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2024.07.06江西
文/王晨珲1，李婷玉1*，马林2，贾小红3，张卫峰1，张福锁1（1.中国农业大学资源与环境学院/中国农业大学农业绿色发展研究院/中国农业大学农业绿色发展学院，北京100193；2.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，河北石家庄050021；3.北京市土肥工作站，北京100101）
1日本养分平衡历史变化
以氮素为例分析了日本的养分投入和产出的历史变化，大致可分为三个阶段。第一个阶段是快速增长期，二十世纪六十年代日本为了应对粮食危机，氮肥施用逐年增加，于此同时农田总氮投入迅速增加，到1973年达到历史最高水平，氮素总投入达到232kghm-2，氮肥投入达到172kghm-2（图1）。第二阶段是转型适应期，从七十年代到八十年代近10年间,由于氮肥和有机氮肥投入的不断变化，日本的总氮素投入处于不断波动状态。第三阶段是下降期，上世纪八十年代以后，日本田间氮素总投入逐步下降，目前保持在220kghm-2左右，氮肥投入稳定在130kghm-2左右。同时氮肥的投入占总氮素投入的比例也有所下降，从1961年的70%左右下降到1995年的60%（图1），这主要是有机肥带入氮素增多。
氮素盈余是氮素总投入和有效氮素产出之差，是养分管理中评估环境风险的重要指标[4]。我们计算了总氮素投入与氮素产出之差以及氮肥投入与产出之差。如图2所示，日本从1961年到2011年，氮素盈余经历了先逐年递增后平稳的过程，总氮素盈余由1961年的64kghm-2增加到1973年的156kghm-2，达到历史最高。之后由于氮肥投入的降低氮素盈余也逐步下降，并稳定在120～150kghm-2之间。氮肥盈余（氮肥与产出之差）也同总氮盈余趋势相同，从1961年的26kghm-2增加到1973年的95kghm-2，达到历史最高后逐步下降，且远低于总氮素盈余。从2000年到2011年氮肥与产出之差在30~40kghm-2之间。总体来说日本的养分盈余显著低于我国（目前在200kghm-2左右），较我国平均氮素盈余低40%，其单位面积氮素投入水平平均仅116kghm-2，是我国的一半左右。日本氮肥投入和盈余的下降也改善了当地的大气和水体质量。在2004年的日本财务报告中，湖泊和水库的化学需氧量指数达到51%，已达到环境质量标准[5]。而2010~2011年对我国22个湖泊的调查发现59%的调研湖泊的水体全氮（TN）超过富营养化指标，尤其在农业集约化程度高、氮肥用量大的地区，过量施用化肥导致环境污染问题突出[6]。
2日本农业生产技术演变
减肥增效的实现离不开技术的不断进步。以水稻生产为例，日本的水稻产量从1961年至今呈现一个总体增加的趋势，单产由1961年的4Mghm-2增加到2017年的6.7Mghm-2，增幅达到28%。日本的水稻并不追求高产，在全球主产区中处于较低的水平，如我国的水稻平均单产可达7.6Mghm-2，高于日本平均产量13%。但日本水稻的品质显著高于其他国家，也产生了更高的经济效益，如日本水稻的销售价格是中国水稻的4倍[7]。高质量的稻米很大程度上得益于较低的氮肥投入，因为氮肥用量过大不利于稻米品质的改善，还会降低食味品质[8]。日本水稻生产的氮素投入不到100kghm-2，仅为我国单位面积投入的40%，而控释肥的大面积应用更加降低了氮肥投入，氮素投入仅平均70kghm-2左右。同时日本水稻生产氮素利用效率一直维持在一个较高的水平，50%~60%之间，控释肥的施用可增加氮肥利用效率到70%~80%[9]。在这几十年中，日本水稻生产的配套技术也在发生变化，包括品种的更新、施肥技术的优化、新型肥料的应用、机械化这四个方面。
2.1优质品种
20世纪五六十年代以高产、耐肥性强的品种为主来提高产量，到20世纪60年代末，随着机械化的推进，高产、抗倒伏、适宜机械种植、矮杆、多穗的日本晴成为主导品种[10]；1979年后由于对品质的要求逐渐提高，食用品质好、耐低温能力强、适应性广的越光代替日本晴成为主导品种；1989年，一见钟情、阳之光、秋田小町等优质品种开始出现，但目前越光仍是日本水稻种植的主要品种，其种植面积维持在日本水稻种植总面积的37%左右[11]。
2.2施肥技术的进步
在20世纪五六十年代，一般选用盐人松三郎的水稻全层氮肥施肥法、田中稔的水稻深层追肥法、V字施肥法[12]；20世纪八十年代初，水稻侧条状施肥法开始应用，这种施肥方法与传统施肥方法相比，可以减少10%~30%的氮肥投入，可以有效降低生产成本，提高农户收益[13]；20世纪90年代，水稻育苗箱全量施肥法开始大面积应用，这种施肥方法是在育苗期氮肥一次性施入，在大田期间不再施肥，这是一种肥料与种子或植物根系接触的施肥方式，可以有效提高肥料利用率。
2.3新型肥料的应用
日本早在20世纪60年代就开始研发缓效型肥料，是世界缓控释肥的研究与应用的引领者。20世纪80年代以包膜尿素为代表的新型缓效型肥料日趋成熟，用在水稻上的缓效期从一个月到三年，其氮肥利用效率高达80%[14]。目前来说，日本的肥料研发机构根据各都道府县的施肥标准和地域品种研制适宜本地区的专用型缓控肥料，可以做到因地制宜，使肥料发挥更好的效果。
2.4机械化程度的提高
总之，优质品种是实现作物高产、品质提升的关键，施肥技术包括施肥方式的优化和新型肥料的应用提高了肥料利用效率，节约了肥料用量，而农业机械化程度的提高和覆盖提高了农业生产效率。技术不断的更新和发展为日本实现环境保全型农业提供了重要科技支撑。
3环境保全型农业的政策法规
4日本养分管理体系
在日本整个养分管理发展进程中，技术、政策、市场服务和社会因素都发挥了各自的作用。其中社会因素包括以下几方面的内容：一是对大米的需求由数量的需求转向了品质；二是日本的稻米流通机制发生了变化，“政府米”和“自主米”稻米流通机制并行，农民在经济利益的驱动下，开始选择优质稻米品种，并开始自主减少化肥、减少农药的投入，以获得优质、有机大米；三是农业劳动力严重短缺压力推动转型。这些问题使农业生产转向更加高质量同时节省成本和劳动力的方向发展，减少了化肥的使用次数和数量。
在日本节肥增效主要技术包括三方面。一是土壤复壮技术，主要通过将有机物质，例如秸秆、家畜粪便、杂草等有机物质堆肥还田或通过种植紫云英等绿肥作物，提升土壤的地力，并达到代替化肥的作用。二是合理施用技术，如局部施肥技术，使用侧条状施肥和深层施肥等技术；三是缓控释肥的应用以及测土施肥。在技术应用方面，日本农业协同组织（日本农协）为推进环境保全型农业的发展提供了巨大的服务功能。日本农协由中央农协和地方农协组成，是日本非常重要的社会化服务组织，在日本农业中起着不可或缺的作用。日本政府要求所有农户都必须要加入农协，农协组织主要的职能包括：指导事业、经济事业、信用事业、保险和医疗健康事业等，这些业务几乎涉及农民所有的生产生活领域。日本农协经过长期发展，队伍不断发展壮大，全国各级农协还设立营农指导中心，为农民提供技术服务和生活指导[20]。
5对我国的启示
日本作为一个典型的人多地少且人口老龄化严重的国家，但却成为世界农业发达程度最高的国家之一，这主要得益于完善的、社会各个阶层共同参与的政策体系和保障机制，特别是近阶段的有机和生态认证体系，使追求农产品品质和生态环境保护为导向的可持续农业得到了快速发展。此外，日本农协的技术服务体系和国家科研队伍、地方科研队伍、大学科研队伍以及企业科研队伍等联合起来，共筑农业科技研发和应用一体化队伍，以更好促进日本农业的长远发展[21]。另外日本对社会公众的教育宣传使得环境保全型发展理念深入各个阶层，改变了民众消费理念并积极参与政策的制定和监督。对我国农业绿色发展，特别是化肥减量增效战略的启示包括以下几点：
5.1颁布完备的政策法案，规范农资和农产品科学生产及应用
5.2加大对农业绿色发展的公众教育，鼓励社会各阶层共同参与到农业可持续发展
日本在促进环境保全型农业的发展过程中非常重视对公众的宣传教育，并颁布法律保障公众的参与。通过政府、农协和消费者的拉动与宣传，推动了农业生产和消费的转型。我国也应该提升公众对农业绿色发展的认识、加大对绿色农产品的宣传以及对绿色消费理念的倡导，促进社会各阶层参与到可持续发展的行动当中。
5.3推动特殊农产品的认证制度，提高农产品品质和经济价值
日本通过有机食品、生态农户等认证制度，为消费者提供了高品质的农产品，增加农户的市场竞争力和经济收益。目前日本的城乡收入差距很小，农民收入甚至高于城市居民，主要得益于高经济价值的农产品以及农业生态及休闲功能的发挥[22]。我国也应建立生态或绿色农业的认证制度，对从事环保型农业生产者给予支持和补贴。