中国是世界人口大国,对粮食需求量大。近年来,中国粮食生产引起国内外学者关注。化肥是粮食增 产的基本要素,本文从时间长尺度、空间大范围对中国粮食生产与化肥施用进行宏观分析,以期有 助于中国粮食持续增长与安全生产。1 研究方法在黄土高原的丘陵沟壑区、旱原沟壑区和关中平 原区进行粮食作物施用化肥试验;在黄土高原地区和其他地区进行粮食生产与化肥施用科学考察; 对历史文献与当前统计资料中粮食生产与化肥施肥数据进行整理计算与分析研究。2 20世纪中 国化肥施用的历史进程及其对全国粮食增产的贡献化肥施用是20世纪中国农业生产尤其是粮食生 产的重大成就,特别是后期,对全国粮食生产持续发展常起决定性作用。按其施用历史进程,大体 可分为4个时期:(1)1901—1948年为化肥局部施用与粮食生产萎缩期。几千年来,中 国农业生产历来施用有机肥,至1896年梁启超始提出“化学粪田”之说,1899年上海江南 制造局出版发行第一部农业化学普及读物——《农务化学问答》,开始了化肥施用的启蒙工作[1 ]。1901年中国台湾由日本输进化肥施用。1902年中国在河北保定成立直隶农事试验场开 始进行化肥(磷肥与钾肥)试验,1905年中国广东从国外输入化肥(主要是硫酸铵,俗称肥田 粉)施用。1906年山东济南开始生产化肥。据不完全统计[2],本期化肥进口量为1396 .63×103t(实物量),国内生产量约600×103t,二者合计约2000×103t ,按纯量计,约400×103t,施用地区主要是广东、福建、浙江、江苏、河北、山东等省, 在这些省内也只是少数县、少数农户施用,对全国粮食生产不起重要作用。加上当时政治腐败,战 争频仍,以及资本主义国家为转嫁其经济危机,大量向华倾销大米、面粉、小麦,1927—19 37年11年中,净进口大米8.432×106t,小麦4.924×106t,面粉2.59 3×106t,以致农村经济崩溃,粮食生产停滞萎缩,1931—1947年全国粮食年总产量 为113.73—132.31×106t,平均为124.33×106t,粮食单产为142 5—1602kg/hm2),比上世纪(2753kg/hm2)低44.64%[3]。(2 )1949—1964年为化肥部分地区施用与粮食生产振荡期。此期化肥施用已不限于东南沿海 一些省、市,内地一些省、区也开始广泛施用化肥,主要施用于灌区水田和水浇地上,对当地粮食 生产起着重要作用,本期化肥施用量增加明显,粮食作物化肥施用总量由0.553×106t增 至1.6214×106t(折纯量,下同),增加23.67倍,平均增长速度为6.95%。 粮田单位面积平均施量由0.723kg/hm2增至18.747kg/hm2,增加25.9 3倍。50年代由于农民生产粮食积极性高涨,化肥施量增加,粮田面积扩大,粮食总产量由19 49年113.18×106t增至1958年200.00×106t,增加76.71%,此 后,由于政策失误,加之气候失常,粮食产量急剧下降,至1960年下降为143.50×10 6t,较1958年下降28.25%,至1965年才恢复到接近1958年水平,1958年 与1965年前后两年粮食产量只相差2.74%。(3)1966—1977年为化肥大多数地 区施用与粮食稳步增长期。此期化肥在全国大多数省、区均有施用,化肥不仅施用于水田和水浇地 ,一些生产力高的旱地也施用化肥。化肥施用在此期增长较快,粮食作物化肥施量由1966年的 2.1889×106t增至1977年的4.8047×106t,增加1.20倍,平均增长 速度为6.77%。同期,粮田化肥平均施量由25.786kg/hm2增至60.044kg /hm2,增加1.33倍。在此期间,粮食总产量由214.00×106t增至282.73 ×106t,增率为32.12%,平均增长速度为2.35%。粮田平均粮食产量由2522k g/hm2增至3533kg/hm2,增加40.09%。(4)1978—1997年为化肥 全面施用以及化肥施用与粮食产量同步快速增长期。此期正值中国改革开放时期,化肥对粮食作物 的增产作用已家喻户晓,化肥用量直线上升。1997年粮食作物化肥施用量为29.1918× 106t,较1978年6.6634×106t增加3.38倍,平均增长速度为8.09%, 高于其前各期。据联合国粮农组织《肥料年鉴》资料,1989—1990年中国化肥(N+P2 O5+K2O)消费量为25.428×106t,占世界化肥消费总量的17.72%,超过美 国(18.709×106t)和前苏联(24.474×106t),而居世界首位,至今仍列 世界之首。粮田化肥单位面积平均施量由1978年的83.449kg/hm2增至1997年 的416.97kg/hm2,增长4倍。1996年全国粮食总产量突破5亿吨(504.53 ×106t)大关,较1978年(304.77×106t)增产65.54%,平均增长速度 为2.84%,高于其前期,也高于世界同期谷物产量的增产率(28.23%)与平均增长速度 (1.39%),1996年与1997年全国人均粮食产量超过400kg(1996年为42 1.78kg,1997年为409.82kg),实现粮食自给指标,较1978年(316. 61kg)增加33.22%与29.44%。据联合国粮农组织《生产年鉴》资料计算,197 9—1981年中国谷物产量占世界谷物总产量18.02%,到1996年增至22.02%, 增加了4个百分点,在此期内,世界谷物增产4.5918亿t,中国增产1.6467亿t,占 世界总增量的35.86%。粮田化肥施用量(X,kg/hm2)与粮田粮食单位(Y,kg/ hm2)呈极显著正相关,回归方程为:Y单产=3173+9.8428X,r=0.9758 ,n=20,t=18.7654,P<0.001。由方程可知,在粮田单产3173kg 基础上,化肥生产效率为9.84,即化肥每增施1kg,可增产粮食9.84kg。粮食作物化 肥施用量(X,106t/年)与粮食年总产量(Y,106t/年)亦呈极显著正相关,相关方 程为:Y总产=247.75+8.8401X,r=0.9288,n=20,t=10. 6514,P<0.001。由方程可知,化肥年施用量增加1×106t,则粮食年总产量可增 8.84×106t。根据作者等在黄土高原地区进行的长期定位肥料试验资料以及全国长期肥料 研究结果计算,化肥对粮食产量的贡献率平均为46.43%,最高为79.86%(n=126 ),其中化肥对小麦产量的贡献率平均为57.25%(n=43),对玉米产量的贡献率为41 .97%(n=61),对水稻产量的贡献率为38.69%(n=22)。并且水浇地的化肥对 粮食产量的贡献率高于旱地。3 21世纪前期中国粮食生产与化肥施用发展前景和粮食增产对化 肥的需求根据中华人民共和国成立以来粮食生产线谱中峰值年与谷值年的粮食产量计算所得峰值方 程与谷值方程及其平均值对全国粮食发展前景进行预测,测得全国粮食趋势产量(平均值):20 00年为509.06×106t,2005年为550.52×106t,2010年为591 .97×106t,2020年为674.89×106t;丰产年(峰值)相应为:525.7 7×106t,567.74×106t,609.71×106t,693.65×106t; 歉收年(谷值)为:492.35×106t,533.29×106t,574.23×106 t,656.13×106t。改革开放20年(1978—1997年)中,粮食化肥施用量( Y,106t)与时间(X,公元纪年减1900年)呈极显著正相关,回归方程为Y化肥=1. 1244X-81.05,n=20,r=0.9912,t=31.3671,P<0.0 01。以此方程计算,则2000年粮田化肥施用量为31.95×106t,2005年为37 .01×106t,2010年为42.41×106t,2020年为53.88×106t。 从20世纪下半个世纪粮食生产对化肥的需求来看,在改革开放的20年中,增产1亿t粮食需增 施化肥0.1亿t,1989年粮食总产量为407.55×106t,较1978年304.7 7×106t增产102.78×106t,同期,粮田化肥施用量由6.6634×106t增 至18.0483×106t,增加了11.3849×106t,则粮食增产100×106t ,化肥增施11.08×106t;1996年粮食产量为504.53×106t,较1989 年增产96.98×106t,同年化肥施量为28.2699×106t,较1989年增加1 0.2216×106t,则粮食增产100×106t,化肥增施10.54×106t。与前 述粮食总产量与化肥施用量的回归方程:Y=247.75+8.8401X计算所得结果相近, 增产100×106t粮食,需增施化肥11.3122×106t。4 21世纪前期中国粮食 生产与化肥施用空间布局以及粮食持续发展与化肥施用关系为实现粮食持续发展与化肥高效施用, 必须实施发展东部、提高中部、开发西部的空间布局。首先,在东部平原区建立发展商品粮食生产 与专用化肥生产带。本带位于大兴安岭、燕山、太行山、巫山、雪峰山、云贵高原以东适于粮食生 产的广大平原地区。包括东北区的黑、吉、辽;华北区的京、津、冀、鲁、豫,华中区的鄂、湘、 赣;华东区的泸、苏、浙、皖;东南区的闽、粤、广、琼等19省(市)。土地面积不到全国3/10(29.77%),粮田面积不到2/3(1980年为65.8%和1996年为66.10%),而粮食产量占全国近3/4(1980年为75.24%,1996年为74.89%),1996年全国粮食产量较改革开放初期1980年增产183.97×106t,同期,本带
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