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1、肥料在世界粮食增长中的作用T.L.Roberts著，原文译看 BETTER CROPS WITH PLANT FOOD 2009年第二期 P12-15，谢玲译*，涂仕华校*国际植物营养研究所成都代表处*根据联合国（UN）的数据，预计到 2050年全球人口数量将从目前的 67亿增长到 92亿。千年项目及未来展望报告（2008）指出，到 2013年全球粮食生产必须增加 50%并在30年内翻番，才能解决目前所面临的粮食危机。这些增加的粮食生产必须从日趋减少的耕地上获得，唯一的途径只能是集约化生产。然而，集约化生产必须通过生态集约化，采用环境安全的方式。生态集约化的目标是在对环境影响最小或无负面影响的
2、情况下，增加单位土地面积的产量，达到该农业系统“可获得的最高产量”。如果没有生物技术和遗传学的不断发展，也没有肥料，世界将不会实现其粮食生产目标。化肥对世界粮食生产的贡献达 40%-60%。我们的责任就是开发和利用肥料高效施用的管理措施。这篇文章阐述了化肥在全球粮食生产中的作用，以及保证达到农业生产和环境目标的相关肥料最佳管理措施（BMPs）。2008 年初，全世界把焦点都放在粮食危机上。当时水稻、小麦和玉米的价格翻倍引起了贫穷国家的粮食骚乱，并使一些国家限制粮食出口。粮食危机导致了联合国粮农组织（FAO）在罗马召开了“世界粮食安全高层会议”，185 个国家的政府和组织一起讨论了因气候变化、生
3、物能源和粮食价格引起的世界粮食安全所带来的挑战。到了夏天，随着粮价降低以及金融危机的来临，全球关注的焦点也从粮食安全转移到信贷方面。然而，粮食危机从未平息，只是由它引起的紧迫感已被全球经济衰退所取代。2007 年全球营养不良的人口数量预估达到了 9.23亿，大大高于世界粮食峰会 1990-1992年和 2003-2005年制定的基数，即 8.42亿和 8.48亿（FA0，2008a）。大约 98%的长期饥饿人口在发展中国家。整个世界都在努力实现跨千年发展目标-即到 2015年使饥饿人口减少一半。营养不良人口比例呈持续稳定的下降趋势，分别为 19901992年的 20%和 20032005年的
4、16%，但是到 2007年末这种趋势发生了逆转，我们改善饥饿的工作未能持续进展。世界粮农组织预计有 37个国家正面临粮食危机。2008 跨千年项目及未来展望报告将粮食危机归咎于发展中国家对粮食增长的需求、高油价、生物燃料、高化肥价、全球谷物储备量低以及市场的投机买卖（Glenn et al.2008）。粮食安全是人类所面临的一项巨大挑战之一。在人口数量会从目前的 67亿增长到 2050年 92亿的情况下，2008 未来展望报告建议到 2013年粮食生产必须增长 50%并在 30年内翻番。尽管报告的作者们认识到满足全世界人口的粮食需求的关键长期战略是改善雨养农业和灌溉管理、高产作物的基因工程、精
5、准农业、抗干旱作物和新农业方式所需的一些其他因素，但是他们几乎忽略了化肥的作用。许多人认为植物生物技术是生产更多粮食的关键。基因和生物技术产业向我们保证他们可以增加粮食产量，承诺每年可提高作物遗传产量潜力3%4%（Fixen，2007；Jepsm，2008）。世界最大的种子公司孟山都（Monsanto）承诺将在 2030年以前开发出玉米、大豆和棉花的新品种，这些品种可使每英亩谷物和纤维产量翻倍，同时仅需使用 2/3的灌溉水（Monsanto，2008）。我们要满足全球的粮食需求，的确需要这类技术的进步。然而，历史告诉我们仅凭基因技术的提高不可能解决全世界的粮食短缺。比如，Cassman 和 L
6、iska（2007）指出美国 40年来玉米的产量一直呈直线上升，与目前 9.2t/ha产量相比，平均每年递增 112kg/ha或 1.2%。这个 1.2%的年增长率来源于杂交品种的采用，灌溉面积的扩大，保护性耕作，土壤测试和平衡施肥，还有使用转基因抗虫“Bt”玉米品种。如果基因产业可以实现他们提高产量的承诺，如果基因潜力可转化成更多的产量，养分消费也会明显增加。展望未来 2020年，Fixen（2007）估计要使美国玉米产量每年增长 3%，与 20042006年化肥平均施用量相比，氮、磷、钾肥料将需要分别增加 18%、21%和 13%。未来粮食生产的增加必须从日趋减少的耕地上获得，唯一的途径只
7、能是集约化生产。并且必须通过生态集约化，采用环境安全的方式。生态集约化的目标是增加单位面积土地上的产量，即要集约化生产又要符合环境质量标准（Cassman，1999）。全球化肥状况粮食供应、通货膨胀和化肥价格成为 2008年初的头条新闻。媒体的如此关注使得政治家们和普通大众比以往任何时候更关心化肥产业。20 世纪 60年代至 80年代中期全球化肥消费持续稳定增加，然后下降，直到 90年代中期开始重新回升（图 1）。自 2001年以来，N、P 2O5和 K2O的用量分别增加了 13%，10%和 13%。全球谷物生产和化肥消费密切相关（图 2）。(图：图 1 全球 N、P2O5 和 K2O消费量（
8、IFA 统计 2007年）)(图：图 2 19612007年全球谷类粮食生产和化肥生产情况（IFA 统计 2007年；FAOSTAT2008年）)化肥是受全球市场供需和波动影响的商品。去年我们见证了前所未有的肥料需求和创纪录的价格（图 3）。从 2000年至 2006年世界化肥价格一直保持相对稳定，但是从2007年起开始逐渐上涨，在 2008年的 9月和 10月到达顶峰，11 月开始下降。化肥价格戏剧性的上涨源自多方面的原因（TFI，2008；IFA，2008），其中全球对化肥的需求增加和供应不足是驱使价格升高的主要原因。其他原因还包括：乙醇生产增加、运输费用提高、美元贬值、作物商品价格高和一
9、些国家限制肥料出口。(图：图 3 2000年 1月至 2008年 11月全球化肥的月均价格（Pike & Fischer，Green Markets）)尽管近来化肥市场变化无常，未来对肥料的需求仍很旺盛。许多发展中国家稳定的经济增长使他们有更多的钱来改变营养状况，人们的饮食正从低蛋白、淀粉为主的食品转向更多动物蛋白食品。发展中国家在肉类消费方面仍落后于发达国家，但是人们正朝消费更多肉品食物方向努力。1995 年以来，发展中国家肉品消费以每年 16%的速度递增，中国几乎达到了年增长率 40%。对肉类蛋白日益增长的需求意味着对饲料粮的需求会大大增加。从 1995年至 2020年对饲料粮的需求预计会
10、翻倍至 4.45亿吨，谷物粮食消费预计会增加 40%达到 10.13亿吨（Pinstrup-Andersen et al.，1999）。下个世纪全球乙醇和生物柴油的生产将持续增长（FAPRI，2008）。尽管 2008年全球谷物大丰收，但其储备一直呈下降趋势并将继续减少。中国、印度和巴西的水稻、玉米和大豆的产量继续低于美国，但增产潜力巨大，可通过改良基因、提高养分管理、提高水利用效率和其它最佳管理措施来实现。2008 年 5月，国际化肥工业协会（IFA）预报了在未来 5年内化肥的总需求量会以每年平均 3.1%的增长率递增（表 1）。但是，化肥工业未能从 2008年后期的全球金融危机中幸免于难，
11、其结果是 2008年下半年化肥消费下降了。(表：表 1 20122013年全球化肥消费量中期预报 )消费量（万吨）N P2O5 K2O 总量20052006至 20072008年平均估算 9580 38602760162102012-2013年预计 115604570330019430Heffer,2008a 年末，国际化肥工业协会（IFA）下调了 2008/09季短期化肥需求预报（表 2）。与20072008年相比，N 肥使用会稍稍增加 0.5%，而 P和 K肥的使用预计会分别降低 4.6%和 8.3%。但全球化肥消费量预计会在 2009/10年度复苏，与 2007/08年相比每种养分至少会
12、增加 3%。(表：表 2 2009-2010年全球化肥消费量短期预报 )消费量（万吨） N P2O5 K2O 总量2007-2008估算 1005039302890168702008-2009预计 1011037502650165002009-2010预计 104503880275017090Heffer,2008b 化肥对谷物生产的贡献化肥对维持全球作物的现有生产水平必不可少，而且对今后产量的持续高产则更为重要。在许多国家，施肥量偏低和施用不平衡既限制了产量潜能也对作物品质产生负面影响。即使生物技术产业能实现他们的承诺，通过基因改良提高产量和养分吸收效率，施肥在避免土壤养分耗竭和维持土壤肥力
13、方面仍至关重要。我们很难准确界定有多少作物产量取决于化肥，因为土壤本身的肥力、气候、轮作制度、管理和作物本身都会影响作物产量。一些作物（如大豆）对施氮反应不明显，对养分需求反应也不同。尽管这样，已有一些有意义的研究评价了化肥对作物产量的贡献。人们应用缺素处理试验和长期试验，与无肥对照相比较得到施肥对产量的贡献。Stewart et al.（2005）查阅了 362季作物生产数据，指出至少 30%50%的作物产量归功于化肥的使用。在这里可以引用一些例子。表 3例举的是美国几种谷类作物对缺 N处理的反应。在缺 N情况下，作物平均产量降低，玉米降 41%、水稻 37%、大麦 19%和小麦 16%。缺
14、 N对大豆和碗豆（都为豆科作物）的产量无任何影响（数据未列出）。如果作者们做了缺 P和缺 K的试验，减产情况会更明显。 (表：表 3 无氮处理对美国谷物产量影响的估算 )估算的作物产量吨/公顷作物基础产量 无氮肥无氮处理产量减少%玉米 7.65 4.52 41水稻 6.16 4.48 27大麦 2.53 2.04 19小麦 2.15 1.81 16Stewart et al.，2005 位于美国俄克拉何马州立大学的 Magruder定位试验，建于 1892年，是美国大平原地区最古老的长期土壤肥力研究点。自从这个点对立以来，肥料处理一直在变化，从1930年起，年施 N量为 3767公斤/公顷，年
15、施 P量为 15公斤/公顷。在七十一年里这些试验表明 N和 P肥地小麦产量的贡献率平均为 40%（图 4）(图：图 4 1930-2000年美国俄克拉何马州大学 Magruder试验田 NP肥对小麦产量的贡献率)1888 年建于密苏里州立大学的 Sanborn试验田是用于研究作物轮作度和农家肥对小麦产量的影响，于 1914年开始施用化肥。尽管这些年的施肥量不断变化，但在 100年间相比于无肥对照，施 N、P 和 K肥对作物产量的平均贡献率为 62%（图 5）。(图：图 5 18981998年密苏里州大学的 Sanborn试验田化肥对小麦产量的贡献率（Stewart et al.，2005）)英
16、国洛桑实验站（Rothamsted）的 Broadbalk试验，是世界上最早的长期试验。从1843年起一直种植冬小麦。一个世纪以来，与单施 PK相比，NPK 配合施用对小麦产量的贡献率为 6266%（图木舒克市）。从 1970年至 1995年，给试验的高产冬小麦品种持续施用 96kgN/ha，结果使缺 P处理减产了 44%，缺 K处理减产了 36%。(图：图 6 1952-1995年英国洛桑实验站（Rothamsted）的 Broadbald试验在 PK基础上N对小麦产量贡献率（Stewart et al.，2005）)这三个温带气候下的长期试验清楚地表明化肥在谷类作物生产中的重要性，它们对作物产量的贡献至少达到一半。化肥对热带作物更为重要，那里的刀耕火种农业破坏了土壤本身的肥力。Stewart et al.（2005）以巴西和秘鲁亚马逊（Amazon）盆地的连续粮食生产为例，在经过刀耕火种的第二年施用化肥，作物产量增加 80%90%。化肥
