我国化肥利用现状与养分资源高效利用研究
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摘要
21世纪以来,我国人口、资源和环境的矛盾日见突出,为此,党中央、国务院提出了我国可持续发展的战略。化肥是农业持续发展的物质保证,是粮食增产的基础。我国每年化肥消费数量巨大且逐年增加,如何充分发挥化肥肥效,提高肥料利用率,减少化肥带来的不良影响是摆在我们面前的一项重要课题。本文针对我国目前农业生产中化肥施用状况不清、施肥效果已经发生很大变化的现状,通过农户施肥状况调查、田间试验和统计资料分析相结合的方法,系统分析研究了我国主要省(区)不同作物的化肥施用现状、化肥利用率状况及施肥中存在的主要问题,主要结论如下:
1.我国化肥资源投入不均衡,不同省(区)之间化肥消费总量和单位面积化肥消费量差异很大。总的趋势是东部地区较高,中西部地区、特别是西部地区不足。2005年,化肥消费量前7位的省之和占全国总量一半以上(56.1%),而后10位省(区)总量仅占全国的9.0%。我国单位播种面积施肥量306.5kg/hm~2,其中,施肥量在400kg/hm~2以上的省(福建、海南、天津、北京、江苏、山东、广东)全部分布在东部地区,200 kg/hm~2以下的(内蒙古、西藏、贵州、黑龙江、青海)全部分布在西部。从1980年到2005年,我国氮、磷比例和氮钾比例逐步提高,氮、磷比例从1:0.31增加到1:0.46,逐步趋向合理,氮、钾比例从1:0.04增加到1:0.31,今后仍需继续提高。
2. 19个省(区)2000-2005年农户调查资料显示,不同作物上化肥养分占农田养分的比重都占绝对优势,粮食作物最高(90.9%),其次是经济作物(85.6%)和果树(78.9%),最低是蔬菜(73.8%)。化肥在农田氮、磷、钾养分投入中的比重很大,氮素占85.8%,磷素占81.4%,钾素占51.8%。调查省(区)氮肥品种均以尿素和碳铵为主,两者约占70%。磷肥大多数省(区)以过磷酸钙为主,过磷酸钙占磷肥总用量的32.0%。钾肥品种以复合肥为主,占钾肥总施用量的55.6%。化肥复合化平均程度为29.8%,其中,氮肥16.6%,磷肥25.7%,钾肥55.6%。
3.肥料投入的比较优势指每1%的作物面积所施用的肥料的百分数。农户调查结果表明,化肥在果树上投入的比较优势最大(2.55),蔬菜其次(1.57),经济作物(1.35)和纤维作物(1.06)分列3、4位,粮食作物上最低,其中谷类作物0.97、豆类作物0.53、薯类作物0.32。粮食作物上,氮肥的比较优势大于磷肥和钾肥,果树和蔬菜上钾肥的比较优势最大,磷肥其次,氮肥最小。粮食作物上氮肥的施肥面积比都在95%以上,蔬菜和果树施磷面积比普遍高于80%,三大粮食作物的钾肥施肥面积比普遍小于50%。种植结构影响化肥的投向,从1984年起的20年间,调查省(区)化肥在粮食作物上投入的比例由75.4%下降到56.0%;蔬菜和果树上化肥投入的比例大幅度增加,分别从6.1%和1.5%增加到16.1%和11.5%。
4.主要作物化肥施用量差异较大,果树和蔬菜施肥量过高,薯类和豆类施肥量偏低。单位面积施肥量(N+P2O5+K2O)果树和蔬菜最高,分别为724.5kg/hm~2、573 kg/hm~2,油料作物和纤维作物其次,为390 kg/hm~2、358.5 kg/hm~2,谷类作物、薯类作物和豆类作物相对较低,分别为273.1 kg/hm~2、238.5 kg/hm~2和223.6kg/hm~2。氮肥在各种作物上的施用量普遍高于磷钾肥,其中水稻205.6kg/hm~2,小麦185.7kg/hm~2,玉米196.3kg/hm~2。磷肥用量一般在33.9kg/hm~2-155.8kg/hm~2之间。钾肥较低,一般在10kg/hm~2-70kg/hm~2之间。农作物施肥量频率分布显示,氮肥施用较普及,而磷、钾肥施用量都集中在较低的水平上。
5.通过双对数模型对影响农户化肥施用行为的9个因素进行了分析,结果表明,农户是否施用有机肥、施肥决策者受教育年限、化肥质量、化肥价格和农产品价格在1%水平上极显著影响化肥施用量,土壤质量在10%显著水平上影响化肥施用量,农户是否接受过农业技术服务、地区因素、家庭年非农收入对农户化肥施用量影响不显著。
6. 2002-2005年田间试验结果表明,水稻、小麦和玉米的氮、磷、钾肥肥效和当季回收率在不同省(区)之间及同一地点不同年际之间都具有较大变异。平均肥效都呈现氮肥>磷肥>钾肥的规律,其中,水稻上N、P、K的肥效分别为9.8kg/kg、9.4kg/kg、7.2kg/kg,小麦上分别为13.0kg/kg、7.5kg/kg、6.0kg/kg,玉米上分别为11.2kg/kg、9.5kg/kg、9.2kg/kg。氮肥当季回收率在小麦上为43.8%,在水稻和玉米上接近,均在30%左右;磷肥当季回收率在水稻、小麦和玉米上分别为12.4%、11.5%和14.9%;钾肥当季回收率均在30%左右。三大粮食作物上,我国氮肥肥效和当季回收率均低于世界平均水平。
7.发展高产、优质、高效农业,要处理好投入、产出与效率之间的关系。从江苏省农户水稻施肥调查来看,部分高产农户没有实现高投入、高产出和高效率的平衡,在高投入和高产的情况下,养分利用效率低于低投入的农户;而部分较低产农户在较低投入下,实现了较高的效率。这是因为除了肥料投入水平外,效率的高低还和其他各项因素有密切关系。过高和过低的施肥量都不是三者最佳平衡点,投入过高,不但养分利用效率低,而且影响品质作物并导致肥料的浪费和环境的污染;投入过低,满足不了作物生长的需求,更不能达到高产的目标。
8.本文提出提高我国化肥利用效率的建议如下:①优化化肥在区域及作物间资源配置,调整施肥结构;②加强土壤肥力和肥料效益监测等基础性工作;③建立科学的有机-无机结合的施肥体系;④调整氮、磷、钾肥养分比例和品种结构,实现养分均衡供应;⑤开展和普及测土平衡施肥;⑥根据氮、磷、钾养分土壤行为特点,制定不同的施肥措施;⑦加强肥料宏观调控;⑧加快新型缓/控释肥料研制与示范推广。
The sustainable development strategy was put forward by the state as the increased contradiction among population, resources and environment. Chemical fertilizer was the material guarantee in the development of sustainable agriculture. The consumption of fertilizer was very huge in China and has been increasing every year. How to increase the nutrient efficiency and decrease the negative effects of fertilizer was one of the most important problem in China. A farmer fertilizer use survey and a field experiment were conducted in order to reveal the situation of crop fertilization and fertilizer use efficiency. The results were as follows:
Fertilizer resources distribution was imbalanced in China. There were significant differences of total fertilizer quantity and per crop sown area fertilizer application rates between provinces. The eastern area was excessively high, but the middle and the western areas were somewhat low. The total fertilizer consumption of the top 7 provinces accounted for the 56.1% of the total nutrient, while the last 10 provinces were only 9.0% of the total. The application rates of per crop sown area was 306.5kg/hm~2. The 7 provinces which above 400 kg/hm~2 were in the eastern area, and the 5 ones which below 200 kg/hm~2 were in the west. The N:P2O5 ratio was relatively reasonable in 1:0.46, and the N:K2O ratio was lower which was 0.31.
Based on the survey of farmers in 19 provinces from 2000-2005,the results showed that the proportion of the fertilizer to total nutrient was 90.9% in grain,85.6% in economic crops, 78.9% in fruit,73.8% in vegetable. The ratio of fertilizer N,P,K to total N,totalP,total K was very high, which is 85.8% of N,81.4% of P,51.8% of K.Urea and ammonium carbonate were the absolute superiority of nitrogen fertilizer,which is 70%. Single superphosphate was 32.0% of the total phosphate.Compound potassium was superiority of the total potassium,which is 55.6%. The proportion of compound fertilizer was 28.9% of the total fertilizer.
The results of the fertilizer survey in 19 provinces indicated that there were significant differences in fertilizer rates between crop groups of grain, economic crops, fiber crops, oil crops, vegetables and fruits. The fertilizer consumption percentage of every one percent of planting acreage of fruits, vegetables, economic crops, fiber crops, cereal crops, legume crops and yam crops was 2.55, 1.57, 1.35, 1.06, 0.97, 0.53 and 0.32. The changes of acreage proportion of different crops would affect the distribution of fertilizers among crops. The proportion of fertilizer in grain was decreased from 75.4% to 56.0%, While at the same time, the vegetables and the fruits increased from 6.1% to 16.1% and 1.5% to 11.5% separately。
There were great differences of fertilizer application rates among crops. The fruit and the vegetable reached to high level of total fertilizer which was 724.5kg/hm~2 and 573 kg/hm~2. The cereal crops, yams crops and legume crops had the lower application rates, which were 273.1 kg/hm~2,238.5 kg/hm~2 and 223.6kg/hm~2.Nitrogen fertilizer application rates were higher than phosphate fertilizer and potassium fertilizer. Phosphate and potassium fertilizer application rates range were 33.9kg/hm~2-155.8kg/hm~2 and 10kg/hm~2-70kg/hm~2 separately.
It showed by the analysis of double logarithm model that the farmers fertilization behaviors were effected by organic fertilizer, education, fertilizer quality, fertilizer price in 1% significant level, by soil quality in 10% significant level, while agricultural extension service, area, yearly family non-agriculture income were not reached the significant level.
Field experiments results indicated that the N,P,K agronomy efficiency was 9.8kg/kg、9.4kg/kg、7.2kg/kg in rice,13.0kg/kg、7.5kg/kg、6.0kg/kg in wheat,11.2kg/kg、9.5kg/kg、9.2kg/kg in maize.Nitrogen fertilizer recovery efficiency was about 30% in rice and maize, 43.8% in wheat. The nitrogen agronomy efficiency and recovery efficiency were lower than the average level of the world.
To get high production, high quality, high effectiveness, the relationship among input, output and the efficiency should be processed very well. The excessively high fertilizer application rates led to not only low yield, low nutrient use efficiency, but also fertilizer waste and environment pollution, while the excessively low fertilizer application rates could not reach high production.
Based on the analysis above, the suggestions were presented as follows:①Optimize the allocation of fertilizer among areas and crops;②Strengthen the monitoring of soil fertility and fertilizer profits;③Establish the scientific fertilizing system of organic manure with chemical fertilizer;④Adjust the proportion of N,P,K rates and variety;⑤Develop and popularize soil test and fertilizer recommendations;⑥Make different fertilizing measures based on the soil behavior of N,P,K;⑦Strengthen fertilizer macroeconomic regulation and control;⑧Speed up the development and extension of new style slowly/controlled released fertilizer.
1.我国化肥资源投入不均衡,不同省(区)之间化肥消费总量和单位面积化肥消费量差异很大。总的趋势是东部地区较高,中西部地区、特别是西部地区不足。2005年,化肥消费量前7位的省之和占全国总量一半以上(56.1%),而后10位省(区)总量仅占全国的9.0%。我国单位播种面积施肥量306.5kg/hm~2,其中,施肥量在400kg/hm~2以上的省(福建、海南、天津、北京、江苏、山东、广东)全部分布在东部地区,200 kg/hm~2以下的(内蒙古、西藏、贵州、黑龙江、青海)全部分布在西部。从1980年到2005年,我国氮、磷比例和氮钾比例逐步提高,氮、磷比例从1:0.31增加到1:0.46,逐步趋向合理,氮、钾比例从1:0.04增加到1:0.31,今后仍需继续提高。
2. 19个省(区)2000-2005年农户调查资料显示,不同作物上化肥养分占农田养分的比重都占绝对优势,粮食作物最高(90.9%),其次是经济作物(85.6%)和果树(78.9%),最低是蔬菜(73.8%)。化肥在农田氮、磷、钾养分投入中的比重很大,氮素占85.8%,磷素占81.4%,钾素占51.8%。调查省(区)氮肥品种均以尿素和碳铵为主,两者约占70%。磷肥大多数省(区)以过磷酸钙为主,过磷酸钙占磷肥总用量的32.0%。钾肥品种以复合肥为主,占钾肥总施用量的55.6%。化肥复合化平均程度为29.8%,其中,氮肥16.6%,磷肥25.7%,钾肥55.6%。
3.肥料投入的比较优势指每1%的作物面积所施用的肥料的百分数。农户调查结果表明,化肥在果树上投入的比较优势最大(2.55),蔬菜其次(1.57),经济作物(1.35)和纤维作物(1.06)分列3、4位,粮食作物上最低,其中谷类作物0.97、豆类作物0.53、薯类作物0.32。粮食作物上,氮肥的比较优势大于磷肥和钾肥,果树和蔬菜上钾肥的比较优势最大,磷肥其次,氮肥最小。粮食作物上氮肥的施肥面积比都在95%以上,蔬菜和果树施磷面积比普遍高于80%,三大粮食作物的钾肥施肥面积比普遍小于50%。种植结构影响化肥的投向,从1984年起的20年间,调查省(区)化肥在粮食作物上投入的比例由75.4%下降到56.0%;蔬菜和果树上化肥投入的比例大幅度增加,分别从6.1%和1.5%增加到16.1%和11.5%。
4.主要作物化肥施用量差异较大,果树和蔬菜施肥量过高,薯类和豆类施肥量偏低。单位面积施肥量(N+P2O5+K2O)果树和蔬菜最高,分别为724.5kg/hm~2、573 kg/hm~2,油料作物和纤维作物其次,为390 kg/hm~2、358.5 kg/hm~2,谷类作物、薯类作物和豆类作物相对较低,分别为273.1 kg/hm~2、238.5 kg/hm~2和223.6kg/hm~2。氮肥在各种作物上的施用量普遍高于磷钾肥,其中水稻205.6kg/hm~2,小麦185.7kg/hm~2,玉米196.3kg/hm~2。磷肥用量一般在33.9kg/hm~2-155.8kg/hm~2之间。钾肥较低,一般在10kg/hm~2-70kg/hm~2之间。农作物施肥量频率分布显示,氮肥施用较普及,而磷、钾肥施用量都集中在较低的水平上。
5.通过双对数模型对影响农户化肥施用行为的9个因素进行了分析,结果表明,农户是否施用有机肥、施肥决策者受教育年限、化肥质量、化肥价格和农产品价格在1%水平上极显著影响化肥施用量,土壤质量在10%显著水平上影响化肥施用量,农户是否接受过农业技术服务、地区因素、家庭年非农收入对农户化肥施用量影响不显著。
6. 2002-2005年田间试验结果表明,水稻、小麦和玉米的氮、磷、钾肥肥效和当季回收率在不同省(区)之间及同一地点不同年际之间都具有较大变异。平均肥效都呈现氮肥>磷肥>钾肥的规律,其中,水稻上N、P、K的肥效分别为9.8kg/kg、9.4kg/kg、7.2kg/kg,小麦上分别为13.0kg/kg、7.5kg/kg、6.0kg/kg,玉米上分别为11.2kg/kg、9.5kg/kg、9.2kg/kg。氮肥当季回收率在小麦上为43.8%,在水稻和玉米上接近,均在30%左右;磷肥当季回收率在水稻、小麦和玉米上分别为12.4%、11.5%和14.9%;钾肥当季回收率均在30%左右。三大粮食作物上,我国氮肥肥效和当季回收率均低于世界平均水平。
7.发展高产、优质、高效农业,要处理好投入、产出与效率之间的关系。从江苏省农户水稻施肥调查来看,部分高产农户没有实现高投入、高产出和高效率的平衡,在高投入和高产的情况下,养分利用效率低于低投入的农户;而部分较低产农户在较低投入下,实现了较高的效率。这是因为除了肥料投入水平外,效率的高低还和其他各项因素有密切关系。过高和过低的施肥量都不是三者最佳平衡点,投入过高,不但养分利用效率低,而且影响品质作物并导致肥料的浪费和环境的污染;投入过低,满足不了作物生长的需求,更不能达到高产的目标。
8.本文提出提高我国化肥利用效率的建议如下:①优化化肥在区域及作物间资源配置,调整施肥结构;②加强土壤肥力和肥料效益监测等基础性工作;③建立科学的有机-无机结合的施肥体系;④调整氮、磷、钾肥养分比例和品种结构,实现养分均衡供应;⑤开展和普及测土平衡施肥;⑥根据氮、磷、钾养分土壤行为特点,制定不同的施肥措施;⑦加强肥料宏观调控;⑧加快新型缓/控释肥料研制与示范推广。
The sustainable development strategy was put forward by the state as the increased contradiction among population, resources and environment. Chemical fertilizer was the material guarantee in the development of sustainable agriculture. The consumption of fertilizer was very huge in China and has been increasing every year. How to increase the nutrient efficiency and decrease the negative effects of fertilizer was one of the most important problem in China. A farmer fertilizer use survey and a field experiment were conducted in order to reveal the situation of crop fertilization and fertilizer use efficiency. The results were as follows:
Fertilizer resources distribution was imbalanced in China. There were significant differences of total fertilizer quantity and per crop sown area fertilizer application rates between provinces. The eastern area was excessively high, but the middle and the western areas were somewhat low. The total fertilizer consumption of the top 7 provinces accounted for the 56.1% of the total nutrient, while the last 10 provinces were only 9.0% of the total. The application rates of per crop sown area was 306.5kg/hm~2. The 7 provinces which above 400 kg/hm~2 were in the eastern area, and the 5 ones which below 200 kg/hm~2 were in the west. The N:P2O5 ratio was relatively reasonable in 1:0.46, and the N:K2O ratio was lower which was 0.31.
Based on the survey of farmers in 19 provinces from 2000-2005,the results showed that the proportion of the fertilizer to total nutrient was 90.9% in grain,85.6% in economic crops, 78.9% in fruit,73.8% in vegetable. The ratio of fertilizer N,P,K to total N,totalP,total K was very high, which is 85.8% of N,81.4% of P,51.8% of K.Urea and ammonium carbonate were the absolute superiority of nitrogen fertilizer,which is 70%. Single superphosphate was 32.0% of the total phosphate.Compound potassium was superiority of the total potassium,which is 55.6%. The proportion of compound fertilizer was 28.9% of the total fertilizer.
The results of the fertilizer survey in 19 provinces indicated that there were significant differences in fertilizer rates between crop groups of grain, economic crops, fiber crops, oil crops, vegetables and fruits. The fertilizer consumption percentage of every one percent of planting acreage of fruits, vegetables, economic crops, fiber crops, cereal crops, legume crops and yam crops was 2.55, 1.57, 1.35, 1.06, 0.97, 0.53 and 0.32. The changes of acreage proportion of different crops would affect the distribution of fertilizers among crops. The proportion of fertilizer in grain was decreased from 75.4% to 56.0%, While at the same time, the vegetables and the fruits increased from 6.1% to 16.1% and 1.5% to 11.5% separately。
There were great differences of fertilizer application rates among crops. The fruit and the vegetable reached to high level of total fertilizer which was 724.5kg/hm~2 and 573 kg/hm~2. The cereal crops, yams crops and legume crops had the lower application rates, which were 273.1 kg/hm~2,238.5 kg/hm~2 and 223.6kg/hm~2.Nitrogen fertilizer application rates were higher than phosphate fertilizer and potassium fertilizer. Phosphate and potassium fertilizer application rates range were 33.9kg/hm~2-155.8kg/hm~2 and 10kg/hm~2-70kg/hm~2 separately.
It showed by the analysis of double logarithm model that the farmers fertilization behaviors were effected by organic fertilizer, education, fertilizer quality, fertilizer price in 1% significant level, by soil quality in 10% significant level, while agricultural extension service, area, yearly family non-agriculture income were not reached the significant level.
Field experiments results indicated that the N,P,K agronomy efficiency was 9.8kg/kg、9.4kg/kg、7.2kg/kg in rice,13.0kg/kg、7.5kg/kg、6.0kg/kg in wheat,11.2kg/kg、9.5kg/kg、9.2kg/kg in maize.Nitrogen fertilizer recovery efficiency was about 30% in rice and maize, 43.8% in wheat. The nitrogen agronomy efficiency and recovery efficiency were lower than the average level of the world.
To get high production, high quality, high effectiveness, the relationship among input, output and the efficiency should be processed very well. The excessively high fertilizer application rates led to not only low yield, low nutrient use efficiency, but also fertilizer waste and environment pollution, while the excessively low fertilizer application rates could not reach high production.
Based on the analysis above, the suggestions were presented as follows:①Optimize the allocation of fertilizer among areas and crops;②Strengthen the monitoring of soil fertility and fertilizer profits;③Establish the scientific fertilizing system of organic manure with chemical fertilizer;④Adjust the proportion of N,P,K rates and variety;⑤Develop and popularize soil test and fertilizer recommendations;⑥Make different fertilizing measures based on the soil behavior of N,P,K;⑦Strengthen fertilizer macroeconomic regulation and control;⑧Speed up the development and extension of new style slowly/controlled released fertilizer.
引文
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