采訪人/王見
受訪人/顏曉元（中國科學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表在Environmental Research Letters，講述我國氮肥的累積利用率。您寫這篇文章的初衷是什么？您的出發點在哪里？
顏曉元：這其實是2014年發的一篇文章了。寫這篇文章的初衷是，我國的農田化學氮肥用量普遍比較高，而在這種情況下氮肥的當季利用率是比較低的，經常不到30%。這是事實，但是在發論文，包括在國際上發表有影響的論文時，一些文章往往就直接說成了我國氮肥利用率不到30%，給人的印象就是70%的氮肥浪費了。我好幾次在日本等國家，都遇到有科學家說你們中國氮肥浪費太多，至少可以減掉一半。但事實上氮肥不僅僅是當季被利用，還有相當一部分通過殘留于土壤而被后續作物利用，這部分也是氮肥的貢獻。所以我們其實應該考慮氮肥的累積利用效率，這個累積利用效率一般要用長期肥料試驗的結果來計算，而肥料的利用效率又跟肥料施用量密切相關，長期肥料試驗的肥料用量往往是幾十年前的水平，不能反映現在的狀況。我這篇文章是用了一個比較新穎的方法，通過大尺度、長時間的統計數據，推導出我國氮肥的累積利用率及其隨時間的變化情況。這個結果能更加客觀地反映氮肥對農業生產的真實貢獻。
問：這個真實貢獻也就是氮肥的實際利用率？與您講的氮肥農學收益，它們之間有什么關聯嗎？
顏曉元：有關聯。氮肥的農學收益，指的是因施用氮肥所帶來的農產品產量增加的經濟價值。比如一般的肥料試驗中，跟不施氮的處理相比，施氮只使得產量增加30%-50%，但是事實上那個不施氮處理的產量，也有以前施用的氮肥的貢獻在里面。同樣，當年施用的氮肥，也會對后續作物的產量有貢獻。因此在考慮氮肥的農學收益的時候既要考慮其當季利用的部分，也要考慮其殘留于土壤而被后續作物利用的部分，也就是說要考慮氮肥因累積利用而使作物產量增加的收益。
問：單從氮肥的角度講，它應該算是功臣。您說，化學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量似乎成為了一種必然聯系？
顏曉元：氮是一切生命的必需元素，是氨基酸、蛋白質、核酸的物質基礎，作物要生長，就要進行光合作用，就需要葉綠素，而氮是葉綠素的關鍵組成元素，所以缺氮的時候葉子變黃，光合能力下降，產量降低。就全球而言，有科學家測算過，如果沒有氮肥，全球農業的生產能力只能養活現在人口的一半左右。我國近60年人口的增長、糧食產量的增長和氮肥產量的增長有很好的同步關系。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，損失到環境中的氮就對大氣和水體環境造成了重大的負面影響。
問：那么氮肥到底對我國的作物生產起多大的作用呢？這也關系到在造成環境負面影響的情況下我們為什么還要使用氮肥？
顏曉元：這個問題要看如何去定義不同資源的貢獻，如果簡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，我國全部農作物所吸收的氮大約68%是直接或間接來自于氮肥。當然這并不等于說如果沒有氮肥，我們的農產品就會減少68%，因為在沒有化學氮肥的時候我們可能會更多地施用有機肥，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：在一定范圍一定時間內當然可以不施用氮肥，但是要滿足那么多人口的需求，不可能長時間、大范圍不施用氮肥。我們土壤所在河南封丘有個持續了將近30年的長期肥料試驗，不施氮肥，只施有機肥情況下，小麥、玉米產量只有正常產量的80%左右，有機肥、氮肥都不施用的情況下產量只有正常產量的20%。水稻上的情況要好一點，因為稻田自身有固氮功能，國際水稻所和我們常熟站的長期試驗都表明，完全不施肥的情況下，水稻產量可達正常產量的50%左右，施用有機肥的處理產量可達正常產量的90%。但是這只是小區試驗的結果，小區試驗不施氮肥的處理會通過灌溉水、大氣干濕沉降等途徑接受附近農田的氮，如果大范圍不施化肥，產量還不會有這么高。有機肥處理產量不如化肥處理產量高主要是因為其養分釋放慢，有效性低，不能滿足作物快速生長的需求。另外，如果大范圍不用氮肥，全靠有機肥，那恐怕也沒有這么多有機肥資源，更不用說有機肥本身可能存在的環境問題了。因此，如果能忍受產量犧牲20%，忍受施用有機肥所帶來的成本的增加，解決有機肥存在的污染問題，當然可以不施用氮肥，否則不能。
問：那么氮肥的負面環境影響體現在哪些方面，到底有多大呢？
顏曉元：氮肥的負面環境影響可以歸納為五個方面：第一對水質量的影響，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致水體富營養化、藻類爆發，嚴重時整個水體成為死亡區。第二對空氣質量的影響，施入農田的氮肥平均有10%以上以氨的形式揮發到空氣中，而氨是氣溶膠（霧霾）形成的重要前體物。第三對溫室效應的影響，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熱量的捕獲能力是單位重量的二氧化碳的298倍。第四對生態系統的影響，主要是導致生物多樣性減少。第五對土壤質量的影響，主要是導致土壤酸化。國外把氮的這些負面影響叫做WAGES效應，各取第一個字母。
至于影響究竟有多大，這涉及到如何去衡量影響的問題?，F在一個趨勢是，不管哪方面的影響，都折算成錢，以統一的標準去衡量，以便于比較。比如溫室氣體，一噸二氧化碳在國際市場上是有價格的。類似地，排放到空氣中的氨、排放到水體中的硝氮銨氮導致的環境影響，都可以用錢來量化。在歐洲，科學家給出了一個不同形態活性氮的負面環境影響的價格標準，根據這個標準，他們估算歐盟27國一年因氮肥施用導致的負面環境成本高達200-1500億歐元，而氮肥給農民帶來收益是200-800億歐元。我們也用這個標準對我國的情況進行了估算，發現我國氮肥所帶來的農業上的收益跟其導致負面環境影響幾乎相等。
問：幾乎相等說明什么問題？
顏曉元：剛才說氮肥的農學收益，指的是因施用氮肥所帶來的農產品產量增加的經濟價值。負面環境影響是指因為氮肥施用導致排放到環境的活性氮對人體健康、生態系統和溫室效應的影響，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，因為這里的農產品的價格，是按產量充足時的正常市場價來計算的。如果不施氮肥，產量不足市場波動時，糧食的價格就不只是正常市場價了，可能高出很多。此外，這里是采用的歐洲的標準來評價活性氮的負面環境影響，歐洲人對環境比較重視，標準定的也比較高。這個對比只是說明對于氮肥所帶來的負面環境問題需要充分重視。
問：如何把控氮肥對環境的污染，國外有什么先行的經驗嗎？
顏曉元：發達國家主要是通過法律法規來進行管理。美國1977年制定的《清潔水法》 ，其中的319條款專門針對農業面源污染。在《清潔水法》框架下，主要使用最佳管理實踐控制農業面源，主要通過兩類項目實施，即環境質量激勵項目和保護管理項目，美國國家環保局、農業部水土保持局及各州級政府相應機構都有相應的“最佳管理措施”實施細則和辦法。歐盟1991年制定了《硝酸鹽指令》，要求各國減少和控制農業硝酸鹽污染，在這個指令之下，很多國家采取了稅收政策。比如挪威1988年開始實行化肥稅收政策，最初的政策目標是為其他政策的實施籌集經費，后來轉變為支持環境友好行為。1988年北海藍藻爆發，促使稅率提高到化肥價格的8%，1991年又提高到20%。日本的情況有所不同，他們有點類似于我們現在的藏糧于土的政策，他們不追求最高產量，比如水稻，他們其實可以輕松達到8噸/公頃的產量，但他們的實際產量只有6.2噸/公頃左右，要達到8噸/公頃的產量，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能力，一旦需要，可以自給。另外,日本是給農產品補貼,我國是給化肥補貼。
問：好像很多都在說我國的氮肥利用率低，那我們究竟是什么原因低，我們國家現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達國家低，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方面：1. 我國迄今尚無直接限制肥料施用的法律法規，農民不直接對環境負責。2. 小規模農戶經營模式、農民的受教育程度以及環保意識，決定了小農戶不關注除產量之外的肥料用量問題。3. 機械化程度不足。氮肥深施是提高利用率、減少損失的一個最簡單的措施，但是需要機械，我國的施肥機械化程度不高，肥料大多撒施，損失自然大。
下面這張圖是2011年《National Geography》來中國采訪氮肥問題的時候拍的一張照片，雖然是擺拍，也反映了一個實際情況，那就是，即使是看起來規模化經營的農戶，肥料撒施也還是很普遍的現象。
問：我們是要解決氮肥利用率低的問題，但您提出在農業生產體系中,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境的遷移,最大限度地利用殘留氮,同時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/產出比非常高，比歐美國家還高，但事實上這是在消耗土壤地力，并不一定是個好現象。我們要實現藏糧于土就要繼續提升土壤地力，土壤地力的最重要的指標是有機質含量，而有機質有相對固定的碳氮比，這意味著土壤氮含量也需要繼續提升而不能被耗竭。根據我前面的計算，現在肥料的累積利用和殘留部分加起來約50%，另外50%損失了，損失主要有四個途徑：一是反硝化，是微生物將硝酸鹽還原為氮氣的過程；二是前面提到的氨揮發；三是徑流損失；四是向下的淋溶損失?？梢钥闯?，這些損失是物理的、化學的或生物的過程，只要有底物存在，就會發生，是自然現象，不可完全避免。我們要做的一是要使氮肥施用帶來的農學收益最大化；二是盡可能減少氮肥損失發生的程度。
問：您多年研究 農田氮素循環.....對于國家提出的氮肥“零增長”、“負增長”問題，您覺得怎樣才能實現呢？
顏曉元：我國要實現氮肥“零增長”、“負增長”，除了要針對上述三個問題加以改變之外，還需要通過兩方面的措施來實現：一是增加有機廢棄物的循環利用率，直接減少氮肥的使用；二是采用更好的施肥技術和高效肥料品種來提高氮肥利用率。有機廢棄物的循環利用，更多的也是管理問題，當然也存在技術問題，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土配方施肥、肥料深施、控釋肥料、硝化抑制劑等。我們最近對國內三大糧食作物上的試驗數據做了一個整合分析，發現測土配方施肥在的總體效果是稍微增加了產量（1.3%），但大幅度提高當季氮肥利用率（提高近50%），控釋肥、硝化抑制劑、尿酶抑制劑增產7-10%，提高當季肥料利用率26-34%。當然這些技術措施的推廣實施，也是一個管理問題，特別是針對我國的小農戶經營模式而言。可喜的是，根據我們的數據，近年來我國氮肥利用率總體有緩慢上升的趨勢，特別是在一些主要的農業省份，這主要得益于土地流轉等政策使得經營規模的擴大。
問：目前我們存在較大氮足跡減排空間，從技術上還有生活方式上，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，簡單的說就是一個人在一年里，因為衣食住行等，導致了多少活性氮排放到環境中。從技術上，前面我們提到了，就是在食物的生產過程中提高氮的利用率，減少向環境的損失。從生活方式上，首先就是減少餐桌上的浪費，這在我國是一個很大的問題。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。比如生產一公斤牛肉所排放的氮就比生產一公斤雞肉排放的高出4倍。
中國鄉村發現網轉自：農業環境科學公號 2016年8月26日
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