摘要：化肥是當(dāng)代農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)資料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可替代，但化肥的不合理施用會(huì)對(duì)環(huán)境造成潛在威脅。本文對(duì)我國(guó)近年來出臺(tái)的系列化肥減量增效行動(dòng)和政策、國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)和相關(guān)的研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理總結(jié)。結(jié)果表明：我國(guó)的化肥減量增效行動(dòng)已初具成效，表現(xiàn)為2015—2022年的8年間，化肥用量減少15.7%，而糧食增產(chǎn)3.9%；化肥施用結(jié)構(gòu)趨向合理化，表現(xiàn)為氮肥用量持續(xù)減少，復(fù)合肥用量持續(xù)增加；我國(guó)的化肥施用強(qiáng)度也有所下降，2022年化肥施用強(qiáng)度（298.8 kg·hm-2）比2015年減少62.2 kg·hm-2，但施肥強(qiáng)度仍有進(jìn)一步減量空間；化肥減量、養(yǎng)分利用、元素循環(huán)轉(zhuǎn)化等方面的研究有望為提高化肥利用率、推進(jìn)減量增效行動(dòng)提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。本文為我國(guó)進(jìn)一步開展科學(xué)的化肥減量增效行動(dòng)提出政策和管理建議，以期為我國(guó)的化肥減量增效行動(dòng)的現(xiàn)狀和未來的行動(dòng)方針提供科學(xué)依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：化肥；氮肥利用率；減量增效；有機(jī)肥替代；施肥強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：S143 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-6819（2025）01-0001-10 doi： 10.13254/j.jare.2023.0676

化肥可明顯提升農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。當(dāng)今，世界上約一半的食物供應(yīng)量要?dú)w功于化肥的使用，可見其在解決全球糧食安全問題上貢獻(xiàn)卓著，對(duì)于實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)2 的“零饑餓”至關(guān)重要[1]?；释ǔ７市Э?、利于作物吸收，例如化學(xué)氮肥施用后通常3～15 d就可以完全釋放，在作物生長(zhǎng)旺盛期可迅速滿足養(yǎng)分需求?；蔬€可以通過灌溉、葉面噴施的方式施用，可大幅度提高作物的養(yǎng)分吸收效率[2]。

過去幾十年，農(nóng)業(yè)從業(yè)者常寄希望于通過大量施用化肥來提高作物產(chǎn)量，造成了過度和不合理的施肥。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，在過去四十年間，全球糧食產(chǎn)量翻了一番，但化肥用量卻翻了兩番[3]。化肥用量的過度增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)分利用率下降，尤其是氮肥，因?yàn)榈适侵参镄枨罅孔畲?、最重要的養(yǎng)分，且施用后損失量很大[4]，因此，氮肥利用率常被用來衡量化肥的養(yǎng)分利用率，也是衡量施肥經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的重要參數(shù)。

過量施用化肥除了增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入成本，造成資源浪費(fèi)，還會(huì)帶來包括水體富營(yíng)養(yǎng)化、空氣污染、土壤酸化、生物多樣性喪失和有害氣體排放等環(huán)境問題[5–6]。全球氮肥利用率從1961 年的50% 降到2010年的40%；我國(guó)尤甚，從1961年的高于60%降到2010年的25%[3]?；手械牡厝菀滓韵鯌B(tài)氮和銨（氨）態(tài)氮的形態(tài)通過揮發(fā)、硝化/反硝化以及淋溶損失，導(dǎo)致氮素最終返回到環(huán)境中，無法被作物吸收利用[7]。研究表明，氮素施用量的增加會(huì)加劇氮素的淋溶損失，導(dǎo)致氮肥利用率降低[8]?；室彩前钡两档闹饕獊碓粗?，有研究表明，在過去四十年間，全球氨氮沉降增加了70%，其中農(nóng)田68%的氨排放源自小麥、水稻和玉米地[3]。在歐洲，大氣中約20%的氨排放來源于化肥[9]。從1980 年到2015 年，我國(guó)的氨氮沉降從470 萬(wàn)t 提高到1 000 萬(wàn)t，提升了113%。2015 年之后，由于化肥減量增效等措施的實(shí)施，至2018年，氨氮沉降稍有下降（940萬(wàn)t），但仍需進(jìn)一步降低[3]。

化肥中的氮素流失可能會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境造成直接負(fù)面影響。研究表明，水體中的NO-3超過50 mg·L-1會(huì)直接影響人體健康，美國(guó)每年有2 300～12 594個(gè)癌癥病例與水體NO-3超標(biāo)有關(guān)[4]。過量施用氮肥可促進(jìn)NO2的生成，其可與空氣中的O3反應(yīng)，對(duì)臭氧層形成威脅，影響大氣中的氮平衡并加劇全球溫室效應(yīng)[1]。研究表明，礦物質(zhì)氮的施用每年可造成7.17 CO2e億t的溫室氣體排放。因此，提高氮肥利用率是降低礦物質(zhì)化肥源碳排放的重要途徑[1]?；蕼p量增效技術(shù)可以提高養(yǎng)分利用率，減少資源損耗和環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效和清潔生產(chǎn)，維護(hù)可持續(xù)發(fā)展。為此，應(yīng)當(dāng)大力推行化肥減量增效技術(shù)的應(yīng)用。我國(guó)農(nóng)業(yè)部自2015年組織開展化肥農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)以來，已取得了一些初步的成果。本文擬對(duì)國(guó)內(nèi)的化肥應(yīng)用現(xiàn)狀、化肥減量增效行動(dòng)及效果進(jìn)行綜述和總結(jié)，以期為未來我國(guó)化肥減量增效行動(dòng)的開展和調(diào)整提供借鑒及決策參考。

1 中國(guó)化肥減量增效行動(dòng)

1.1 化肥施用現(xiàn)狀

我國(guó)自1901年引入化肥，至今已有120多年的歷史。在這期間，我國(guó)農(nóng)業(yè)逐漸由以施用有機(jī)肥為主演變?yōu)橐允┯没蕿橹鳌Ｄ壳?，我?guó)有機(jī)肥的施用比例極低，很少有有機(jī)肥投入占比高于20%的地區(qū)，僅蔬菜水果種植集中的地區(qū)占比稍高[10]。而我國(guó)的化肥施用強(qiáng)度自1980年以來，每年平均增長(zhǎng)4.1%[11]，化肥過量施用問題已非常突出。我國(guó)僅用全球9% 的耕地面積養(yǎng)活了全球18% 的人口，但卻施用了全球約30% 的化肥量[5]。由于氮素是施用量最多的化肥養(yǎng)分，因此氮肥的過量施用問題尤其突出，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題[10]。

我國(guó)1990—2022年施肥量如圖1所示。隨著我國(guó)政府對(duì)化肥濫用問題的關(guān)注和相關(guān)政策的制定，我國(guó)近幾年化肥施用量出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，如2021年，我國(guó)農(nóng)用化肥施用量為5 191.3萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)6年下降，相較施用量最高的2015年下降了13.8%。除了要降低化肥的總用量，化肥的減量增效還體現(xiàn)在改善施肥結(jié)構(gòu)、減少氮肥用量上。近幾年，我國(guó)氮肥施用量的下降尤其明顯，化肥施用結(jié)構(gòu)得到改善（圖1）。另外，我國(guó)化肥的施肥強(qiáng)度也有所下降，2022年的平均施肥強(qiáng)度為298.8 kg·hm-2，比2015年減少62.2 kg·hm-2（根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，由農(nóng)用化肥施用量除以農(nóng)作物總播種面積計(jì)算得出）。然而，我國(guó)施肥強(qiáng)度仍為美國(guó)的2倍，表明我國(guó)的化肥減量工作依然需要大力推進(jìn)[10]。

從地理分布上來說，2022 年我國(guó)各省份施肥強(qiáng)度之間差異較大（圖2）。海南、福建施肥強(qiáng)度較高，均高于500 kg·hm-2。青海省多年來施肥強(qiáng)度均最低，其2022年施肥強(qiáng)度為80.34 kg·hm-2，而其他省份均高于100 kg·hm-2。圖2的結(jié)果表明，化肥過度施用問題主要集中于東部省份，在施肥強(qiáng)度排名前五的省份中，有四個(gè)屬于東部省份（陜西除外）。這是因?yàn)闁|部是我國(guó)耕地的主要分布區(qū)[12]。通常，為了提高作物產(chǎn)量和收益，種植蔬菜、水果等經(jīng)濟(jì)作物時(shí)的化肥投入量比糧食作物更多，這也是蔬菜水果種植量大的東南沿海地區(qū)化肥施用強(qiáng)度高的重要原因。西藏、四川和青海等省份，習(xí)慣將牛糞等有機(jī)肥作為肥料，同時(shí)化肥的供應(yīng)與來源有限，因此化肥施用強(qiáng)度低。我國(guó)各省份的氮肥利用率多處于20%～40%之間，東北地區(qū)的氮肥利用率可超50%[9]。不同地區(qū)的氮肥利用率由于受到本地自然氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，驅(qū)動(dòng)因子并不相同，應(yīng)結(jié)合各地實(shí)際來提高氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)化肥的減量增效[9]。

1.2 化肥減量增效行動(dòng)

自改革開放以來，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和化肥行業(yè)發(fā)展十分迅速。然而，以個(gè)體化經(jīng)營(yíng)為主的農(nóng)耕模式為了追求經(jīng)濟(jì)效益，盲目施肥現(xiàn)象比較普遍，不同程度上造成了土壤酸化、養(yǎng)分淋失，以及水體富營(yíng)養(yǎng)化、水環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡[7]。近年來，化肥過量施用引起的環(huán)境污染問題也引起了我國(guó)政府與社會(huì)各界的高度重視，有關(guān)部門對(duì)化肥行業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面規(guī)劃管理。2015年以來，農(nóng)業(yè)部組織開展化肥農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)，部門行動(dòng)轉(zhuǎn)向國(guó)家意志，標(biāo)志著化肥零增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)正式啟動(dòng)[13]。2017年啟動(dòng)實(shí)施“果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)”、“東北地區(qū)秸稈處理行動(dòng)”等農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展五大行動(dòng)。2018 年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合下發(fā)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》，提出了“到2020年我國(guó)化肥使用實(shí)現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)”的更高目標(biāo)，該目標(biāo)已經(jīng)順利實(shí)現(xiàn)。2022年11月18日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)了《到2025年化肥減量化行動(dòng)方案》的通知，提出各地區(qū)要結(jié)合本地實(shí)際，加快推進(jìn)化肥減量增效，有序有力推進(jìn)相關(guān)工作。以上的措施表明，我國(guó)的化肥減量增效行動(dòng)經(jīng)歷了一個(gè)循序漸進(jìn)、逐步精進(jìn)的過程。

我國(guó)化肥減量增效的實(shí)施途徑可總結(jié)為“精、調(diào)、改、替”的方針[13]。精，即精確施肥，依據(jù)不同地區(qū)的土壤狀況、農(nóng)作物增產(chǎn)潛力等要求，對(duì)所需施肥量進(jìn)行規(guī)劃設(shè)置，因地制宜，防止過度施肥。例如測(cè)土配方施肥技術(shù)和基于計(jì)算機(jī)輔助決策的養(yǎng)分專家系統(tǒng)[14]。調(diào)，即調(diào)整施肥養(yǎng)分結(jié)構(gòu)，增施微量元素，引進(jìn)和推廣新型肥料，改變氮、磷、鉀和微量元素的比例。改，即改進(jìn)施肥方式，如水肥一體化技術(shù)，以及把傳統(tǒng)的表施和一次性施肥改為深層機(jī)械施肥、分期施肥、葉面施肥、水肥結(jié)合和種肥。替，即有機(jī)肥替代化肥，農(nóng)家肥與化肥混合施用、秸稈還田、養(yǎng)殖廢棄物經(jīng)處理后還田利用都是有機(jī)肥替代化肥的重要措施[13]。研究表明，多項(xiàng)措施并舉可在更大程度上提升氮肥利用率，從而達(dá)到更好的減量增效結(jié)果。據(jù)報(bào)道，聯(lián)合采用機(jī)械深施、改施控釋肥與脲酶抑制劑、優(yōu)化糞肥養(yǎng)分資源化利用管理的多管齊下措施，可使我國(guó)氮肥利用率由目前的38%提升至48%[14]。

從技術(shù)層面來講，我國(guó)實(shí)現(xiàn)化肥減量的途徑可歸納為兩類措施：①肥料施用技術(shù)的優(yōu)化及效率的提升；②土壤作物綜合管理技術(shù)，通過對(duì)土壤肥力的改良促進(jìn)效率的提升，也是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的關(guān)鍵。其中，化肥施用技術(shù)與效率提升環(huán)節(jié)包括化肥產(chǎn)品優(yōu)化，如提升復(fù)混肥的應(yīng)用率、淘汰低效的碳銨，推廣控釋肥、水溶肥和穩(wěn)定性肥料等新型肥料的應(yīng)用；機(jī)械化施肥實(shí)現(xiàn)肥料的深施；應(yīng)用栽培育種技術(shù)提升化肥利用率；水肥一體化技術(shù)的發(fā)展。作物綜合管理技術(shù)主要包括秸稈還田、有機(jī)肥替代化肥、輪作間作等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)土壤改良和化肥的部分替代[15]。

1.3 化肥減量增效成效

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，我國(guó)歷年的農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)以糧食為主。例如，2021年的農(nóng)作物播種面積為16 869.5萬(wàn)hm2，其中糧食播種面積占69.73%，蔬菜占13.03%，果園占7.59%。因此，統(tǒng)計(jì)近年來糧食產(chǎn)量與化肥用量，能夠大體上檢驗(yàn)化肥減量增效的效果。由圖3可知，自2015年實(shí)施化肥減量政策以來，糧食產(chǎn)量在保持平穩(wěn)的同時(shí)出現(xiàn)了小幅提升，而化肥用量自2015年達(dá)到峰值后就逐年下降。2022年化肥用量為5 079.2萬(wàn)t，相當(dāng)于2007年（5 107.8萬(wàn)t）的用量水平。從2015年到2022年的8年間，化肥減量15.7%，而糧食產(chǎn)量增加3.9%。這說明我國(guó)的化肥減量增效措施行之有效，在實(shí)現(xiàn)了減量的同時(shí)達(dá)到了增效的目的。

化肥減量增效除了化肥總量的降低，還涉及化肥施用結(jié)構(gòu)的改善。我國(guó)化肥施用的一個(gè)較突出問題是氮肥施用量大、比例高，導(dǎo)致一系列環(huán)境問題[2]。近年來，我國(guó)各地積極推廣測(cè)土配方施肥、復(fù)合肥和有機(jī)無機(jī)肥配施，使得施肥結(jié)構(gòu)也逐漸趨向合理化。其中一個(gè)比較明顯的表現(xiàn)是，氮肥在整個(gè)化肥施用量中的比例逐年下降，由1990年的63.25%下降到2022年的32.57%；復(fù)合肥（N+P2O5+K2O）的施用比例逐年上升，由1990 年的13.19% 上升到2022 年的46.63%（圖4）。隨著近年來有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和政府對(duì)有機(jī)肥施用的鼓勵(lì)，有機(jī)肥正在被廣泛接受。2020年全國(guó)有機(jī)肥施用面積已達(dá)5.5億畝（1畝=1/15 hm2），比2015年增加40%，綠肥種植面積超過333.3萬(wàn)hm2[16]。由于一系列化肥減量增效措施的實(shí)施，農(nóng)作物化肥利用率明顯提升，促進(jìn)種植業(yè)高質(zhì)量發(fā)展效果明顯。經(jīng)科學(xué)測(cè)算，2020年我國(guó)水稻、小麥、玉米三大糧食作物化肥平均利用率為40.2%，比2015年提高5個(gè)百分點(diǎn)[17]。另一方面，我國(guó)不同養(yǎng)分的施用管理仍有較大進(jìn)步空間。據(jù)估計(jì)，我國(guó)氮、磷化肥過?，F(xiàn)象嚴(yán)重，過剩率分別為67%和54.22%，全國(guó)耕地氮、磷肥平均過剩量分別為177.86 kg·hm-2 和51.89 kg·hm-2，而鉀肥施用存在約8.5%的缺口[18]。在保證各項(xiàng)化肥減量政策實(shí)施及不影響國(guó)內(nèi)食品供應(yīng)的前提下，到2030年，預(yù)計(jì)氮素過剩可降低超50%，磷素過?？山档统?5%，但鉀肥的缺口并不會(huì)得到顯著改善[19]。這說明我國(guó)的施肥強(qiáng)度仍有進(jìn)一步減量空間，而化肥施用結(jié)構(gòu)也仍需改善。

2 化肥減量增效技術(shù)研究

2.1 減氮施肥

減氮施肥，又稱合理施氮，即綜合考慮作物產(chǎn)量、利用率和農(nóng)田養(yǎng)分平衡等方面來推薦適宜用量，從而在保障作物高產(chǎn)的同時(shí)減少氮肥對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響[20]。減氮施肥是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的重要措施，因此，減氮技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用可作為化肥減量增效行動(dòng)的基礎(chǔ)依據(jù)和有力保障。主要涉及氮素施用量的降低、化肥生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)及應(yīng)用的普及。

適當(dāng)減少氮素施用可以增加作物的養(yǎng)分吸收率，增加作物產(chǎn)量和肥料利用率。例如，有研究分析了國(guó)內(nèi)近年來的大量文獻(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)0～30% 減氮施肥在提高小麥、玉米和水稻氮肥利用率的同時(shí)，其產(chǎn)量沒有顯著降低[21]。在全國(guó)31個(gè)省份布置的35 502個(gè)田間氮肥施用試驗(yàn)表明，若小麥、玉米、水稻的氮肥施用強(qiáng)度分別減少15%、16%和19%，則其產(chǎn)量將分別提高10%、19%和13%，相應(yīng)的氮肥利用率分別提高39%、36%和48%[5]。但減氮施肥不是盲目減氮，一個(gè)地區(qū)農(nóng)田適宜氮肥用量需要根據(jù)作物種類及目標(biāo)產(chǎn)量、土壤氮素盈余、氮肥利用率等綜合指標(biāo)來確定合理施氮量范圍，且應(yīng)以該地區(qū)多年、多點(diǎn)的田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)[22]。為更好指導(dǎo)農(nóng)民合理施氮，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)司根據(jù)各地區(qū)土壤養(yǎng)分狀況和土壤類型等，2021年6月印發(fā)了關(guān)于《全國(guó)水稻產(chǎn)區(qū)氮肥定額用量（試行）》的函，為不同稻區(qū)氮肥施用量設(shè)置了最低和最高限額[23]。與此類似，Li等[24]的研究為我國(guó)各地區(qū)推薦了相應(yīng)的小麥和玉米的氮肥施用量限額。朱凱迪等[25]建立了我國(guó)谷子缺氮處理相對(duì)產(chǎn)量與土壤氮素含量回歸方程，制定了若干目標(biāo)產(chǎn)量和氮肥利用率情形下不同氮素豐缺級(jí)別土壤的推薦施氮量，為土壤不同氮素含量水平下的適宜施氮量提供科學(xué)指導(dǎo)。近年來，有研究強(qiáng)調(diào)了氮素盈余在提高我國(guó)農(nóng)業(yè)氮素管理的重要性，并制定了全國(guó)范圍內(nèi)13種種植體系的氮素盈余指標(biāo)，以便有針對(duì)性地評(píng)估不同區(qū)域土壤的適宜施氮量[26]。就不同地區(qū)來說，王博博等[22]以理論氮素盈余率為0時(shí)施氮量的95%作為置信區(qū)間，綜合考慮玉米植株氮素吸收量、產(chǎn)量和氮素盈余率3個(gè)方面，計(jì)算出東北中部地區(qū)適宜氮肥投入為179.5～198.4kg·hm-2。有研究總結(jié)了全國(guó)測(cè)土配方試驗(yàn)區(qū)小麥在主要農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的化肥施用量水平，發(fā)現(xiàn)總施肥量黃淮海區(qū)（383 kg·hm-2）gt;長(zhǎng)江中下游（322 kg·hm-2）gt;西北區(qū)（284 kg·hm-2）gt;北部高原區(qū)（233 kg·hm-2）；氮肥施肥量為黃淮海區(qū)（207 kg·hm-2）gt;長(zhǎng)江中下游（206kg·hm-2）gt;西北區(qū)（179 kg·hm-2）gt;北部高原區(qū)（161 kg·hm-2）[27]。

化肥的生產(chǎn)技術(shù)與施肥技術(shù)的改進(jìn)可有助于氮肥減量增效的實(shí)現(xiàn)。例如，在施氮量同為300 kg·hm-2時(shí)，控釋氮肥（一種防止養(yǎng)分損失的新型肥料）相比普通尿素使冬小麥增產(chǎn)8.1%，且能提高氮肥利用率[28]。另外，普及氮素轉(zhuǎn)化抑制劑和控釋肥的應(yīng)用有助于減少氮氧化物的排放量，推進(jìn)化肥減量增效。如脲酶和硝化抑制劑能減緩?fù)寥乐蟹柿系蚱渌衔锏霓D(zhuǎn)化速率。控釋肥有助于將植物的需求和氮肥的釋放相匹配。研究表明，相比于單施速效氮肥，控釋氮肥100%替代速效氮肥或兩者配施（控釋氮肥60%+速效氮肥40%）在保障水稻產(chǎn)量的同時(shí)，還能顯著提高氮肥利用率，具有更好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益（經(jīng)濟(jì)效益可提升5.21%～11.44%），以配施處理表現(xiàn)最佳[29]。研究表明，控釋肥施用比例為30%～70% 時(shí)增產(chǎn)效果最佳，考慮到經(jīng)濟(jì)效益，推薦控釋肥施用比例為30%～40%[30]。

2.2 有機(jī)肥部分替代化肥

有機(jī)肥部分替代化肥也是近年來的研究熱點(diǎn)，關(guān)注焦點(diǎn)包括有機(jī)肥的氮素替代率、有機(jī)肥種類對(duì)作物產(chǎn)量和污染物排放量的影響。有機(jī)肥屬于一種生物質(zhì)資源。我國(guó)每年產(chǎn)生的生物質(zhì)資源包含2 553萬(wàn)t氮素，是每年植物實(shí)際吸收氮量的4.12倍，其中，畜禽糞污是最重要的生物質(zhì)資源來源，占54.5%，其次是作物秸稈（22.9%）[31]。豐富的養(yǎng)分含量為畜禽糞污和作物秸稈作為有機(jī)肥替代化肥提供了前提條件，多數(shù)畜禽糞肥正是由畜禽糞污和作物秸稈混合共同堆置腐熟而成。目前化肥減量的一部分貢獻(xiàn)來自于有機(jī)肥替代，以北京市順義區(qū)為例，兩個(gè)有機(jī)肥替代核心示范區(qū)將有機(jī)肥作為基肥施入，其施用量達(dá)到22.5～30.0 t·hm-2，化肥總投入量由原來的1 500 kg·hm-2降低到1 125 kg·hm-2[32]。有機(jī)肥的一大優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)質(zhì)含量豐富（gt;40%），長(zhǎng)期施用有助于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形成[33]。有研究表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可增加土壤有機(jī)碳和活性、惰性碳的含量，提升土壤質(zhì)量[34]。但有機(jī)肥的肥效慢，在植物快速生長(zhǎng)期常無法保障足夠的養(yǎng)分供應(yīng)[35]。因此，從保證作物產(chǎn)量角度考慮，有機(jī)肥替代率不宜過高，否則可能造成減產(chǎn)。例如，有機(jī)肥全量替代化肥中的氮素會(huì)使產(chǎn)量降低11%，雖然氨排放量降低了62%～77%，但保障產(chǎn)量是化肥減量增效行動(dòng)的重要前提，減產(chǎn)顯然不可取[36]。不同有機(jī)肥替代措施對(duì)作物產(chǎn)量和氮肥利用率的影響研究舉例見表1。

目前，不同研究關(guān)于有機(jī)肥替代對(duì)作物產(chǎn)量影響的結(jié)論不盡一致，因?yàn)橥寥蕾|(zhì)地及肥力、作物系統(tǒng)、氣候以及不同的試驗(yàn)?zāi)晗迺?huì)顯著影響有機(jī)肥替代后的作物產(chǎn)量[40]。以全量（等氮量計(jì)）有機(jī)肥替代種植小麥與水稻輪作7年后，相比于有機(jī)肥全量替代，單施化肥小麥產(chǎn)量顯著增產(chǎn)13.64%，而水稻產(chǎn)量沒有顯著差異，且全量有機(jī)肥替代會(huì)提高溫室氣體排放量[37]。采用不同比例有機(jī)肥替代處理的30年水稻種植試驗(yàn)表明，有機(jī)無機(jī)肥配施在試驗(yàn)前幾年表現(xiàn)為有機(jī)肥低替代率配施效果最佳，中后期以有機(jī)肥高替代率配施效果最佳，推測(cè)有機(jī)肥殘效的連續(xù)疊加使得土壤供氮能力持續(xù)增加，并且土壤有機(jī)質(zhì)和肥力的提升使得高有機(jī)肥替代率的優(yōu)勢(shì)隨年限增加逐漸明顯[40]。因此，有機(jī)肥和化肥理想配施比的確定，應(yīng)該從保障作物產(chǎn)量與品質(zhì)、環(huán)境保護(hù)、土壤肥力水平等多個(gè)角度綜合考慮。有研究則認(rèn)為，有機(jī)糞肥并不是化肥的理想替代品，因?yàn)橐悦繂挝徽鬯銥槎趸籍?dāng)量CO2e t氮素養(yǎng)分，有機(jī)糞肥造成的溫室氣體排放量是化肥的1.9倍[52]。上述結(jié)果表明目前學(xué)界對(duì)有機(jī)肥施用的合理性問題依然存在爭(zhēng)議。而且，當(dāng)代有機(jī)肥多來自集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽糞便，其中包含多種污染物（抗生素、重金屬和抗生素抗性基因等），其對(duì)土壤環(huán)境和食品安全的影響尚待全面評(píng)估。此外，從避免資源損失和溫室氣體減排角度講，對(duì)化肥減量增效的研究應(yīng)當(dāng)兼顧化肥生產(chǎn)環(huán)節(jié)和化肥利用環(huán)節(jié)，二者造成的溫室氣體排放量分別占化肥源溫室氣體總排放量的1/3和2/3[52]。

2.3 生物固氮

豆科植物與其他作物輪作或豆科植物覆蓋對(duì)于化肥減量增效具有潛在積極影響。豆科植物和其他植物混合栽培有助于促進(jìn)豆科植物提高固氮量，因?yàn)榉嵌箍浦参飳?duì)土壤氮素的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)迫使豆科植物固定更多N2以滿足其對(duì)氮素的需求。以三葉草與雜草混種為例，三葉草內(nèi)的氮素來自生物固氮作用的比例高達(dá)近100%[53]。但當(dāng)土壤中含有豐富的可利用氮時(shí)，豆科植物的生物固氮量會(huì)減少[54]。研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物的種植可通過生物固氮向土壤和其他作物供應(yīng)氮，通過根系分泌物和根系衰老供應(yīng)碳，以及通過豆科植物與能促進(jìn)植物生長(zhǎng)的根際細(xì)菌與叢枝菌根的互作聯(lián)系供應(yīng)磷，其養(yǎng)分供應(yīng)量隨作物種類、土壤母質(zhì)、土壤管理、環(huán)境條件和固氮菌種類等的不同而差異較大[55]。對(duì)不同豆科植物的固氮量研究表明，白三葉一年的固氮量約為160 kg·hm-2（以N計(jì)，下同），而紅三葉和紫花苜蓿一年的固氮量超過300 kg·hm-2[53]。同一種植物的氮含量在不同土壤條件及施肥方案下，來自生物固定的氮素量與吸收自土壤中的氮素量差異較大（前者73～335 kg·hm-2，后者3～276 kg·hm-2），其生物固氮量的氮素比波動(dòng)范圍為34%～99%[54]。

此外，從元素循環(huán)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域研究養(yǎng)分元素之間的互作、植物對(duì)養(yǎng)分元素的吸收利用，將有助于從機(jī)理角度為化肥的減量增效措施提供基礎(chǔ)依據(jù)。例如，氮同化途徑中第一個(gè)被鑒定的酶——硝酸還原酶，可將植物吸收至根內(nèi)的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽進(jìn)入質(zhì)體后進(jìn)一步被亞硝酸還原酶還原成銨鹽，因而，硝酸還原酶可直接影響氮利用效率，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要的作用[55]。研究發(fā)現(xiàn)，氮磷交互作用能促進(jìn)植物對(duì)氮、磷的吸收，加上植物對(duì)自身組織氮磷含量的調(diào)節(jié)，更有利于植物生長(zhǎng)與繁殖[57]。在土壤中，有高達(dá)82%的總磷以礦物結(jié)合磷酸鹽形式存在，不易被植物提取利用，而氮肥過量供應(yīng)會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，促進(jìn)難溶性無機(jī)磷組分向易溶性無機(jī)磷轉(zhuǎn)化，使土壤有效磷顯著增加[58]。土壤中磷、鉀和硫不足會(huì)降低生物固氮量，反之，這些足量的養(yǎng)分供應(yīng)能提高生物固氮量，從而也有助于提高氮肥利用率[59]。另外，促植物生長(zhǎng)細(xì)菌（Plant Growth Promot?ing Bacteria，PGPB），可用于制作細(xì)菌生物肥料，替代一部分化肥。例如，Azotobacter chroococcum NCIMB8003兼具固氮和磷活化功能，可用于制作生物肥料，最新研究表明，該菌的生物固氮與磷活化功能緊密相關(guān)，生物固氮能增強(qiáng)磷活化活動(dòng)，而磷限制則會(huì)阻礙固氮活動(dòng)[60]。由此可見，進(jìn)一步優(yōu)化氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂及微量元素與生物肥料的配施，協(xié)調(diào)好當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件、微生物和植物的關(guān)系，并投入足夠的水、健康的土壤和合適的人力因素，將有助于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的合理利用，助推化肥的減量增效。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

化肥減量增效行動(dòng)關(guān)乎農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、資源的高效利用、國(guó)家糧食安全和環(huán)境生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。本文通過總結(jié)已開展的化肥減量增效行動(dòng)，得出以下結(jié)論：

（1）我國(guó)的化肥減量增效行動(dòng)已取得一定成效，化肥總用量減少的同時(shí)糧食產(chǎn)量有所提升，化肥施用結(jié)構(gòu)也有所改善，但仍需要大力推進(jìn)相關(guān)工作。

（2）我國(guó)當(dāng)前施肥強(qiáng)度在不同省份之間差異較大，東部省份作為耕地主要分布區(qū)，施肥強(qiáng)度較高；化肥源的氮素投入比在不同地區(qū)間也存在較大差異，東北和東南沿海地區(qū)氮肥投入比較高。

（3）不同地區(qū)的氮肥利用率驅(qū)動(dòng)因子并不相同，因此我國(guó)應(yīng)結(jié)合各地實(shí)際來提高氮肥利用率，實(shí)現(xiàn)化肥的減量增效。

（4）在化肥減量增效技術(shù)研究方面，肥料減氮、有機(jī)肥部分替代化肥及生物固氮是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的重要環(huán)節(jié)。

3.2 展望

為了加快推進(jìn)化肥減量增效行動(dòng)的大力開展，結(jié)合已有的行動(dòng)措施和取得的成效，本文提出以下建議：

（1）政府應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)政策制定和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)和農(nóng)民加快推進(jìn)化肥減量增效工作。例如，政府提供一部分資金補(bǔ)貼，鼓勵(lì)農(nóng)民購(gòu)買和選用價(jià)格高于普通化肥的控釋肥。

（2）各級(jí)政府相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民的科普工作，使農(nóng)民充分了解化肥減量增效的目的與意義，以及其益處與可行的實(shí)施途徑。

（3）加強(qiáng)國(guó)際交流合作，積極學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)先進(jìn)國(guó)家的合理施肥經(jīng)驗(yàn)，包括可借鑒的法律強(qiáng)制性措施、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施和公眾參與措施。

（4）加強(qiáng)技術(shù)層面的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、研發(fā)及應(yīng)用推廣。技術(shù)提升、更新?lián)Q代是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的重要措施，當(dāng)前可加快推廣機(jī)械深施、測(cè)土配方、水肥一體化、氮肥緩釋控釋等技術(shù)，并加強(qiáng)自動(dòng)化、智能化技術(shù)在施肥相關(guān)方面的研究和應(yīng)用。必要時(shí)引進(jìn)先進(jìn)國(guó)家技術(shù)設(shè)備，有助于實(shí)施化肥減量增效。

（5）我國(guó)不同地區(qū)地理與環(huán)境特征、農(nóng)業(yè)發(fā)展模式存在較大差異。除了已有的政策支持，還應(yīng)因地制宜，從多角度、多方面加強(qiáng)相關(guān)研究（如農(nóng)業(yè)實(shí)踐研究和基礎(chǔ)研究），以提高作物養(yǎng)分利用率，保障作物高產(chǎn)的同時(shí)減少環(huán)境污染，使得化肥減量增效持續(xù)改進(jìn)，提質(zhì)提速。

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