科學施肥是防控面源污染的第一陣線

我國是一個 農業和人口大國，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量提高和糧食安全保障方面發揮了重要作用，使我國創造了在人多地少的人口大國實現糧食自給的奇跡。

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、小麥和玉米的增產貢獻平均分別為40.8％、56.6％和46.1％。 由于化肥的顯著增產作用，1978年至2015年，我國農用化肥用量（折純）從884萬噸增長至6022萬噸，增幅超過5.8倍。

隨著我國經濟發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用化肥總量的40％，種植過程中化肥養分用量平均達到1092千克/公頃，是全國農作物化肥平均養分用量的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。

科學規律告訴我們，當化肥施用量達到一定程度后，繼續增施的部分對作物產量的貢獻存在報酬遞減規律（增施部分的產出逐漸下降），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物通過地表徑流和滲漏等途徑進入地表和地下水環境，造成了一定的面源污染問題。

化肥的不合理施用對環境有何影響

肥料施入農田后有三個去向 ： 作物吸收、土壤殘留和排放進入環境， 其中進入環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境，如氮肥可通過氨揮發（以氨氣形式從土壤表層或水面逸散至大氣環境）、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，通過肥料施入農田的磷再離開農田進入環境的量比較少，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田。對于 鉀肥，其在土壤中的形態較為復雜，施入土壤后約有20％被土壤固定成為緩效鉀，離子態鉀移動性強，可通過淋溶進入環境，普遍認為其環境排放量介于氮肥和磷肥之間。雖然鉀素離開農田進入環境的量僅次于氮素，但其對環境生態系統的負面影響很小。由此可見，對生態環境有嚴重影響的肥料養分主要就是氮和磷，尤其是氮。氮肥過量施用帶來的環境問題得到了廣泛關注。

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

養分流失受施肥量、施肥時間、降雨量、降雨強度等因素影響。施肥量越高，養分流失的風險就越大；降雨量越大、降雨強度越高，養分流失量就越大。施肥后一周內是養分流失的高風險期，一周以后則風險較低。因此，根據養分流失的發生規律，制定科學合理的施肥方案，優化現有施肥技術和方法，盡量從源頭上減少面源污染物的發生和排放，將化肥施用對環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、農戶調查為基礎，根據作物需肥規律、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、小麥和水稻的產量不降低，提高三大糧食作物氮肥利用率2.3％-20.4％，降低農田氮素的損失。菜地采用化肥減量技術后，氮肥用量可比常規農戶減少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排放風險；添加脲酶抑制劑提高三大糧食作物產量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、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量或略微增產的情況下，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，可以減少農田中化肥的投入，在實現減投減排的同時還能培肥土壤肥力。在養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7.3％。設施蔬菜采用有機肥部分替代化肥，可減少氨揮發排放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量穩定，顯著提高氮肥利用率。大棚番茄采用水肥一體化技術，與常規撒施相比，可減少氨揮發損失90％以上；水稻機插秧側深施肥配施緩控釋肥，氨揮發減排程度可達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，在保證穩產的同時，可減施化肥氮約30％，并且減少50％以上的氨揮發。

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境影響?？茖W施肥技術是實現面源污染防控的第一陣線，可以從源頭上減少化肥投入，降低面源污染發生的風險，同時又兼顧了肥料利用率的提高，是實現化肥減量增效與生態環境保護雙重目標的重要途徑。

作者：施衛明，中國科學院南京土壤研究所