我國是一個 農(nóng)業(yè)和人口大國，人均耕地面積僅為1.38畝，相當于世界平均水平的40％。面對巨大的糧食需求壓力，化肥的施用在我國作物產(chǎn)量提高和糧食安全保障方面發(fā)揮了重要作用，使我國創(chuàng)造了在人多地少的人口大國實現(xiàn)糧食自給的奇跡。

國內外肥效試驗研究顯示，化肥對糧食作物產(chǎn)量的貢獻率平均達50％-60％， 其中化肥對我國水稻、小麥和玉米的增產(chǎn)貢獻平均分別為40.8％、56.6％和46.1％。 由于化肥的顯著增產(chǎn)作用，1978年至2015年，我國農(nóng)用化肥用量（折純）從884萬噸增長至6022萬噸，增幅超過5.8倍。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和人民生活質量的提高，自2000年以來我國蔬菜和水果的消費量也迅速攀升，相應蔬菜和水果種植的化肥投入量也迅速增加。調查資料顯示：我國蔬菜和水果種植的化肥用量已接近我國農(nóng)用化肥總量的40％，種植過程中化肥養(yǎng)分用量平均達到1092千克/公頃，是全國農(nóng)作物化肥平均養(yǎng)分用量的3.3倍；主要設施蔬菜種植過程中氮、五氧化二磷和氧化鉀施用總量平均分別是各自推薦量的1.9、5.4和1.6倍，存在化肥過量施用問題。

科學規(guī)律告訴我們，當化肥施用量達到一定程度后，繼續(xù)增施的部分對作物產(chǎn)量的貢獻存在報酬遞減規(guī)律（增施部分的產(chǎn)出逐漸下降），從而導致肥料利用率隨著化肥施用量的增加而持續(xù)下降。加之目前仍然存在肥料品種不匹配、施肥方式落后等問題，施入土壤的氮和磷等營養(yǎng)物通過地表徑流和滲漏等途徑進入地表和地下水環(huán)境，造成了一定的面源污染問題。

化肥的不合理施用對環(huán)境有何影響

肥料施入農(nóng)田后有三個去向 ： 作物吸收、土壤殘留和排放進入環(huán)境， 其中進入環(huán)境的部分是導致面源污染的主要原因。土壤中的肥料可通過多種途徑進入環(huán)境，如氮肥可通過氨揮發(fā)（以氨氣形式從土壤表層或水面逸散至大氣環(huán)境）、硝化和反硝化作用（氮素的一系列氧化還原反應）、地表徑流和淋溶（養(yǎng)分隨水在土壤表面遷移或在土體中下滲）等途徑進入大氣和水體，磷肥可通過徑流進入水體。土壤中殘留的肥料過多，也會逐漸導致土壤次生鹽漬化和土壤板結等問題。

綜合多年來的研究顯示： 施入土壤的氮肥以氣態(tài)形式損失的比例占施氮量的30％左右（包括氨氣、氮氧化合物和氮氣），通過徑流和淋溶的損失占2％-5％，但在某些條件下，徑流和淋溶占比可達到8％-10％，在蔬菜地，占比可達20％。與氮相比，磷在土壤中相對比較穩(wěn)定，且移動性差，施入土壤中的磷大部分會被吸附或固定為難溶性磷，因此，通過肥料施入農(nóng)田的磷再離開農(nóng)田進入環(huán)境的量比較少，大概有1％的磷以水土流失的方式，通過徑流和淋溶途徑離開農(nóng)田。對于 鉀肥，其在土壤中的形態(tài)較為復雜，施入土壤后約有20％被土壤固定成為緩效鉀，離子態(tài)鉀移動性強，可通過淋溶進入環(huán)境，普遍認為其環(huán)境排放量介于氮肥和磷肥之間。雖然鉀素離開農(nóng)田進入環(huán)境的量僅次于氮素，但其對環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的負面影響很小。由此可見，對生態(tài)環(huán)境有嚴重影響的肥料養(yǎng)分主要就是氮和磷，尤其是氮。氮肥過量施用帶來的環(huán)境問題得到了廣泛關注。

總體而言，華北平原區(qū)、南方平原區(qū)和四川盆地是我國農(nóng)田氮磷排放的重點區(qū)域。對于氮素來說，南方平原區(qū)以地表徑流排放為主，華北平原區(qū)以地下淋溶排放為主，四川盆地也是地表徑流排放為主，其次主要是氨揮發(fā)和一氧化二氮排放。磷素以地表徑流排放為主。

養(yǎng)分流失受施肥量、施肥時間、降雨量、降雨強度等因素影響。施肥量越高，養(yǎng)分流失的風險就越大；降雨量越大、降雨強度越高，養(yǎng)分流失量就越大。施肥后一周內是養(yǎng)分流失的高風險期，一周以后則風險較低。因此，根據(jù)養(yǎng)分流失的發(fā)生規(guī)律，制定科學合理的施肥方案，優(yōu)化現(xiàn)有施肥技術和方法，盡量從源頭上減少面源污染物的發(fā)生和排放，將化肥施用對環(huán)境的負面影響降到最低。常見的技術包括測土配方施肥、施用緩控釋肥料、添加肥料增效劑、有機肥部分替代化肥、水肥一體化、機械深施和按需多次施肥等技術。

測土配方施肥 是以土壤測試、肥料田間試驗、農(nóng)戶調查為基礎，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應，在合理施用有機肥料的基礎上，提出氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的施用數(shù)量、施肥時期和施用方法。采用該技術可在減少20％-37％氮肥投入的條件下維持玉米、小麥和水稻的產(chǎn)量不降低，提高三大糧食作物氮肥利用率2.3％-20.4％，降低農(nóng)田氮素的損失。菜地采用化肥減量技術后，氮肥用量可比常規(guī)農(nóng)戶減少40％，總氮排放量減少42％-52.3％。

向肥料中添加功能性物質， 如硝化或脲酶抑制劑等，可以抑制土壤硝化速率或脲酶活性，延緩土壤中氮肥的轉化與損失。添加硝化抑制劑可使三大糧食作物產(chǎn)量、氮肥利用率分別提高6.5％-20.1％、5.0％-78.3％，使氧化亞氮排放降低22.1％-51.0％，但會在一定程度上增加氨揮發(fā)排放風險；添加脲酶抑制劑提高三大糧食作物產(chǎn)量5.8％-22.8％，提高玉米、小麥氮肥利用率25.4％-40.7％，同時降低三大作物氨揮發(fā)、氧化亞氮排放46.1％-51.2％、11.9％-45.2％。氮肥減施20％并配施硝化抑制劑，可使蔬菜作物在維持產(chǎn)量或略微增產(chǎn)的情況下，減少21％-53.1％的氮徑流、30％的氮淋溶和35％-50％的氧化亞氮排放。

通過有機肥部分替代化肥 ， 有機無機配合施用，可以減少農(nóng)田中化肥的投入，在實現(xiàn)減投減排的同時還能培肥土壤肥力。在養(yǎng)分投入量相等的條件下，有機肥替代部分化肥可使稻麥輪作農(nóng)田總氮和總磷流失量分別減少5.5％-34.0％和18.6％-23.3％，并平均增產(chǎn)7.3％。設施蔬菜采用有機肥部分替代化肥，可減少氨揮發(fā)排放23.4％-41.6％，減少氧化亞氮排放33.2％。

采取水肥一體化或機械側深施肥等方式進行施肥， 可在減少氮肥投入20-30％的基礎上維持作物產(chǎn)量穩(wěn)定，顯著提高氮肥利用率。大棚番茄采用水肥一體化技術，與常規(guī)撒施相比，可減少氨揮發(fā)損失90％以上；水稻機插秧側深施肥配施緩控釋肥，氨揮發(fā)減排程度可達13.8％-86.4％，減少一氧化二氮排放57％-72％；采用大白菜機械起壟側條施肥，在保證穩(wěn)產(chǎn)的同時，可減施化肥氮約30％，并且減少50％以上的氨揮發(fā)。

總而言之，化肥施用對于保障我國糧食安全起著十分重要和不可替代的作用，但是過量施用化肥也在一定程度上帶來了面源污染等不利的環(huán)境影響?？茖W施肥技術是實現(xiàn)面源污染防控的第一陣線，可以從源頭上減少化肥投入，降低面源污染發(fā)生的風險，同時又兼顧了肥料利用率的提高，是實現(xiàn)化肥減量增效與生態(tài)環(huán)境保護雙重目標的重要途徑。

作者：施衛(wèi)明，中國科學院南京土壤研究所