Problems in Fertilization and Fertilizer Reduction in Wheat Production of China
WANG ZhaoHui1,2责任编辑: 李云霞
收稿日期:2020-11-15接受日期:2020-11-24网络出版日期:2020-12-01
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Received:2020-11-15Accepted:2020-11-24Online:2020-12-01
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王朝辉,E-mail：
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王朝辉. 导读：我国小麦施肥问题与化肥减施[J]. 中国农业科学, 2020, 53(23): 4813-4815 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.23.008
WANG ZhaoHui.
小麦是我国主要粮食作物,保证小麦持续稳产和增产对保障国家粮食安全具有重要意义。目前,我国小麦播种面积2 373万hm2,占全国粮食作物播种总面积的20%[1]。据联合国粮农组织统计,我国小麦的单产5.2 t·hm-2,接近欧盟的平均（5.8 t·hm-2）产量水平,但我国氮肥用量比欧盟平均高12.0%,磷肥用量高2.7倍,钾肥用量高1.0倍[2,3]。化学肥料施用是保障作物高产稳产的重要措施,但过量施用化肥并不能带来持续增产,相反会造成资源浪费、降低养分利用效率、污染地表和地下水等问题[4,5,6]。因此,2015年我国农业农村部制定了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》,2019年发布的中央一号文件中更是强调“加大农业面源污染治理力度,开展农业节肥节药行动,实现化肥农药使用量负增长”。国家也启动了重点研发计划项目“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”等重大行动。全国各地针对粮食、蔬菜和果树等主要农作物的养分需求特性和产量品质形成机制,生产中的化学肥料施用情况,田间土壤肥力和养分供应能力,化肥减量施用技术,以及有机肥料、秸秆还田和种植绿肥的化肥替代潜力与技术途径等,进行了广泛深入的研究和生产实践。本专题展示了在小麦化学肥料减施和有机肥替代方面取得的一些重要进展,以期引起对化学肥料减施基础理论和应用技术研究的重视,在实现化学肥料施用量零增长的基础上,进一步实现化学肥料施用量负增长。
施用化学肥料对作物产量的贡献率在30%— 50% [7,8],但自1970至2018年,我国化肥用量增长率是粮食产量增长率的8.7倍[9],即作物产量与施肥量不能同步增长。要科学地减施化肥,有必要全面了解我国农户施肥状况和存在的问题,明确其减肥潜力。以往的农户施肥研究多是针对某一省份或区域,缺乏对全国主要麦区的施肥评价与减肥潜力调研分析,且对农户施肥评价与减肥潜力估算,多以区域合理施肥量为标准,忽略了光温水、土壤肥力、品种和栽培管理等差异造成的农户或田块小麦产量与养分需求差异。本专题论文《我国主要麦区农户施肥评价及减肥潜力分析》[10],在连续3年对我国主要麦区农户施肥情况进行调研的基础上,提出了基于不同农户田块小麦产量、养分需求量和土壤养分的施肥量推荐方法,并以此来推荐农户施肥量、评价农户施肥状况及减肥潜力,为实现我国小麦生产科学合理减肥提供理论基础和依据。
目前,全国农作物秸秆总产量超过10亿t[11]。秸秆还田后经土壤中的微生物分解,其中的大量元素氮、磷、钾及各种中微量营养元素释放出来,供后季作物吸收利用,是可用以替代化学肥料养分的重要有机肥资源。在之前的研究中,多依据某一标准或单一文献的草谷比和养分含量来估计秸秆产量及养分资源量,结果存在较大差异。对于还田秸秆养分资源供应量的计算也仅通过全量养分估算,并用以推算秸秆还田替代化肥的潜力,没有充分考虑秸秆的当季养分释放率。本专题论文《我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示》[12],根据大样本统计的草谷比和养分含量估算我国主要粮食作物秸秆产量和养分资源量,并基于秸秆养分当季释放率估算化肥实际可替代量,系统研究了我国粮食作物的秸秆产量和区域分布、秸秆养分含量和释放特征,分析了秸秆还田养分释放对我国小麦生产化肥减施的贡献,可为我国小麦的化肥有机替代提供重要依据。
内蒙古、新疆、甘肃、青海、黑龙江、宁夏是我国的春小麦主产区,也是典型的牧区和农牧交错区,春小麦种植方式多种多样,在小麦产量和品质不断提升的同时,部分地区化学肥料投入也在不断增加。科学认识和掌握我国春麦区小麦施肥现状,充分利用这一区域丰富的有机肥资源、作物轮作与间作及牧草生产优势,寻求科学合理的化肥有机替代模式,对区域农业和农牧业综合绿色可持续发展有重要意义。本专题论文《我国春麦区小麦化肥有机替代潜力分析》[13],基于近年来在我国春麦区开展的农户小麦施肥调研工作、有关文献资料和国家统计数据,全面分析评价了这一区域春小麦生产中化学肥料投入的现状,并结合气候、土壤和有机资源状况,明确了不同地区春小麦的化肥有机替代技术途径、模式和替代潜力,为稳定提升春麦区小麦产量品质,实现化肥施用量零增长,制定生态优先绿色发展战略提供了重要支撑。
采用有机肥替代部分化肥,是减施化学肥料的重要措施之一。有机粪肥与生物有机肥是目前研究和应用较多的有机肥料。明确不同类型的有机肥料替代化学肥料养分的能力、作物产量和品质效应、对土壤养分和环境带来的影响,对制定有机肥替代化肥的技术措施有重要作用。本专题论文《有机肥替代化肥对旱地小麦产量和养分利用效率的影响及其经济环境效应》[14],通过5年的定位试验,研究了有机肥和生物有机肥替代部分化肥引起的小麦产量及产量构成、籽粒氮磷钾养分含量、养分转移吸收、肥料利用效率及土壤硝态氮残留的变化。另一篇论文《我国麦田有机肥替代化学氮肥的产量及经济环境效应》[15],基于国内相关文献数据综合分析了有机肥类型、替代化肥的比例和持续年限、化肥施用水平、土壤性质和气候条件对有机肥替代的产量效应,明确了有机肥替代的环境效应和经济效益。研究结果对麦田土壤合理施用有机肥,有效替代和减少化学肥料用量,实现小麦丰产优质绿色环保生产有重要参考价值。
分布在华北地区黄淮流域的灌溉麦区是我国小麦的主产区。关于这一地区的小麦施肥和养分需求利用规律有较多研究,而对西北地区,如宁夏引黄灌区小麦施肥和养分吸收利用则关注较少。由于地处西北内陆,气候干燥,宁夏引黄灌区小麦的生育时期分布和耗水情况不同于华北地区,农户施肥习惯和小麦养分吸收利用规律也有明显差别。研究宁夏引黄灌区的农户施肥和小麦养分吸收利用,对认识和指导西北不同灌区的小麦养分管理和完善灌溉小麦生产中的科学施肥技术均有重要意义。本专题论文《宁夏引黄灌区春小麦氮磷钾需求及化肥减施潜力》[16],基于宁夏引黄灌区的农户小麦施肥调研和氮磷钾肥用量的田间试验,分析评价了该地区春小麦生产中氮磷钾肥施用现状,明确了春小麦产量形成对氮磷钾肥的响应,了解灌区春小麦对氮磷钾养分的吸收、分配和需求特性,为优化灌区小麦生产中氮磷钾化肥施用和科学减施提供了理论依据。
（责任编辑 李云霞）
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http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201912/t20191206_1715827.html
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.(in Chinese)
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DOI:10.1073/pnas.0813417106URLPMID:19223587 [本文引用: 1]
Excessive N fertilization in intensive agricultural areas of China has resulted in serious environmental problems because of atmospheric, soil, and water enrichment with reactive N of agricultural origin. This study examines grain yields and N loss pathways using a synthetic approach in 2 of the most intensive double-cropping systems in China: waterlogged rice/upland wheat in the Taihu region of east China versus irrigated wheat/rainfed maize on the North China Plain. When compared with knowledge-based optimum N fertilization with 30-60% N savings, we found that current agricultural N practices with 550-600 kg of N per hectare fertilizer annually do not significantly increase crop yields but do lead to about 2 times larger N losses to the environment. The higher N loss rates and lower N retention rates indicate little utilization of residual N by the succeeding crop in rice/wheat systems in comparison with wheat/maize systems. Periodic waterlogging of upland systems caused large N losses by denitrification in the Taihu region. Calcareous soils and concentrated summer rainfall resulted in ammonia volatilization (19% for wheat and 24% for maize) and nitrate leaching being the main N loss pathways in wheat/maize systems. More than 2-fold increases in atmospheric deposition and irrigation water N reflect heavy air and water pollution and these have become important N sources to agricultural ecosystems. A better N balance can be achieved without sacrificing crop yields but significantly reducing environmental risk by adopting optimum N fertilization techniques, controlling the primary N loss pathways, and improving the performance of the agricultural Extension Service.
[本文引用: 1]
DOI:10.1038/nature15743URLPMID:26595273 [本文引用: 1]
Improvements in nitrogen use efficiency in crop production are critical for addressing the triple challenges of food security, environmental degradation and climate change. Such improvements are conditional not only on technological innovation, but also on socio-economic factors that are at present poorly understood. Here we examine historical patterns of agricultural nitrogen-use efficiency and find a broad range of national approaches to agricultural development and related pollution. We analyse examples of nitrogen use and propose targets, by geographic region and crop type, to meet the 2050 global food demand projected by the Food and Agriculture Organization while also meeting the Sustainable Development Goals pertaining to agriculture recently adopted by the United Nations General Assembly. Furthermore, we discuss socio-economic policies and technological innovations that may help achieve them.
DOI:10.11674/zwyf.2006.0501URL [本文引用: 1]
本文根据相关文献资料,综述了化肥在保障我国粮食安全中的作用与贡献,分析和预测了实现2010、2015、2020年粮食总产目标所需新增化肥的数量。根据近6年来我国粮食生产中出现的问题,指出要保障我国粮食安全,除了继续发展化肥工业,增加化肥用量之外,国家应采取其他相应措施,包括稳定粮食作物的种植面积(至少应维持在11000万公顷水平);调整粮食价格,保护农民种粮积极性;改善农田基本生产条件,推行节水灌溉技术,促进粮食均衡增产;适度提高粮食净进口份额等等。单纯依靠增加化肥的投入,实现国内粮食供需平衡,不仅代价太大(包括资源、环境和成本代价),市场和农民也不一定能够接受。
DOI:10.11674/zwyf.2006.0501URL [本文引用: 1]
本文根据相关文献资料,综述了化肥在保障我国粮食安全中的作用与贡献,分析和预测了实现2010、2015、2020年粮食总产目标所需新增化肥的数量。根据近6年来我国粮食生产中出现的问题,指出要保障我国粮食安全,除了继续发展化肥工业,增加化肥用量之外,国家应采取其他相应措施,包括稳定粮食作物的种植面积(至少应维持在11000万公顷水平);调整粮食价格,保护农民种粮积极性;改善农田基本生产条件,推行节水灌溉技术,促进粮食均衡增产;适度提高粮食净进口份额等等。单纯依靠增加化肥的投入,实现国内粮食供需平衡,不仅代价太大(包括资源、环境和成本代价),市场和农民也不一定能够接受。
DOI:10.1038/ngeo325URL [本文引用: 1]
http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2019/indexeh.htm.
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http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2019/indexeh.htm.(in Chinese)
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