基于農(nóng)作物施肥量視角的區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

楊世琦 顏 鑫

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081)

化肥是作物生產(chǎn)的關(guān)鍵要素，也是農(nóng)田面源污染的重要原因之一，尤其過(guò)量施肥。適宜施肥量是農(nóng)田面源污染防治的重要途徑，也是提高化肥效率的重要手段?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)離不開(kāi)化肥：聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織FAO研究表明全球糧食產(chǎn)量的50%～60%來(lái)自化肥貢獻(xiàn)[1]；張福鎖等[2]研究證實(shí)我國(guó)糧食產(chǎn)量的一半來(lái)自化肥，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率達(dá)到56.8%[3]。近年來(lái)化肥邊際報(bào)酬遞減問(wèn)題逐漸突顯，環(huán)境負(fù)效應(yīng)逐漸增加[4]。朱兆良等[5]研究認(rèn)為不合理和過(guò)量施肥是導(dǎo)致農(nóng)田面源污染的重要原因。巨曉棠等[6]研究發(fā)現(xiàn)，追求高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是過(guò)量施肥的重要原因，農(nóng)戶田塊尺度的過(guò)量施氮占到33.0%。我國(guó)上世紀(jì)60年代的農(nóng)田氮磷施用量分別為34.0和9.1 kg/hm2，80年代末增長(zhǎng)到125.2和24.0 kg/hm2，2000年達(dá)到183.1和 54.2 kg/hm2；蔬菜、水果、花卉等單季作物氮磷鉀用量平均569～2 000 kg/hm2，是普通大田作物的數(shù)倍甚至數(shù)十倍[7]。谷類(lèi)作物單位面積化肥用量361.0 kg/hm2，水果和蔬菜單位面積化肥用量分別為 932.0 和 603.3 kg/hm2[8]。全國(guó)尺度下化肥施用量比例如下：糧食作物52.5%、蔬菜15.2%、果園10.8%、油料7.7%、馬鈴薯3.5%、棉花3.0%、煙草1.4%、糖類(lèi)1.8%和其他4.5%[9]。對(duì)19 個(gè)省份農(nóng)戶的調(diào)查結(jié)果表明，主要作物單位面積化肥施肥量(N+P2O5+K2O)差異較大，依次是果園>蔬菜>油料作物>纖維作物>谷類(lèi)作物>薯類(lèi)作物>豆類(lèi)作物，分別為 724.5、573.0、390.0、358.5、273.1、238.5和223.6 kg/hm2，蔬菜和瓜果氮磷鉀肥施用量是其它作物的1～3 倍[10]。通過(guò)分析全國(guó)農(nóng)村固定觀察點(diǎn)22年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶尺度的糧食、蔬菜和果園化肥平均施肥量分別為907.8～1054.1、1 494.8和2 254.5 kg/hm2；糧食作物施肥量有所降低，蔬菜和水果的施肥量還在逐步升高[11]。2017 年中國(guó)三大糧食作物化肥利用率為 37.8%[12]，美國(guó)糧食作物氮肥利用率50%，歐洲60%以上[13]。區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的影響因素涉及施肥量、施肥方法、土壤性質(zhì)、作物類(lèi)型、農(nóng)田類(lèi)型、氣候類(lèi)型、地理類(lèi)型與經(jīng)營(yíng)模式等，多維度綜合評(píng)價(jià)難度很大，結(jié)果應(yīng)用與指導(dǎo)性不高。以農(nóng)作物化肥施用量為單一維度的全國(guó)尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究尚少，有關(guān)農(nóng)田尺度施肥量在尺度升級(jí)情況下的區(qū)域農(nóng)田面源污染表現(xiàn)狀況也尚不清晰，因此，本研究擬以國(guó)家、地區(qū)與省域3 個(gè)尺度為研究對(duì)象，以施肥量這一最主要因素為切入點(diǎn)，分析近20多年我國(guó)不同作物施肥量變化及其農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，揭示不同作物、不同區(qū)域和不同省份農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)，以期為區(qū)域農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及防控提供了理論依據(jù)，為國(guó)家農(nóng)業(yè)污染控制及相關(guān)政策制定提供支撐。

1 農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

1.1 基于氮磷施用量的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

控制施肥量是農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)防治的重要途徑。朱兆良[14]認(rèn)為考慮到作物增產(chǎn)需求，大面積化肥施氮量應(yīng)該控制在150.0～180.0 kg/hm2，并根據(jù)情況增減。巨曉棠研究發(fā)現(xiàn)，施氮低于150.0 kg/hm2達(dá)不到目標(biāo)產(chǎn)量或者消耗土壤氮素，高于250.0 kg/hm2增產(chǎn)幅度很小，氮素?fù)p失和環(huán)境代價(jià)增加；施氮合理區(qū)間是150.0～250.0 kg/hm2[15]。歐盟規(guī)定氮肥施用量不能超過(guò)175.0 kg/hm2，英國(guó)洛桑試驗(yàn)站推薦安全用量不超過(guò)276.0 kg/hm2[16]。按土壤氮安全殘留量，一般認(rèn)為90 cm土層60.0～90.0 kg/hm2或1 m土體的硝態(tài)氮淋洗不超過(guò)100.0 kg/hm2就在環(huán)境容量范圍[17-19]，相當(dāng)于歐洲作物收獲后硝態(tài)氮允許殘留量[20]。Oenema等[21]研究表明，磷肥施用量(P2O5)不能超過(guò)80 kg/hm2，否則淋洗導(dǎo)致水體污染?；谑┓柿恳暯堑霓r(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見(jiàn)表1。氮肥施用<150.0 kg/hm2和磷肥施用<80.0 kg/hm2為安全，基本沒(méi)有農(nóng)田面源污染；氮肥施用>300.0 kg/hm2和磷肥施用>170.0 kg/hm2為高風(fēng)險(xiǎn)，存在較大的氮磷流失與水體污染風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到作物產(chǎn)量需求以及水環(huán)境容量，氮肥施用150.0～300.0 kg/hm2和磷肥施用80.0～170.0 kg/hm2范圍的前、中和后區(qū)間分別賦予微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)。1980-2019年我國(guó)農(nóng)田氮肥施用量平均64.4～161.1 kg/hm2(2012年189.0 kg/hm2為歷史最高)，多處微風(fēng)險(xiǎn)與安全級(jí)別，個(gè)別年份低風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別；磷肥施用量19.3～85.9 kg/hm2(2015年94.01 kg/hm2為歷史最高)[22]，多處微風(fēng)險(xiǎn)與安全等級(jí)。

表1 基于施肥量視角的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Table 1 Risk grade of non-point sources pollution from farmland based on fertilizer application

1.2 區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

1.2.1主要作物與作物類(lèi)型的氮磷施用量

主要作物類(lèi)型與作物的氮、磷肥施用量見(jiàn)圖1。可知：糧食作物氮、磷施用量195.3和88.6 kg/hm2[23]，屬氮低風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)；棉花305.5和114.3 kg/hm2[23]，屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷低風(fēng)險(xiǎn)；油料作物126.7和82.2 kg/hm2[23]，屬氮、磷微風(fēng)險(xiǎn)；麻類(lèi)作物395.4和93.1 kg/hm2[24]，屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)；糖料作物432.9和183.4 kg/hm2[23]，屬氮、磷高風(fēng)險(xiǎn)；煙葉139.6和149.0 kg/hm2[23]，屬氮安全與磷中風(fēng)險(xiǎn)；蔬菜285.0和175.0 kg/hm2[23]，屬氮中風(fēng)險(xiǎn)和磷高風(fēng)險(xiǎn)；茶園491.0和147.0 kg/hm2[25]，屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷中風(fēng)險(xiǎn)；果園364.0和227.5 kg/hm2[23](包括蘋(píng)果、柑類(lèi)和桔類(lèi))，屬氮、磷高風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2區(qū)域農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)是不同作物農(nóng)田面源污染的時(shí)空疊加。為消除不同作物農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)差異，提出糧食作物當(dāng)量概念，即糧食作物單位面積的氮、磷施用量均為1當(dāng)量(相當(dāng)于氮、磷施用量分別是195.3 kg/hm2與88.6 kg/hm2)，其它作物施肥量與糧食作物相比取得當(dāng)量值。糧食作物屬于氮低風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)，正好具有農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)“晴雨表”指示功能，同時(shí)也是主要種植作物類(lèi)型。當(dāng)量大于1，污染風(fēng)險(xiǎn)高；小于1，污染風(fēng)險(xiǎn)低，甚至無(wú)風(fēng)險(xiǎn)。主要作物類(lèi)型的氮磷當(dāng)量見(jiàn)表2?？芍好藁ǖ⒘桩?dāng)量1.6和1.3，表示單位面積棉花氮肥和磷肥施用量分別是糧食作物的1.6 和1.3倍，或1單位面積的棉花氮、磷施用量相當(dāng)于1.6或1.3單位面積的糧食作物；油料作物氮、磷當(dāng)量小于1；其它作物類(lèi)型均大于1，表明大多非糧作物單位面積氮、磷施用量高于糧食作物，其潛在農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)也高于糧食作物。

圖1 主要作物與作物類(lèi)型的氮磷施用量Fig.1 Nitrogen and phosphorus fertilizer application rate of main crops and crop types

表2 主要作物與作物類(lèi)型的氮磷當(dāng)量Table 2 Nitrogen and phosphorus equivalent of main crops and crop types

基于糧食作物當(dāng)量概念，構(gòu)建農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如下：

式中：RCN和RCP分別為農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)和農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，RCN與RCP的值表示農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)程度，值越大反映非糧食作物種植面積就越大，單位面積的氮、磷施用量也越大，農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)也就越高；Si為第i種作物或作物類(lèi)型的種植面積；NEi為該作物或作物類(lèi)型的氮當(dāng)量，PEi為該作物或作物類(lèi)型的磷當(dāng)量。區(qū)域尺度農(nóng)田氮、磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)對(duì)應(yīng)的涵義見(jiàn)表3。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

2.1 近年我國(guó)主要作物的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)狀況

1998—2018年，我國(guó)主要作物氮肥、磷肥施用量分別見(jiàn)圖2和圖3[23]，主要作物氮、磷施用量及其風(fēng)險(xiǎn)情況見(jiàn)表4?？傊翰煌魑锸┓柿烤哂休^大的差異，蔬菜、茶葉和水果類(lèi)作物施肥量較高，農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)較大；糧食與油菜作物施肥量較低，農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)較小。

2.1 區(qū)域尺度與省域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

以2018年我國(guó)農(nóng)作物化肥施用量為例，采用本研究構(gòu)建的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型， 分析了我國(guó)不同區(qū)域及各省農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.1區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

不同區(qū)域的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)從小到大排依次為：東北地區(qū)農(nóng)田氮、磷污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.02和1.08屬氮低風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)；華北地區(qū)1.06和1.27屬氮、磷低風(fēng)險(xiǎn)；華中地區(qū)1.08和1.36屬氮、

表3 區(qū)域尺度農(nóng)田氮、磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及其涵義Table 3 Risk coefficient of nitrogen non-point source pollution from farmland (RCN) and risk coefficient of phosphorus non-point source pollution from farmland RCP and their meaning at regional scale

圖2 1998—2018年主要作物氮肥施用量Fig.2 Main crop nitrogen fertilizer application during 1998 to 2018

磷低風(fēng)險(xiǎn)；華東地區(qū)1.13和1.39屬氮、磷低風(fēng)險(xiǎn)；西南地區(qū)1.19和1.66屬氮、磷低風(fēng)險(xiǎn))；西北地區(qū)1.24和1.80屬氮低風(fēng)險(xiǎn)與磷中風(fēng)險(xiǎn)；華南地區(qū)1.37和2.20屬氮中風(fēng)險(xiǎn)與磷高風(fēng)險(xiǎn)(圖4)。國(guó)家尺度農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.14，相當(dāng)于氮施用量221.8 kg/hm2；農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.45，相當(dāng)于磷施用量128.6 kg/hm2，均屬低風(fēng)險(xiǎn)?？傮w上看，華南、西南和西北地區(qū)農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高于全國(guó)平均值，主要原因是蔬菜與水果等非糧作物面積比例較高。

2.2.2省域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

全國(guó)各省農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)從小到大排序依次為青海、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、西藏、河南、安徽、遼寧、甘肅、山東、河北、湖南、山西、江西、江蘇、寧夏、湖北、天津、四川、重慶、上海、云南、陜西和貴州的農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)0.95～1.27屬低風(fēng)險(xiǎn)，廣東、浙江、海南、新疆、北京、廣西和福建的農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.32～1.41屬中風(fēng)險(xiǎn)(圖5)。青海農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)0.95最小，源于油菜面積14.8萬(wàn)hm2超過(guò)糧食作物面積的一半還多。內(nèi)蒙古、吉林和黑龍江的農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)是1.00或非常接近1.00，源于糧食作物占比較高，依次為76.9%、92.1%和96.9%，均高于全國(guó)平均值70.7%。農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的廣東、浙江、海南、新疆、北京、廣西和福建，其主要原因是蔬菜、果園占比較高，如浙江省蔬菜、茶葉和果園的面積116.9萬(wàn)hm2是糧食作物面積的1.2倍，新疆棉花、蔬菜和果園面積375.1萬(wàn)hm2是糧食作物面積的1.7倍(棉花面積占比41.1%超過(guò)糧食作物)，北京蔬菜和果園面積7.4萬(wàn)hm2是糧食作物面積的1.6倍，廣西甘蔗、蔬菜和果園的面積370.7萬(wàn)hm2是糧食作物的1.3倍，福建蔬菜、茶葉和果園的面積114.4萬(wàn)hm2是糧食作物的1.4倍。國(guó)家尺度農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在省域尺度下排第20位，重慶、上海、云南、陜西、貴州、廣東、浙江、海南、新疆、北京、廣西和福建等省份高于全國(guó)平均值。

圖3 1998—2018年主要作物磷肥施用量Fig.3 Main crop phosphorus fertilizer application rate during 1998 to 2018

表4 1998—2018年主要作物氮、磷施肥量及其農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Table 2 Main crop nitrogen and phosphorus application rate and their risk degrade of NSPF during 1998 to 2018 kg/hm2

表4(續(xù))

圖4 2018年區(qū)域尺度下農(nóng)田氮和磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)Fig.4 RCN and RCP at regional scale in 2018

不包括港、澳、臺(tái)地區(qū)數(shù)據(jù)。下同。 Data do not include those of Hong Kong, Macao and Taiwan regions. The same below.圖5 2018年省域尺度農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)排序Fig.5 RCN rank at provincial scale in 2018

全國(guó)各省農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)從小到大排序依次為黑龍江與吉林省農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.03與1.04均屬微風(fēng)險(xiǎn)，內(nèi)蒙古、安徽、河南、青海、河北、山東、天津、遼寧、江蘇、西藏、山西、湖北、江西、四川、湖南、甘肅和重慶等農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1.16～1.61為低風(fēng)險(xiǎn)，云南、寧夏、新疆和上海等1.76～1.85均為中風(fēng)險(xiǎn)，貴州、陜西、廣東、浙江、廣西、福建、海南和北京等1.95～2.99均為高風(fēng)險(xiǎn)(圖6)。青海蔬菜與果園面積23.4萬(wàn)hm2，是糧食作物面積的34.65%，相對(duì)比例較高，導(dǎo)致農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)排序升高；類(lèi)似問(wèn)題也出現(xiàn)在蔬菜與果園占比較高的其它省。新疆農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)排序低于農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)排序的主要原因是棉花的磷當(dāng)量較氮當(dāng)量低。國(guó)家尺度農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在省域尺度下排第15位，江西、四川、湖南、甘肅、重慶、云南、寧夏、新疆、上海、貴州、陜西、廣東、浙江、廣西、福建、海南和北京等高于全國(guó)平均值。國(guó)家尺度農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)比農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)排序更靠前，表明全國(guó)農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域更大，涉及面更廣。

圖6 2018年省域尺度農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)排序Fig.6 RCP ranking at provincial scale in 2018

3 討 論

3.1 不同作物施肥量差異較大，施肥量越大，農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)就越大

不同作物施肥量有較大的差異。糧食與油料作物施肥量較低，其它作物施肥量相對(duì)較大，如蔬菜與水果，糖料作物、纖維作物、烤煙與茶樹(shù)等。施肥量越大，潛在農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)也越大。蔬菜和水果經(jīng)濟(jì)效益較好，種植戶愿意多施肥，因而施肥量普遍較大。隨著人們生活水平提高，蔬菜水果的消費(fèi)量持續(xù)上升，追求高產(chǎn)導(dǎo)致的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)也隨之增大。天津市日光溫室氮磷鉀平均施用量顯著高于塑料大棚[26]，山東和河北省設(shè)施菜地氮肥施用量則高達(dá)1 200.0～4 500.0 kg/hm2[27-28]，設(shè)施蔬菜氮磷鉀的平均施用量分別是各自推薦量的1.9、5.4和1.6 倍[30]，全國(guó)設(shè)施黃瓜氮磷鉀平均施用量為1 122.0、954.0、1 158.0 kg/hm2[30]。蔬菜根系較小和根冠比較低，養(yǎng)分吸收利用不高，露地菜花、設(shè)施茄子、設(shè)施黃瓜、露地豆角的等產(chǎn)量肥耗分別為0.33、0.26、0.24和0.22 kg ·kg-1，明顯高于中秈稻、粳稻、小麥和玉米分別是0.05、0.06、0.07和0.09 kg·kg-1[31]。我國(guó)果樹(shù)化肥用量是世界平均水平的2倍，是歐美國(guó)家的4倍，化肥利用率相差20%～30%，如3 000.0 kg蘋(píng)果的氮肥施用量91.0 kg，美國(guó)21.0 kg，日本25.0 kg[32]。由此可見(jiàn)，提高作物化肥利用效率有利于降低施肥量，是農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)控制的重要途徑。

3.2 合理施肥是農(nóng)田面源污染防治的重要途徑

合理施肥是化肥減量的重要手段，兼顧了農(nóng)田面源污染防治與作物高產(chǎn)需求，有利于減少浪費(fèi)和提高肥效。合理施肥是基于土壤與作物系統(tǒng)，運(yùn)用科技手段，協(xié)調(diào)作物與土壤關(guān)系，促進(jìn)肥效提升和降低養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)(圖7)。合理施肥包括精準(zhǔn)施肥、測(cè)土配方、優(yōu)化施肥、水肥一體化、少基多追、緩控釋肥、葉面噴肥、氮肥后移、化學(xué)調(diào)控、有機(jī)替代與秸稈還田等。農(nóng)田1 m土體氮盈余量80.0 kg/hm2左右時(shí)的硝態(tài)氮淋洗在環(huán)境容量范圍內(nèi)，小麥、玉米、水稻單季合理施肥量的土壤氮素盈余量參考指標(biāo)是40.0、40.0和60.0 kg/hm2[17]。在氮素優(yōu)化管理?xiàng)l件下，收獲后90.0 cm根層硝態(tài)氮?dú)埩粼?0.0～100.0 kg/hm2臨界區(qū)間內(nèi)，既能維持較高目標(biāo)產(chǎn)量，又可付出較低環(huán)境代價(jià)[18]?？茖W(xué)施肥降肥、增產(chǎn)和提品質(zhì)，60%化肥損失源于不正確的施肥方法[33-35]。有機(jī)肥替代化肥能減少50%的土壤氮淋失，提高作物氮吸收量與氮素利用率，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，減少土壤氮盈余量，降低氮流失風(fēng)險(xiǎn)[36-38]。紫色土坡耕地長(zhǎng)期有機(jī)替代化肥，能保持作物目標(biāo)產(chǎn)量，顯著降氮流失24.3%～44.8%[39]。秸稈還田與綠肥還田能夠提高氮磷農(nóng)學(xué)利用效率，獲得較高產(chǎn)量[40-42]。在推薦施肥量下，畜禽糞便單施或配施化肥，提高土壤肥力與氮素利用效率，降低土壤氮淋溶與徑流損失[43-46]。荷蘭對(duì)砂壤和黏壤耕地年氮素盈余參考指標(biāo)60.0和100.0 kg/hm2，砂壤和黏壤草地年氮素盈余140和180 kg/hm2，磷素年盈余參考指標(biāo)8.7 kg/hm2，均能夠有效降低土壤氮磷流失風(fēng)險(xiǎn)[47]。

圖7 化肥與農(nóng)作物生產(chǎn)、農(nóng)田土壤儲(chǔ)存和農(nóng)田面源污染之間的關(guān)系及調(diào)控途徑Fig.7 Relationships and regulation approach among fertilizer and agriculture production, field soil storage and NSPF

3.3 作物高產(chǎn)品種是農(nóng)田面源污染防治的有效途徑

培育作物高產(chǎn)品種能夠提高養(yǎng)分利用效率，降低土壤殘留，為肥料減量使用提供重要保障，可有效防治農(nóng)田面源污染。高產(chǎn)小麥具有株高略矮與穗粒數(shù)多等特征，因而能夠獲得較大產(chǎn)量[48]，不同小麥品種6個(gè)產(chǎn)量性狀與6個(gè)養(yǎng)分利用效率性狀的差異達(dá)到極顯著[49]，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、株高等性狀是高產(chǎn)品種選育的關(guān)鍵指標(biāo)[50]。花生根冠比、根長(zhǎng)、根表面積和根瘤數(shù)增加能夠提高磷素利用率[51]。雜交品種能夠有效提高作物產(chǎn)量，雜交水稻比常規(guī)稻增產(chǎn)20.0%以上[52]，雜交優(yōu)勢(shì)貢獻(xiàn)了玉米增產(chǎn)20.0%～24.0%的效應(yīng)[53]，油菜雜種優(yōu)勢(shì)為單產(chǎn)提高發(fā)揮了重要作用[54]。作物間作豆類(lèi)能穩(wěn)定產(chǎn)量，顯著降低0～90 cm土層硝態(tài)氮?dú)埩鬧55-56]。采用復(fù)種模式的土壤氮磷流失量較單作降低36.4%～56.8%和35.7%～50.0%[57]。通過(guò)基因技術(shù)創(chuàng)制的作物品種具有生態(tài)環(huán)保特性，顯著提高氮素利用效率，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田面源污染有效控制的重要途徑[58-59]。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)我國(guó)區(qū)域尺度農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，主要結(jié)論如下：

1)不同作物類(lèi)型的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)有較大差異，非糧食作物的農(nóng)田面源污染風(fēng)險(xiǎn)較高。糧食作物屬氮低風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)，油料作物屬氮、磷微風(fēng)險(xiǎn)，棉花屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷低風(fēng)險(xiǎn)，麻類(lèi)作物屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷微風(fēng)險(xiǎn)，糖料作物屬氮、磷高風(fēng)險(xiǎn)，煙葉屬氮安全與磷中風(fēng)險(xiǎn)，蔬菜屬氮中風(fēng)險(xiǎn)和磷高風(fēng)險(xiǎn)，茶園屬氮高風(fēng)險(xiǎn)和磷中風(fēng)險(xiǎn)，果園屬氮、磷高風(fēng)險(xiǎn)；2)國(guó)家尺度農(nóng)田面源污染處于氮、磷低風(fēng)險(xiǎn)，區(qū)域尺度農(nóng)田氮、磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)有較大差異。東北、華北、華東和華中地區(qū)農(nóng)田氮、磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低均屬低風(fēng)險(xiǎn)；西南、西北和華南相對(duì)較高，其中，西南屬氮磷低風(fēng)險(xiǎn)，西北屬氮低風(fēng)險(xiǎn)與磷中風(fēng)險(xiǎn)，華南屬氮中風(fēng)險(xiǎn)與磷高風(fēng)險(xiǎn)；

3)省域尺度農(nóng)田氮、磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)分布有較大差異。國(guó)家尺度農(nóng)田氮面源污染低風(fēng)險(xiǎn)在省域尺度中排第20位，其中12省高于全國(guó)平均值，包括重慶、上海、云南、陜西和貴州等5省屬低風(fēng)險(xiǎn)，廣東、浙江、海南、新疆、北京、廣西和福建等7省中風(fēng)險(xiǎn)，低于全國(guó)平均值的19省均屬于低風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)家尺度農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)在省域尺度排第15位，其中17省高于全國(guó)平均值，包括江西、四川、湖南、甘肅和重慶等5省屬低風(fēng)險(xiǎn)，云南、寧夏、新疆和上海等4省中風(fēng)險(xiǎn)，貴州、陜西、廣東、浙江、廣西、福建、海南和北京等8省高風(fēng)險(xiǎn)；低于全國(guó)平均值的14省中，除黑龍江與吉林等2省微風(fēng)險(xiǎn)外，其余均為低風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)家尺度農(nóng)田磷面源污染風(fēng)險(xiǎn)較農(nóng)田氮面源污染風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)排序靠前，表明全國(guó)農(nóng)田磷面源污染涉及范圍相對(duì)更大和風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)更高。