《施肥与耕地资源的合理利用和保护》由会员分享，可在线阅读，更多相关《施肥与耕地资源的合理利用和保护（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、施肥与耕地资源的合理利用和保护金继运 吴荣贵中国农业科学院土壤肥料研究所 加拿大钾磷研究所北京办事处1. 引言 我国以占世界 7%的耕地养活着占世界 22%的人口。合理利用和保护有限的耕地资源，发展高产优质高效农业生产体系，是保护农业生产持续稳定发展的关键。农业生产是一个能量和物质的转化和循环过程，在 1949 年以前，我国农民在几千年的农业生产实践中把种植业和饲养业紧密结合起来，完全依靠有机肥料保持养分循环，遵循了物质能量循环的客观规律，合理地利用土地资源，保证了农业生产的持续发展。但是，依靠有机肥维持农业内部的物质和能量循环，只能是低水平上的循环，产量水平不可能有较大幅度的提高，从公元前
2、221 年到新中国成立前的二千多年的漫长时期，小麦和水稻的产量增长十分缓慢，平均每年分别仅增长 0.3 和 1.3 公斤/公顷。传统的封闭式农业无法满足现代社会不断增长的需求，必须从农业系统以外投入物质能量，扩大物质循环的内容，使农业生产跃上一个新的水平。自新中国成立以来，化肥的投入逐年增加，到 1990 年，化肥总投入量达 2590.3 万吨养分，成为世界上最大的化肥消费国。由于化肥的投入扩大了物质能量循环的内容，产量水平不断上升，1990 年粮食总量达 45184 万吨，相当于 1952 年的 2.8 倍。从 1952 年到 1990年近 40 年间，粮食产量与化肥用量呈极显著的正相关。小
3、麦和水稻每公顷产量每年平均增长 66 公斤和89 公斤。在我国施肥的历史上，甚至在目前的施肥实践中，的确存在有长期偏施单一养分肥料，引起土壤中其他养分的耗竭，施肥效益下降，影响产量和产品质量，甚至污染环境等问题。比如过量的氮肥会导致地下水污染，加速土壤中其他养分消耗，过量和不恰当地施用磷肥也会导致这一元素在水体中的富集。但是，这些问题都是由于人们缺少合理施肥的知识，违背了平衡施肥的原则，而不是施用化肥的必然结果。平衡施肥增加农业生产系统的物质和能量循环，提高农作物的生物产量和经济产量，改善土壤生态环境，提高耕地资源的利用价值。英国洛桑实验站一百多年的定位试验结果表明，连续百年配合施用适量的氮磷
4、钾肥，即使不用有机肥，作物可以持续高产，土壤肥力没有下降，我国的一些定位试验结果也表明，只要氮磷钾配合得当，土壤有机质和速效养分含量均有所上升。 科学地平衡施用各种必需的营养元素，对于提高作物产量和品质以及保证环境质量，都是有益而无害的。反之，如果违背平衡施肥的原则，偏施某一种或几种养分，则可能引起地力下降，产量降低，影响产品品质，甚至危及环境。我们必须认识施肥的规律性，掌握平衡施肥这门科学，使农业生产中的物质和能量的转化进入良性循环，保证作物持续高产稳产，保证农产品的质量，提高土壤肥力，保持良好的生态环境。我国以不足世界 7%的耕地养活着占世界 22%以上的人口。而且在不可预见的未来，人口仍
5、将不断增加，耕地面积继续下降。预计到 2000 年和 2020 年，我国总人口分别达到 12.813 亿和 1516 亿，人口的不断增加，人民生活的提高和国民经济的高速发展对农业生产提出越来越高的要求，对有限的耕地施加愈来愈大的压力。我们必须在有限的耕地上生产出更多的粮食、纤维、油、糖等生活必需品和工业原料，同时又要保持和提高土壤肥力，保护生态环境，实现这些目标，要一靠政策、二靠科技、三靠投入，走高产、优质、高效的道路。在农业生产的各种物资投入中，肥料是费用最高的一项。据估计，在我国粮食生产中，化肥的投入一般占各项物资和能量投入总费用的 3040%，在某些高产地区，化肥的费用可以占总投入费用的
6、 50%以上。然而，如果使用得当，化肥又是各种投入中见效快、效益高的一项。据估计，近年来，我国粮食增产的30-50%来自化肥的应用。肥料施用必须有先进的科学技术的指导，才能充分发挥其增产效益，提高土壤肥力，保护和改善土壤环境。反之，应用不当，则可能对农业生产和生态环境造成不良影响。因此，肥料的合理施用，是发展三高农业，保证农业生产持续稳定增长和保护土地资源的关键措施之一。本文试图通过对我国长期施肥历史的回顾，综合近年来的科学研究发现，对施肥在农业生产，尤其是粮食生产持续发展中的作用及其对耕地资源合理利用与保护之间的关系进行探讨。2. 历史的回顾我国施肥历史悠久，早在公元前三千年的商朝，就有关于
7、施用有机肥的记载。在二千多年前的战国时期及其后的秦朝，有机肥已普通应用。表 1 列出了我国自公元前 221 年到现代不同历史阶段的小麦和水稻的平均产量。从公元前 221 年到建国初期，小麦和水稻的产量缓慢增加，在这漫长的二千多年历史中，没有从农业系统以外投入养分，农民仅仅依靠施用有机肥调整农业生产系统内部的物质循环，有效地维持了土壤肥力。但是，这是以低投入和低产出为特点的低水平的物质循环和平衡。自公元前 221 年到公元1279 年，小麦产量一直维持在每公顷 800 公斤左右，直到本世纪初，才提高到每公顷 1465 公斤，在二千多年的漫长历史中，每年平均只增长约 0.3 公斤/公顷。水稻单产增
8、长比小麦快些，但从 603 公斤/公顷增加到 2930 公斤/公顷也用了 1731 年，平均每年只增长 1.3 公斤。农业生产是一个能量和物质的转化和循环过程，处理好农业生产体系内能量和物质的循环与平衡，是农业生产持续稳定发展的关键。在本世纪 50 年代之前，我国农民在几千年的农业生产实践中把种植业和饲养业结合起来，完全依靠有机肥保持养分循环，遵循了物质的客观规律，合理地利用资源，保证了农业生产的持续发展，创造了举世瞩目的民族文化。中国传统的有机肥中养分较齐全，氮磷钾养分的比例较为合理，因而在以有机肥为唯一物质投入的传统农业生产中，养分循环基本平衡，农业生产和土壤肥力水平得以保持甚至提高。然而
9、，仅仅依靠有机肥维持内部物质循环的封闭式农业无法满足现代社会不断增长的需求，必须从农业系统以外投入物质和能量，扩大物质和能量循环的内容，方可使农业生产跃上新的台阶。自 50 年代以来，化肥的投入逐年增加，到 1990 年，化肥总投入量达到 2590.3 万吨养分，成为世界上最大的化肥消费国。与此同时，由于化肥的投入扩大了物质能量循环的内容，产量水平快速上升，从 1952 年到 1990 年，小麦产量从 735 公斤/公顷增加到 3225 公斤/公顷，平均每年增加 66 公斤，相当于明清以前二千多年间增长速度的 200 多倍。水稻产量从 1952 年的 2408 公斤/公顷增长到 1990 年的
10、 5805 公斤/公顷，平均每年增长 89 公斤，相当于明清以前 1731 年间平均增长速度的 66 倍（表 1） 。1990 年我国粮食总产量达 45，184万吨，相当于 1952 年的 2.8 倍（表 2） 。应当指出，有许多其他因素影响着产量的快速增长，如优良品种的选育和推广，灌溉条件的改善，病虫害的成功防治等等。但是，化肥的合理投入是关键措施之一。据统计在过去 40 年间，化肥总用量与粮、棉总产量，以及化肥单位面积施用量与粮、棉产量均呈显著或极显著正相关。若以化肥总用量的 80%用于粮食作物，每公斤养分增产粮食 8 公斤估算，则 19861990 年 5 年内，粮食总产中有 35%左右
11、是施用化肥的结果。(表：表 1 我国历史上小麦和水稻的平均产量(公斤/公顷) )朝代 年 代 小麦 水稻 秦朝 公元前 221-206 793 - 西汉 公元前 206-公元 25 904 603 宋朝 960-1279 780 1,560 明清 1368-1911 1,465 2,930 1952 735 2,408 1965 1,020 2,940 1980 1,890 4,133 1986 3,040 5,338 当代 1990 3,225 5,805 (表：表 2 我国化肥消费量和粮食产量(万吨) )年份 化肥用量(养分) 粮食产量 1952 7.8 16392 1957 37.3 1
12、9505 1965 194.2 19453 1970 351.2 23996 1975 489.0 28452 1980 1269.4 32065 1982 1513.4 35450 1984 1739.8 40731 1986 1930.6 39151 1987 1999.3 40473 1988 2141.5 39930 1989 2357.4 40755 1990 2590.3 45184 3. 肥料的不平衡施用对耕地资源利用和土壤生态环境的影响肥料，尤其是化肥的大量施用，大大增加了农业生产系统的物质和能量循环的内容，对农业生产的持续稳定增长起到了积极的作用，这是农业现代化的重要标志之一
13、。但是，与此同时，大量的外部物质和能量的投入，逐渐形成了以高投入高产出为特点的现代化农业生产系统，原有封闭的生产体系的物质能量平衡已不复存在，如果不能遵循能量循环的客观规律，不能按照土壤条件和作物需求规律均衡供应各种必需的营养元素，则可能破坏土壤资源，降低土壤肥力和生产力，影响农业生产持续稳定发展和环境质量。 3.1. 我国化肥施用的历程是最小养分因子律在宏观上的表述我国大量元素化肥的施用大致经历三个阶段。在 50 年代以前，由于农民长期靠施用有机肥维持土壤地力，土壤中磷钾相对较为丰富，而氮素缺乏成为进一步提高产量的第一限制因素，在改良品种的同时，50 年代主要靠增施氮肥，使产量有了大幅度的增
14、加。随着氮肥的大量施用和产量的提高，作物从土壤中移走的其他元素数量相应增加，引起土壤中其他营养元素的耗竭。因此，自 60 年代初期开始，从南到北，缺磷逐渐成为作物增产的限制因素，磷肥的施用受到普遍重视，使作物产量上升到一个新的水平。进入70 年代后，氮磷肥的配合施用及产量的进一步提高加剧了土壤中钾素的耗竭，从南到北，逐渐出现了缺钾土壤和施用钾肥增产的报道，土壤缺钾逐渐成为农业生产持续发展的限制因素。因此，钾肥的合理施用提到议事日程，并对农业生产进一步发展起了关键作用。回顾这一段历史，可以清楚地看出，我国化肥施用的历程是最小养分因子律在宏观上的表述。当依靠施用氮肥克服了增产的第一限制因子（氮）之
15、后，另一个最重要的限制因子（磷）就成为限制产量进一步提高的主要因素，当该因素通过磷肥施用而纠正之后，缺钾成为影响产量的重要因素。因此，在从农业外部投入养分时，必须考虑各种营养元素的平衡，才能在此高投入高产出的新的生产系统中建立新的平衡，保证土壤肥力的不断改善和生产的持续发展。必须指出，我们应该强调的不仅是氮磷钾三大营养元素之间的平衡，而是包括其他中量和微量元素的综合平衡和均衡供应。3.2. 肥料的不平衡施用与土壤养分的耗竭化肥不平衡施用对土壤肥力的直接影响是引起其他养分的耗竭，降低土壤肥力。表 3 是在河北省玉田县小麦-玉米一年二熟种植制度下连续种植 9 季作物后，计算的土壤和作物体系内的钾素
16、平衡。(表：表 3 小麦-玉米定位试验中钾素和投入和产出(公斤 K/公顷) )处理* 移走量 加入量 盈亏 NP 711 0 -711 NPK 1357 841 -516 NPM 920 126 -794 NPKM 1592 967 -625 注释：*K= 每季施 K2O 112.5 公斤/公顷,M=每年小麦上施有机肥 11.7 吨/公顷 在只施氮磷肥，不补充任何钾素情况下，5 年内作物从每公顷土壤中共移走了 711 公斤钾素（K） 。即使在以 KCl 或有机肥的形式补充钾素的情况下，由于作物对钾的奢侈吸收，在不进行秸秆还田的情况下，土壤中的钾仍然是亏损的。由于土壤中钾的严重亏损，作物施钾的增产效应逐年增加，在 1987 年第一季，施钾使玉米增产 811%，而到 1991 年时，施钾使玉米增产幅度高达 3132% （表 4） 。(表：表 4 定位试验中玉米的增产效应 )产量 年份 处理 公斤/公顷 % NP 7125 100 NPK 7724 108* NPM 7244 100 1987 NPKM 8027 111* 1991 NP 48
