采訪人/王見

受訪人/顏曉元（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所研究員）

問：顏老師好，前不久您有一篇文章發(fā)表在Environmental Research Letters，講述我國(guó)氮肥的累積利用率。您寫這篇文章的初衷是什么？您的出發(fā)點(diǎn)在哪里？

顏曉元：這其實(shí)是2014年發(fā)的一篇文章了。寫這篇文章的初衷是，我國(guó)的農(nóng)田化學(xué)氮肥用量普遍比較高，而在這種情況下氮肥的當(dāng)季利用率是比較低的，經(jīng)常不到30%。這是事實(shí)，但是在發(fā)論文，包括在國(guó)際上發(fā)表有影響的論文時(shí)，一些文章往往就直接說成了我國(guó)氮肥利用率不到30%，給人的印象就是70%的氮肥浪費(fèi)了。我好幾次在日本等國(guó)家，都遇到有科學(xué)家說你們中國(guó)氮肥浪費(fèi)太多，至少可以減掉一半。但事實(shí)上氮肥不僅僅是當(dāng)季被利用，還有相當(dāng)一部分通過殘留于土壤而被后續(xù)作物利用，這部分也是氮肥的貢獻(xiàn)。所以我們其實(shí)應(yīng)該考慮氮肥的累積利用效率，這個(gè)累積利用效率一般要用長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)的結(jié)果來計(jì)算，而肥料的利用效率又跟肥料施用量密切相關(guān)，長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)的肥料用量往往是幾十年前的水平，不能反映現(xiàn)在的狀況。我這篇文章是用了一個(gè)比較新穎的方法，通過大尺度、長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出我國(guó)氮肥的累積利用率及其隨時(shí)間的變化情況。這個(gè)結(jié)果能更加客觀地反映氮肥對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的真實(shí)貢獻(xiàn)。

問：這個(gè)真實(shí)貢獻(xiàn)也就是氮肥的實(shí)際利用率？與您講的氮肥農(nóng)學(xué)收益，它們之間有什么關(guān)聯(lián)嗎？

顏曉元：有關(guān)聯(lián)。氮肥的農(nóng)學(xué)收益，指的是因施用氮肥所帶來的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。比如一般的肥料試驗(yàn)中，跟不施氮的處理相比，施氮只使得產(chǎn)量增加30%-50%，但是事實(shí)上那個(gè)不施氮處理的產(chǎn)量，也有以前施用的氮肥的貢獻(xiàn)在里面。同樣，當(dāng)年施用的氮肥，也會(huì)對(duì)后續(xù)作物的產(chǎn)量有貢獻(xiàn)。因此在考慮氮肥的農(nóng)學(xué)收益的時(shí)候既要考慮其當(dāng)季利用的部分，也要考慮其殘留于土壤而被后續(xù)作物利用的部分，也就是說要考慮氮肥因累積利用而使作物產(chǎn)量增加的收益。

問：單從氮肥的角度講，它應(yīng)該算是功臣。您說，化學(xué)氮肥是迄今為止全球最大的人為活性氮來源，使世界糧食產(chǎn)量在過去的四十年里增加了約一倍。所以一直以來氮肥與產(chǎn)量似乎成為了一種必然聯(lián)系？

顏曉元：氮是一切生命的必需元素，是氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸的物質(zhì)基礎(chǔ)，作物要生長(zhǎng)，就要進(jìn)行光合作用，就需要葉綠素，而氮是葉綠素的關(guān)鍵組成元素，所以缺氮的時(shí)候葉子變黃，光合能力下降，產(chǎn)量降低。就全球而言，有科學(xué)家測(cè)算過，如果沒有氮肥，全球農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)能力只能養(yǎng)活現(xiàn)在人口的一半左右。我國(guó)近60年人口的增長(zhǎng)、糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)和氮肥產(chǎn)量的增長(zhǎng)有很好的同步關(guān)系。但是氮肥在土壤中是肥料，離開了土壤就是污染物，而氮的利用率低，損失到環(huán)境中的氮就對(duì)大氣和水體環(huán)境造成了重大的負(fù)面影響。

問：那么氮肥到底對(duì)我國(guó)的作物生產(chǎn)起多大的作用呢？這也關(guān)系到在造成環(huán)境負(fù)面影響的情況下我們?yōu)槭裁催€要使用氮肥？

顏曉元：這個(gè)問題要看如何去定義不同資源的貢獻(xiàn)，如果簡(jiǎn)單地以作物所吸收的氮的來源來劃分的話，那么以2000年為例，我國(guó)全部農(nóng)作物所吸收的氮大約68%是直接或間接來自于氮肥。當(dāng)然這并不等于說如果沒有氮肥，我們的農(nóng)產(chǎn)品就會(huì)減少68%，因?yàn)樵跊]有化學(xué)氮肥的時(shí)候我們可能會(huì)更多地施用有機(jī)肥，以及通過種植綠肥等來固氮。

問：怎么理解？是說我們也可以不需要施用氮肥？或者需要在什么條件下才施用氮肥？

顏曉元：在一定范圍一定時(shí)間內(nèi)當(dāng)然可以不施用氮肥，但是要滿足那么多人口的需求，不可能長(zhǎng)時(shí)間、大范圍不施用氮肥。我們土壤所在河南封丘有個(gè)持續(xù)了將近30年的長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)，不施氮肥，只施有機(jī)肥情況下，小麥、玉米產(chǎn)量只有正常產(chǎn)量的80%左右，有機(jī)肥、氮肥都不施用的情況下產(chǎn)量只有正常產(chǎn)量的20%。水稻上的情況要好一點(diǎn)，因?yàn)榈咎镒陨碛泄痰δ?，?guó)際水稻所和我們常熟站的長(zhǎng)期試驗(yàn)都表明，完全不施肥的情況下，水稻產(chǎn)量可達(dá)正常產(chǎn)量的50%左右，施用有機(jī)肥的處理產(chǎn)量可達(dá)正常產(chǎn)量的90%。但是這只是小區(qū)試驗(yàn)的結(jié)果，小區(qū)試驗(yàn)不施氮肥的處理會(huì)通過灌溉水、大氣干濕沉降等途徑接受附近農(nóng)田的氮，如果大范圍不施化肥，產(chǎn)量還不會(huì)有這么高。有機(jī)肥處理產(chǎn)量不如化肥處理產(chǎn)量高主要是因?yàn)槠漯B(yǎng)分釋放慢，有效性低，不能滿足作物快速生長(zhǎng)的需求。另外，如果大范圍不用氮肥，全靠有機(jī)肥，那恐怕也沒有這么多有機(jī)肥資源，更不用說有機(jī)肥本身可能存在的環(huán)境問題了。因此，如果能忍受產(chǎn)量犧牲20%，忍受施用有機(jī)肥所帶來的成本的增加，解決有機(jī)肥存在的污染問題，當(dāng)然可以不施用氮肥，否則不能。

問：那么氮肥的負(fù)面環(huán)境影響體現(xiàn)在哪些方面，到底有多大呢？

顏曉元：氮肥的負(fù)面環(huán)境影響可以歸納為五個(gè)方面：第一對(duì)水質(zhì)量的影響，包括地下水和地表水，地下水主要是指硝酸鹽污染。地表水問題主要是氮磷濃度過高導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類爆發(fā)，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)水體成為死亡區(qū)。第二對(duì)空氣質(zhì)量的影響，施入農(nóng)田的氮肥平均有10%以上以氨的形式揮發(fā)到空氣中，而氨是氣溶膠（霧霾）形成的重要前體物。第三對(duì)溫室效應(yīng)的影響，平均而言，氮肥的0.7%左右以氧化亞氮的形式損失到空氣中，從氮損失的角度，這不是一個(gè)很大的量，但是氧化亞氮是一種重要的溫室氣體，單位重量的氧化亞氮對(duì)熱量的捕獲能力是單位重量的二氧化碳的298倍。第四對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，主要是導(dǎo)致生物多樣性減少。第五對(duì)土壤質(zhì)量的影響，主要是導(dǎo)致土壤酸化。國(guó)外把氮的這些負(fù)面影響叫做WAGES效應(yīng)，各取第一個(gè)字母。

至于影響究竟有多大，這涉及到如何去衡量影響的問題?，F(xiàn)在一個(gè)趨勢(shì)是，不管哪方面的影響，都折算成錢，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去衡量，以便于比較。比如溫室氣體，一噸二氧化碳在國(guó)際市場(chǎng)上是有價(jià)格的。類似地，排放到空氣中的氨、排放到水體中的硝氮銨氮導(dǎo)致的環(huán)境影響，都可以用錢來量化。在歐洲，科學(xué)家給出了一個(gè)不同形態(tài)活性氮的負(fù)面環(huán)境影響的價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，他們估算歐盟27國(guó)一年因氮肥施用導(dǎo)致的負(fù)面環(huán)境成本高達(dá)200-1500億歐元，而氮肥給農(nóng)民帶來收益是200-800億歐元。我們也用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)的情況進(jìn)行了估算，發(fā)現(xiàn)我國(guó)氮肥所帶來的農(nóng)業(yè)上的收益跟其導(dǎo)致負(fù)面環(huán)境影響幾乎相等。

問：幾乎相等說明什么問題？

顏曉元：剛才說氮肥的農(nóng)學(xué)收益，指的是因施用氮肥所帶來的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量增加的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。負(fù)面環(huán)境影響是指因?yàn)榈适┯脤?dǎo)致排放到環(huán)境的活性氮對(duì)人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和溫室效應(yīng)的影響，都折算成錢。二者大抵相等。但這并不等于說我們完全沒有必要使用氮肥，因?yàn)檫@里的農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格，是按產(chǎn)量充足時(shí)的正常市場(chǎng)價(jià)來計(jì)算的。如果不施氮肥，產(chǎn)量不足市場(chǎng)波動(dòng)時(shí)，糧食的價(jià)格就不只是正常市場(chǎng)價(jià)了，可能高出很多。此外，這里是采用的歐洲的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)活性氮的負(fù)面環(huán)境影響，歐洲人對(duì)環(huán)境比較重視，標(biāo)準(zhǔn)定的也比較高。這個(gè)對(duì)比只是說明對(duì)于氮肥所帶來的負(fù)面環(huán)境問題需要充分重視。

問：如何把控氮肥對(duì)環(huán)境的污染，國(guó)外有什么先行的經(jīng)驗(yàn)嗎？

顏曉元：發(fā)達(dá)國(guó)家主要是通過法律法規(guī)來進(jìn)行管理。美國(guó)1977年制定的《清潔水法》 ，其中的319條款專門針對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染。在《清潔水法》框架下，主要使用最佳管理實(shí)踐控制農(nóng)業(yè)面源，主要通過兩類項(xiàng)目實(shí)施，即環(huán)境質(zhì)量激勵(lì)項(xiàng)目和保護(hù)管理項(xiàng)目，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局、農(nóng)業(yè)部水土保持局及各州級(jí)政府相應(yīng)機(jī)構(gòu)都有相應(yīng)的“最佳管理措施”實(shí)施細(xì)則和辦法。歐盟1991年制定了《硝酸鹽指令》，要求各國(guó)減少和控制農(nóng)業(yè)硝酸鹽污染，在這個(gè)指令之下，很多國(guó)家采取了稅收政策。比如挪威1988年開始實(shí)行化肥稅收政策，最初的政策目標(biāo)是為其他政策的實(shí)施籌集經(jīng)費(fèi)，后來轉(zhuǎn)變?yōu)橹С汁h(huán)境友好行為。1988年北海藍(lán)藻爆發(fā)，促使稅率提高到化肥價(jià)格的8%，1991年又提高到20%。日本的情況有所不同，他們有點(diǎn)類似于我們現(xiàn)在的藏糧于土的政策，他們不追求最高產(chǎn)量，比如水稻，他們其實(shí)可以輕松達(dá)到8噸/公頃的產(chǎn)量，但他們的實(shí)際產(chǎn)量只有6.2噸/公頃左右，要達(dá)到8噸/公頃的產(chǎn)量，要多施很多氮肥。所以他們的糧食自給率只有39%，但是他們保持了那種生產(chǎn)能力，一旦需要，可以自給。另外,日本是給農(nóng)產(chǎn)品補(bǔ)貼,我國(guó)是給化肥補(bǔ)貼。

問：好像很多都在說我國(guó)的氮肥利用率低，那我們究竟是什么原因低，我們國(guó)家現(xiàn)在有什么具體的解決辦法？

顏曉元：我們的氮肥利用率比一些發(fā)達(dá)國(guó)家低，這里有土壤、氣候等客觀原因，也存在管理方面的、可以改變的一些問題，可以歸納為以下幾個(gè)方面：1. 我國(guó)迄今尚無直接限制肥料施用的法律法規(guī)，農(nóng)民不直接對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)。2. 小規(guī)模農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)模式、農(nóng)民的受教育程度以及環(huán)保意識(shí)，決定了小農(nóng)戶不關(guān)注除產(chǎn)量之外的肥料用量問題。3. 機(jī)械化程度不足。氮肥深施是提高利用率、減少損失的一個(gè)最簡(jiǎn)單的措施，但是需要機(jī)械，我國(guó)的施肥機(jī)械化程度不高，肥料大多撒施，損失自然大。

下面這張圖是2011年《National Geography》來中國(guó)采訪氮肥問題的時(shí)候拍的一張照片，雖然是擺拍，也反映了一個(gè)實(shí)際情況，那就是，即使是看起來規(guī)?；?jīng)營(yíng)的農(nóng)戶，肥料撒施也還是很普遍的現(xiàn)象。

問：我們是要解決氮肥利用率低的問題，但您提出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中,我們不是要把氮肥利用率提高到什么程度？而是要盡量減少施入氮肥的損失和向環(huán)境的遷移,最大限度地利用殘留氮,同時(shí)保持土壤氮肥力的提高？

顏曉元：是的，我們不能一味地追求高的氮肥利用率。以黑龍江省為例，其氮的總體投入/產(chǎn)出比非常高，比歐美國(guó)家還高，但事實(shí)上這是在消耗土壤地力，并不一定是個(gè)好現(xiàn)象。我們要實(shí)現(xiàn)藏糧于土就要繼續(xù)提升土壤地力，土壤地力的最重要的指標(biāo)是有機(jī)質(zhì)含量，而有機(jī)質(zhì)有相對(duì)固定的碳氮比，這意味著土壤氮含量也需要繼續(xù)提升而不能被耗竭。根據(jù)我前面的計(jì)算，現(xiàn)在肥料的累積利用和殘留部分加起來約50%，另外50%損失了，損失主要有四個(gè)途徑：一是反硝化，是微生物將硝酸鹽還原為氮?dú)獾倪^程；二是前面提到的氨揮發(fā)；三是徑流損失；四是向下的淋溶損失。可以看出，這些損失是物理的、化學(xué)的或生物的過程，只要有底物存在，就會(huì)發(fā)生，是自然現(xiàn)象，不可完全避免。我們要做的一是要使氮肥施用帶來的農(nóng)學(xué)收益最大化；二是盡可能減少氮肥損失發(fā)生的程度。

問：您多年研究 農(nóng)田氮素循環(huán).....對(duì)于國(guó)家提出的氮肥“零增長(zhǎng)”、“負(fù)增長(zhǎng)”問題，您覺得怎樣才能實(shí)現(xiàn)呢？

顏曉元：我國(guó)要實(shí)現(xiàn)氮肥“零增長(zhǎng)”、“負(fù)增長(zhǎng)”，除了要針對(duì)上述三個(gè)問題加以改變之外，還需要通過兩方面的措施來實(shí)現(xiàn)：一是增加有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用率，直接減少氮肥的使用；二是采用更好的施肥技術(shù)和高效肥料品種來提高氮肥利用率。有機(jī)廢棄物的循環(huán)利用，更多的也是管理問題，當(dāng)然也存在技術(shù)問題，比如如何減少畜禽糞便中重金屬和抗生素的含量等。直接提高氮肥利用率的措施包括測(cè)土配方施肥、肥料深施、控釋肥料、硝化抑制劑等。我們最近對(duì)國(guó)內(nèi)三大糧食作物上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了一個(gè)整合分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)土配方施肥在的總體效果是稍微增加了產(chǎn)量（1.3%），但大幅度提高當(dāng)季氮肥利用率（提高近50%），控釋肥、硝化抑制劑、尿酶抑制劑增產(chǎn)7-10%，提高當(dāng)季肥料利用率26-34%。當(dāng)然這些技術(shù)措施的推廣實(shí)施，也是一個(gè)管理問題，特別是針對(duì)我國(guó)的小農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)模式而言?？上驳氖?，根據(jù)我們的數(shù)據(jù)，近年來我國(guó)氮肥利用率總體有緩慢上升的趨勢(shì)，特別是在一些主要的農(nóng)業(yè)省份，這主要得益于土地流轉(zhuǎn)等政策使得經(jīng)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大。

問：目前我們存在較大氮足跡減排空間，從技術(shù)上還有生活方式上，能具體給我們講下嗎？

顏曉元：氮足跡是跟碳足跡類似的概念，簡(jiǎn)單的說就是一個(gè)人在一年里，因?yàn)橐率匙⌒械龋瑢?dǎo)致了多少活性氮排放到環(huán)境中。從技術(shù)上，前面我們提到了，就是在食物的生產(chǎn)過程中提高氮的利用率，減少向環(huán)境的損失。從生活方式上，首先就是減少餐桌上的浪費(fèi)，這在我國(guó)是一個(gè)很大的問題。第二是少食用肉類，即使食用肉類，要選擇那些氮利用效率高的品種。比如生產(chǎn)一公斤牛肉所排放的氮就比生產(chǎn)一公斤雞肉排放的高出4倍。

中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)公號(hào) 2016年8月26日

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