糧食作物養(yǎng)分管理與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展

王朝輝

（1西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100；2西北農(nóng)林科技大學(xué)/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

以消耗有限的資源為代價(jià)生產(chǎn)足夠的糧食，滿足日益增長(zhǎng)的人口需求，并保證環(huán)境安全是人類21世紀(jì)面臨的重大挑戰(zhàn)[1]。我國(guó)是世界糧食作物主要產(chǎn)區(qū)，小麥、玉米和水稻總產(chǎn)量分別占全球的18%、22%和28%[2]。為支撐糧食生產(chǎn)，消耗了大量養(yǎng)分資源。2014年我國(guó)三大糧食作物生產(chǎn)氮磷鉀養(yǎng)分消耗分別為1 508、573和374萬噸[3]。總體上看，我國(guó)養(yǎng)分資源投入過量，華北平原和太湖流域氮素養(yǎng)分的盈余量介于200—256 kg N·hm-2[4]。高氮盈余導(dǎo)致糧食作物氮肥利用效率不高。我國(guó)小麥、玉米和水稻的平均氮肥偏生產(chǎn)力為28、34 和47 kg·kg-1，與國(guó)際上的氮肥偏生產(chǎn)力（40—70 kg·kg-1）相比，還有較大差距[5]。在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，由于以小農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)為主，農(nóng)戶間肥料用量變異大也制約著養(yǎng)分資源管理、限制了養(yǎng)分高效利用。以水稻為例，大樣本調(diào)研發(fā)現(xiàn)水稻生產(chǎn)中 56%的農(nóng)戶氮肥施用過量，33%的農(nóng)戶氮肥施用不足[6]。不合理的養(yǎng)分管理造成了資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)損失以及環(huán)境污染。優(yōu)化養(yǎng)分資源管理、提高養(yǎng)分利用效率是我國(guó)糧食生產(chǎn)節(jié)本增效、綠色增產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

一直以來，政府部門、科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)為管理好養(yǎng)分資源都開展了大量的工作。2005年，以土壤測(cè)試和肥料田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)的測(cè)土配方施肥國(guó)家行動(dòng)啟動(dòng)，為加強(qiáng)養(yǎng)分資源管理提供了契機(jī)。2015年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》，大力推進(jìn)化肥減量增效。與此同時(shí)，科技部、農(nóng)業(yè)部全面啟動(dòng)“十三五”化肥農(nóng)藥雙減項(xiàng)目，支持開展養(yǎng)分資源管理的理論研究、技術(shù)集成和示范培訓(xùn)與推廣應(yīng)用，為優(yōu)化養(yǎng)分資源管理提供了新的機(jī)遇。2018年中央一號(hào)文件“關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見”提出了堅(jiān)持人與自然和諧共生的原則，牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，落實(shí)節(jié)約優(yōu)先，以綠色發(fā)展引領(lǐng)鄉(xiāng)村振興，開展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展行動(dòng)，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)投入品減量化、生產(chǎn)清潔化、廢棄物資源化、產(chǎn)業(yè)模式生態(tài)化，推進(jìn)有機(jī)肥替代化肥、畜禽糞污處理、農(nóng)作物秸稈綜合利用等具體措施，對(duì)養(yǎng)分資源管理提出了更高的要求。近些年來，科研工作者在糧食作物養(yǎng)分管理的理論與技術(shù)創(chuàng)新方面開展了大量工作，取得了不少重要進(jìn)展。本專題在展示糧食作物養(yǎng)分管理研究方面工作進(jìn)展的同時(shí)，希望引起對(duì)糧食作物養(yǎng)分管理的進(jìn)一步重視，推動(dòng)糧食作物養(yǎng)分管理研究不斷進(jìn)步，更加有力地支撐我國(guó)農(nóng)業(yè)減肥增效、綠色發(fā)展。

我國(guó)糧食作物種植區(qū)域分布廣且以小農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)為主，不合理的養(yǎng)分管理現(xiàn)象普遍存在，過量與不足并存[7-8]，解決農(nóng)戶施肥問題是實(shí)現(xiàn)我國(guó)科學(xué)施肥的關(guān)鍵。明確農(nóng)戶小麥養(yǎng)分吸收利用和需求規(guī)律，對(duì)保證我國(guó)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、化肥合理減施有重大意義。氮磷鉀是作物必需營(yíng)養(yǎng)元素，也是肥料三要素。作物氮磷鉀需求量一直是科學(xué)施肥的熱點(diǎn)問題，對(duì)小麥的氮磷鉀需求量與產(chǎn)量、施肥、品種、區(qū)域環(huán)境的關(guān)系有不少研究，但多是基于一個(gè)地點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果，或不同年份、不同地點(diǎn)試驗(yàn)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)匯總分析。試驗(yàn)條件不完全等同于農(nóng)戶實(shí)際生產(chǎn)，有關(guān)農(nóng)戶小麥養(yǎng)分吸收利用與需求的研究一直缺乏。本專題論文《中國(guó)主要麥區(qū)農(nóng)戶小麥氮磷鉀養(yǎng)分需求與產(chǎn)量的關(guān)系》[9]研究了我國(guó)春麥、旱作、麥玉和稻麥4個(gè)典型區(qū)域的農(nóng)戶小麥產(chǎn)量、生物量、產(chǎn)量構(gòu)成，各器官氮磷鉀含量，養(yǎng)分吸收量和需求量，明確了不同區(qū)域農(nóng)戶小麥產(chǎn)量形成與養(yǎng)分吸收利用和需求的關(guān)系，為解決我國(guó)農(nóng)戶過量施肥，實(shí)現(xiàn)小麥科學(xué)減肥提供了重要依據(jù)。

小麥?zhǔn)屈S土高原農(nóng)業(yè)區(qū)主要糧食作物，水分不足嚴(yán)重制約旱地小麥產(chǎn)量形成及肥料利用。地膜覆蓋栽培能增蓄、保水、增溫，促進(jìn)作物根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收利用，提高糧食產(chǎn)量[10-11]?！皦拍喜ァ焙汀叭じ餐裂úァ笔屈S土高原旱地兩種典型的小麥覆膜栽培方式，明確兩種覆膜栽培方式下冬小麥產(chǎn)量形成規(guī)律、氮肥吸收運(yùn)移及兩者關(guān)系，對(duì)黃土高原旱地小麥氮肥高效利用有重要意義?！饵S土高原旱地小麥覆膜增產(chǎn)與氮肥增效分析》[12]一文，研究了黃土高原旱地小麥“壟膜溝播”和“全膜覆土穴播”中的周年覆蓋和監(jiān)控優(yōu)化施肥兩個(gè)因素對(duì)小麥產(chǎn)量形成、氮素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，?duì)我國(guó)旱地小麥高產(chǎn)高效生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。

我國(guó)是世界上最大的氮肥生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)[13]，氮肥對(duì)提高糧食產(chǎn)量，保障糧食安全具有不可替代的作用，但氮肥普遍施用過量，這不僅使增施氮肥的糧食增產(chǎn)效果不再明顯，還導(dǎo)致肥料利用率不高與資源浪費(fèi)，造成生態(tài)環(huán)境危害[14-15]。河南是農(nóng)業(yè)大省，小麥和玉米的面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)、商品糧提供量均在全國(guó)占有重要地位，然而河南農(nóng)戶過量施肥現(xiàn)象普遍[16]。明確河南小麥和玉米的氮肥需求和節(jié)氮潛力，不僅對(duì)河南及黃淮地區(qū)化肥減施有重要意義，對(duì)其他地區(qū)也有重要指導(dǎo)作用?！逗幽鲜⌒←湣⒂衩椎市枨蠹肮?jié)氮潛力》[17]一文分析了河南小麥和玉米生產(chǎn)和氮肥消費(fèi)量的歷史變化，并基于大量田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究了小麥和玉米的施氮效果、氮肥需求量和區(qū)域氮肥推薦用量，提出了河南小麥和玉米的節(jié)氮潛力，為河南糧食生產(chǎn)中合理施肥提供了依據(jù)，對(duì)我國(guó)其他地區(qū)作物氮肥需求及減氮潛力研究，實(shí)現(xiàn)合理施肥和化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)也具有重要指導(dǎo)意義。

近年來，國(guó)際玉米價(jià)格走低[18]，我國(guó)玉米市場(chǎng)價(jià)格隨之急劇下降，嚴(yán)重影響農(nóng)民收入。減肥增效不僅是節(jié)本增收、提高玉米市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也是保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的根本措施。影響玉米肥料用量和肥效的因素很多，如采用的品種、施肥技術(shù)（包括肥料用量、施肥時(shí)間、肥料種類與形態(tài)、肥料施入土壤的位置）、其他養(yǎng)分資源利用、根層土壤調(diào)控技術(shù)等?！稏|北玉米化肥減施增效技術(shù)途徑探討》[19]一文以東北玉米為研究對(duì)象，從玉米養(yǎng)分需求規(guī)律、養(yǎng)分高效品種節(jié)肥潛力、化肥高效施用的 4R技術(shù)、化肥的有機(jī)替代技術(shù)等多方面論述了減肥增效的途徑，對(duì)我國(guó)東北及全國(guó)玉米減肥增效和綠色生產(chǎn)有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)踐參考價(jià)值。