作者：张 伟，陈轩敬，马 林，邓 燕，曹 宁，肖 然，张福锁，陈新平单位：西南大学资源环境学院；西南大学长江经济带农业绿色发展研究中心；中国科学院遗传与发育生物学研究所；吉林大学植物科学学院；中国农业大学国家农业绿色发展研究院磷肥施用事关粮食安全和农产品保供，但是又受到资源的刚性约束和环境保护的压力，因此磷肥需求的预测既是农业产业技术决策的重要参考，更是磷化工产业发展的重要依据。2007年，本课题组通过建立我国主要农田土壤中有效磷变化模型，基于土壤肥力变化预测了未来30年内磷肥的消费将经历一个先升后降的过程。过去15年来我国农业生产的磷肥实际消费状态验证了当时基于土壤肥力变化的磷肥需求预测的科学性（图1）。
图1 基于2007年研究的我国磷肥消费量预测值及实际磷肥消费量比较Fig.1 Comparation of actual consumption of P fertilizer and projected demand based on our 2007 research
当前我国农业正在走向绿色发展的新阶段。我国磷资源十分紧缺，可持续的磷矿资源利用任重道远；以磷为核心的农业面源污染已经上升为我国水体富营养化的主要因子；同时，过量施磷导致的农产品微量元素营养（如铁、锌）下降的问题日益突出。在这样的背景下，势必对磷肥管理策略以及磷肥产业产生深远影响。因此，基于农业绿色发展视角，对我国农业的磷肥需求进行再预测具有重要的意义。 我国自20世纪90年代以来基于养分平衡和土壤测试的磷素恒量监控法逐渐成为磷肥管理的主要指导策略，即以保证作物持续稳定高产的土壤有效磷临界值为根层养分调控下限，以对环境产生威胁的土壤有效磷阈值为根层养分调控上限，兼顾作物高产和环境保护的双重目标。
本文采用Meta分析方法对全球土壤-作物系统磷的农学阈值进行了系统的归纳分析，发现粮食作物、水果和蔬菜上的临界农学土壤有效磷阈值分别为15.7 mg·kg-1、32.8 mg·kg-1 和30.0 mg·kg-1（图2）。
近年来的植物营养生物学研究表明，将土壤有效磷控制在农学阈值可以协同作物生产力和磷吸收利用能力，而一般环境阈值的土壤有效磷含量将严重抑制作物高效吸收利用磷的生物学能力。图2 不同作物基于产量的临界土壤有效磷浓度（农学阈值）
Fig. 2 The critical soil available P concentration for agronomic target in various crops
将土壤有效磷水平调控至农学阈值有利于实现作物籽粒较高营养品质。大量的土壤磷素盈余造成土壤有效磷近几十年持续累积（表1）。在当前农业绿色发展的背景下，必须尽快调整我国的农田磷管理策略，从当前不超出环境阈值的培肥地力（Building-up）保增长策略转变为维持农学阈值的平衡施磷（Maintenance），以实现保增产、升效率、提品质的新策略。
Table 1 Current soil available P concentration in China of different crop以往针对磷肥的需求预测中未仔细考虑农业废弃物中磷的再循环利用，随着国家有机肥替代化肥行动实施和环境保护要求，我国未来农业磷肥的需求预测必须考虑有机废弃物资源的再利用。一方面，目前我国农田磷肥总投入中有机肥料的贡献不超过20%，且主要集中在果、菜、茶等高价值经济作物上。另一方面，近30年来我国畜禽养殖规模迅速扩大，畜禽粪便的产生量逐年增加而还田日趋困难。通过技术进步和系统整合持续提高对有机磷的回收利用，不仅将在满足未来种植业对磷肥的需求方面发挥着重要作用，同时为消除污染源做出巨大的贡献。因此，提高农业废弃物中磷的循环利用率越来越成为农业绿色发展的关键环节。综上，本文基于农业绿色发展的我国磷肥需求再预测主要着眼于两个方面：一是在我国土壤有效磷已经达到（或超出）农学阈值的基础上，我国农田磷肥的总投入未来应逐步下调直至等于我国未来作物生产的总需磷量；二是我国化学磷肥的需求要在农田磷肥的总投入预测的基础上，充分考虑农业废弃物磷资源的再循环利用。具体而言，化学磷肥需求的预测是基于农田磷素投入总量与循环利用磷总量之差得出，即：化学磷肥需求=作物磷素吸收×磷素盈余比-畜禽粪污磷×循环利用率-作物秸秆磷×循环利用率。在国家相关政策和施肥技术不断进步的推动下，对标发达国家，本文设定我国农业废弃物中磷的循环利用率从当前的55%进一步增加至60%（2030年）和80%（2050年）。据此，预测到2030年在实现磷循环利用率60%的条件下，我国化学磷肥的需求量为1 084万吨；到2050年磷循环利用率进一步提高至80%，我国磷肥总需求量为1 229万吨，其中化学磷肥需求量为742万吨（图3）。![]()
图3 我国基于农业绿色发展的磷肥需求预测
Fig.3 The prediction of P fertilizer demand in China from 2022 to 2050 based on future crop P uptake and P recycling rate值得注意的是本文的磷肥需求预测是中长期预测，要达到本文预测的磷肥用量需要在磷肥施用策略、科学研究和磷肥产业发展方面实现相互支撑、有效融合。- 在农田尺度上，磷肥施用方法需要进一步根据不同作物系统和区域的土壤有效磷特征进行合理磷肥管理，保障作物对磷素的需求，同时发展基于磷肥根际调控原理的新型施肥技术（如侧深施肥），进一步提高磷肥利用效率；
- 在理论创新方面，基于有机肥中磷高效利用和基于分子生物学发展的作物磷高效吸收和利用的机理研究仍然需要进一步广泛探索；
- 在磷肥产业发展方面，未来如何通过创新磷肥生产工艺，开发适用于不同作物需求的新型磷肥产品，需要进一步实现技术突破。
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陈新平主要研究领域为养分资源管理与农业绿色发展。兼任国务院学位委员会第八届学科评议组成员（农业资源与环境）、教育部高等学校教学指导委员会委员（自然保护与环境生态）、中国植物营养与肥料学会理事、重庆市土壤学会副理事长、重庆市环境科学学会副理事长、农业农村部肥料评审登记委员会委员、农业农村部科学施肥专家组成员、中国农业科学院第八届学术委员会委员。曾获得安徽省科技进步二等奖（第一完成人）、中组部国家万人计划科技创新领军人才、中华神农农业科技奖一等奖（第二完成人）、教育部国家级人才计划。
