我國(guó)是一個(gè) 農(nóng)業(yè)和人口大國(guó)，人均耕地面積僅為1.38畝，相當(dāng)于世界平均水平的40％。面對(duì)巨大的糧食需求壓力，化肥的施用在我國(guó)作物產(chǎn)量提高和糧食安全保障方面發(fā)揮了重要作用，使我國(guó)創(chuàng)造了在人多地少的人口大國(guó)實(shí)現(xiàn)糧食自給的奇跡。

國(guó)內(nèi)外肥效試驗(yàn)研究顯示，化肥對(duì)糧食作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率平均達(dá)50％-60％， 其中化肥對(duì)我國(guó)水稻、小麥和玉米的增產(chǎn)貢獻(xiàn)平均分別為40.8％、56.6％和46.1％。 由于化肥的顯著增產(chǎn)作用，1978年至2015年，我國(guó)農(nóng)用化肥用量（折純）從884萬噸增長(zhǎng)至6022萬噸，增幅超過5.8倍。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，自2000年以來我國(guó)蔬菜和水果的消費(fèi)量也迅速攀升，相應(yīng)蔬菜和水果種植的化肥投入量也迅速增加。調(diào)查資料顯示：我國(guó)蔬菜和水果種植的化肥用量已接近我國(guó)農(nóng)用化肥總量的40％，種植過程中化肥養(yǎng)分用量平均達(dá)到1092千克/公頃，是全國(guó)農(nóng)作物化肥平均養(yǎng)分用量的3.3倍；主要設(shè)施蔬菜種植過程中氮、五氧化二磷和氧化鉀施用總量平均分別是各自推薦量的1.9、5.4和1.6倍，存在化肥過量施用問題。

科學(xué)規(guī)律告訴我們，當(dāng)化肥施用量達(dá)到一定程度后，繼續(xù)增施的部分對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)存在報(bào)酬遞減規(guī)律（增施部分的產(chǎn)出逐漸下降），從而導(dǎo)致肥料利用率隨著化肥施用量的增加而持續(xù)下降。加之目前仍然存在肥料品種不匹配、施肥方式落后等問題，施入土壤的氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物通過地表徑流和滲漏等途徑進(jìn)入地表和地下水環(huán)境，造成了一定的面源污染問題。

化肥的不合理施用對(duì)環(huán)境有何影響

肥料施入農(nóng)田后有三個(gè)去向 ： 作物吸收、土壤殘留和排放進(jìn)入環(huán)境， 其中進(jìn)入環(huán)境的部分是導(dǎo)致面源污染的主要原因。土壤中的肥料可通過多種途徑進(jìn)入環(huán)境，如氮肥可通過氨揮發(fā)（以氨氣形式從土壤表層或水面逸散至大氣環(huán)境）、硝化和反硝化作用（氮素的一系列氧化還原反應(yīng)）、地表徑流和淋溶（養(yǎng)分隨水在土壤表面遷移或在土體中下滲）等途徑進(jìn)入大氣和水體，磷肥可通過徑流進(jìn)入水體。土壤中殘留的肥料過多，也會(huì)逐漸導(dǎo)致土壤次生鹽漬化和土壤板結(jié)等問題。

綜合多年來的研究顯示： 施入土壤的氮肥以氣態(tài)形式損失的比例占施氮量的30％左右（包括氨氣、氮氧化合物和氮?dú)猓ㄟ^徑流和淋溶的損失占2％-5％，但在某些條件下，徑流和淋溶占比可達(dá)到8％-10％，在蔬菜地，占比可達(dá)20％。與氮相比，磷在土壤中相對(duì)比較穩(wěn)定，且移動(dòng)性差，施入土壤中的磷大部分會(huì)被吸附或固定為難溶性磷，因此，通過肥料施入農(nóng)田的磷再離開農(nóng)田進(jìn)入環(huán)境的量比較少，大概有1％的磷以水土流失的方式，通過徑流和淋溶途徑離開農(nóng)田。對(duì)于 鉀肥，其在土壤中的形態(tài)較為復(fù)雜，施入土壤后約有20％被土壤固定成為緩效鉀，離子態(tài)鉀移動(dòng)性強(qiáng)，可通過淋溶進(jìn)入環(huán)境，普遍認(rèn)為其環(huán)境排放量介于氮肥和磷肥之間。雖然鉀素離開農(nóng)田進(jìn)入環(huán)境的量?jī)H次于氮素，但其對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響很小。由此可見，對(duì)生態(tài)環(huán)境有嚴(yán)重影響的肥料養(yǎng)分主要就是氮和磷，尤其是氮。氮肥過量施用帶來的環(huán)境問題得到了廣泛關(guān)注。

總體而言，華北平原區(qū)、南方平原區(qū)和四川盆地是我國(guó)農(nóng)田氮磷排放的重點(diǎn)區(qū)域。對(duì)于氮素來說，南方平原區(qū)以地表徑流排放為主，華北平原區(qū)以地下淋溶排放為主，四川盆地也是地表徑流排放為主，其次主要是氨揮發(fā)和一氧化二氮排放。磷素以地表徑流排放為主。

養(yǎng)分流失受施肥量、施肥時(shí)間、降雨量、降雨強(qiáng)度等因素影響。施肥量越高，養(yǎng)分流失的風(fēng)險(xiǎn)就越大；降雨量越大、降雨強(qiáng)度越高，養(yǎng)分流失量就越大。施肥后一周內(nèi)是養(yǎng)分流失的高風(fēng)險(xiǎn)期，一周以后則風(fēng)險(xiǎn)較低。因此，根據(jù)養(yǎng)分流失的發(fā)生規(guī)律，制定科學(xué)合理的施肥方案，優(yōu)化現(xiàn)有施肥技術(shù)和方法，盡量從源頭上減少面源污染物的發(fā)生和排放，將化肥施用對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響降到最低。常見的技術(shù)包括測(cè)土配方施肥、施用緩控釋肥料、添加肥料增效劑、有機(jī)肥部分替代化肥、水肥一體化、機(jī)械深施和按需多次施肥等技術(shù)。

測(cè)土配方施肥 是以土壤測(cè)試、肥料田間試驗(yàn)、農(nóng)戶調(diào)查為基礎(chǔ)，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，在合理施用有機(jī)肥料的基礎(chǔ)上，提出氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的施用數(shù)量、施肥時(shí)期和施用方法。采用該技術(shù)可在減少20％-37％氮肥投入的條件下維持玉米、小麥和水稻的產(chǎn)量不降低，提高三大糧食作物氮肥利用率2.3％-20.4％，降低農(nóng)田氮素的損失。菜地采用化肥減量技術(shù)后，氮肥用量可比常規(guī)農(nóng)戶減少40％，總氮排放量減少42％-52.3％。

向肥料中添加功能性物質(zhì)， 如硝化或脲酶抑制劑等，可以抑制土壤硝化速率或脲酶活性，延緩?fù)寥乐械实霓D(zhuǎn)化與損失。添加硝化抑制劑可使三大糧食作物產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高6.5％-20.1％、5.0％-78.3％，使氧化亞氮排放降低22.1％-51.0％，但會(huì)在一定程度上增加氨揮發(fā)排放風(fēng)險(xiǎn)；添加脲酶抑制劑提高三大糧食作物產(chǎn)量5.8％-22.8％，提高玉米、小麥氮肥利用率25.4％-40.7％，同時(shí)降低三大作物氨揮發(fā)、氧化亞氮排放46.1％-51.2％、11.9％-45.2％。氮肥減施20％并配施硝化抑制劑，可使蔬菜作物在維持產(chǎn)量或略微增產(chǎn)的情況下，減少21％-53.1％的氮徑流、30％的氮淋溶和35％-50％的氧化亞氮排放。

通過有機(jī)肥部分替代化肥 ， 有機(jī)無機(jī)配合施用，可以減少農(nóng)田中化肥的投入，在實(shí)現(xiàn)減投減排的同時(shí)還能培肥土壤肥力。在養(yǎng)分投入量相等的條件下，有機(jī)肥替代部分化肥可使稻麥輪作農(nóng)田總氮和總磷流失量分別減少5.5％-34.0％和18.6％-23.3％，并平均增產(chǎn)7.3％。設(shè)施蔬菜采用有機(jī)肥部分替代化肥，可減少氨揮發(fā)排放23.4％-41.6％，減少氧化亞氮排放33.2％。

采取水肥一體化或機(jī)械側(cè)深施肥等方式進(jìn)行施肥， 可在減少氮肥投入20-30％的基礎(chǔ)上維持作物產(chǎn)量穩(wěn)定，顯著提高氮肥利用率。大棚番茄采用水肥一體化技術(shù)，與常規(guī)撒施相比，可減少氨揮發(fā)損失90％以上；水稻機(jī)插秧側(cè)深施肥配施緩控釋肥，氨揮發(fā)減排程度可達(dá)13.8％-86.4％，減少一氧化二氮排放57％-72％；采用大白菜機(jī)械起壟側(cè)條施肥，在保證穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)，可減施化肥氮約30％，并且減少50％以上的氨揮發(fā)。

總而言之，化肥施用對(duì)于保障我國(guó)糧食安全起著十分重要和不可替代的作用，但是過量施用化肥也在一定程度上帶來了面源污染等不利的環(huán)境影響。科學(xué)施肥技術(shù)是實(shí)現(xiàn)面源污染防控的第一陣線，可以從源頭上減少化肥投入，降低面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)又兼顧了肥料利用率的提高，是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙重目標(biāo)的重要途徑。

作者：施衛(wèi)明，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所