我國糧食生產體系中化肥效率的變化

自30年代以來，中國的化肥用量繼續增加，20世紀80年代的增長率達到6.6%，90年代的增長率達到4.7%，21世紀初的增長率達到1.2%。中國是世界上最大的化肥生產國和消費國,2007年化肥產量占世界的33%,消費量占世界的32%。而中國糧食增長率從20世紀80年代的3.6%下降到90年代的1.5%,2000～2003年糧食產量平均增產率已經下降到-4%。糧食總產增長緩慢,而化肥用量增長迅速,化肥效率的大幅下降受到了國內外普遍關注。1998年朱兆良指出當時的主要糧食作物氮肥利用率為30%～35%;張福鎖等對2000～2005年不同作物和不同區域試驗結果分析發現,主要糧食作物的氮肥利用率為10.8%～40.5%。可見,2005年以前我國糧食作物化肥效率總體呈下降趨勢。但從2004年開始,我國糧食生產發生了較大變化,國家采取多項措施保證糧食產量連續6年增長,包括2005年啟動的全國測土配方施肥工作,同時化肥價格大幅波動。這些背景下農戶化肥施用行為和化肥肥料效率如何變化值得關注。因此,本研究基于2001年和2008年全國萬戶農戶調研數據,從宏觀上分析了中國主要糧食作物化肥施用以及化肥效率的變化情況。1材料和方法1.1樣本基本情況2001年農業部在全國開展了萬戶調研活動,2008年在農業部公益性行業專項的資助下,中國農業大學重新組織全國萬戶農戶調研活動。這兩次調研活動都是由中國農業大學設計問卷,由地方土肥站系統和科研院所負責實施,調研覆蓋了糧食作物、經濟作物、蔬菜、果園以及茶園等種植業體系。其中,2001年調研主要反映2000年的實際生產情況,數據覆蓋全國22個省,11000個農戶;2008年調研主要反映2007年的實際生產情況,數據覆蓋全國23個省,10380個農戶。樣本基本情況匯總見表1。由于缺乏2000年的陜西小麥和江蘇水稻的數據,我們使用了2002年這兩個省份的農戶調研數據。1.2化肥效率的測算肥料效率有4種表達方式,分別為RE、AE、PE和PFP。其中,化肥偏生產力(化肥效率)(Partialfactorproductivityfromappliedfertilizer,PFP,單位為kg/kg),它是指單位投入的化肥所能生產的作物子粒產量,即:PFP=Y/FY為施肥后所獲得的作物產量;F代表化肥的投入量。國際農學界常用PFP,原因是它不需要通過實驗測定空白區產量和養分吸收量,簡單明了、易于運用,尤其適合于用農戶調研數據分析化肥效率。利用農戶調研數據測算化肥效率(PFP)。表1看出,兩次調研所涉及的省份不完全相同,樣本量也有較大差異。因此,在計算各作物平均單產和化肥平均施肥量時將涉及到的所有數據綜合在一起按照調研面積加權平均以減少兩次調研的不一致性。在比較2000年和2007年的化肥用量和效率時重點對照了兩年調研中涉及到的相同省份。各省作物播種面積和糧食總產的統計數據來源于2008年中國國家統計年鑒。統計數據用來校驗調研數據,而調研數據以兩年差值反應變化趨勢,由于兩年調研方法一致,因此用差值可以避免共性偏差。2結果分析2.1小麥高產和化肥施用量情況表2顯示,2007年與2000年相比,小麥、玉米和水稻的單產分別增加17.6%、7.9%和8.2%。氮肥施用量,小麥、玉米和水稻的單位面積施肥量分別增加12.3%、37.3%和6.0%;磷肥施用量,小麥和水稻的單位面積施肥量分別減少13.5%和17.7%,玉米增加8.8%;鉀肥施用量,小麥和玉米的單位面積施肥量增加16.1%和30.8%,水稻減少12.9%;化肥總施用量,小麥和玉米的單位面積施肥量增加5.4%和29.0%,水稻減少4.3%。調研數據(表3)顯示,全國小麥主產區單產有明顯增加,而化肥施用量小幅增加。從不同地區來看,除了甘肅以外,2000～2007年,河北、河南、山東、陜西和山西5省的小麥單產分別增加30.9%、20.9%、17.6%、39.3%和73.2%,平均增產36.4%。施肥總量除了山東省略有下降,其余5個省份都全部增加,分別增加了9.4%、0.5%、1.8%、26.7%和34.2%。這幾個地區都是小麥主產區,尤其是河北、河南和山東,產量都大幅增加,而肥料用量沒有顯著增加。全國玉米單產和化肥用量也都大幅增加(表3)。2007年與2000年相比,河北、河南、山東、貴州、內蒙古、山西6省玉米的單產都大幅增加,分別增加了36.8%、19.3%、16.6%、17.8%、59.0%、16.0%,平均增產27.6%。玉米上施用的化肥總量除了山東略有減少外,河北、河南、貴州、內蒙古、山西化肥用量全部大幅增加,分別增加了11.9%、17.7%、41.6%、119.2%、59.5%。2007年與2000年相比,除江西的水稻單產略有增加外,湖南、廣西、貴州、廣東的水稻單產都降低,降低幅度分別為10.6%、18.7%、3.3%、29.1%(表3)。農戶調研數據和統計數據略有不同。江西、廣西和貴州水稻單位面積化肥施用量分別增加15.3%、16.6%和32.2%。湖南和廣東水稻單位面積化肥施用量分別減少11.1%和42.7%。2.2化肥總消耗量根據統計數據中各地區的糧食作物播種面積和農戶調研中的單位面積施肥量,計算出主要糧食作物體系的化肥消費量。結果看出,2000年農用化肥總消耗量為3.6×107t,其中小麥、玉米和水稻分別消耗7.5、4.9和9.4×106t,豆類和薯類分別消耗0.9和1.5×106t,蔬菜、果樹、油料、茶園和其他作物分別消耗4.3、2.4、2.7、0.3和1.8×106t。2007年農用化肥總消耗量為5.2×107t,與2000年相比,增加了44%。其中小麥、玉米和水稻分別消耗7.1、8.1和7.1×106t,豆類和薯類分別消耗1.1和2.2×106t,蔬菜、果樹、油料、茶園和其他作物分別消耗10.9、7.4、3.3、6.3和3.7×106t。2007年與2000年相比,小麥和水稻用肥所占的份額分別減少7%和12%,玉米所占份額增加2%(圖1)。小麥所占份額減少的主要是非主產區播種面積減少(退耕還林);國家統計數據表明,小麥的播種面積減少了11%。玉米所占份額增加主要是因為播種面積和單位面積施肥量的增加,玉米的播種面積增加了27.9%;調研數據顯示,施肥總量增加了64.8%。水稻播種面積和單位面積施肥量的減少都導致了水稻化肥消耗比重的減少,水稻播種面積減少了3.5%;調研數據顯示,施肥總量減少了25.2%。蔬菜和果樹的化肥消費比重分別增加了10%和7%;調研數據顯示蔬菜和果樹化肥消耗量分別增加了152.1%和208.9%。蔬菜和果樹的播種面積分別增加了13.7%和17.2%。豆類、薯類、油料、茶園和其他作物的化肥消費比重無明顯變化,但化肥消耗總量都有所增加。2.3全國玉米化肥效率大幅下降三大糧食作物的化肥效率大小排列順序是水稻>小麥>玉米;而化肥效率的變化幅度大小順序是玉米>水稻>小麥。與2000年相比,2007年全國小麥化肥效率從10.6kg/kg增加到11.9kg/kg,平均上升了12%(圖2)。其中河南、山東、河北、陜西和山西的化肥效率分別上升20%、24%、20%、10%和29%;甘肅的化肥效率下降15%。5省份的小麥播種面積占全國播種面積的55%(2007年統計數據),可見,全國小麥化肥效率的增加是由主產區拉動的。與2000年相比,2007年全國玉米化肥效率從13.8kg/kg下降到11.5kg/kg,平均減少17%(圖3)。全國玉米化肥效率的大幅下降是由于玉米單產整體增幅小于化肥投入的增幅(見表2)。其中河北、山東、河南、吉林的化肥投入量增長幅度很小,而產量增幅較大,化肥效率分別上升22%、22%、1%、-1%;內蒙古、山西、貴州的化肥用量增幅大于單產增幅,其化肥效率分別下降了27%、27%、17%。與2000年相比,2007年全國水稻化肥效率從13.9kg/kg增加到15.7kg/kg,平均增長13%(圖4)。其中廣東和湖南的化肥效率分別上升24%和1%。江蘇、廣西、貴州和江西水稻的化肥效率分別下降33%、30%、27%和13%。全國水稻化肥效率總體趨勢增長,而主產區化肥效率大幅度下降,主要是東北等新興水稻主產區肥料效率較高。如2007年黑龍江水稻化肥效率為30.7,比全國平均值高21.3%;四川(包括重慶)水稻化肥效率為24.8,高于與其直接對比的幾個區域,而這些區域水稻播種面積占全國的17.1%,導致2007年化肥效率整體提高。3討論3.1作物化肥效率變化的原因分析3.1.1糧食生產得到較大發展由于種糧收入較低,農村勞動力流失嚴重,近些年中國糧食生產布局變化很大。一些低產地區受退耕還林等活動的影響,糧食生產逐步萎縮,而糧食優勢區由于規模效益好,政府和技術支持大,機械化水平高,糧食生產得到較大幅度發展(表4)。因此全國糧食生產平均水平有所提高,農業資源配置得到進一步優化。3.1.2測土配方施肥近年來養分資源綜合管理、測土配方施肥等科學施肥技術取得了快速發展,而且肥料產品也走向復合化,快速改變了中國肥料施用效果。測土配方施肥項目縣3000多個田間試驗和示范數據分析表明,測土配方施肥比常規施肥,氮肥、磷肥和鉀肥的利用率分別提高10%、7%～10%和7%以上。科學施肥技術有大幅增效的作用,而農戶調研數據也表明,隨著科學技術的推廣和肥料產品的變化,農戶實際施肥技術也發生了很大變化,2008和2001年的調研結果表明水稻氮肥基追比例分別從1∶0.73調整到1∶1.47。3.1.3機械化措施將推動國內秸稈再利用,建立高效節能體系在過去7年中中國機械化耕作發展迅速,由于機械化發展提高了耕作整齊度,為高產和高效奠定了基礎。機械化加大了有機資源還田,2008年,中國秸稈直接還田面積和總量達到35%。另外,高產栽培也在全國迅速推進,有力支撐了糧食產量的提高。3.1.4改變原代樣品,增長總價2007年下半年開始,中國化肥價格大幅增長,至2008年8月份,尿素、磷酸二銨、氯化鉀等主導產品批發價格同比增長66%、84%和160%。化肥價格的突然劇烈增長,使得農戶不愿意繼續多投入化肥,部分地區施肥量大幅減少,也是化肥效率上升的因素。3.2通過提高財政服務、提高糧食資源高效資美國化肥用量在20世紀80年代后期開始穩定,而作物產量仍持續增加,其化肥利用率也經歷了先降后增并且持續增加的趨勢。目前,其氮肥偏生產力(PFP)已經達到65kg/kg,恢復到20世紀60年代的水平,說明實現高產和資源高效的同步完全可能。中國也已經具備這種轉變的條件。首先,中國已經走入土壤養分大量盈余的階段,全國土壤有機質含量整體提高;大部分地區土壤磷素水平從20世紀80年代的10mg/kg提高到了現在的20mg/kg以上,而且仍在進一步提高;全國土壤鉀素也從全面匱缺轉為部分盈余,其中華南區域土壤交換性鉀增長明顯。土壤肥力的大幅提高對減少化肥投入,進一步提高化肥效率奠定了基礎。其次,隨著灌溉、機械、良種和栽培技術的不斷完善和推廣,中國糧食綜合生產能力已經得到提高,單純依靠增加化肥增產的剛性需求降低。第三,中國化肥市場化改革已經進行了10年,生產、流通和技術服務體系經過不斷完善,化肥產品與農業需求之間逐步吻合,有提高效率的空間。3.3種植結構調整對作物產量、肥料用量的影響主要表現為為驗證調研數據的可靠性,分析了國家統計數據中作物單產的變化發現,主要區域小麥、玉