不同养分资源综合管理

不同养分资源综合管理 不同养分资源综合管理 李敏 (西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌，712100)摘 要: 本文对我国不同养分资源利用状况及存在问题和不同养分资源综合管理状况进行了综述，并对当前养分资源综合管理技术的使用情况及存在问题进行简要分析，特别是对肥料养分资源的分析从而得出不同养分资源综合管理研究技术的必要性以及先进科学管理技术的重要性关键词:土壤养分；肥料养分；环境养分；养分资源综合管理 引言近50年来，我国在农业生产方面已取得了举世瞩目的成就，其中化肥养分的投入发挥了巨大的作用养分作为动植物的生命元素, 既是一种资源, 也是一种环境污染因子, 若管理不善将带来严重的营养和资源环境问题[1]而养分资源是植物养分资源的简称, 主要包括土壤养分、肥料养分和土壤之外的环境养分3部分[2]养分资源能否高效利用, 不仅直接影响到农民的收益, 而且影响到农业经济效益及农业的可持续发展, 也影响到维持人类生存的环境质量[3]近年来随着人民经济收入和生活水平日益提高，人们只重视化肥养分的投入，而忽视了其它养分资源的利用，使我国农业生产面临着增肥不增产、土壤养分过量累积、化肥施用过量和养分利用效率下降等重大问题，严重制约了化肥养分资源的高效利用，同时也对生态环境产生了不利的影响。

而不合理的肥料投入,不但使施肥效益降低, 而且易引起土壤养分的不均衡富集[4]20 世纪90 年代，联合国粮农组织（FAO）、国际水稻所（IRRI）和一些西方国家提出了养分资源综合管理（IPNM 或INM）的概念，它的目标是综合施用各种植物养分，使产量的维持或增长建立在养分资源高效利用与环境友好，同时又没有牺牲后代土壤生产力养分综合管理包括农田养分综合管理和区域养分综合管理2个方面，农田养分综合管理基本原理主要是协调来自土壤、环境和肥料的养分资源与作物养分需求的平衡，同时结合综合生产管理措施提高养分资源的利用效率[5]，有关研究表明，养分综合管理技术体系使农作物产量增加4%～10%、化肥利用率提高10%～15%、节约化肥5%～30%、并大大减轻了施肥不当对环境的压力[6]所以中国需要构建新的养分资源综合管理模式面对人们生活水平的提高, 食物结构的改善, 粮食和畜牧生产的发展以及化肥大量投入, 养分随食物链的迁移量还将大幅度增加, 也将会带来更大的资源环境压力, 如何管好养分已经成为中国植物营养学家肩负的重要使命, 必须探索新的养分资源综合管理策略和技术, 不但要考虑农田的养分管理, 也需要关注畜牧业、家庭生活以及资源与环境等体系中养分的综合管理[7]。

1 不同养分资源的利用状况及存在问题1.1 土壤养分资源土壤是植物最直接的养分资源库土壤养分是指由土壤提供的植物生长所必须的营养元素，主要分为大量元素和微量元素1.1.1 土壤养分资源的利用状况20世纪80年代，我国耕地主要土壤养分表现为大面积缺乏，依据第二次土壤普查结果，我国40%的旱地土壤全氮含量低于0.75 g/kg，30%的耕地土壤有机质含量低于1%，50%的耕地土壤速效磷含量低于5 mg/kg，除黑龙江省以外，几乎所有省市都有50%的耕地面积的土壤速效磷含量低于10mg/kg砖红壤、赤红壤地区，红、黄壤地区以及水稻土和灰潮土等地区土壤则表现为缺钾或严重缺钾，而北方的棕壤、褐土区，暗棕壤、黑土和黑钙土等地区的土壤供钾能力较强[8]近20年来，我国经济取得了快速稳定的发展,导致种植业和环境科学需要更多的土壤养分数据，以满足肥料施用和环境保护的需要[9]与第二次土壤普查结果相比较，当前我国华北、华东、华中和西北地区耕地土壤有机质和全氮含量稳中有升，而其他地区有升有降，但是东北地区只显示为下降[10-12]近20年来占农田面积53％−59％的土壤有机碳含量呈增长趋势，30％−31％呈下降趋势，4％−6％基本持平[10]；而东北地区和西南地区由于耕作制度，尤其是施肥管理水平等措施的影响，东北地区有机质含量有所下降，西南地区有升有降。

1.1.2 土壤养分资源存在问题近年来,化学肥料的施用量越来越高在一些地方,N 肥用量已高达3300kg.hm- 2, P肥高达995kg.hm- 2, 超过作物实际需求量的数倍不仅造成肥料资源的大量浪费,影响蔬菜的品质, 还会引起养分在土壤中累积, 对土壤、水体和大气等生态环境构成潜在威胁[13]谢如林和谭宏伟对全国1365个耕地土壤和168个菜园土壤的速效磷含量分析结果表明，我国农田土壤速效磷含量一直呈上升趋势，有效磷含量低于5mg/kg的土壤面积大幅度减少，5−10mg/kg和大于40 mg/kg的土壤面积略有增加[14]；此外，有关我国主要农区长期定位试验结果的分析也表明土壤磷盈余是我国土壤有效磷含量变化的主要驱动力，根据土壤收支平衡和有效磷消长关系预测，从1980到2003年我国农田土壤有效磷含量增长约为19 mg/kg[8]另外，我国一些地方的耕地的土壤有效钾水平有所下降，其中下降最为明显是东北地区，比如，辽宁省20年间土壤有效钾含量年递减率约为1.27%，平均下降20.6 mg/kg[15]华北和西北地区的土壤有效钾含量基本上持平，其他部分地区则有所上升总的来说，我国各地区土壤有效钾含量出现不同程度的下降的原因是由于北方各区土壤钾素含量较为丰富，但并没有出现大面积土壤缺钾现象，所以说增施钾肥还应该针对特定地区和敏感作物，比如日益扩大的植物秸杆，它们的秸秆还田很大程度上缓解了我国土壤缺钾问题。

1.2 肥料养分资源肥料是作物生产各项物资投入占比例最大的一项，增产效益也最为明显肥料养分资源主要包括有机肥料和无机肥料1.2.1 肥料养分资源的利用状况20世纪70年代以前中国农田养分供给主要依靠有机肥，但是随着经济的发展，中国化肥发展迅猛增加，1989年中国成为世界化肥使用量最多的国家，1996年化肥的总产量（纯养分）也达到了世界第一，如何充分发挥化肥养分资源在中国粮食增产中的作用成了关系到粮食生产的重要问题可见，肥料是农业生产最重要的投入要素之一，也是农业生产发展到一定阶段的必然产物，对农产品提高产量和改善品质具有不可替代的作用[16]长期以来，由于社会、经济、交通、自然环境等多方面的原因，我国东、中、西部施肥存在着较大的差异，地区之间投入不均衡已成为化肥使用的一个突出问题，而且在同一地区内部存在着施肥结构不合理、氮磷钾比例不协调、作物品种间肥料投入不平衡等资源配置问题，造成了我国化肥资源的严重浪费和化肥利用率的降低[17]中国肥料利用效率较低是受“高投入高产出”等的政策引导,同时也受“施肥越多,产量就越高”、“要高产就必须多施肥”等传统观念的影响,政府和农民为了获得作物高产,大量施用化肥,不合理甚至盲目过量施肥现象相当普遍,尤其在经济发达地区尤为突出[18]。

2002年的FAO统计数据显示，当年中国水稻的化学氮肥消费量已经超过180 kg/hm2，远远高于世界平均氮肥用量100 kg/hm2的水平，其中太湖地区水稻的氮肥施用量达到了270-300 kg/hm2，有的地区甚至竟高达350 kg/hm2不合理的肥料投入,不但使施肥效益降低, 而且易引起土壤养分的不均衡富集[ 19-22] 据研究，施肥对粮食增产的贡献率可高达50％以上[23]但是化肥过量施用现象极其普遍，养分利用效率明显降低对于中国90 年代初( 1990 年) 农用生产资料( 其中蕴涵科技含量) 对粮食生产的贡献率曾采用DEA( 数据包络分析法) 评价模型和THIL-PHI( 特尔菲法) 相结合进行测算, 结果表明化肥的贡献最大, 达到29.76%；灌溉次之,达到23.33%；良种第三,为13.79%；农机第四, 为9. 59%；农药第五, 为7. 44% ；役畜和农用塑料薄膜的贡献均小于5%[24]有关人员对2000年和2002年全国26个地区20000多个农户的调查数据分析结果表明，水稻，小麦和玉米这三种粮食作物的平均氮肥用量为205 kg/hm2，大大高于全国推荐的150-180 kg/hm2的最佳水平。

其中水稻氮肥的平均投入量最多，为215 kg/hm2，玉米次之，小麦最少和粮食作物的施肥相比，我国集约化的蔬菜生产化肥的投入量也过大，也有相关调查结果表明，2000年全国蔬菜生产规模前10位的省份中，蔬菜生产中氮肥平均用量超过了300 kg/hm2，甚至个别地区化学氮肥的用量超过了500 kg/hm22000年氮肥施用量超过2.4×107t， 纯氮占全世界总用量的30%左右[25]和氮肥施用相似，磷肥的过量投入也是土壤和环境工作者关注的一个问题，我国第二次土壤普查以来所使用的土壤速效磷含量丰富的指标为20 mg / kg, 但一般认为土壤速效磷含量大于15 mg / kg 时, 施用磷肥的增产效果不显著[14]肥料的使用对于保持和提高地力，提高农产品质量，保障国家粮食安全，缓解和消除环境压力等方面都具有重要作用1.2.2 肥料养分资源存在问题当前中国化肥施用水平很不平衡不仅地区之间存在较大差异，而且在同一地区对不同类型农田所施用肥料的水平也存在较大差异主要表现在我国的肥料结构发生了重大的变化[26]，突出表现为化肥占总投肥量的比重不断增加，这使得田间土壤养分含量发生了较大的变异另外，大量化肥的投入, 也对环境产生严重影响, 引起了世界的关注[27- 28]。

此外，虽然化肥施用量的增长率与粮食产量增长率之间具有同步趋势，但是化肥施用量的增长率要远高于粮食作物产量的增长率[29]黎青慧[30]利用1986--2000年陕西省农户土肥信息监测资料，研究了全省的肥料施用状况和农田养分平衡状况，结果表明，氮肥投入过量，磷肥和钾肥基本合理，但不同区域存在较大的差异根据全国农户调查数据进行总结，水稻、小麦和玉米超量施氮用户均接近调查农户的1/3；施氮量在合理和不足范围内的农户也各占到了约1/3[31]所以从总体来看，我国主要作物化肥投入存在整体过量施肥和投入不平衡的问题，所有的这些问题都会导致肥料利用率下降，养分向环境中的损失量增加如果施用同样数量的化肥，东部地区增产l kg粮食作物，两部地区则可增产5～6kg[32]通过收集全国不同地区2001-2005年间的586个试验数据计算得出目前中国水稻、小麦和玉米的氮肥利用率分别为28.3%，28.2%和26.1%，平均利用率为27.5%，将近70%的以上的氮肥由于各种途径损失掉了；而主要粮食作物的磷肥利用率也不足15%，钾肥利用率不足35%[18]，大量有机养分资源再循环利用效率低下, N、P2O5 和K2O的养分再循环率分别为29.2%、43.5%和66.1%[33]。

近年来, 我国北方地区随着农作物产量和氮、磷化肥用量的不断提高, 作物从土壤中移走的钾量逐年增加, 而以有机肥、秸秆还田和施用含钾化肥等形式归还土壤的钾量未能补足作物的移走量, 致使土壤钾素长期处于亏缺状态[34]1.3 环境养分资源环境养分是指来自大气圈、水圈和岩石圈, 通过物理、化学或生物学过程进入陆地和水生生态系统的各种养分的统称，包括大气沉降、灌溉水、生物固氮以及种子或秧苗等带入的营养元素[35]1.3.1 环境养分资源的利用状况农业的生态环境是指影响农业生产与可持续发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源等要素的总称[36]，是人类赖以生存的生活环境但是大量的能源消耗造成严重的环境污染其中环境污染主要包括地下水硝态氮污染地表水富营养化蔬菜硝酸盐含量超标土壤重金属污染大气污染等方面，一旦出现上述任何一种结果都将造成严重后果和巨大损失,这样的农业肯定是不可持续的,这也是许多人反对施用化肥的主要原因[37]日常生活生产中，向环境中释放和排泄的氮都会对环境产生一定的污染[38]1.3.2 环境养分资源存。