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农业发展与面源污染治理双重目标下的化肥减量路径探析

  • 投稿周冲
  • 更新时间2015-09-17
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文/金书秦 周芳 沈贵银

摘要 化肥过量施用造成严重的农业丽源污染和地力下降等问题,直接威胁农业可持续发展。从化肥施用对象、总量和增量的角度分析了我国化肥施用现状,探寻化肥施用量持续增长的原因,提出农业化肥减量的可行路径和支撑技术:根据现行化肥施用强度的主要贡献作物确定可行路径,重点发展经济有效、操作简易、环境友好、与化肥减量路径匹配的适用技术:推进农业化肥减量管理制度改革,要从完善顶层设计、加强政策创设、改善和推广节肥增效技术三方而进行。

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关键词 农业面源污染:化肥施用强度;化肥减量路径:化肥减量技术

21世纪以来,我国农业、农村经济发展取得了巨大的成就,实现了粮食生产“十一连增”,和农民增收“十一连快”,为国民经济平稳运行提供了有力支撑。在农业生产中,化肥作为外源投入,对促进农作物增产增效、保障国家粮食安全起到了重要作用。研究表明,我国化肥投入对粮食产量增加的贡献率达到57%。伴随着粮食连年增产,我国化肥施用总量也从2000年的4146万吨增加到2013年的5912万吨,年均增长2.8%;化肥施用强度从2000年的265千克/公顷增加到2013年的357千克/公顷,年均增长2.5%,也远超国际公认的225千克/公顷的施肥上限。化肥施用面广量大、强度过高,造成了严重的农业面源污染和地力下降问题,直接威胁农业可持续发展。为此,国家高度重视化肥污染防治工作,2008年、2009年、2010年、2013年、2014年和2015年的6个中央1号文件都明确提到了农业化肥污染治理问题,“十二五”规划将节能减排目标由工业扩展到农业领域,将防治农业面源污染列为“十二五”重点工作。2014年全国农业工作会议更明确提出了农业面源污染治理“一控、两减、三基本”(农业用水总量控制;化肥、农药施用量减少;地膜、秸秆、畜禽粪便基本资源化利用)目标。科学种植、减量施肥能够减少农业投入,实现节本增效,防治农业面源污染,改善生态环境,保障农产品质量安全,促进农业可持续发展,具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

目前,关于我国化肥施用情况的研究主要集中在三个方面:一是分析化肥施用及其污染的现状,表明化肥过量施用造成严重的水资源、耕地等环境污染,分析施肥行为与环境质量变化之间的关系;二是剖析化肥施用量与强度持续增长的原因,主要包括政策原因(国家对化肥企业实施的“优惠+限价+补贴”等化肥产业政策以及对种粮农民推行的农资综合补贴等惠农政策,在一定程度上拉动了化肥施用量的增加)、经济原因(农民作为追求收入最大化的理性经济人,农作物价格、农资产品价格、家庭收入、耕作方式等经济因素变动会引起农业种植结构调整和农户化肥施用行为的变动,进而直接影响化肥施用量和强度)、技术原因(化肥技术监管难、测土配方精细施肥管理难等导致化肥利用率低、施肥结构不合理);三是提出减少化肥施用量和强度的政策建议,主要包括取消对化肥企业补贴的政策措施、对化肥征收环境税以纠正农民施肥行为的经济措施和推广测土配方技术应用的技术措施。

尽管现有研究对我国化肥施用现状、原因及其政策建议进行了较为深入的研究,但是主要从化肥施用总量的角度进行探讨,从农产品层面的分析有待进一步强化,且并未提出农业化肥减量的可行路径,对其支撑技术的研究也较少。本文从化肥施用对象、总量和增量的角度分析我国化肥施用现状,分解化肥施用量持续增长的原因,探寻在保障农业发展和治理面源污染的双重目标约束下农业化肥减量的可行路径和支撑技术。

我国化肥施用对象和增量来源

为讨论化肥的施用对象问题,本文所需化肥施用量数据通过单位面积化肥施用量乘以作物种植面积得到。其中单位面积化肥施用量数据来自国家发改委价格司的《全国农产品成本收益资料汇编》,作物种植面积数据来自《中国农业年鉴》。对照两个数据来源,同时有化肥施用强度和种植面积的共12种作物,即稻谷、小麦、玉米、大豆、棉花、甘蔗、蔬菜、苹果、烤烟、花生、油菜籽、甜菜,数据最早可追溯到1998年,最新为2012年。由于统计口径不同,本文计算得到的化肥施用量数据绝大部分年份(除2000年外)比《中国统计年鉴》中的化肥施用总量数据低1%~9%。本文主要讨论化肥施用对象和增量问题,对总量数据绝对值精确性要求不高,因此不对不同年份的化肥施用量进行调减处理。1998-2012年,我国12种主要作物的化肥施用量由3930万吨增长到5371万吨,年均增长2.4%。

化肥施用“五分天下”,蔬菜用量最大

1998-2012年,我国12种主要农作物的化肥施用量呈现“五分天下”的特征,也即蔬菜、稻谷、小麦、玉米、其他经济作物(包括棉花、苹果、甘蔗、甜菜、烤烟、花生、油菜籽、大豆),各占约20%,见图1。在所有作物中,蔬菜的化肥施用量最大,2012年为1214万吨,所占比重在23%上下;三大粮食作物中,稻谷、小麦的占比有下降的趋势,玉米的占比略有上升;其他经济作物中,棉花、苹果占比相对较大,在4%左右。

经济作物施用强度较高,粮食作物施用强度基本稳定

我国12种主要作物的化肥施用强度可分四个层次:第一层次是苹果和甘蔗,这两类经济作物的化肥施用强度明显高于其他作物,其中苹果的施用强度在60~70千克/亩,甘蔗在50~60千克/亩;第二层次是蔬菜、烤烟和棉花,其化肥施用强度分别在40~50千克/亩、30~40千克/亩、30千克/亩上下;第三层次,甜菜、小麦、玉米施用强度均在20~30千克/亩,稻谷基本在20千克/亩上下波动;第四层次,花生、油菜籽的施用强度在10~20千克/亩,大豆在10千克/亩以内(图2)。整体上,经济作物的化肥施用强度明显高于粮食作物。

施用强度上升是化肥增量的主要来源,蔬菜对增量贡献最大

2012年,12种主要作物的化肥施用量比1998年增加了1440万吨,增长36. 6%。化肥施用强度上升是化肥用量增加的主要原因,对增量的贡献率为58.2%;作物种植面积变化对增量的贡献率为41. 8%。

分作物看,稻谷、小麦等7种作物的化肥增量都主要由化肥施用强度上升引致。值得注意的是,由于种植面积的减少,小麦的化肥施用总量增幅较少,但化肥施用强度上升导致的化肥增量为286.7万吨,超过了种植面积减少对化肥减量的贡献(209.8万吨)。单个品种对化肥增量贡献最大的是蔬菜,其化肥施用量增加609万吨,占增量的42.3%:其次为玉米,其化肥施用量增加457万吨,占增量的31. 8%。蔬菜和玉米对化肥增量的贡献总共达到74.1%,见表1。

农业化肥减量路径与支撑技术

在当前和今后一段时期,保障农产品有效供给仍然是各项涉农工作的核心目标,化肥减量工作也应当在此目标下开展。实际操作中,首先要明确农业化肥减量的对象,具体到作物,其次要合理利用相关技术,以最小的代价实现化肥减量。

农业化肥减量的可行路径分析

无论从控制面源污染保护环境,还是降低生产成本提高农业竞争力的角度来看,我国农业化肥减量都势在必行。农业化肥减量要从控制化肥增量做起。前面的分析表明,化肥增量主要贡献因素是种植面积增加和施用强度加大,其中种植面积反映了市场对农产品的需求。从保障农产品需求的角度来看,控制化肥增量首先要控制由于施用强度上升带来的化肥施用量增加。因此,控制化肥施用强度是农业化肥减量的首要手段。

要根据现行化肥施用强度的主要贡献作物确定农业化肥减量的可行路径。首先,大类作物中,重点控制蔬菜、小麦、玉米、稻谷等对化肥增量贡献大的作物;其次,小类作物中优先控制苹果、甘蔗等施用强度高的作物;再次,控制小类作物中强度上升幅度较大的作物,如花生、大豆、棉花;最后,烤烟作为一种非必需、且不利于健康的农产品,在控制强度的同时,也应当限制面积。以2012年为例,12种主要作物的施肥总量为5370.8万吨,比上一年增加了86.5万吨。其中56.7万吨的增量来自于使用强度的上升;29.8万吨来自种植面积的变化。反之,如果能够保持施用强度不变,就可避免56.7万吨的增量。

农业化肥减量的支撑技术

化肥减量技术是指在不减少作物产量的条件下,通过一系列产前、产中、产后节肥技术的综合,减少化肥施用量,提高化肥利用率,实现农业节本增效,减少农业面源污染。科学研究表明,在采取恰当耕作技术和管理方式的条件下,以更少的化肥投入也能获得更高的产量。

产前节肥技术。通过推广高效缓释肥、水溶性肥料等新型环保肥料,促进化肥高效利用。缓释肥是肥料养分释放速率缓慢,释放期较长,在作物的整个生长期都可以满足作物生长需要的肥料,突出特点是释放率和释放期与作物生长规律有机结合,从而使肥料养分有效利用率提高30%以上。水溶性肥料是一种可以完全溶于水的多元复合肥料,包括氮、磷、钾及各种微量元素等作物生长所需要的全部营养元素,作物吸收利用率较高,能够达到70%~80%。

产中节肥技术。通过改变施肥方式和肥料成分,减少化肥流失,实现化肥高效吸收,主要包括测土配方施肥、化肥深施、秸秆还田、水肥一’体化等。其中,测土配方施肥是根据作物的需肥特性、土壤的养分含量和肥料品种等因素,有针对性地制定出富含氮、磷、钾及微量元素的施肥技术方案。测土配方施肥技术要坚持有机肥料和无机肥料相结合,确定氮、磷、钾以及其他微量元素的合理施肥量及施用方法。维持土壤肥力水平,提高肥料利用率,减少化肥流失对环境的污染,既增加农作物产量,又减少化肥投入量,达到农业优质、高效、高产的目的,实现经济、环境和社会效益间的相互协调。化肥深施技术是将化肥定量均匀地施入地表以下作物根系密集部位,使之被作物充分吸收,同时又显著减少肥料有效成分挥发和流失的技术。研究表明,碳酸氢铵、尿素深施地表以下6~10厘米的土层中,比表施的利用率相对提高115%和35%。秸秆还田技术是将摘穗后直立的作物秸秆,用于大中型拖拉机配套的秸秆还田机具直接粉碎、抛洒于地表,随即耕翻人土,使之腐烂分解作底肥,有粉碎翻压还田、覆盖还田等四类,还田的秸秆可以提高土壤肥力,进而减少化肥施用量。水肥一体化技术的关键是利用管道灌溉系统,将肥料溶解在水中,并进行灌溉与施肥,适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求,实现水肥同步管理和高效利用。

产后化肥污染治理技术。主要包括面源污染防治技术和水体富营养化治理技术。其中,面源污染防治技术的关键在于吸收化肥中未被作物有效吸收的氮、磷等污染物,主要采用的技术包括生态沟渠、生化塘、人工湿地等。水体富营养化治理技术的关键在于削减水体中的氮、磷以及沉淀物中有机碳和氮、磷等负荷,主要采用物理化学技术和生物技术。

需要注意的是,要将现有农业化肥减量技术与路径结合起来,重点发展经济有效、操作简易、环境友好、与化肥减量路径匹配的适用技术。例如,目前测土配方施肥技术主要用于大田作物,对蔬菜等经济作物的应用较少。但蔬菜作为重点控制化肥施用量的作物,应该大力发展蔬菜测土配方施肥技术。根据蔬菜类型和品种、生长发育、产量和测定土壤养分含量情况,确定施肥种类、数量、配比和时间。化肥减量技术必须建立在真实、合理、全面的调查和试验数据基础上,才能更好地发现施肥的主要发展趋势和存在问题,尤其是设置一定数量的农民跟踪调查,使化肥减量技术的效果评估及改进建议更有针对性和可操作性。

农业化肥减量的对策建议

我国现行化肥管理政策和制度在一定程度上造成了化肥过量施用和农业面源的严重污染,制约农业的长期可持续发展。应当以十八届三中、四中全会的精神为指导,按照五位一体的总体布局,推进化肥施用量和强度的“双降”。

完善农业面源污染防治顶层设计

化肥减量是农业面源污染防治工作的重要内容,因此要将化肥减量纳入到农业面源污染防治乃至农村生态文明建设的顶层设计中去。一是要在新《环境保护法》的框架下,研究制定“农业环境保护条例”或相关保护性条例(例如“耕地质量保护条例”),以法律法规的明确性、强制性和稳定性,为农业化肥减量目标的实现和现代农业发展保驾护航,使化肥管理有法可依。二是要将农业面源污染防治上升为国家意志,并将化肥减量作为重要抓手,建议“十三五”期间,国家层面出台“农业面源污染防治规划”,详细界定近期农业化肥减量的总体目标、激励和约束措施、相关主体责任等方面的内容。

加强农业化肥减量的政策创设

我国对化肥企业的“优惠+补贴+限价”政策在一定程度上是化肥过量施用的政策性根源。因此,实现农业化肥减量目标,既要调整优化已有政策,减少并逐步取消对化肥企业的财政补贴和税收优惠,进一步提高对新型环保肥料、有机肥和测土配方施肥等的补助力度;又要加强政策创设,对化肥减量技术的研发、生产、推广和使用全程进行补贴,建立化肥减量技术科研成果权益分享机制,形成完善的农业化肥减量政策体系。

提升和推广节肥增效技术

化肥施用强度上升是化肥增量的主要原因,化肥利用效率下降是化肥施用强度上升的主要贡献因素。应不断加强经济有效、操作简易、环境友好、与化肥减量路径匹配的适用节肥增效技术的研究和推广。养分资源综合管理技术结合测土配方施肥技术是提高我国化肥利用效率、降低化肥过量施用产生的生态风险和环境代价的重要途径。继续推广测土配方施肥,尤其是在蔬菜种植中的应用。

此外,加快农业结构的调整和优化对减缓我国化肥的过量施用具有重要意义。应该结合各地区资源禀赋优势,调整和优化各类农作物和各区域的农业结构,大力推进“化肥节约型”的农业生产结构调整进程。

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参考文献

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(金书秦、周芳,农业部农村经济研究中心;沈贵银系农业部农村经济研究中心副主任、研究员。沈贵银系通讯作者)