——访中国农业大学资源与环境学院教授刘学军
化肥是现代农业的物质基础、是粮食的“粮食”，我国化肥产量和用量从1950年的不到5万吨/年升至2009年的5000多万吨/年，增幅超过1000倍，在保障国家粮食安全方面起到了不可替代的作用。但另一方面，由于部分地区施肥不当, 化肥带来了局部生态环境污染加剧等问题，成为我国经济和农业发展的制约因素。因此，如何科学评价化肥与农业的关系，或者说如何辩证看待化肥特别是氮肥在农业中的增产作用与生态环境效应，已经成为关系到我国农业与环境可持续发展的一个重大问题。
记者：有数据显示，全球40%以上人口依赖于化肥提供的粮食，而中国化肥的增产贡献高于世界平均水平40%。假如不使用化肥，将会是什么情况？
刘学军：建国以来，我国粮食生产取得了巨大成就，创造了世界的奇迹——以世界7%的耕地养活全世界22%的人口，其主要贡献来自化肥。从1961年到2009年，我国粮食作物的总产从1.1亿吨增至5.3亿吨，同一时期单产从年均1.2吨/公顷增加到5.6 吨/公顷，增加了3.7倍，而收获面积基本不变。从1961年到2007年，蔬菜、水果的收获面积分别增加了3.2倍和16倍，单产增加了近1倍、总产增加了6.7倍和30倍。我国作物单产增加主要依靠农业化学品投入尤其是化肥投入的增加，化肥已经普及到全国所有农业区，保障了全国农业大面积增产。假设不使用化肥（考虑其他条件改善），全国粮食产量可能只能维持在年均2.5亿吨，而施用化肥的粮食产量在5亿吨左右，那么化肥增产的粮食能养活全国约一半的人口，化肥的增产贡献甚至高于世界平均水平40%。由此可见，没有化肥的投入就不可能有我国的粮食安全。
记者：化肥的增产作用如此明显，那么化肥的投入与作物增产之间是否存在正比关系？
刘学军：通过比较国家粮食产量和氮肥的有关统计资料，我们发现二者并非呈线性关系。国家统计局数据表明，2009年我国化肥用量达到5404.4万吨，单位播种面积的化肥用量为341kg/ha，比1961年的0.5kg/ha增加670倍。由此可见，作物产量增幅要远远小于化肥用量的增幅，化肥的农业增产效应随着化肥用量的增加呈下降趋势，例如：每千克氮肥投入增产的粮食从1961年的300kg以上降低到20世纪90年代初的30kg，近些年更下降到20kg以下。中国农业大学资源与环境学院张福锁教授等人对我国氮肥农学效率的研究表明，目前每千克氮肥（纯养分，以下同）投入当年净增产的水稻、小麦、玉米已经分别从上世纪80年代的20kg左右下降到21世纪初的10.4kg、8.0kg和9.8 kg；磷肥、钾肥的增产效率也呈现类似的下降趋势。
此外，我国化肥的农业增产效应区域性差异很大。在地形、土壤、灌溉等自然条件良好的农业主产区，化肥增产效率较高，而且随着农业综合措施的进步，近两年化肥的增产效率呈现上升趋势。
自从1993年实施菜篮子工程以来，我国种植业产业结构发生了翻天覆地的变化。粮食播种面积波动式下降，而蔬菜和果树种植面积不断增加，到2008年，蔬菜播种面积占全国总播种面积的12%，而果园达到7%。由于水果和蔬菜的附加值高，农户往往不惜资源投入，资源浪费严重。例如：大棚蔬菜每年投入的化肥和有机肥纯养分是粮田投入量的10~20倍，远远超过蔬菜自身的需要。大面积种植蔬菜是全国化肥肥料效率不断下降的主要因素。
记者：针对我国化肥利用率低的问题，目前有没有较好的对策？
刘学军：据统计，目前我国农田氮、磷、钾化肥养分利用率平均仅为27.5%、11.3%和31.3%，表明我国化肥使用的优化空间很大。在如何优化氮肥管理、提高氮素利用效率方面，国内许多土壤肥料工作者进行了一些有益的探索。
中国科学院南京土壤所朱兆良院士针对中国人多地少的国情，较早提出“平均适宜施氮量”的方法，并首先在江苏太湖获得成功。太湖地区试验证明，水稻氮肥投入总量控制在180～225kg/ha，可保证现有产量，而氮肥用量比农民传统用量平均少1/4～1/3。中国农业大学张福锁、陈新平教授等则提出氮肥实时监测、磷钾肥衡量监控的养分资源综合管理策略，他们在华北平原进行的264个田间试验结果表明，利用养分资源综合管理技术可以把小麦、玉米氮肥用量控制到150~180kg/ha，比农民施肥量降低30%以上，而产量可以增长5%~10%。1998~2005年，中国农业大学在北京进行的121个露地蔬菜试验研究证明，在获得与农民相同产量的基础上，通过水肥一体化综合管理技术可把氮肥用量降低到100~260kg/ha，比农户用量下降151~183kg/ha，节氮23%。
记者：要真正实现化肥的增产增效应从哪些方面入手？有何技术手段？
刘学军：要实现化肥增产增效在战略上应从以下几个方面入手：
一是发展和应用总量控制、分期调控的氮肥管理技术。我国农户经营规模小、土地分散的特点决定了过于复杂和精确的施肥技术的可操作性差，经济上也不划算。中国农业大学在氮素实时监控技术基础上发展的总量控制、分期调控的氮肥综合管理技术，把作物全生育期氮素总量与关键生育期氮素调控结合起来，有效地解决了科学性与实用性的矛盾。
二是以“大配方，小调整”策略调整肥料产品结构，实现贴近农业需求的化肥技术改造与升级。具体的说，就是利用全国测土配方施肥技术成果，采用“大配方，小调整”策略大幅度调整肥料产品结构，使先进的施肥技术物化，并通过产、学、研与推广的结合，使技术人员、肥料经销商和广大农民实实在在用上这些技术。
三是加大测土配方施肥技术推广力度，彻底改变传统施肥观念。全国测土配方施肥项目开展5年来，通过大量的土壤测试，对我国农田养分状况有了新的认识。大量的田间试验和示范已基本明确了我国土壤肥力和主要作物的肥料效应，创新了一大批施肥技术和推广模式。从2009年农业部提供的3000多个田间试验结果看，小麦、玉米和水稻等粮食作物测土配方施肥比农民常规施肥增产450kg/ha以上，每千克养分增产量1.5kg以上，比常规施氮量减少30kg/ha左右，氮肥利用率提高10个百分点以上。2009年3月农业部测土配方施肥技术专家组对6个省1152个农户的随机抽样调研结果表明，项目区农户明显增产，粮食作物平均增产5.5%。
记者：化肥在保证粮食安全方面的功劳人所共知，但如果化肥施用不当也将不可避免地带来一系列的生态环境问题。能介绍一下这方面的情况吗？
刘学军：化肥在我国农业增产中的作用很大，其功劳是第一位的，完全可以说没有化肥的投入就没有现代农业生产、也不可能解决我国目前的粮食安全问题。化肥的环境代价主要体现在不合理地过量施肥，尤其是氮肥的过量使用造成氮素连锁效应（Nitrogen cascade）。氮素连锁效应是引起水体氮素污染、大气中氮素痕量气体及颗粒物浓度升高、氮素沉降和酸雨加剧等的主要原因。对于中国一些地区存在的大量施用化肥、片面追求粮食高产以及化肥不合理使用导致生态环境代价增加等问题应该引起我们的高度重视。新近欧洲氮项目(NitroEurope)的结果表明，在欧盟主要成员国由于氮素损失导致的生态环境代价高达700～1400亿欧元。我国的氮评估工作尚未结束，初步估计这方面的代价不会低于欧盟国家。
目前，农业已成为温室气体的重要排放源，过量使用氮磷肥所导致的土壤剖面中硝酸盐累积、耕层土壤有效磷富集以及与此相关的土壤酸化、水体污染和富营养化等报道日益增多，氮肥不合理使用导致氨挥发、氧化亚氮和氮氧化物等痕量气体排放引起的氮素沉降增加与酸雨危害等问题也已经成为影响我国农业和环境可持续发展的制约因素。
土壤是农业的基础，不合理施用化肥可导致土壤质量下降和污染的发生，从而直接威胁农业的可持续发展。同时，过量施用氮肥或者偏施氮肥会导致土壤中硝酸盐大量累积和向下淋溶，成为水体尤其是浅层地下水的重要污染源。全国污染源普查结果发现，农业是总氮、总磷排放的主要来源，其排放量分别占全国排放总量的57.2%和67.4%。此外，关于氮肥不合理使用导致的NH3、NOx和N2O等农田痕量气体排放，也越来越引起人们的关注。
记者：既要保证农业的增产，又要兼顾生态环境效益，您认为化肥产业在未来发展中如何才能做到这两点？
刘学军：今后我们应该在农业高产高效的目标下通过多学科合作优化肥料的管理、进一步提高化肥的增产贡献，而通过养分资源综合管理技术结合测土配方施肥的国家行动是提高我国肥料利用率、降低生态风险和环境代价的根本途径。
就整体而言，氮肥、磷肥用量应逐步下调、回归至理性水平，钾肥维持稳定或略有增长。国家应加强化肥生产、使用和国际市场等方面的中长期预测预报的研究工作，加强肥料立法、逐步减少化肥的补贴，既避免化肥企业的大起大落，又要有前瞻性地适当发展一些有市场前景的新型肥料，如包膜控释肥、专用复混肥等。
今后5~10年内，我国化肥企业应该在保持现有产量的前提下大力提升肥料（尤其是复混肥）产品质量，并且更多地关注农化服务，培养一支较为专业的农化服务队伍，有效地为农民提供如何合理施肥的科学知识和试验示范基地，并与各类农村专业化合作组织建立长期合作的关系，同时为农民提供合格的肥料产品和优质的售后服务。
从更长远的未来分析，化肥的高浓化、复合化、液体化和多功能化是国际上的发展大趋势，我国在发展高浓度单质肥料和复混肥的同时，也应针对国情适当保留一些相对廉价、养分浓度相对较低的肥料产品比如碳酸氢铵、过磷酸钙等，以适用一些地区农民的经济状况和特定作物的养分需要。
作为中科院重要方向性项目水土资源和养分的高效持续利用的研究内容之一，由离子束生物重点实验室研发的新型控缓释化肥——控失型复合肥2008年秋季试验示范在我国小麦主产区黄淮海平原的河南、山东、河北和安徽四省9个地市顺利实施。项目组对河南、山东和安徽三省4个试验示范现场进行了考察，发现小麦控失型控缓释化肥全部基施和减量基施均较习惯施肥生长旺盛、增产趋势明显。图为施用控失肥（右）和普通肥（左）的田间对照。
2001~2010年我国粮食产量和化肥消费量（单位：万吨）
年度 粮食产量 化肥消费量 农用化肥产量
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
