保障我國糧食安全的肥料問題---廣州會議2012

1、,保障我國糧食安全的肥料問題朱兆良 金繼運2012年11月12日·中國·廣州,2008年7月2日，國務院通過《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要》： 2010年糧食綜合生產(chǎn)能力至少5億噸。 至2020年糧食綜合生產(chǎn)能力達到5.4億噸以上，糧食自給率穩(wěn)定在95%以上。 2030—2040年人口可達到16億人口。如按470公斤標準計算,全國糧食消費需求要達到7.5億噸2011年實際生產(chǎn)糧食5.7億噸，

2、超過規(guī)劃要求，但今后增產(chǎn)的壓力很大。,保障糧食安全 -- 基本國策,人多、地少、耕地質量差的基本國情，決定了我國特有的高投入、高產(chǎn)出、農(nóng)田高強度利用的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式以占世界9%的耕地、6%的水資源，使用了世界約1/3的化肥，養(yǎng)活著世界21％的人口,基本國情,劉曉燕, 2008,我國農(nóng)田養(yǎng)分投入和產(chǎn)出的平衡狀況,● 多年來大量增施氮磷化肥，養(yǎng)分平衡中NP持續(xù)大量盈余，土壤中NP積累，對環(huán)境的壓力增大； 而鉀則持續(xù)虧缺但有所緩和,農(nóng)業(yè)源（含

3、種植、養(yǎng)殖和水產(chǎn)）的化學需氧量排放量為1324萬噸，占化學需氧量排放總量的44%。農(nóng)業(yè)源也是總氮、總磷排放的主要來源，其排放量分別為270萬噸和28萬噸，占排放總量（含農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活源）的57%和67%?！?N2O的排放：約為氮肥施用量的1.1%,國際注目,2024/3/27,農(nóng)業(yè)排放成為水體和大氣N2O的重要污染源-- 第一次全國污染源普查公報中華人民共和國環(huán)境保護部，國家統(tǒng)計局，農(nóng)業(yè)部2010年2月6日,隨著人增地減和

4、生活水平的繼續(xù)提高，為保障糧食安全，必須進一步提高單產(chǎn)必需增施化肥。將增加對環(huán)境的壓力迫切需要建立起可持續(xù)發(fā)展的集約化農(nóng)業(yè)養(yǎng)分管理體系和科學施肥技術體系。力求高產(chǎn)，同時保護好環(huán)境 --我國農(nóng)業(yè)科技工作者面臨的嚴峻挑戰(zhàn),一、化肥應用與糧食安全,化肥在保障我國糧食安全中發(fā)揮了重大作用,化肥的增產(chǎn)作用 -- 約為50%,1981-1983年的全國化肥網(wǎng)結果表明，在水稻、小麥和玉米上，化肥增產(chǎn)作用占47.8%；1990年，

5、全國化肥網(wǎng)70個5年以上定位試驗結果： 化肥在糧食作物上的增產(chǎn)作用占53%Norman E. Borlaug,1994年：“本世紀全世界作物產(chǎn)量增加的一半是來自化肥的施用?！盕AO: 施肥可以提高糧食單位面積產(chǎn)量55-57%, 總產(chǎn)30-31%；,我國農(nóng)業(yè)中化肥科學施用的難點與人少地多的發(fā)達國家不同我國人多地少，分散經(jīng)營，田塊多、規(guī)模小，復種指數(shù)高、茬口緊，農(nóng)技力量弱 又必須既優(yōu)質高產(chǎn)又保護環(huán)境 －

6、－比發(fā)達國家難度大我國科技工作者面臨的特殊挑戰(zhàn)！,二、氮肥利用率低的問題,氮肥的特殊性：1、農(nóng)田土壤普遍缺氮，氮肥增產(chǎn)效果明顯。2、轉化遷移復雜，損失率高，對大氣和水體的環(huán)境影響大。,農(nóng)田中氮肥的去向： 作物吸收、土壤中殘留、損失 — 評價氮肥的農(nóng)學效應和環(huán)境影響的基本依據(jù),我國農(nóng)田中化肥氮的去向（根據(jù)國內大量田間觀測結果估算，Zhu & Chen, 2002),（包括 1% N2O-N）,利用率 35%殘

7、留率 13%損失率 52%,近年來，水稻、小麥、玉米的田間試驗中氮肥的當季利用率：,● 張福鎖等，2008：全國糧食主產(chǎn)區(qū)1333個試驗：26 – 28% ● 閆湘，2008：IPNI 協(xié)作網(wǎng) 2002-2005：27 – 44%,● TJ Krupnik et al., 2004， SCOPE 65，pp193-207. 全球不同谷類作物系統(tǒng)中氮肥的當季表觀利用率（籽實+秸稈）：47%， 如果該系統(tǒng)的氮

8、素含量已處于穩(wěn)恒態(tài)，則其余的 53% 可以視為損失率?！衽c此結果相比，我國氮肥當季利用率（30-35%）偏低，損失率相近； 但是，如果將殘留率（13％）計入農(nóng)業(yè)可利用部分，則合計為43-48％，接近全球的當季利用率平均值。,我國農(nóng)田中氮肥利用率和損失率與世界的比較,,① 當季利用率低－－ 30 ～ 35％ （高產(chǎn)地區(qū)低于此值）② 殘留率：---- 13%③ 損失嚴重 －－ 52％

9、其中活性氮（NH3,N2O,徑流和淋洗N） 排放率 19%（評價環(huán)境影響的依據(jù)） ● 提高氮肥利用率和農(nóng)學效應的潛力很大，主要在于減少損失● 降低氮肥對環(huán)境的影響在于降低活性氮的排放和避免礦質氮在土壤中的大量積累,三、探索和發(fā)展符合我國國情的推薦施肥技術體系 --分區(qū)域養(yǎng)分管理與分區(qū)精準施肥,我國大田生產(chǎn)中施肥的盲目性大，但要實現(xiàn)科學施肥又有其特殊的難度。 需要在國內外已有的技術

10、基礎上，探索建立符合國情的易于推廣應用的推薦施肥理念和技術路線，研發(fā)相應的技術 “區(qū)域控制與田塊微調”相結合。,18,● 已進行了長期大量的研究，提出了許 多有效的施用技術和方法，例如，深施，“前氮后移”，水肥結合，平衡施肥等,1、氮肥問題：減少氮肥損失、提高利用率的施用技術和方法,高產(chǎn)地區(qū)，確定氮肥適宜施用量是關鍵,“區(qū)域總量控制與田塊微調相結合”的技術路線,適應我國農(nóng)村實際：以“區(qū)域平均適宜施氮量”作為宏觀控制的基

11、礎，必要時進行田塊微調,● “區(qū)域平均適宜施氮量”的定義： 在同一地區(qū)的同一作物上，在基本一致的栽培技術條件下，從氮肥施用量的試驗網(wǎng)中得出的各田塊最大經(jīng)濟效益時的適宜施氮量的平均值?！?應隨著品種和栽培技術等生產(chǎn)條件的變化，通過試驗重新確定,平均基礎產(chǎn)量 6750 kg/ha 適宜施氮量：經(jīng)濟效益最大時的施氮量。 此時的產(chǎn)量接近最高產(chǎn)量，而施氮量較少，損失量和環(huán)境影響低。,水稻產(chǎn)量和氮肥

12、損失與施氮量的關系（2003－2004,常熟）,習慣,最高產(chǎn)量,適宜,,,,2003－04年常熟12個單季晚稻試驗的產(chǎn)量比較：各田塊在適宜施N量(185-239kg/ha)時的產(chǎn)量與各田塊在區(qū)域平均適宜施N量（218kg/ha)時的產(chǎn)量非常接近,而且，12塊田的總產(chǎn)僅相差 -0.3％：田塊適宜施N量時各田塊的產(chǎn)量總和 ＝96504 kg/ha區(qū)域平均適宜施N量時各田塊的產(chǎn)量總和 ＝96233 kg/ha

13、 相差 -271 kg/ha（－0.3％）,區(qū)域平均適宜施氮量 可以直接用于推薦氮肥的施用量●合理性： 在適宜施氮量附近，產(chǎn)量～施氮量曲線較平緩，施氮量的少量增減對產(chǎn)量影響很小。,區(qū)域氮肥總量控制達到了高產(chǎn)、節(jié)氮、環(huán)保的要求,必要時進行田塊微調 以盡量降低個別田塊的偏差 －需要探索的問題● 可根據(jù)一些測試指標（如旱地土壤硝態(tài)氮）或影響因素（質地、肥瘦、茬口、播種

14、期和水熱條件等）調整施氮量,● 可以滿足“高產(chǎn)、節(jié)氮、環(huán)?！钡囊蟆！?不是最好，但是有效、可行，符合我國農(nóng)村實際，以最低的推廣成本達到區(qū)域效益的最大化?！?進一步與信息技術等相結合－－可以發(fā)展符合中國農(nóng)村實際的精準施肥技術。,評價,● 將“區(qū)域控制與田塊微調相結合”的理念與國際上精準農(nóng)業(yè)技術相結合，研究和發(fā)展適合我國國情的土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術,2、土壤養(yǎng)分分區(qū)管理和分區(qū)平衡施肥技術,河北玉田縣糧田分區(qū)平衡施肥圖(k

15、g/hm2),● 在河北玉田，通過鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界圖與速效養(yǎng)分圖的疊加，對每一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)提出了小麥和玉米的分區(qū)平衡施肥方案，實現(xiàn)了較大范圍內的精準施肥?！?該技術在小麥和玉米上分別增產(chǎn)10.9％-13.1％和14.3％-21.7％，氮肥當季回收率分別平均提高12.7和14.2個百分點。（黃紹文等，2002，2003）,● 對規(guī)模經(jīng)營的黑龍江江川農(nóng)場76.5 公頃水稻田。在經(jīng)過土壤測試明確主要養(yǎng)分限制因子及其分布規(guī)律的基礎上，形成了按田塊(每個

16、田塊6 -13公頃)為管理單元進行土壤養(yǎng)分分區(qū)管理的精準施肥技術● 與常規(guī)的平均施肥量技術比較，增產(chǎn)4.3％-11.2％，氮肥當季回收率提高12.6-14.0個百分點 (黃立梅等，2010),50m× 50m300個樣點,100m× 100m80個樣點,150m× 150m35個樣點,四、新型肥料,《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020 年）》將研發(fā)新型環(huán)保型肥料、緩釋控

17、釋肥料等列為優(yōu)先發(fā)展主題,新型肥料– 提高肥料養(yǎng)分利用率、減少損失的途徑之一1、研發(fā)：以堅實的科學研究為基礎。根據(jù)高效、環(huán)保、低成本的要求，扎扎實實地進行有針對性的研究；2、應用：明確其高效利用的土壤和環(huán)境條件，因地制宜、因時而用，科學施用；3、推廣：加強推廣和指導，達到增產(chǎn)增收和環(huán)境友好的目標。,林葆和李家康：在黑龍江水稻上，等氮量下控釋尿肥比普通尿素增產(chǎn)8.8%；在同樣產(chǎn)量水平下，控釋尿素節(jié)肥20％-30％ 在黑龍江和湖北

18、水稻試驗中，氮肥平均利用率分別達到47%和63%，比普通尿素分別平均高出16和18個百分點盧艷麗等：在北京玉米上使用控釋肥，在減氮20%情況下，控釋肥處理產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理增產(chǎn)18%李燕婷等：在玉米上的4 種緩釋復混肥的試驗中，緩釋復混肥料較普通化肥增產(chǎn)10%左右, 土壤剖面硝態(tài)氮累積量降低20%-70%,近年來緩/控釋肥的部分試驗結果：多表現(xiàn)出 “增效/節(jié)氮、環(huán)?！?五、有機肥料資源利用 隨著化肥施用量和產(chǎn)量的增加，有

19、機肥資源量增多 充分利用這一資源，避免其對環(huán)境的不利影響越來越重要,1、大量有機養(yǎng)分資源沒能充分利用，而變成環(huán)境污染物的來源 – 2008年，有機N、P、K養(yǎng)分資源的還田率分別為37%、43%、42%,我國在有機養(yǎng)分資源利用方面存在的問題：,（李書田和金繼運， 2011）,（注：有機養(yǎng)分還田率估計時，考慮養(yǎng)分在儲存運輸中的損失，氮和鉀的估計值可能略高于實際值）,37,2、有機肥的重金屬含量超標 -- 應從源頭控

20、制，規(guī)范飼料配方,養(yǎng)殖場的豬糞中每年帶人土壤的就有 砷230t、銅2400t、鋅90000t、鐵40000t (黃鴻翔等，2006),劉榮樂等（2005）取自全國14個省(市)184個有機肥樣品中重金屬超標樣品占總樣品數(shù)的比例（%）,六、保障糧食安全的相關肥料問題思考,39,1、提高耕地綜合生產(chǎn)能力是保障糧食安全的基礎 ● 我國耕地中低產(chǎn)田依然占較大比例 ● 在十一五和十二五期間，各省創(chuàng)造出的高產(chǎn)典型均

21、 是在肥沃、健康、耕層深厚的農(nóng)田上實現(xiàn)的2. 保障糧食安全的施肥區(qū)域布局問題●高產(chǎn)田上進一步提高產(chǎn)量難度大●中產(chǎn)地區(qū)增產(chǎn)潛力大，是增加施肥提高單產(chǎn)水平的重點地區(qū)●在低產(chǎn)地區(qū)加強土壤改良和農(nóng)田基本建設，消除限 制因素，提高農(nóng)田土壤肥力和生產(chǎn)力,3、依靠科技進步高效利用肥料資源,●建立“區(qū)域控制與田塊微調”相結合的測土配方施肥體系，實現(xiàn)平衡施肥 加強相應的基礎和應用基礎研究和政策支持● 努力提高有機肥

22、料養(yǎng)分資源的農(nóng)業(yè)利用，發(fā)展科學的有機肥－化肥相結合的施肥體系● 加強土壤肥力和肥料效益監(jiān)測，建立土肥技術推廣工作的長效機制,41,● 注意農(nóng)藝和工藝技術的結合結合我國化肥需求和資源狀況，調整化肥結構和布局在北方旱地土壤或蔬菜作物上適當增加硝態(tài)氮肥供應考慮我國中低品位磷礦的科學高效利用問題研發(fā)實現(xiàn)水肥一體化所需的高質量水溶性肥料實現(xiàn)肥料產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排、資源節(jié)約、環(huán)境友好、養(yǎng)分高效的目標，為我國種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供物質基礎,4

23、2,4.保障糧食安全的施肥體系需要多學科聯(lián)合攻關培育出高產(chǎn)和養(yǎng)分吸收利用能力強的品種，提高作物增產(chǎn)潛力良種良法，研究并形成充分發(fā)揮高產(chǎn)品種增產(chǎn)潛力的高產(chǎn)高效栽培技術，包括高效施肥技術研究土壤養(yǎng)分管理和施肥技術，一定要與作物栽培、耕作、灌溉、植保等環(huán)節(jié)緊密結合，把施肥技術放在整個栽培體系中開展研究栽培學家和育種學家也應將節(jié)約水肥投入納入高產(chǎn)作物的育種和栽培技術體系之中,43,5.保障糧食安全的施肥體系需要政策支持肥料科學技術的

24、發(fā)展和推廣需要穩(wěn)定的政策支持和經(jīng)費投入畜禽糞便的管理使用和作物秸稈的還田需要有相應的激勵政策和經(jīng)濟補貼國家有關部門要制定一系列法律和法規(guī)，規(guī)范有機肥和新型肥料的生產(chǎn)、標準化管理和科學應用,44,結語 節(jié)肥、高產(chǎn)和環(huán)保是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全的必然要求，是國家的重大需求，也是植物營養(yǎng)與肥料學科領域需要解決的重大科學技術問題。 有相應政策的引導和保障，有相關領域科技工作者的共同努力，我們一定可以依靠科技進步實現(xiàn)