陕西省化肥施用量增长变化特征分析

王建兴,韩申山,赵敏宁

(咸阳师范学院 资源环境与历史文化学院，陕西 咸阳 712000)

农业生产需要肥料,而化肥由于具有营养元素含量大、肥效快、施用方便等特点,在现代农业生产中被大量使用。化肥的大规模施用极大地促进了粮食产量的增长,联合国粮农组织(FAO)的研究表明：1980～2010年化肥施用对世界粮食产量增长的贡献率达到了50%。Wang等[1]研究表明：1986～1990年我国粮食产量增长的40%来源于化肥的贡献。近30年来，我国的化肥施用量增长迅速，单位耕地面积的化肥施用量接近世界平均水平的4倍[2]，过量施肥的问题突出。化肥过量施用不但增加了农业生产成本，而且还会产生严重的环境污染问题，导致水体富营养化。很多研究已经证实，过量施用化肥是造成农业面源污染的主要原因[3-6]。近年来，我国的环境污染问题突出，为了减轻农业生产对环境的影响，2016年中央一号文件提出：“加大农业面源污染防治力度，实施化肥农药零增长行动。”陕西省是我国农产品生产大省，化肥施用总量从1980年的29.64×104t增长到了2015年的231.95×104t[7],增长了7.83倍，化肥施用强度已经超过了国际公认的水体污染上限(225 kg/hm2)。因此，研究陕西省化肥施用量和化肥施用结构变化特征，对分析陕西省化肥施用存在的主要问题，进而制定准确的化肥施用控制措施具有重要的现实意义。

化肥的科学合理施用是关乎区域生态环境问题的关键，学术界围绕如何减少化肥施用量，降低农业面源污染这一主题开展了大量研究，从现有文献看主要集中在以下几个方面：(1)化肥施用量对粮食生产影响的评价。这类研究利用田间试验数据和宏观统计数据，计算不同化肥投入水平对粮食增产的弹性或贡献率，结果发现农业生产中化肥施用量超过合理值后，继续增加化肥施用量则不能呈比例地提高粮食产量[7-9]。(2)化肥过量施用对生态环境影响的研究。通过试验，分析了河流、湖泊等水体和土壤中氮、磷、钾的含量变化，测算了化肥过量施用造成的环境污染风险，并给出了不同地区、不同农作物的化肥适宜(安全)用量，提出了一些减轻农业面源污染的措施[10-12]。(3)化肥施用强度的变化及其影响因素的研究。从时间和空间2个维度测算化肥施用强度的变化特征以及区域差异，运用数学模型定量分析了不同因素对农户施肥决策的影响[13-14]。现有研究从多个角度深入分析了我国化肥施用存在的问题，为准确认识当前的农业面源污染做了有益探索，也为后续的研究提供了方法借鉴。本研究用趋势法、弹性系数法、对比分析法，分析了陕西省2000年以来的化肥施用量增长变化，以找出陕西省化肥施用量和化肥施用结构变化的特征，弄清楚区域化肥用量增长的差异与变化趋势，以期为控制化肥用量增长、减轻农业面源污染提供依据和建议。

1 研究区域的概况

陕西省地处中国西北地区的东南部，介于东经105°29′～111°15′，北纬31°42′～39°35′之间，下辖西安、宝鸡、咸阳、渭南、铜川、延安、榆林、汉中、安康、商洛10个地级市和一个农业高新技术产业示范区，土地面积20.56万km2。陕西省地势南北高、中间低，有高原、山地、平原和盆地等多种地形，气候条件多样，自然资源丰富，年平均气温9～16 ℃。丰富的自然资源和悠久的开发历史造就了陕西良好的发展环境，形成了以能源化工、高新技术、林果、畜牧、旅游等为代表的一批优势产业。近年来在政策和市场的引导下，陕西省农业发展取得了长足进步，2015年陕西省农业总产值达到了2813.49亿元，粮食产量达到了1226.80万t[5]，分别是1990年的16.55和1.15倍。2015年陕西省化肥施用量为231.95万t[5]，是1990年化肥用量的7.45倍。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

本文采用趋势分析法、弹性系数法和对比分析法，分析了陕西省化肥施用量增长变化情况。趋势分析法用于研究陕西省化肥施用量和化肥施用强度在时间维度上的增长变化的特征，通过图、表数据，使化肥总量以及氮肥、磷肥、钾肥、复合肥4种单质肥料的用量信息直观显示出来；弹性系数法通常用于研究相关的2个变量之间的变化速率关系。本文运用弹性系数法测算了化肥施用量与粮食产量间的相对数量关系,当弹性系数大于1时,说明化肥用量增速大于粮食产量增速，化肥施用效率差；相反，当弹性系数小于1时,说明化肥用量的增速小于粮食产量的增速，化肥施用效率提高。判断陕西省是否存在过量施肥的问题，可以通过对比分析法来研究。将陕西省的化肥施用强度与国家环保部的化肥施用环境安全标准和发达国家的施肥安全上限进行对比分析，判断陕西省化肥施用是否科学，揭示其中存在的主要问题。

2.2 数据来源及处理

本研究所需数据包括2000～2015年陕西省农业生产所消耗的各类化肥、农作物播种面积、粮食产量和化肥施用强度的数据。考虑到数据的可获得性，化肥数据选用统计年鉴上能够查找到的化肥折纯总量、氮肥、磷肥、钾肥、复合肥施用量的数据；农作物播种面积数据是指研究区域一年中种植的粮食、棉花、油料、麻类、糖料、烤烟、蔬菜和瓜类等主要农作物的面积总和；粮食产量包括夏粮数据和秋粮数据。这三类数据均来源于《陕西统计年鉴》(2001～2016年)。化肥施用强度数据利用化肥数据与当年农作物播种面积数据相除计算得到。复合肥中氮、磷、钾成分的含量比例参考刘钦普[16]、汪翔[17]等的处理方法，按照1∶1∶1的比例计算。

3 结果与分析

3.1 2000～2015年陕西省化肥施用量的增长变化

农民为了提高农作物产量、增加经济收益，在生产活动中会有意识地增加化肥施用量。已有研究证明：1980年以来我国化肥施用量增长迅速，2014年全国化肥施用总量是1980年的4.7倍，化肥用量的增长明显快于同期粮食产量的增长[6]。表1数据显示了2000～2015年陕西省化肥总用量以及氮肥、磷肥、钾肥和复合肥的施用量情况，从表1可以看出：无论是化肥施用总量还是4种单质肥料的施用量都呈现了不同程度的增长。化肥施用总量从2000年的131.19×107kg增长到了2015年的231.95×107kg，15年间总共增长了76.80%，年均增长5.12%。而同时期全国化肥施用总量只增长了45.25%[18]，陕西省的化肥用量增长明显快于全国水平。复合肥用量从2000年的27.25×107kg增长到了2015年的95.50×107kg，增长率达到了250.46%；钾肥的用量从2000年的8.17×107kg增长到了2015年的24.40×107kg，增长了198.56%；氮肥、磷肥的施用量分别增长了28.09%、9.65%。从图1可以直观地看出4种单质肥料的用量增长出现了分化，复合肥和钾肥的增长最为显著，氮肥、磷肥的施用量增长相对较小。

化肥的营养成分主要是N、P2O5、K2O，它们的施用量比例(简写为N∶P∶K)有一定的合理范围。目前，世界上发达国家氮磷钾的比例为1∶0.5∶0.5，世界平均水平为1∶0.46∶0.36，中国为1∶0.51∶0.44[18]。2000年陕西省的氮肥、磷肥、钾肥施用量分别为82.09×107、25.97×107、17.25×107kg，N∶P∶K的比例为1∶0.32∶0.21；截至2015年陕西省的氮肥、磷肥、钾肥施用量分别达到了125.35×107、50.35×107、56.23×107kg，N∶P∶K的比例变为了1∶0.40∶0.45。从表1数据可以看出，陕西省的N∶P∶K比例在日益改善,但是用肥比例并不合理，与发达国家和全国水平相比，陕西省的磷、钾元素投入比例长期偏低，氮元素的施用比例过高，近年来随着钾肥、复合肥施用量的增加，局面才有所改观。

表1 2000～2015年陕西省化肥用量的变化

化肥-粮食产量弹性系数是化肥施用量的增长率和粮食产量的增长率之间的比值，它是衡量化肥施用效果的重要指标。按5年的间隔长度，测算了陕西省3个时期的化肥-粮食产量弹性系数。2000～2004年陕西省的化肥-粮食产量弹性系数为1.391，说明化肥的增长幅度比粮食产量的增长幅度稍大，两者基本保持同步增长，化肥的施用效率没有明显下降；2005～2010年受化肥施用量快速增加的影响，化肥-粮食产量弹性系数急剧增长，达到了15.074，这一时期化肥施用量从147.30万t增加到了196.79万t，增长了33.6%，而粮食产量从1139.5万t增长到了1164.9万t，只增长了2.23%，因此化肥的增长极大地超过了粮食增长，投入产出效果日益恶化。在科学施肥、测土配方施肥等政策的引导下，2011～2015年农民的施肥趋向科学，化肥施用量的增长减缓，化肥-粮食产量弹性系数下降到了3.36(图1)。

图1 2000～2015年陕西省化肥用量的变化趋势

3.2 陕西省化肥施用结构的变化

化肥施用结构是农业生产中施用的各种化肥数量占化肥总量的百分比，它反映了一个地区不同时期的化肥施用特点。由于不同类别的化肥在营养成分、持续时效和价格水平上存在差异，农民选用肥料时会有偏向性，这种偏向性是形成不同化肥施用结构的基本原因。

2000～2015年陕西省的化肥施用结构发生了比较大的变化(表2)。从氮肥、磷肥、钾肥和复合肥4种肥料施用量的百分比看，2000年农业生产中施用的氮肥、磷肥、钾肥、复合肥比例分别为55.65%、12.87%、6.23%、20.77%，截至2015年这些比例分别变成了40.32%、7.98%、10.52%、41.17%。由表2可知：氮肥和磷肥所占比例持续下降,氮肥的占比下降最多，16年期间下降了15.33个百分点，磷肥的占比下降了4.89个百分点；复合肥、钾肥的用量比例则持续提高，复合肥用量比例提高了20.4个百分点，钾肥的用量比例提高了4.29个百分点。化肥施用结构的这种变化表明陕西省农业用肥日益趋向科学，化肥施用的特点由以氮肥为主，转变为4种肥料均衡施用。

表2 2000～2015年陕西省化肥施用结构%

从4种肥料的比例变化速率看，陕西省施肥结构的变化经历了3个阶段(图2)：第一阶段(2000～2004年)，这个阶段化肥结构在缓慢发生变化，氮肥、磷肥、钾肥的比例小幅减少，复合肥的比例增长了3.03个百分点；第二阶段(2005～2012年)，化肥结构的剧烈变化期，氮肥、磷肥、钾肥的比例快速减少，复合肥的比例大幅度增加；第三阶段(2013～2015年)，化肥结构的稳定期，4种肥料的比例基本保持稳定。

3.3 化肥施用强度的变化

化肥施用强度是衡量化肥利用效率的重要指标，常用单位土地面积上的化肥施用量表示。利用陕西省2000～2015年的化肥消费量和农作物播种面积数据，计算得到了化肥施用强度(表3)。从整体上看，15年间陕西省的化肥施用总强度和氮肥、磷肥、钾肥、复合肥的施用强度都呈现了不同程度的增长。其中，化肥总强度从2000年的431.97 kg/hm2增加到2015年的810.12 kg/hm2，增长了87.54%；氮肥强度从2000年的240.40 kg/hm2增加到2015年的338.28 kg/hm2，增长了40.72%；钾肥强度从2000年的26.90 kg/hm2增加到2015年的83.80 kg/hm2，增长了211.52%；复合肥强度从2000年的89.73 kg/hm2增加到2015年的323.15 kg/hm2，增长了260.14%；磷肥强度没有太大变化。2000～2015年陕西省化肥施用强度的变化存在较大差异，复合肥强度和钾肥强度增长最显著，增幅超过了2倍，氮肥强度只有较小增长，磷肥强度几乎没有增长。造成这种变化的主要原因是这一时期复合肥和钾肥的产量大增，市场价格持续下降，相比氮肥易挥发、磷肥易淋失的缺点，复合肥和钾肥的肥效持续性长，性价比更高，因此农民在生产中更愿意施用这2种肥料。复合肥、钾肥施用量的大幅增加是推动化肥总强度增加的主要力量。

图2 2000～2015年陕西省化肥施用结构的变化趋势

目前，一些发达国家的化肥施用安全上限为225 kg/hm2[20]，环境保护部制定的生态县建设标准中规定国家级生态县的化肥施用强度不超过250 kg/hm2[21]，全国平均的化肥强度为361.99 kg/hm2[18]。2015年陕西省的化肥总强度是发达国家的3.6倍，是生态县施肥上限的3.24倍，是全国平均强度的2.24倍，化肥强度超标十分突出，过度施肥问题严重。由于农作物不能吸收过量的肥料，超过作物需要的过量肥料就会通过挥发、淋溶等途径进入大气、水体、土壤，既造成了化肥施用效率的下降，又造成河湖水体富营养化，土壤有机质含量下降，重金属超标。过量施肥是造成农业面源污染的主要原因。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)2000～2015年陕西省化肥施用总量和单质化肥施用量持续增加，化肥施用总量从2000年的131.19×107kg增长到了2015年的231.95×107kg，16年间总共增长了76.80%，而同时期全国化肥施用总量只增长了45.25%，陕西省的化肥施用量增长明显快于全国水平。4种单质肥料的用量增长出现了分化，复合肥和钾肥的增长最为显著，氮肥、磷肥的施用量增长相对较小。2015年陕西省的氮肥、磷肥、钾肥施用量分别达到了125.35×107、50.35×107、56.23×107kg，N∶P∶K的比例为1∶0.40∶0.45。与发达国家和全国水平相比，陕西省的磷肥、钾肥施用比例长期偏低，氮肥的施用比例过高，近年来随着钾肥、复合肥施用量的增加，局面才有所改观。陕西省的化肥-粮食产量弹性系数在2011～2015年、2005～2010年、2011～2015年分别为1.391、15.074、3.36，说明化肥施用量的增长幅度长期大于粮食产量的增长幅度，化肥的施用效果差。

表3 2000～2015年陕西省化肥施用强度水平kg/hm2

(2)受多种因素影响，2000～2015年陕西省的化肥施用结构发生了比较大的变化。氮肥、磷肥、钾肥、复合肥的比重从2000年的55.65%、12.87%、6.23%、20.77%分别变为2015年的40.32%、7.98%、10.52%、41.17%。氮肥和磷肥所占比例在持续下降,氮肥的占比下降最多，16年期间下降了15.33个百分点，磷肥的占比下降了4.89个百分点；复合肥、钾肥的用量比例在持续提高，复合肥用量比例提高了20.4个百分点，钾肥的用量比例提高了4.29个百分点。

(3)16年间陕西省化肥总强度和氮肥、磷肥、钾肥、复合肥的强度都呈现了不同程度的增长。化肥总强度从2000年的431.97 kg/hm2增加到2015年的810.12 kg/hm2，增长了88.0%；氮肥强度从2000年的240.40 kg/hm2增加到2015年的338.28 kg/hm2，增长了36.2%；钾肥强度从2000年的26.90 kg/hm2增加到2015年的83.80 kg/hm2，增长了217.56%；复合肥强度从2000年的89.73 kg/hm2增加到2015年的323.15 kg/hm2，增长了272.65%；磷肥强度没有太大变化。2015年陕西省的化肥总强度是发达国家的3.6倍，是生态县施肥上限的3.24倍，是全国平均强度的2.24倍，过度施肥问题严重。

4.2 建议

化肥对陕西省的农业生产做出了重要贡献,但是化肥施用量的持续增长既增加了农业生产成本，又污染了生态环境，不利于农业绿色可持续发展。为了早日实现陕西省化肥施用总量下降，化肥施用强度回归合理，需要改变陕西省当前化肥用量不断增长的势头，制定科学的化肥施用管理政策。为此提出一些建议：(1)加大科学施肥宣传，做好测土配方施肥服务。由于大多数农民文化程度低，缺乏科学施肥的专业知识，他们认为在农业生产中施肥越多，产量就越高，这是形成过量施肥的主要原因。因此政府的农业技术推广部门应该面向广大农民加大科学施肥、用肥知识的宣传和技能培训，尤其在农耕季节要深入到田间地头，现场开展技能示范和免费测土配方施肥服务，使农民认识到科学施肥的好处，自愿减少用肥强度。(2)推广生态农业技术，提高有机肥施用比重。随着有机农产品的热销，生态农业种植技术受到农民欢迎。鼓励农业院校、农技部门在农村开展生态农业技术推广，通过利用农家肥等有机肥料，改善土壤质量，提高农产品品质，使农民认识到有机肥料替代化肥可以获得更多的经济效益。(3)发展新型农业生产经营主体，搞好农业规模化生产。传统以农户为主的农业生产模式，由于生产规模小，不利于先进农业生产技术推广，化肥利用效率低下。在国家乡村振兴战略的推动下，大力发展家庭农场、农业专业合作社、种粮大户等新型农业生产经营主体，利用其专业知识多、经营规模大、生产技术新的特点，有效提高化肥利用效率。(4)改革化肥补贴政策，提高化肥价格。长期以来政府对化肥生产企业的财政补贴使得化肥的市场销售价格维持在较低的水平，农民大量施肥不会有较大的经济压力。如果政府取消补贴，化肥价格就会升高，农民考虑到经济成本就会减少化肥施用量。