提高化肥生产消费中养分资源利用效率已经成为实现我国可持续发展的核心。
我国已经成为世界化肥生产消费大国,到2002年,化肥生产量达到0.379×108 t ,化肥消费量为0.434×108 t ,分别占世界总量的25%和30.7% ,并且化肥品种向高浓度化发展。化肥消费的增多,保证了我国粮食安全,减缓了土壤养分缺乏,但目前主要作物施肥量较高,与先进国家相比,养分效率偏低,有大量有机养分没有得到很好利用。化肥生产需要消耗磷硫钾氨资源,特别是磷矿资源浪费严重,隐藏危机。
化肥施用与我国农业可持续发展
化肥的作用功不可没
大量研究结果表明,化肥具有增加作物产量、培肥土壤、改进品质、发挥良种增产潜力、改善生态环境等多方面的积极作用,这些作用在化肥有效使用范围内是非常明显的。诺贝尔奖获得者、绿色革命之父NormanBorlaug(1998) 指出,如果中国要满足粮食生产的目标,平衡土壤肥料是第一位需要。有人估计,全球人类食物中40%蛋白质来源于哈伯方法生产的合成氨。如果立即停止施用氮肥,全世界农作物将会即刻减产40%～50%。至今,世界农业发展也离不开化肥。因此我们必须明确,现代农业不能没有化肥,化肥是实现粮食安全的重要条件。
主要作物化肥用量较高,有巨大节肥潜力
大量试验结果表明,在目前产量水平下,小麦玉米水稻合理施氮量多在200kgPhm2以下, 而根据2000年10000多农户调查结果分析, 施氮量超过250kgPhm2的农户比例水稻为33.6%、小麦为26.4%、玉米为30.8% ,均接近调查农户的1/3。如果按此比例推算,这类农户施肥量降低到合理施肥量,在产量不减的情况下,可以节约氮肥210×104 t氮,按每吨氮3000元计算,可节约60×108元。如果施磷量水稻和玉米以50kgPhm2～ 100kgPhm2、小麦以50kgPhm2～150kgPhm2为适中用量,水稻超量的比例为33.4%,小麦为18.7%,玉米为22%。其节肥潜力为60×104t,可节约20×108元以上。
土壤养分缺乏缓解
根据全国耕地地力监测点10余年监测结果,随着有机肥投入量逐渐减低和化肥投入量稳中有升,常规施肥区土壤有机质、速效氮、速效钾年度间基本稳定,而速效磷稳中有升;养分收支平衡分析表明,氮磷盈余、钾亏缺。氮盈余量北方旱地、南方旱地和水田随年度稳中有升,而北方水田逐渐下降;磷盈余均稳中有升;钾亏缺南方水田在缓解,而其他农田在逐渐加大。在各种养分中,磷积累最为显著,特别是在大棚蔬菜等经济作物。根据我国统计资料,若按总用量的50%被作物吸收,1949年～2003年全国土壤积累的磷为9000×104t以上的P2O5,相当于积累725kg P2O5Phm2 (耕地面积按13333.3×104hm2),以5%～10%转化为有效磷形态,则全国土壤有效磷水平和1949年相比应提高7mg～11mgPkg磷。磷素累积最多的省区是福建、广东、江苏等,1980年～2003年24年超过1200kgPhm2,土壤有效磷水平和1980年相比应提高12mgPkg磷以上。说明我国土壤养分缺乏的局面得到缓解。
有机养分资源再利用率亟待提高
经估算,2000年粪尿肥、秸秆、饼肥和绿肥的总资源量超过40×108t,其中的N、P2O5、K2O分别为2256×104t、1102×104t 和2206×104t。有机肥料的组成类别中, 粪尿肥类占据绝对优势, 达到43.9%～61.3%,作物秸秆资源占31.5%～37.8%。
我国农田养分再循环的潜力主要存在于人畜粪肥和秸秆的进一步利用中,饼肥用作肥料的数量不大。在目前条件下,我国可能进一步用于养分再循环的肥源高达5564×104t(纯养分),这些养分是我国2000年化肥总产量的1.85倍。但是,目前有机养分利用率和循环率均较低,据农业部2000年统计,我国农田有机肥养分比重为39.7%,其中农田有机肥N、P2O5和K2O的比重分别为17.1%～20.9%、27.2%～32.1%和75.1%～73.5%,有机肥对农田养分贡献的顺序是K2O>P2O5>N,农田钾素养分主要来源于有机肥。有机肥钾素养分再循环率较高,而磷素和氮素都较低,N、P2O5和K2O的养分再循环率分别为29.2%、43.5%和66.1%。因此,提高有机养分利用率是今后养分资源管理的重要工作。
与发达国家相比,养分资源效率较低
我国小麦、玉米和水稻施肥效率较低,与国外高产国家相比,还有很大差距。根据2000年调查资料,调查省水稻平均产量为6956kgPhm2,氮磷钾施用量分别为226kgPhm2、88kgPhm2和90 kgPhm2;而根据FAO资料,这一施肥量显著高于产量超过6000kg Phm2国家的施肥量。例如,韩国为6596kgPhm2;氮磷钾施用量分别为110kgPhm2、70kgPhm2、80kgPhm2,在产量相近的情况下我国水稻施氮量是韩国的2倍。根据FAO资料,在一些小麦产量超过5000 kgPhm2(5000kg～8767kgPhm2)的国家中,氮磷钾施用量分别在80kg～200kgPhm2、9kg～80kgPhm2、0kg～80kgPhm2;而我国调查结果显示,平均产量为4709kgPhm2,而氮磷钾施用量分别为198 kgPhm2、103kgPhm2、24kgPhm2,除钾外均高于上述国家。根据FAO 资料, 在16个玉米产量超过6000kgPhm2(6400kg～14076kgPhm2) 的国家中,氮磷钾施用量分别在34kg～250kPhm2、0kg～136kgPhm2 、0kg～200kgPhm2;我国调查的玉米平均产量为5923 kgPhm2,而氮磷钾施用量分别216kgPhm2、83kgPhm2、34kgPhm2,也处在很高的水平。可见,我国粮食作物养分利用效率较低。
化肥产业发展与磷硫钾氨资源开发利用
化肥生产是资源和能源约束型产业。根据2003年我国磷复肥生产的物料消耗分析结果,我国磷复肥产业共消耗硫酸2436×104t,占全国硫酸总消耗量的72% ,消耗磷矿石3461×104t,占磷矿石总量的73% ,消耗合成氨262×104t,占全国消耗总量的7%。因此,资源就成为我国化肥产业发展的最主要影响因素。
磷矿资源隐藏潜在危机
磷矿资源储量特别是经济储量决定了可开采年限和开采成本。根据我国的统计数据,截止到2002年底,我国保有磷矿资源储量为167.86×108t,其中资源量127.32×108 t,基础储量40.54×108t。在基础储量中,可开采量只有21.11×108t,其中品位大于30%的富矿只有11.08×108t。但根据2003年《美国地质调查》的统计,我国和摩洛哥是世界上磷矿储量最大的国家, 占世界磷矿经济储量的72.3%,远景储量的68%,其中我国经济储量位居第一,远景储量位居第二。远景储量(开采成本低于100美元Pt)中,我国为130×108 t,仅次于摩洛哥,居世界第二位,美国为40×108t,居世界第三位。根据这些数据判断,我国可利用磷矿数量虽然远低于摩洛哥,但与美国、南非和约旦相近,高于俄罗斯、突尼斯等国,仍处于世界前列。单从储量看,我国磷矿资源不具劣势,还具有一定优势,短期内不应该成为限制因子。但也应该认识到,美国地质调查局对我国磷矿经济储量66×108t可能是被高估了,同时,我国磷矿回采率低,浪费严重,一定程度上影响我国磷矿的可持续利用。
根据目前磷矿开采和消耗状况,我们估计,在不考虑需求增长,以现有的消耗量,在回采率保持不变的情况下(大矿81.9%,小矿30%) ,现有的富矿资源仅能利用到2014年;如果全部利用中低品位矿则可利用到2088年,但成本要提高40元～50元Pt,而2094年之后只能利用低品位矿,成本要提高90元～100元Pt,如果目前利用平均品位为23%以上的矿,也只能利用到2032年。而在现有的需求量下,如果把小矿的回采率提高到现有大矿的水平(81.9%),则富矿利用年限可以延长8年,中低品位矿可以延长89年。可见,我国磷矿资源隐藏危机。
硫资源进口比重增加
世界硫资源主要以自然硫、硫化氢、金属硫化物、黄铁矿、硫酸盐的形式存在。据美国地质调查局统计,2002年世界自然硫储量13×108t,储量基础35×108t,主要分布在北美、中东、前苏联、欧洲和中国,其中加拿大位居第一,波兰位居第二,沙特位居第三。自然硫是非常有限的,按照目前产量,探明储量静态可保证23年,储量基础静态可保证61 年。除自然硫资源外,据估计天然气、石油、焦油砂和金属硫化物中含有约50×108t纯硫; 而石油岩床(oilshale)、煤矿床、富含有机物的岩床中含有6000×108t的硫,石膏和无水石膏中的硫几乎是无限的和是用之不竭的。这些硫资源能否利用取决于回收成本,随着环境法规越来越严格,回收硫的数量将增加,在硫资源中的比重将越来越大。
与世界多数国家不同,中国硫资源总量达到130×108t,其中88%是硫资源量,主要存在于煤和石膏中,其中煤中硫占74%以上,石膏中硫占总量11%,有色金属、石油、天然气、明矾中的占3%。截至2002年底,我国保有硫储量16.28×108t,包括硫铁矿、伴生硫铁矿和自然硫。我国约有95%的硫用于生产硫酸,5%的硫为硫磺直接应用,61%的硫制成硫酸用于磷肥生产,34%的硫制成硫酸用作其他化工生产。最近几年中国硫资源消费量增长迅速,1995年～2003年翻了一番,达到1220×104t。其中磷肥用酸增长速度达6.7% ,非磷肥用酸增长速度达10%～20%。硫资源消耗增长的同时,国内生产供应增长缓慢,进口硫大幅度增加,自给率已经从1995年的99%下降到58%。
合成氨取决于能源
合成氨的供应是氮肥、磷铵和NPK企业充分发挥产能和经济效益的重要制约因素。2001年世界上有83个国家生产氮肥,有3个国家产量在1000×104t以上,中国占第一位,达到2200×104t以上,其次是印度和美国,均在1000×104t～1100×104t 之间,3个国家生产量占世界氮肥总量的50%。我国是世界合成氨生产大国, 2003年有287个化肥企业生产合成氨,总产量3795×104t,这些厂分布在全国20多个省520个县区。与国外相比,我国氮肥企业数量多,规模小,技术水平相对较低。合成氨生产对能源依赖性高,我国合成氨利用的能源种类多,包括天然气、石油、煤等,而国外以天然气为主;近年来,受国际天然气和石油价格上涨,国际合成氨生产受到影响,而我国以煤为原料的企业,受影响较小,仍具有一定的竞争力。
钾资源依靠进口
世界钾矿储量80×108t,基础储量170×108t,主要分布在北美、欧洲、南美和亚洲泰国等国,其中加拿大、俄罗斯、白俄罗斯和德国4国探明储量占世界92%。截止到2002年底,我国已探明钾矿40多处,资源储量8.66×108t,储量1.357×108t。与钾的需求相比,我国属钾资源不足的国家。目前,我国氯化钾产量不到100×104t。我国钾肥多数靠进口,主要来源于俄罗斯和加拿大。