巨晓棠:中国的氮素管理如何走出困境?|观点

来源:农业环境科学公号  作者:土壤观察    阅读次数:93  发布时间:2018-06-12

  导 读

  我国氮素管理主要问题,就是在循环链条的各个环境中损失严重,这既是经济损失,又是环境污染。

  采访人/王见

  受访人/巨晓棠

  来源:农业环境科学公号(2016年8月5日)

  问:巨老师好,看了很多您写的文章,您曾经讲到“作物需要的是氮素,而不是氮肥”?

  巨晓棠:是的。我们需要矫正这个观念,现在大家一谈起来,就是氮肥怎样,其实作物需要的是氮素,而不是氮肥,氮肥只是氮素的一种补充形式。这种观念的差异,直接导致氮素管理和氮肥使用的误区。作物需要的是氮素来完成自己的生命周期,通过吸收氮素(主要是硝态氮和铵态氮)来合成生命的必须物质,比如氨基酸、蛋白质、核酸等,基础的生化物质都需要氮素来构成。动物和人也需要氮素代谢来维持生命,氮素是一种营养元素。

  作物需要的氮素可以通过有机肥、生物固氮和土壤氮来供给,不单单依靠化学氮肥来供给。我们需要强调氮素在作物生产、动物生产和人体消费中的循环,不足的才用氮肥去补充。国际上强调的是氮素管理,而不是说氮肥管理。大家一定要知道,我们的氮肥只不过是氮素的一种补充形式,我们想通过氮肥来解决一切问题,这是误区。

  问:您讲的 氮素是在作物生产、动物生产和人体消费里面的循环,不足的才用氮肥来补充,这个怎么理解?这是不是牵涉到一个作物氮素来源的问题?

  巨晓棠:这里强调的是氮素管理的问题,关系到氮素的来源。首先土壤里面有一部分作物可利用的氮素,但在集约化生产中,需要达到较高的产量水平,土壤本身的氮素是不够的,所以需要我们补充,那么第一个就是需要循环利用有机肥和秸秆中的氮素,第二就是要尽最大可能的利用生物固氮来补充整个轮作体系的氮素消耗,如果说这两种来源的氮还不够的条件下,最后再考虑用化学氮肥来补充。有机农业生产中,就是依靠生物固氮和有机肥循环利用,来满足作物对氮素的需求。

  巨晓棠:我给你看一张图。这张图说明了氮素在作物生产、动物生产和人类消费链条中的循环,里面有三个轮子。绿色代表作物生产,它产出粮食、 蔬菜和水果,黄色代表畜禽生产,它产出 肉蛋奶,红色代表人类的消费。作物生产的粮食蔬菜水果一部分用于红色的人消费,一部分用于黄色的畜禽,而畜禽粪便和人粪尿中的氮素应该最大限度的循环到农田中再利用,也就是要让这三个轮子转起来,循环起来,这才是一个正常的氮素循环状况。

  但我们也要意识到,在各个生产和循环环节中,都有氮素向大气和水体中的损失,那么为了维持较高的生产和消费水平,我们必须向这个循环系统中补充氮素,这就需要化学氮肥。如果氮素管理的好,向环境中损失的就少,需要通过化肥补充的氮素就少,这基本相当于欧美现在的情况;如果氮素管理的粗放,向环境中损失的就多,需要通过化肥补充的氮素就多,这基本相当于我们目前的情况。所以必须强调要让人畜粪便循环起来,让这部分氮素回到农田中去,一定是先考虑这里面的内部循环,让这三个轮子转起来。如果不够,再用氮肥来补充。

  问:那么目前我们的氮素循环和管理的现状是什么样?我们如何使这三个轮子转动循环起来呢?这里存在什么样的问题?

  巨晓棠:现在的情况是,因为畜禽粪便不能有效的回到农田,所以就大量的施用化肥来补充氮素,不是靠内部循环让这个轮子转。我国氮素管理主要问题,就是在循环链条的各个环境中损失严重,这既是经济损失,又是环境污染。应该说这种状况已经困扰了我们国家二十多年,现在依然没有走出困境啊,我们的化肥氮肥施用量在持续增加,但粮食蔬菜和水果产量、肉蛋奶产出还增加的很慢,我们的环境污染还越来越大。

  氮素是所有植物营养元素中最重要的也是最难管理的元素。我们国家现在的主要问题是如何减少作物生产和动物生产中氮素向环境的损失?提高氮素在生产系统各个环节中的利用效率?如何使人畜粪便有效的循环到农田中去?解决好了这些问题,氮素管理的基本问题就解决了。

  问:在过去,我印象中会有人拿着粪篓去收集牛羊粪便,农田施用畜禽粪便有机肥应该是再正常不过的事情,那么现在这些有机肥资源回不到农田去的原因到底在哪呢?

  巨晓棠:主要原因是我国现有的农业生产方式,特别是集约化畜禽养殖的迅速发展,加之种植业和养殖业在绝大多数情况下又是分离的,再加上农村劳动力缺乏、化肥容易购买和施用等社会经济原因,导致畜禽粪便不能有效的循环回农田。

  实际上畜禽粪便储存、运输、施用,这里的技术都是有的,都是基本成熟的,但在当前的生产方式和结构、社会经济条件下,就是回不到农田 ,这主要是一个社会经济问题。另一个因素就是种植业没有形成规模。假如你有几百亩粮食作物、几百亩果园,几十亩蔬菜,这个时候你就需要有机肥,因为只施用化肥是不行的。 我们从大学教学生就一直强调,有机无机结合是最好的施肥措施,因为既可以高产稳产,又可以提高农产品品质,还可以培肥地力。 所以规模化经营的农场主会主动去施用有机肥。从氮素管理的角度讲,一定要采取措施鼓励农民使用有机肥,而且一定要让农民知道农田需要畜禽粪便有机肥中的有机质和氮磷钾,还有微量元素等,不足的部分,再使用化肥来补充。

  问:所以现在的问题是 怎么把畜禽粪便和秸秆等通过有效的储存、运输、施用 ,让它回到农田中去,这也是您一直在说的急需解决的大问题?每年我们国家大概能产生多少畜禽粪便有机肥呢?

  巨晓棠:我先说我们国家每年产生的畜禽粪便有机肥,大约相当于1400万吨氮、1000万吨五氧化二磷、1200万吨氧化二钾。政府现在花大力气,在制定和实施各种措施促进畜禽粪便还田、降低污染。但政府行为最终还是要通过市场经济来实现,使这些技术能够长期在生产实际中得到应用,使循环利用中的经济利益分配合理化。欧美国家基本实行的是家庭农场的经营模式,基本实现的是种养结合和土地匹配,再加上政策和经济措施基本实现了农业废弃物的循环利用。

  另一方面,我们国家的农业正处于一个转型期,由一家一户小农种植正在向规模化、机械化转变。所以集约化养殖业会和大型种植场结合,现在已经有很多的集约化养殖场,把畜禽粪便经过简单的堆沤腐熟、进行无害化处理以后,直接供给大型种植业农场,进行有机无机结合施肥,或者是有机农业生产模式,这是将来很好的发展方向。

  不过现在有一个误区,就是有些商家想把畜禽粪便通过这样那样的加工处理来生产商品有机肥,这样单位养分的价格就很高了。其实畜禽粪便是一个附加值不高的资源,超过了运输半径,或者很高的加工处理成本都是不合算的。简单的堆沤方法直接还田是最有效的方法。

  问:这里还是想问下,畜禽粪便有机肥中会存在污染物超标的问题吗?

  巨晓棠:畜禽粪便有机肥是通过畜禽吃饲料来的,如果我们在养殖环节做到规范化,畜禽粪便有机肥是不会有重金属或抗生素超标问题的。这就要求我们的畜牧业从源头开始一定要管理好,饲料严格管理,畜禽养殖严格管理 ,我们只要一切是在正常规范的生产条件下,就不会出现这些问题。

  问:实际上作物需要的氮素,可以通过畜禽粪便有机肥补充一部分,然后通过生物固氮再补充一部分,不够的才用化肥来补充。这才是一个正常的氮素循环和利用?当然这里面,我们不能否认化肥的作用,它的确为我们的粮食安全做出了重要贡献。您曾经讲,化肥所给人类带来的福祉远大于伤害。之所以带来伤害,是因为我们没有用好它?

  巨晓棠:是的。近三十年来,化学氮肥快速增长,对保证我国农业发展和食品安全发挥了不可替代的作用,要知道所有与氮素有关的环境问题,都来自于过量和不合理的施用,合理使用氮肥是不会引起环境污染的。

  我们曾经有一篇报刊报导,题目叫“氮是好东西,何以成坏蛋”,就是说氮肥本可以不污染环境,只是我们使用的不好,才导致环境污染。我记得小时候 我和妈妈一起找熟人才能买一袋氮肥,回来会非常珍惜,很认真的把肥料埋入土中,按照要求进行施肥。现在买肥料比较方便,大多数肥料以撒施的方式施肥,氨挥发量很大,其他损失也很高。我国目前作物生产中氮肥使用的主要问题:一是不能确定合理的用量;二是不能做到氮肥机械化深施,施肥方法很粗放。我们称之为,既给作物施肥,又给环境“施肥”。

  问:很形象,给环境“施肥”带来的就是污染..那么目前我们国家每年农田中氮肥的实际使用量是多少?有机肥的氮量每年又是多少呢?

  巨晓棠:我们国家每年农田的氮肥使用量大约在3000多万吨纯氮,上面讲了,畜禽粪便等有机肥产生大约1400万吨氮,相当于化学氮肥的少一半,现在这部分有机肥氮的收集还田率大约在43%,折合大约600万吨氮,如果将还田率从43%左右提高到80% 左右,还可以回田大约600万吨氮,这样就可以代替约600万吨化学氮肥。这一部分有机肥中的氮素如果能够回到农田中去,我们就可以大幅度减少化肥使用量。

  问:我国农田中氮肥的使用量大约应该是多少才算合理?

  巨晓棠:据我们测算 如果我国实现了合理施肥量,降低了氮肥施用过程中的损失,在农户实际生产中,从粗放施肥方法做到了大面积机械化深施氮肥,我们国家农田每年的氮肥合理使用量大约在2000万吨,就可以保证粮食蔬菜和水果的生产,现在实际农田氮肥使用量在3000多万吨左右,这1000多万吨氮是不合理的,大部分是损失掉的。我们现在大约有60%的氮肥是通过撒施方式。我们可以看到忽视有机肥的利用和氮肥的不合理施用方法是整个氮素管理中的主要问题,让我们国家的氮素管理陷入困境。它的后果不仅影响到农业生产,还对生态环境带来巨大的压力。

  问:您一再讲,要根据作物的目标产量确定作物的需氮量?根据需氮量确定化学氮肥用量。但怎么确定氮肥用量呢?这对农户实际操作来说会不会有些复杂?

  巨晓棠:国外最基本的确定氮肥用量的方法,就是计算氮素平衡,根据氮素输出与输入的关系,在有机肥占氮素投入30%-60%的基础上,计算应该补充多少化学氮肥。氮素平衡计算并不复杂,只要抓住了土壤-作物体系的主要氮素流动,教给推广人员 告诉农民 就很容易控制氮肥量。

  问:简单的氮素平衡怎么确定氮肥用量?

  巨晓棠:比如我每公顷要打7000公斤的小麦籽粒产量,每100公斤的籽粒产量氮素携出量大约在2.8公斤,那么大约就需要每公顷200公斤的氮素,这200公斤的氮必须供应上,如果施用有机肥当季能供应50公斤的氮素,你的化肥再供应150公斤的氮就够了。

  我们已经将这种确定氮肥施用量的方法总结成了两篇文章,一篇中文和一篇英文,称之为“理论施氮量”。如果还觉得上述计算难以掌握,还可以应用朱兆良院士提出的“区域平均适宜施氮量”。

  欧美国家是根据作物的氮素需求,达到氮素的精细管理,实现土壤-作物体系的氮素平衡,所以他们的环境代价低,同样的氮素生产出来的产品比我们的多的多,因为他们首先做到了畜禽粪便的直接还田利用,第二他们做到了 量的控制,根据作物的目标产量控制肥料的用量,第三,他们的施肥方法做到了氮肥和有机肥 深施,大量降低了氨气挥发和其他氮素损失。

  问:您对我国目前和今后氮素管理的建议是什么?

  巨晓棠:建议:1、必须估算出有机肥施了多少氮;2、根据氮素平衡 算出需要施用多少化肥氮,3、然后需要机械化深施;4、做到与其它营养元素的合理配合,包括中微量元素。5、优化其他农艺措施,进行作物的综合管理,比如提高土壤肥力,消除其它障碍因素等。

  问:您在一篇文章中说——“如果我们从现在开始对活性氮的产生和排放在技术和政策层面进行干预,作物生产 和动物生产氮素利用率达到欧美现有水平,人畜粪尿和秸秆的循环利用率接近欧美目前水平,人 均工业氮利用和化石能源排放得到实质改善,中国 2050 年的人为源活性氮产生量将会降低到 3100 万吨,相当于 2010 年的 64%,向大气和水体排放的活性氮将会降低到 2010 年的 52%,不仅可以 实现活性氮产生和氮肥的“零增长”,还可以逐渐实现“负增长”?

  巨晓棠:政府提出的2020年化肥零增长计划,依赖于有机肥的还田,依赖于氮肥损失的实质性降低。如果这两个实现不了,其它都是空话。就是说我们怎么样合理施用肥料?怎么让技术落到农田中去,我们要考虑社会经济方面的因素,光谈技术还不行,或者说社会经济不容纳,农民没有接受和落实到地里,那一切都是空谈。

  作物生产氮素利用率需要从现在的大约40%提高到60%;动物生产的氮素利用率需要从现在的大约15%提高到20%。畜禽粪便的收集回田率需要从现有的43%提高到80%—-这就是说明畜禽粪便代替部分化学氮肥。如果达到这样的利用率和循环还田率,就能实现零增长甚至负增长。这样我们欠环境的债才能逐渐归还。

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