新理论促进肥料产业发展和施肥技术变革

专家简介：

高祥照，全国农业技术推广服务中心首席专家，研究员，博士研究生导师。推动我国沃土工程、测土配方施肥、土壤有机质提升、节肥节水节药、旱作节水农业、水肥一体化、无公害农产品等全国性重大项目的立项并组织实施。主持土壤改良培肥、土壤肥力监测与评价、平衡施肥技术引进、农业综合开发、世行灌溉农业等国家级项目。编制《全国测土配方施肥技术方案》，创立“肥料配方师”职业资格。对我国土肥水行业，土壤、植物营养、肥料，节水农业、农业资源与利用等工作和学科的发展作出了重要贡献。

当前在国家推进农业供给侧结构性改革、实施化肥施用零增长行动等大背景下，我国肥料行业发展面临许多重大挑战。粮食及农产品价格下行趋势加大，肥料需求端疲软，产能过剩日趋严峻，农产品质量安全问题和生态环境压力增加。面临严峻的新形势，肥料行业不能固步自封，必须坚定不移推进改革，应用新的理论为指导，在基础研究、研发生产、施肥技术乃至行业管理上求新求变，努力走出一条中国特色的肥料发展之路。

一、我国肥料行业发展成效及面临的问题

在化肥进入中国100多年的发展历程中，“等养分等效”是行业发展的基本理论，指导了肥料研发、生产、管理、推广和应用等各个方面。无论是科研教学、法规标准、登记管理、产品标识还是推广使用等关注的都是养分含量，是氮磷钾等营养元素的含量配比。在“等养分等效”理论指导下，我国肥料行业发展取得了很大的成就，尤其是在最近的10多年中，肥料行业迅猛发展，化肥产量和用量都超过了5000万吨，我国肥料的产值翻了6倍。但同时，我国肥料行业的发展也面临着一系列突出问题，主要是肥料利用率过低、肥料消耗量大、肥料品种结构不合理、科学施肥技术水平低以及施肥过量带来农产品质量安全问题和环境保护压力不断增大。这些问题让我国肥料行业的发展面临着巨大的压力。同时，中国土壤类型复杂、作物与品种繁多、肥料使用方式多样，这些都对肥料的发展提出更高的要求。尤其是当前在全球经济增长乏力、国家推进农业供给侧结构性改革、实施化肥施用零增长行动等大背景下，肥料需求端疲软，过剩产能消解困难，形势十分严峻。因此，中国肥料行业未来的发展，从肥料的研发、生产、管理、推广和应用以及植物营养科学研究来看，都需要新的理论指导。

二、“形态、含量和助剂”肥料发展新理论

（一）新理论概念

“形态、含量和助剂”肥料发展新理论是指在肥料研发、生产、管理、推广和应用等各个方面，以及植物营养科学研究中，综合考虑肥料中养分形态、养分含量和各种助剂的作用，不仅关注养分含量，更加重视肥料中的养分形态及其科学搭配、不同养分形态的相互转化以及不同助剂对作物营养转化、吸收和肥料利用率提升的作用。在评价肥料时，除了总养分含量和氮、磷、钾等营养元素配比外，更加注重营养元素在肥料中的存在形态和施用效果之间的直接联系，更加注重各种助剂是否安全有效；除了总养分含量和氮、磷、钾等养分配比外，将营养元素形态作为衡量肥料质量的重要指标，即养分含量是评价肥料的数量指标，养分形态是评价肥料的质量指标。

（二）新理论的具体分析

肥料的形态包括物理形态和化学形态两个方面。物理形态上，有固体肥料、液体肥料以及气体肥料，如温室生产中常用的二氧化碳气体肥料。还有水溶性肥料，即生产、运输、销售等环节是固体，在使用时先溶于水，成为液体状态，通过灌溉系统或叶面喷施等形式施用的肥料。在化学形态上，不同的营养元素都有多种形态。氮肥有铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、尿素态（酰胺态）氮、有机态氮等形态。磷肥有水溶磷、枸溶磷、难溶磷等。

不同形态的养分对环境、土壤以及作物的适应性都有不同。以氮肥为例，大量研究、田间试验和生产实践表明，植物可以大量吸收的氮，是铵态氮和硝态氮，也可吸收少量有机态氮，如结构比较简单的氨基酸等。铵态氮为阳离子，硝态氮为阴离子，它们所带的电荷不同，在土壤中的行为以及对植物的营养特点也不一样，不能简单地说哪种形态好，哪种形态不好。它们的作用和效果与施用条件和作物种类等有关。南方水稻施用铵态氮的效果比硝态氮好，因为水田中施用硝态氮易于流失，而且在淹水条件下的反硝化作用也是氮素损失的重要原因。因此，在水稻田施用硝态氮肥，有资料认为其肥效只有铵态氮肥的60%～70%。而与此相反的是烟草和不少蔬菜，它们是喜硝态氮的作物。

肥料的不同形态对施用方式和施肥效果有显著影响。通常的固体肥料多采用传统的撒施、穴施或者冲施等，肥料利用率较低，只有30%左右，浪费较大。液体肥料和水溶性肥料可以应用于水肥一体化技术，通过喷、微灌系统施用，能显著提高肥料利用率，降低肥料用量，减少肥料浪费。

肥料助剂是改善肥料性能和增加肥效的重要的新材料，在改善化肥产品品质、增加化肥产品功能、改进化肥施用效果和提高化肥利用率等方面具有非常重要的作用，包括化肥性状改良剂、化肥增效剂、功能添加剂等。如防结块剂能防止化肥发潮结块；硝化抑制剂能减缓铵态氮向硝态氮转化，减少挥发损失；化肥缓释剂能使肥料缓慢释放，延长肥效。肥料助剂在加快肥料结构调整和产业升级、提高肥料利用率及改善化肥施用对环境的影响等方面具有十分重要的作用。

养分含量指肥料中氮、磷、钾及中微量营养元素的有效含量，其合理搭配是平衡施肥的基础。

（三）新理论指引肥料行业未来发展方向

“养分形态、含量和助剂”新理论为植物营养与肥料行业注入了新的活力，指明了发展方向，将极大地拓展行业发展空间。同时，新理论也对中国当前和未来肥料的研发、生产、管理、推广和应用等提出了新的要求。

首先是植物营养与肥料学科的研究要从养分含量向养分形态转变，向提高肥料利用效率和作物吸收能力的助剂转变。

其次是肥料的研发和生产方面，应重视不同区域、不同土壤和不同作物对肥料养分形态的需求，严格各种养分形态在肥料中的搭配，企业也將由现在的卖养分转向未来的卖养分形态搭配和相关技术。

第三，肥料管理要有新标准。目前我国肥料管理和相关标准中在标注肥料养分含量时，对其中的氮、磷、钾养分存在的形态并没有明确的要求，甚至禁止某些有效养分的标注，往往忽视营养成分的形态这一重要因素。按照新理论要求，不但要标注养分含量，更要标注存在的形态。如氮肥不仅要标注总含氮量，更要求标明铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、尿素态（酰胺态）氮和有机态氮等各种形态的含量。

第四，在肥料的推广和应用方面，肥料养分形态细分和助剂功能提升的情况下，企业和经销商需要提高农化服务细致度和及时性。因为根据不同区域、不同土壤、不同作物特点的生产的肥料针对性更强、精准度更高，其存在的风险也就更大。以后的测土配方施肥，不仅要指导农民确定合理的用量，更重要是根据区域条件、生产方式和作物需求，引导农民更加重视选择的肥料品种、养分形态和采用科学的施用方式。

三、水肥综合管理新理念

（一）广义水肥一体化

“有收无收在于水、收多收少在于肥”，一句朴实的谚语，充分说明了水肥对农业生产的重要作用。科学合理地调控土壤水分和养分条件，是发展高产、优质、高效、生态、安全农业的根本性措施。土壤肥力四大因子水、肥、气、热，水分条件对其他因子具有显著的影响，对肥料尤其明显。肥料必须溶解于水中，以离子态或者小分子的形式才能被作物根系随水吸收利用。作物根系吸收养分的三种形式，截获、质流和扩散都需要水的参与。形象地讲，“根是苗的嘴，水是肥的腿”，根这个嘴巴能否吃到养分，主要看水能否充分发挥腿的作用。“肥随水来，肥随水去”，好的施肥管理能促进肥水向根系移动，提升肥料吸收利用效率，不好的施肥管理往往造成肥料随水流失、挥发散失或被土壤固定，不仅浪费严重，还污染环境。

鉴于水分条件对施肥管理的重要作用，为推动水肥管理技术的深化，有必要提出水肥综合管理的广义水肥一体化的概念。广义水肥一体化是指对农田水分和养分进行综合调控和一体化管理，根据农田水分条件和用水方式应用不同的施肥方法和肥料品种，以水促肥、以肥调水，全面提升水肥利用效率。这里所说的水，既包括自然降水和灌溉水，也包括土壤水、地表水和地下水，既要考虑缺水的威胁，也要考虑渍涝的影响。广义的水肥一体化技术，要综合利用自然降水、土壤水、地下水和灌溉水，使水和肥料在土壤中以优化的组合供应给作物利用，满足农业生产需要，不仅适用于灌溉区，也适用于旱作区和水田区，在全国范围内有广阔的发展空间。

灌溉施肥是广义水肥一体化综合管理新理念在喷滴灌条件下的典型应用，即将肥料配兑成肥液，借助压力灌溉系统，在灌溉的同时将肥料输送到作物根部土壤，适时适量地满足作物水分和养分需求。其特点是将灌溉与施肥有机结合，根据作物需水需肥规律进行少量多次的灌溉和施肥，水分和养分的供应与根生长的空间、时间保持协调一致，最大限度地减少水、肥的流失，提高水、肥利用率和生产效率。近年来，灌溉施肥技术也被称为“水肥一体化”，我们称之为狭义的水肥一体化。

狭义的水肥一体化已经不能满足建设中国特色现代农业的要求，必须进一步创新理论，推动水肥一体化从狭义走向广义，从局部扩展到全国，使其成为提高资源利用效率的战略性措施，成为建设“资源节约型、环境友好型”现代农业的“一号技术”。

（二）水肥综合管理的分区策略

按照广义水肥一体化的指导思想，可以根据不同的农田水分条件将全国分成四个大的区域，因水施策，采取不同的水肥综合管理措施。

一是在旱作农业区，水是最大的限制因素，农业生产完全依靠天然降水，水肥管理的关键是最大程度利用天然降水。在水的管理上，以发展旱作保墒、集雨补灌技术为核心，通过深松耕营造土壤水库留下天上水，地膜、秸秆等覆蓋保住土里墒，施用抗旱剂、保水剂增加抗旱抗逆能力，建设集水窖池，积极发展集雨补灌，推广抗旱保苗坐水种。在施肥管理上，要适应干旱缺水的农田环境，采用“以肥待水”的策略，在整地播种时一次施足长效肥料、缓控释肥料和有机肥料，能在农田土壤中长期保持有效，在降水发生土壤水分适宜时及时供应作物需要。尤其是采用地膜覆盖技术时，后期很难进行追肥，更需要在整地时一次施足供应作物整个生育期养分需求的肥料。

二是在设施农业、果菜及适宜微灌的马铃薯、棉花等大田作物灌溉农业区，通常都有很好的灌溉条件，要大力发展喷灌滴灌，采用灌溉施肥技术，合理制定喷滴灌条件下的灌溉制度和施肥方案，应用水溶肥料、液体肥料，实现水肥供应在时间、空间上与作物需求匹配，达到水、肥资源的科学、精确和高效利用。

三是在种植粮食作物的灌溉农业区，水源条件较好，但是基本上仍采用传统的畦灌、沟灌、漫灌或者小白龙、小地龙等灌溉方式。老百姓灌溉凭经验，过量灌溉普遍存在，导致肥料随水渗漏损失，甚至造成地下水污染。在灌溉管理上，应大力推广测墒灌溉，根据土壤墒情合理确定灌溉时间和灌水量，制定和完善灌溉制度，确保每次灌水不超过作物根层深度。在施肥管理上，既要综合考虑降水和灌溉的影响，确定合理的施肥时间，又要优化肥料养分形态配比，合理搭配新型复混肥、长效肥和速效肥，还要提高农民科学用水施肥意识，减少肥水渗漏损失，提高水肥生产效率。

四是在水田种植区，淹水灌溉和任意排放是最主要的问题，导致肥料随水排放到农田之外，进入江河湖泊，造成水体污染。解决问题的关键在于减少农田排放，改变传统的淹水灌溉，代之以湿润灌溉、交替灌溉、垄沟灌溉和覆膜保墒等技术，农田不保持明显水层，彻底改变农田水环境，做到不排、少排和循环利用。在施肥管理上，调整肥料养分形态，选用铵态氮肥，少用或不用容易随水流失的硝态氮肥和酰胺态氮肥，调控农田水分循环，促进水肥耦合，提高肥料利用率，减轻环境污染。

按照水肥综合管理和因水施策的理念，将引领长效肥料、缓控释肥料重点向旱作农业发展，引领复混肥料重点向测墒灌溉施肥发展，引领水溶肥料重点向喷滴灌水肥一体化发展，引领其它肥料重点向抗旱、抗逆、增效等发展。

（三）水肥综合管理的应用实践

近年来，农业部在西北、华北、东北、西南等地区示范和推广全膜覆盖集雨保墒、水肥一体化、膜下滴灌、测墒灌溉等节水农业技术，根据不同区域的农田水分条件实现水分、养分一体化管理，增产增收和资源节约的效益十分显著，为广义水肥一体化理论作出了有益的探索和实践。

一是在甘肃、陕西、宁夏、青海等地旱作区大面积示范推广全膜覆盖集雨保墒技术，配套施用长效肥料、缓控释肥料和有机肥料等，在300毫米降水条件下，玉米亩产达到600公斤以上，马铃薯亩产达到1500公斤以上，比农民常规方式（半膜覆盖、常规肥料）增产近50%。分析增产的根本原因，就是覆盖技术和长效肥料技术的有机结合，同时解决了长期困扰旱作区农业生产的干旱缺水和养分供应不足这两个问题，践行了水分、养分一体化解决的思路。全膜覆盖保墒技术能充分积蓄降水和降低蒸发损失，使降水利用率达到90%以上；长效肥料和缓控释肥料等能一次施肥，养分缓慢释放，保证作物整个生育期的养分需求，解决了后期追肥困难导致的脱肥问题。实践证明，长效肥料、缓控释肥料等非常适合旱作区覆盖保墒技术模式，是节水农业与施肥技术完美结合的典范。

二是在果树、蔬菜以及适宜微灌的马铃薯、玉米、棉花等大田作物上开展水肥一体化技术示范推广，将肥料溶于灌溉水中，通过喷滴灌系统，进行水肥一体化应用。如在吉林西部、黑龙江西部、内蒙古东部等地推广玉米膜下滴灌施肥技术，亩产由500公斤提高到800公斤，增产60%。在内蒙古、甘肃等地马铃薯上采用水肥一体化技术，平均亩产可达3000公斤以上，较常规水地增产1000公斤，增产50%。在山东番茄上，采用同样施肥量，水肥一体化亩产达到7500公斤，比传统沟灌冲肥亩增产2000多公斤。肥料利用率显著提高，氮、磷、钾分别达到59.8%、21.4%和69.4%，与沟灌冲肥相比，分别提高21.9、7.8和25.4个百分点。

三是在华北平原冬小麦上，农民一般年景都要灌水4～5次，总灌水量达到300～400方/亩，不仅水资源浪费严重，肥料也随水流失，造成巨大浪费。采用测墒灌溉和因墒施肥，根据土壤墒情和降雨情况优化灌溉制度，配套施用长效肥料，实现水肥耦合，灌溉次数减少为2～3次，亩节约灌水量120方以上，保证产量不降低，亩产稳定达到500公斤以上。

四是在四川、广西等地水稻上采用覆膜保墒节水技术，配套施用长效肥料，实现水肥一体化综合管理，平均亩产达到700公斤以上，比常规灌溉和施肥管理方式增产100公斤以上；灌水由2～3次减少为1次；每亩施肥由17公斤减少到12公斤（纯养分）；用工由18个减少到12个，经济效益十分显著。

四、新理论指导肥料行业发展进入新阶段

当前，我国农业发展方式粗放、資源消耗过大等问题日趋突出，尤其是水、肥资源消耗巨大，浪费严重。我国水资源总量仅占世界的6%，人均仅为世界平均水平的四分之一。我国每年农业灌溉用水约3600亿方，占总用水量的60%左右，年缺口达300亿方以上，灌溉水生产效率1公斤/方，仅为美国、以色列等发达国家的一半左右；我国化肥年用量超过5700万吨（折纯），居世界首位，利用率平均只有35%左右，低于发达国家20个百分点以上。这种高耗低效的生产方式带来了资源浪费、生态退化和环境污染等系列问题，已经成为制约我国农业可持续发展的瓶颈。

因此，发展高产、优质、高效、安全、生态农业，实现可持续发展，必须转变发展方式，走资源节约高效利用的路子，全面树立水肥一体、科学管理的理念，大幅度提高水肥利用率。水肥综合管理新理念综合考虑水肥两大因素，将带来施肥技术体系的重大变革，施肥方法、施肥手段、肥料品种、施肥时间和施肥量等都会因为农田水分条件的不同而不同，做到因地制宜、因水施策，切实提高肥料利用效率，减少浪费损失，减轻环境污染。同时，在“养分形态、含量和助剂”新理论指导下，不仅会研发出高效、生态和环保的新型肥料产品，而且随着新理论在实际中的普及和践行，中国植物营养和肥料行业将迎来历史的大发展。研究领域将有更多的新课题；生产领域将会研发生产更多的新产品，肥料市场将会更加繁荣；肥料管理也将进入一个新的阶段；农民施肥将更加科学，更具针对性和准确性；农化服务将更加细致；农业生产水平和农产品质量将得到进一步提高；农业生态环境将更加友好。中国植物营养与肥料事业将进入新理论指导下的发展新阶段，迎来其大发展的又一个春天。