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科学施肥是防控面源污染的第一阵线

2021-04-15 10:22四川省有机肥料产业发展促进会官网编辑:巴蜀肥人人气:


   我国是一个农业和人口大国,人均耕地面积仅为1.38亩,相当于世界平均水平的40%。面对巨大的粮食需求压力,化肥的施用在我国作物产量提高和粮食安全保障方面发挥了重要作用,使我国创造了在人多地少的人口大国实现粮食自给的奇迹。

   国内外肥效试验研究显示,化肥对粮食作物产量的贡献率平均达50%-60%,其中化肥对我国水稻、小麦和玉米的增产贡献平均分别为40.8%、56.6%和46.1%。由于化肥的显著增产作用,1978年至2015年,我国农用化肥用量(折纯)从884万吨增长至6022万吨,增幅超过5.8倍。

   随着我国经济发展和人民生活质量的提高,自2000年以来我国蔬菜和水果的消费量也迅速攀升,相应蔬菜和水果种植的化肥投入量也迅速增加。调查资料显示:我国蔬菜和水果种植的化肥用量已接近我国农用化肥总量的40%,种植过程中化肥养分用量平均达到1092千克/公顷,是全国农作物化肥平均养分用量的3.3倍;主要设施蔬菜种植过程中氮、五氧化二磷和氧化钾施用总量平均分别是各自推荐量的1.9、5.4和1.6倍,存在化肥过量施用问题。

   科学规律告诉我们,当化肥施用量达到一定程度后,继续增施的部分对作物产量的贡献存在报酬递减规律(增施部分的产出逐渐下降),从而导致肥料利用率随着化肥施用量的增加而持续下降。加之目前仍然存在肥料品种不匹配、施肥方式落后等问题,施入土壤的氮和磷等营养物通过地表径流和渗漏等途径进入地表和地下水环境,造成了一定的面源污染问题。

化肥的不合理施用对环境有何影响

   肥料施入农田后有三个去向:作物吸收、土壤残留和排放进入环境,其中进入环境的部分是导致面源污染的主要原因。土壤中的肥料可通过多种途径进入环境,如氮肥可通过氨挥发(以氨气形式从土壤表层或水面逸散至大气环境)、硝化和反硝化作用(氮素的一系列氧化还原反应)、地表径流和淋溶(养分随水在土壤表面迁移或在土体中下渗)等途径进入大气和水体,磷肥可通过径流进入水体。土壤中残留的肥料过多,也会逐渐导致土壤次生盐渍化和土壤板结等问题。

   综合多年来的研究显示:施入土壤的氮肥以气态形式损失的比例占施氮量的30%左右(包括氨气、氮氧化合物和氮气),通过径流和淋溶的损失占2%-5%,但在某些条件下,径流和淋溶占比可达到8%-10%,在蔬菜地,占比可达20%。与氮相比,磷在土壤中相对比较稳定,且移动性差,施入土壤中的磷大部分会被吸附或固定为难溶性磷,因此,通过肥料施入农田的磷再离开农田进入环境的量比较少,大概有1%的磷以水土流失的方式,通过径流和淋溶途径离开农田。对于钾肥,其在土壤中的形态较为复杂,施入土壤后约有20%被土壤固定成为缓效钾,离子态钾移动性强,可通过淋溶进入环境,普遍认为其环境排放量介于氮肥和磷肥之间。虽然钾素离开农田进入环境的量仅次于氮素,但其对环境生态系统的负面影响很小。由此可见,对生态环境有严重影响的肥料养分主要就是氮和磷,尤其是氮。氮肥过量施用带来的环境问题得到了广泛关注。

   总体而言,华北平原区、南方平原区和四川盆地是我国农田氮磷排放的重点区域。对于氮素来说,南方平原区以地表径流排放为主,华北平原区以地下淋溶排放为主,四川盆地也是地表径流排放为主,其次主要是氨挥发和一氧化二氮排放。磷素以地表径流排放为主。

科学施肥是实现化肥减量增效与生态环境保护双重目标的根本途径

   养分流失受施肥量、施肥时间、降雨量、降雨强度等因素影响。施肥量越高,养分流失的风险就越大;降雨量越大、降雨强度越高,养分流失量就越大。施肥后一周内是养分流失的高风险期,一周以后则风险较低。因此,根据养分流失的发生规律,制定科学合理的施肥方案,优化现有施肥技术和方法,尽量从源头上减少面源污染物的发生和排放,将化肥施用对环境的负面影响降到最低。常见的技术包括测土配方施肥、施用缓控释肥料、添加肥料增效剂、有机肥部分替代化肥、水肥一体化、机械深施和按需多次施肥等技术。

   测土配方施肥是以土壤测试、肥料田间试验、农户调查为基础,根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应,在合理施用有机肥料的基础上,提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法。采用该技术可在减少20%-37%氮肥投入的条件下维持玉米、小麦和水稻的产量不降低,提高三大粮食作物氮肥利用率2.3%-20.4%,降低农田氮素的损失。菜地采用化肥减量技术后,氮肥用量可比常规农户减少40%,总氮排放量减少42%-52.3%。


   缓控释肥技术是指通过包膜等各种调控机制降低或控制肥料中养分的释放速度,使其与作物的养分需求相吻合。施用缓控释肥配合机械深施技术,可显著提高肥料利用率,降低养分流失。与农民传统施肥相比,基施缓控释肥玉米、小麦和水稻三大粮食作物产量、氮肥利用率分别提高3.1%-31.7%、6.2%-86.6%;农田氨挥发、氧化亚氮排放、氮素淋溶和径流损失分别减少18.1%-81.3%、22.4%-73.4%、0-53.0%和0-43.2%。
   向肥料中添加功能性物质,如硝化或脲酶抑制剂等,可以抑制土壤硝化速率或脲酶活性,延缓土壤中氮肥的转化与损失。添加硝化抑制剂可使三大粮食作物产量、氮肥利用率分别提高6.5%-20.1%、5.0%-78.3%,使氧化亚氮排放降低22.1%-51.0%,但会在一定程度上增加氨挥发排放风险;添加脲酶抑制剂提高三大粮食作物产量5.8%-22.8%,提高玉米、小麦氮肥利用率25.4%-40.7%,同时降低三大作物氨挥发、氧化亚氮排放46.1%-51.2%、11.9%-45.2%。氮肥减施20%并配施硝化抑制剂,可使蔬菜作物在维持产量或略微增产的情况下,减少21%-53.1%的氮径流、30%的氮淋溶和35%-50%的氧化亚氮排放。

   通过有机肥部分替代化肥,有机无机配合施用,可以减少农田中化肥的投入,在实现减投减排的同时还能培肥土壤肥力。在养分投入量相等的条件下,有机肥替代部分化肥可使稻麦轮作农田总氮和总磷流失量分别减少5.5%-34.0%和18.6%-23.3%,并平均增产7.3%。设施蔬菜采用有机肥部分替代化肥,可减少氨挥发排放23.4%-41.6%,减少氧化亚氮排放33.2%。

   采取水肥一体化或机械侧深施肥等方式进行施肥,可在减少氮肥投入20-30%的基础上维持作物产量稳定,显著提高氮肥利用率。大棚番茄采用水肥一体化技术,与常规撒施相比,可减少氨挥发损失90%以上;水稻机插秧侧深施肥配施缓控释肥,氨挥发减排程度可达13.8%-86.4%,减少一氧化二氮排放57%-72%;采用大白菜机械起垄侧条施肥,在保证稳产的同时,可减施化肥氮约30%,并且减少50%以上的氨挥发。

   总而言之,化肥施用对于保障我国粮食安全起着十分重要和不可替代的作用,但是过量施用化肥也在一定程度上带来了面源污染等不利的环境影响。科学施肥技术是实现面源污染防控的第一阵线,可以从源头上减少化肥投入,降低面源污染发生的风险,同时又兼顾了肥料利用率的提高,是实现化肥减量增效与生态环境保护双重目标的重要途径。

作者:施卫明,中国科学院南京土壤研究所
(来源:未知)

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