進了精準農業(yè)的發(fā)展。肥料下一步發(fā)展的關鍵，是要在提質增效上下功夫，在省工省力上再突破，在減少損失上做文章，在精準匹配上求發(fā)展，在工藝優(yōu)化上謀創(chuàng)新。

3.2.1 未來農用肥料發(fā)展進程的三個階段

第一個階段：在農業(yè)農村部測土配方施肥的基礎上，從總量上控制生產氮磷鉀，使其成為配比更科學、更加符合土壤養(yǎng)分需求的肥料。同時把環(huán)境中蘊藏的養(yǎng)分充分利用起來，因為現在環(huán)境里面養(yǎng)分很多，可以減少肥料使用上的浪費。

第二個階段：通過配方增加中微量元素，通過形態(tài)配伍和元素之間的相互增效來實現綠色增產增效，把肥料的功能作用發(fā)揮到最大，把土壤微生物作物的潛力充分挖掘，把營養(yǎng)調控的價值發(fā)揮到最大。

第三個階段：加強時代科技的力量，試驗和研發(fā)智能型肥料產品。當下國際上很多正處在試驗階段的少量產品，雖說沒有進入產業(yè)化，但蘊藏的潛力十分巨大[3]。

3.2.2 未來肥料使用發(fā)展的三大方向

施肥方式向規(guī)模化、設施化發(fā)展；肥料功能功效以簡單、高效為主；質量效益講究提質、優(yōu)價。

3.2.3 未來新型肥料研發(fā)的三大理念

從為土壤施肥到聚焦作物種植，建立以注重養(yǎng)分形態(tài)到補充土壤營養(yǎng)、通過增加肥料助劑來提升肥料品質。

3.2.4 未來農用肥料技術創(chuàng)新的三個途徑

一是用先進技術和先進產品提升傳統(tǒng)產業(yè)，提高現有產業(yè)水平，淘汰落后產能。二是用生物技術和生物工程技術的突破來大力發(fā)展功能性新型生物肥料。三是加快“兩化”深度融合，運用大數據、云計算、互聯網技術，推動農化企業(yè)管控智能化水平，推動農化行業(yè)的質量變革、效率變革和動力變革。

3.2.5 未來肥料發(fā)展的六個趨勢

(1)向高效化發(fā)展

高濃度不等于高效，提高肥料的利用率是高效化的根本，根據各種作物生態(tài)特征和吸肥規(guī)律而設計全營養(yǎng)形肥料，減少因肥料的流失對生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，在提高農作物產量的同時提高農產品的質量是我國肥料發(fā)展的目標。

(2)向液體化發(fā)展

充分利用含有多種營養(yǎng)元素的液體肥，如沼液、各類發(fā)酵液、工業(yè)有機廢水等，通過自制或者二次加工作為肥料，其顯著優(yōu)點是可隨水灌溉、方便使用、降低成本、實現水肥一體化。

(3)向緩效化發(fā)展

緩效肥主要是通過控制肥料的溶解、釋放速度，進而與農作物吸收過程相協(xié)調，從而提高了化肥的利用率，減少肥料的用量，目前在發(fā)達國家非常流行。

(4)向全營養(yǎng)化發(fā)展

肥料不再也不能停留在單一營養(yǎng)元素品種上，而應向全營養(yǎng)發(fā)展，根據作物的吸肥規(guī)律復配好科學的、大量中量營養(yǎng)的同時，還必須加入微量元素和有益功能性元素。

(5)向功能化發(fā)展

未來的肥料除了提供植物必需的營養(yǎng)功能外，還要具有其他的功能，如激活作物的自衛(wèi)本能功能，具有抗逆、抗病蟲害，甚至具有殺蟲殺菌的功能，抑草、除草的功能，調節(jié)植物生長的功能[4]。

(6)向生態(tài)化發(fā)展

因過量、不科學地使用化肥，導致土壤養(yǎng)分不均衡、土壤受到污染、有益微生物群失調，鋁毒、尿毒、磷固定、微量元素缺乏、有機質含量低等現象普遍出現。有機肥、微生物肥、微量元素肥、功能肥的應用，既減少化肥的用量，又保護了生態(tài)環(huán)境。