——訪中國農業大學資源與環境學院教授劉學軍
化肥是現代農業的物質基礎、是糧食的“糧食”，我國化肥產量和用量從1950年的不到5萬噸/年升至2009年的5000多萬噸/年，增幅超過1000倍，在保障國家糧食安全方面起到了不可替代的作用。但另一方面，由于部分地區施肥不當化肥帶來了局部生態環境污染加劇等問題，成為我國經濟和農業發展的制約因素。因此，如何科學評價化肥與農業的關系，或者說如何辯證看待化肥特別是氮肥在農業中的增產作用與生態環境效應，已經成為關系到我國農業與環境可持續發展的一個重大問題。
記者：有數據顯示，全球40%以上人口依賴于化肥提供的糧食，而中國化肥的增產貢獻高于世界平均水平40%。假如不使用化肥，將會是什么情況？
劉學軍：建國以來，我國糧食生產取得了巨大成就，創造了世界的奇跡——以世界7%的耕地養活全世界22%的人口，其主要貢獻來自化肥。從1961年到2009年，我國糧食作物的總產從1.1億噸增至5.3億噸，同一時期單產從年均1.2噸/公頃增加到5.6噸/公頃，增加了3.7倍，而收獲面積基本不變。從1961年到2007年，蔬菜、水果的收獲面積分別增加了3.2倍和16倍，單產增加了近1倍、總產增加了6.7倍和30倍。我國作物單產增加主要依靠農業化學品投入尤其是化肥投入的增加，化肥已經普及到全國所有農業區，保障了全國農業大面積增產。假設不使用化肥（考慮其他條件改善），全國糧食產量可能只能維持在年均2.5億噸，而施用化肥的糧食產量在5億噸左右，那么化肥增產的糧食能養活全國約一半的人口，化肥的增產貢獻甚至高于世界平均水平40%。由此可見，沒有化肥的投入就不可能有我國的糧食安全。
記者：化肥的增產作用如此明顯，那么化肥的投入與作物增產之間是否存在正比關系？
劉學軍：通過比較國家糧食產量和氮肥的有關統計資料，我們發現二者并非呈線性關系。國家統計局數據表明，2009年我國化肥用量達到5404.4萬噸，單位播種面積的化肥用量為341kg/ha，比1961年的0.5kg/ha增加670倍。由此可見，作物產量增幅要遠遠小于化肥用量的增幅，化肥的農業增產效應隨著化肥用量的增加呈下降趨勢，例如：每千克氮肥投入增產的糧食從1961年的300kg以上降低到20世紀90年代初的30kg，近些年更下降到20kg以下。中國農業大學資源與環境學院張福鎖教授等人對我國氮肥農學效率的研究表明，目前每千克氮肥（純養分，以下同）投入當年凈增產的水稻、小麥、玉米已經分別從上世紀80年代的20kg左右下降到21世紀初的10.4kg、8.0kg和9.8kg；磷肥、鉀肥的增產效率也呈現類似的下降趨勢。
此外，我國化肥的農業增產效應區域性差異很大。在地形、土壤、灌溉等自然條件良好的農業主產區，化肥增產效率較高，而且隨著農業綜合措施的進步，近兩年化肥的增產效率呈現上升趨勢。
自從1993年實施菜籃子工程以來，我國種植業產業結構發生了翻天覆地的變化。糧食播種面積波動式下降，而蔬菜和果樹種植面積不斷增加，到2008年，蔬菜播種面積占全國總播種面積的12%，而果園達到7%。由于水果和蔬菜的附加值高，農戶往往不惜資源投入，資源浪費嚴重。例如：大棚蔬菜每年投入的化肥和有機肥純養分是糧田投入量的10~20倍，遠遠超過蔬菜自身的需要。大面積種植蔬菜是全國化肥肥料效率不斷下降的主要因素。
記者：針對我國化肥利用率低的問題，目前有沒有較好的對策？
劉學軍：據統計，目前我國農田氮、磷、鉀化肥養分利用率平均僅為27.5%、11.3%和31.3%，表明我國化肥使用的優化空間很大。在如何優化氮肥管理、提高氮素利用效率方面，國內許多土壤肥料工作者進行了一些有益的探索。
中國科學院南京土壤所朱兆良院士針對中國人多地少的國情，較早提出“平均適宜施氮量”的方法，并首先在江蘇太湖獲得成功。太湖地區試驗證明，水稻氮肥投入總量控制在180～225kg/ha，可保證現有產量，而氮肥用量比農民傳統用量平均少1/4～1/3。中國農業大學張福鎖、陳新平教授等則提出氮肥實時監測、磷鉀肥衡量監控的養分資源綜合管理策略，他們在華北平原進行的264個田間試驗結果表明，利用養分資源綜合管理技術可以把小麥、玉米氮肥用量控制到150~180kg/ha，比農民施肥量降低30%以上，而產量可以增長5%~10%。1998~2005年，中國農業大學在北京進行的121個露地蔬菜試驗研究證明，在獲得與農民相同產量的基礎上，通過水肥一體化綜合管理技術可把氮肥用量降低到100~260kg/ha，比農戶用量下降151~183kg/ha，節氮23%。
記者：要真正實現化肥的增產增效應從哪些方面入手？有何技術手段？
劉學軍：要實現化肥增產增效在戰略上應從以下幾個方面入手：
一是發展和應用總量控制、分期調控的氮肥管理技術。我國農戶經營規模小、土地分散的特點決定了過于復雜和精確的施肥技術的可操作性差，經濟上也不劃算。中國農業大學在氮素實時監控技術基礎上發展的總量控制、分期調控的氮肥綜合管理技術，把作物全生育期氮素總量與關鍵生育期氮素調控結合起來，有效地解決了科學性與實用性的矛盾。
二是以“大配方，小調整”策略調整肥料產品結構，實現貼近農業需求的化肥技術改造與升級。具體的說，就是利用全國測土配方施肥技術成果，采用“大配方，小調整”策略大幅度調整肥料產品結構，使先進的施肥技術物化，并通過產、學、研與推廣的結合，使技術人員、肥料經銷商和廣大農民實實在在用上這些技術。
三是加大測土配方施肥技術推廣力度，徹底改變傳統施肥觀念。全國測土配方施肥項目開展5年來，通過大量的土壤測試，對我國農田養分狀況有了新的認識。大量的田間試驗和示范已基本明確了我國土壤肥力和主要作物的肥料效應，創新了一大批施肥技術和推廣模式。從2009年農業部提供的3000多個田間試驗結果看，小麥、玉米和水稻等糧食作物測土配方施肥比農民常規施肥增產450kg/ha以上，每千克養分增產量1.5kg以上，比常規施氮量減少30kg/ha左右，氮肥利用率提高10個百分點以上。2009年3月農業部測土配方施肥技術專家組對6個省1152個農戶的隨機抽樣調研結果表明，項目區農戶明顯增產，糧食作物平均增產5.5%。
記者：化肥在保證糧食安全方面的功勞人所共知，但如果化肥施用不當也將不可避免地帶來一系列的生態環境問題。能介紹一下這方面的情況嗎？
劉學軍：化肥在我國農業增產中的作用很大，其功勞是第一位的，完全可以說沒有化肥的投入就沒有現代農業生產、也不可能解決我國目前的糧食安全問題。化肥的環境代價主要體現在不合理地過量施肥，尤其是氮肥的過量使用造成氮素連鎖效應（Nitrogencascade）。氮素連鎖效應是引起水體氮素污染、大氣中氮素痕量氣體及顆粒物濃度升高、氮素沉降和酸雨加劇等的主要原因。對于中國一些地區存在的大量施用化肥、片面追求糧食高產以及化肥不合理使用導致生態環境代價增加等問題應該引起我們的高度重視。新近歐洲氮項目(NitroEurope)的結果表明，在歐盟主要成員國由于氮素損失導致的生態環境代價高達700～1400億歐元。我國的氮評估工作尚未結束，初步估計這方面的代價不會低于歐盟國家。
目前，農業已成為溫室氣體的重要排放源，過量使用氮磷肥所導致的土壤剖面中硝酸鹽累積、耕層土壤有效磷富集以及與此相關的土壤酸化、水體污染和富營養化等報道日益增多，氮肥不合理使用導致氨揮發、氧化亞氮和氮氧化物等痕量氣體排放引起的氮素沉降增加與酸雨危害等問題也已經成為影響我國農業和環境可持續發展的制約因素。
土壤是農業的基礎，不合理施用化肥可導致土壤質量下降和污染的發生，從而直接威脅農業的可持續發展。同時，過量施用氮肥或者偏施氮肥會導致土壤中硝酸鹽大量累積和向下淋溶，成為水體尤其是淺層地下水的重要污染源。全國污染源普查結果發現，農業是總氮、總磷排放的主要來源，其排放量分別占全國排放總量的57.2%和67.4%。此外，關于氮肥不合理使用導致的NH3、NOx和N2O等農田痕量氣體排放，也越來越引起人們的關注。
記者：既要保證農業的增產，又要兼顧生態環境效益，您認為化肥產業在未來發展中如何才能做到這兩點？
劉學軍：今后我們應該在農業高產高效的目標下通過多學科合作優化肥料的管理、進一步提高化肥的增產貢獻，而通過養分資源綜合管理技術結合測土配方施肥的國家行動是提高我國肥料利用率、降低生態風險和環境代價的根本途徑。
就整體而言，氮肥、磷肥用量應逐步下調、回歸至理性水平，鉀肥維持穩定或略有增長。國家應加強化肥生產、使用和國際市場等方面的中長期預測預報的研究工作，加強肥料立法、逐步減少化肥的補貼，既避免化肥企業的大起大落，又要有前瞻性地適當發展一些有市場前景的新型肥料，如包膜控釋肥、專用復混肥等。
今后5~10年內，我國化肥企業應該在保持現有產量的前提下大力提升肥料（尤其是復混肥）產品質量，并且更多地關注農化服務，培養一支較為專業的農化服務隊伍，有效地為農民提供如何合理施肥的科學知識和試驗示范基地，并與各類農村專業化合作組織建立長期合作的關系，同時為農民提供合格的肥料產品和優質的售后服務。
從更長遠的未來分析，化肥的高濃化、復合化、液體化和多功能化是國際上的發展大趨勢，我國在發展高濃度單質肥料和復混肥的同時，也應針對國情適當保留一些相對廉價、養分濃度相對較低的肥料產品比如碳酸氫銨、過磷酸鈣等，以適用一些地區農民的經濟狀況和特定作物的養分需要。
作為中科院重要方向性項目水土資源和養分的高效持續利用的研究內容之一，由離子束生物重點實驗室研發的新型控緩釋化肥——控失型復合肥2008年秋季試驗示范在我國小麥主產區黃淮海平原的河南、山東、河北和安徽四省9個地市順利實施。項目組對河南、山東和安徽三省4個試驗示范現場進行了考察，發現小麥控失型控緩釋化肥全部基施和減量基施均較習慣施肥生長旺盛、增產趨勢明顯。圖為施用控失肥（右）和普通肥（左）的田間對照。
2001~2010年我國糧食產量和化肥消費量（單位：萬噸）
年度 糧食產量化肥消費量 農用化肥產量
2001 45246 4254 3383
2002 45706 4339 3791
2003 43070 4412 3881
2004 46947 4637 4805
2005 48402 4766 5178
2006 49804 4928 5345
2007 50160 5108 5825
2008 52871 5239 6028
2009 53082 5404 6385
2010 54641 5545 6741
