日本化肥減量增效實現途徑及啟示

                         2021-01-09    王晨琿 土壤觀察

                        導  讀


                        日本是一個典型的人多地少國家,農業生產和資源環境矛盾突出,但日本通過科技和政策的帶動已經成為世界農業現代化程度最高,農業生產和環境協調發展最好的國家之一。在日本現代農業發展的初始階段,也同樣由于過度追求產量,過量施用化肥、農藥造成環境污染。而后出臺的一系列農業環境政策極大推動了農業的轉型,如日本政府于1992年提出了“環境保全型農業”理念,并頒布許多法案和措施來推動其發展進程,成立了“環境保全型農業對策室”專門負責推進環境保全型農業政策的實施和相關技術的試驗與論證。此后頒布的環境三法,《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持續農業法》,使化肥及有機肥的合理安全生產、管理及施用以法律條文的形式確立下來,為日本的節肥增效奠定了法律基礎。技術層面,日本通過推廣優質品種,采用土壤復壯、機械深施和緩控釋肥料等技術實現了農產品高品質和低投入,其中日本農協對技術傳播起了至關重要的作用。此外,有機食品和生態農戶的認證制度使得環保型農業生產模式得到大規模應用,進一步促進了農業的轉型升級。我國農業生產特點和日本存在相似之處,解決我國農業綠色發展的瓶頸問題可以借鑒日本在節肥增效和農業可持續發展方面的政策經驗,如化肥和有機肥的規范化管理,對公眾的宣傳教育以及環保生產認證制度等。


                        文/王晨琿1,李婷玉1*,馬林2,賈小紅3,張衛峰1,張福鎖1(1. 中國農業大學資源與環境學院/中國農業大學農業綠色發展研究院/中國農業大學農業綠色發展學院,北京100193;2.中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心,河北石家莊050021;3.北京市土肥工作站,北京100101)

                        來源:土壤通報(2020年第3期)


                        日本在第二次世界大戰后由于糧食短缺,大力提倡化肥的施用以換取農作物高產但與此同時也帶來嚴重的環境污染。根據1980 年日本《環境白皮書》資料顯示全國有40%的河流、62%的湖泊和24%海域的生物需氧量、化學需氧量等有機污染指標超標[1]。隨著日本消費觀念的轉變以及對高品質農產品需求的增加,日本的農業結構逐漸從數量型轉向質量型。日本政府在1992 年提出了發展“環境保全型農業”法案,該法案立足環境保護宗旨,通過實施科學合理的農業生產措施,發揮農業系統物質循環功能減少外源化學品投入,提高養分資源利用效率,減少環境壓力,同時頒布了一系列法律法規來支撐農業可持續性發展。經過二十余年的發展歷程,日本的環境保全型農業體系已趨近成熟,化肥投入也逐步合理。目前針對日本環境保全型農業的研究有很多,如李筱琳主要通過研究日本現代農業環境政策的實施路徑總結了對中國農業的可持續發展道路的啟示[2];井煥茹等主要通過研究日本政府法律法規和在技術層面所做的宏觀調控,闡明了中國如何通過政府的宏觀調控扭轉目前的農業生態環境惡化的趨勢[3]。目前尚缺乏從政策調控、技術創新和市場機制等多維度闡述日本化肥減量增效實現途徑的系統研究。本文將通過介紹從20 世紀60年代以來的日本農業的政策法規、技術演變、養分管理機制以及市場服務體系四個方面來系統揭示其化肥減量增效機制并為我國提供經驗。


                        1 日本養分平衡歷史變化


                        以氮素為例分析了日本的養分投入和產出的歷史變化,大致可分為三個階段。第一個階段是快速增長期,二十世紀六十年代日本為了應對糧食危機,氮肥施用逐年增加,于此同時農田總氮投入迅速增加,到1973 年達到歷史最高水平,氮素總投入達到232kg hm-2,氮肥投入達到172 kg hm-2(圖1)。第二階段是轉型適應期,從七十年代到八十年代近10 年間,由于氮肥和有機氮肥投入的不斷變化,日本的總氮素投入處于不斷波動狀態。第三階段是下降期,上世紀八十年代以后,日本田間氮素總投入逐步下降,目前保持在220 kg hm-2左右,氮肥投入穩定在130 kg hm-2左右。同時氮肥的投入占總氮素投入的比例也有所下降,從1961年的70%左右下降到1995年的60%(圖1),這主要是有機肥帶入氮素增多。

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                        氮素盈余是氮素總投入和有效氮素產出之差,是養分管理中評估環境風險的重要指標[4]。我們計算了總氮素投入與氮素產出之差以及氮肥投入與產出之差。如圖2 所示,日本從1961 年到2011 年,氮素盈余經歷了先逐年遞增后平穩的過程,總氮素盈余由1961 年的64 kg hm-2 增加到1973 年的156 kg hm-2,達到歷史最高。之后由于氮肥投入的降低氮素盈余也逐步下降,并穩定在120~150 kg hm-2 之間。氮肥盈余(氮肥與產出之差) 也同總氮盈余趨勢相同,從1961 年的26 kg hm-2 增加到1973 年的95 kg hm-2,達到歷史最高后逐步下降,且遠低于總氮素盈余。從2000 年到2011 年氮肥與產出之差在30 ~ 40 kg hm-2之間??傮w來說日本的養分盈余顯著低于我國(目前在200 kg hm-2左右),較我國平均氮素盈余低40%,其單位面積氮素投入水平平均僅116 kg hm-2,是我國的一半左右。日本氮肥投入和盈余的下降也改善了當地的大氣和水體質量。在2004 年的日本財務報告中,湖泊和水庫的化學需氧量指數達到51%,已達到環境質量標準[5]。而2010 ~ 2011 年對我國22 個湖泊的調查發現59%的調研湖泊的水體全氮(TN)超過富營養化指標,尤其在農業集約化程度高、氮肥用量大的地區,過量施用化肥導致環境污染問題突出[6]。

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                        2 日本農業生產技術演變


                        減肥增效的實現離不開技術的不斷進步。以水稻生產為例,日本的水稻產量從1961 年至今呈現一個總體增加的趨勢,單產由1961 年的4 Mg hm-2增加到2017 年的6.7 Mg hm-2,增幅達到28%。日本的水稻并不追求高產,在全球主產區中處于較低的水平,如我國的水稻平均單產可達7.6 Mg hm-2,高于日本平均產量13%。但日本水稻的品質顯著高于其他國家,也產生了更高的經濟效益,如日本水稻的銷售價格是中國水稻的4 倍[7]。高質量的稻米很大程度上得益于較低的氮肥投入,因為氮肥用量過大不利于稻米品質的改善,還會降低食味品質[8]。日本水稻生產的氮素投入不到100 kg hm-2,僅為我國單位面積投入的40%,而控釋肥的大面積應用更加降低了氮肥投入,氮素投入僅平均70 kg hm-2左右。同時日本水稻生產氮素利用效率一直維持在一個較高的水平,50% ~ 60%之間,控釋肥的施用可增加氮肥利用效率到70% ~ 80%[9]。在這幾十年中,日本水稻生產的配套技術也在發生變化,包括品種的更新、施肥技術的優化、新型肥料的應用、機械化這四個方面。


                        2.1 優質品種


                        20 世紀五六十年代以高產、耐肥性強的品種為主來提高產量,到20 世紀60 年代末,隨著機械化的推進,高產、抗倒伏、適宜機械種植、矮桿、多穗的日本晴成為主導品種[10];1979 年后由于對品質的要求逐漸提高,食用品質好、耐低溫能力強、適應性廣的越光代替日本晴成為主導品種;1989 年,一見鐘情、陽之光、秋田小町等優質品種開始出現,但目前越光仍是日本水稻種植的主要品種,其種植面積維持在日本水稻種植總面積的37%左右[11]。


                        2.2 施肥技術的進步


                        在20 世紀五六十年代,一般選用鹽人松三郎的水稻全層氮肥施肥法、田中稔的水稻深層追肥法、V字施肥法[12];20 世紀八十年代初,水稻側條狀施肥法開始應用,這種施肥方法與傳統施肥方法相比,可以減少10% ~ 30%的氮肥投入,可以有效降低生產成本,提高農戶收益[13];20 世紀90 年代,水稻育苗箱全量施肥法開始大面積應用,這種施肥方法是在育苗期氮肥一次性施入,在大田期間不再施肥,這是一種肥料與種子或植物根系接觸的施肥方式,可以有效提高肥料利用率。


                        2.3 新型肥料的應用


                        日本早在20 世紀60 年代就開始研發緩效型肥料,是世界緩控釋肥的研究與應用的引領者。20 世紀80 年代以包膜尿素為代表的新型緩效型肥料日趨成熟,用在水稻上的緩效期從一個月到三年,其氮肥利用效率高達80%[14]。目前來說,日本的肥料研發機構根據各都道府縣的施肥標準和地域品種研制適宜本地區的專用型緩控肥料,可以做到因地制宜,使肥料發揮更好的效果。


                        2.4 機械化程度的提高


                        農業配套技術的不斷更新發展是實現日本農業現代化的重要基礎和保障。在1967 年日本就已實現耕地、除草、噴藥、運輸以及農產品加工等環節的機械化。機械化的發展縮短了用工時間,解放勞動力,使日本能夠在農業人口趨高齡化的狀態下依舊能保持較高的生產效率。


                        總之,優質品種是實現作物高產、品質提升的關鍵,施肥技術包括施肥方式的優化和新型肥料的應用提高了肥料利用效率,節約了肥料用量,而農業機械化程度的提高和覆蓋提高了農業生產效率。技術不斷的更新和發展為日本實現環境保全型農業提供了重要科技支撐。

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                        3 環境保全型農業的政策法規


                        除了技術進步外,在推進環境保全型農業的進程中,日本政府也頒布了一系列的法案來推進農業的轉型。1961 年日本頒布了第二次世界大戰后的第一部關于農業的法律《農業基本法》,這部法律以提高農業生產效率、提高農業收入和縮小工農收入差距為目標。而后出臺的政策逐漸開始關注環境問題,大致分為三個階段(表1)。

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                        環境保全型農業的提出:1992 年《新的食物農業農村政策方向》法案提出要由單純追求規模擴大和效率提高轉向重視農業多功能性的提升。不僅要充分發揮農業的經濟功能,如穩定的糧食和其他農作物供給,還要發揮農業的生態保護和生態涵養等功能,以及農業的社會功能,如農民增收,縮小城鄉居民差距。此法案使農業生產價值觀發生根本性改變。同時該法案第一次提出“環境保全型農業”的概念,并采取多種技術措施來支持其發展。1992 年日本農林水產省設置“環境保全型農業對策室”,負責推進環境保全型農業政策的實施,并對環境保全型農業相關的技術進行實驗與論證。1999 年頒布的新基本法《食物農業農村基本法》提出了農業可持續發展、食物穩定供給、多功能性的發揮和農村的振興四個基本理念,建設環境保全型農業的價值觀以法律的形式得到了確認。這三個法案從無到有地回答了什么是環境保全型農業以及如何促進其健康發展,為日本農業可持續發展提供了法律保障。


                        肥料和有機肥應用的管理:以環境保全型農業為核心,日本將堆肥和其他有機肥料的管理作為防治農業面源污染的重點,相繼出臺了有機肥和化肥合理施用的相關法案。其中最重要的就是在1999 年頒布的“農業環境三法”,《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持續農業法》?!都倚笈判刮锓ā吠ㄟ^推動環保技術措施的應用來優化畜禽糞便排泄管理,如對規模農戶的圈舍、糞尿處理設施及技術等提出要求,禁止畜禽糞便的野外堆積或直接向溝渠排放,存儲糞污的地面要用非滲透性材料建設并有側壁,同時要適當覆蓋等等。并提供貸款等優惠政策,促進畜牧業的健康發展[22]?!斗柿瞎芾矸ā芬幎ㄔ现泻形勰嗟亩逊时仨氉鳛槠胀ú牧系怯?,以避免對污泥進行不當處理的行為。同時要求堆肥、家畜糞肥等特殊肥料的銷售必須要標明成分,提高肥料的投放效率。而后出臺的《肥料取締法》和《堆肥品質法》更加確保了肥料的質量和公平交易以及安全施用,對普通肥料和特殊肥料做了嚴格的區分并建立相應的登記標準,對堆肥等特殊肥料的產銷實行嚴格的審批管理,要求提供肥料的種類、品質和成分等信息?!冻掷m農業法》旨在促進農業可持續發展,確保農業生產與環境的平衡。該法案明確指出要減少化肥和農藥的使用,強調使用堆肥改善土壤質量。在方法上采用“生態農業經營者”認證制度。而后又頒布關于“生態農戶”的有關法律,生態農戶可以享受政府的特殊優惠,如日本的青森縣,對生態農戶的農業改良貸款額度由原來的200 萬日元增加到320萬日元,償還時間也由10 年延長到12 年[15]。


                        有機和環保農業的發展:有機和環保生產體系的認證是近階段日本實現進一步減肥增效的有效措施。1999 年頒布的《農林物資規劃和質量表示標準法》(有機JAS 標準)要求有機農產品必須在農林水產省注冊的認證機構上認證,區別有機農產品與非有機農產品,另外對有機農產品及其加工食品、有機畜產品均制定了相應的標準,有機產品在生產中必須達到一定的技術條件[23]。2006 年頒布《有機農業推進法》,從生產、流通和消費各個環節促進有機農業的發展,引導農業生產方式的轉型,擴大環境保全型農業的生產規模。要求各級政府支持有機農業生產者,鼓勵有機農業生產技術研發,加強有機農業產銷之間的溝通。2007 年頒布《關于有機農業推進方針》,在市町村設置有機農業交流平臺,強化官民合作開發非農藥病蟲害防治技術,都道府縣結合當地實際制定各自的技術推進計劃。有機農業的政策極大地的推動了日本農業的轉型,以市場為導向的農業生產方式逐漸成型。于此同時,日本針對振興農產以及改善農業環境頒布了《食物、農業、農村基本計劃》以及《環境相協調的農業生產活動規范》(農業環境規范),建立戶別收入補償制度,將環境因素納入農業生產規范,提出農作物生產和家畜飼養兩個方面的技術規程,實現農業生產最低限度的環境影響。目前,日本有機農場的面積占全國土地面積的0.24%[7]。


                        4 日本養分管理體系


                        在日本整個養分管理發展進程中,技術、政策、市場服務和社會因素都發揮了各自的作用。其中社會因素包括以下幾方面的內容:一是對大米的需求由數量的需求轉向了品質;二是日本的稻米流通機制發生了變化,“政府米”和“自主米”稻米流通機制并行,農民在經濟利益的驅動下,開始選擇優質稻米品種,并開始自主減少化肥、減少農藥的投入,以獲得優質、有機大米;三是農業勞動力嚴重短缺壓力推動轉型。這些問題使農業生產轉向更加高質量同時節省成本和勞動力的方向發展,減少了化肥的使用次數和數量。


                        社會需求推動了政策、技術和服務的發展。與化肥減量相關三個最重要政策分別是環境保全型農業、表示制度、公眾參與性政策。環境保全型政策前面已經提到,其核心理念就是從有利于國土、環境保護的觀點出發,通過農業生產活動來發揮農業所具有的物質循環功能,在提高生產率的同時減少環境壓力的可持續性農業。其次是表示制度,包括三個方面的內容:一是有機農產品認定,認證過程遵照《農林物資規格化和質量表示標準法》,在日本的商品市場上,有兩類不同標志的有機食品,一類是張貼“JAS”標志的有機食品,這類食品是獲得了國家認證,另一類是沒有資格張貼“JAS”標志的,只能張貼有無農藥、無化肥農產品或減農藥、減化肥農產品由各都道府縣自行設計的標志,這類食品只獲得省級認證,沒有獲得國家認證。二是特別栽培農產品認證,所謂“特別栽培農產品”是指在生產過程,農藥及化肥中氮肥的使用均低于普通農戶習慣的50%以下。特別栽培農產品是介于有機農產品與一般栽培之間的農產品,是日本推動節肥增效的重要措施。三是生態農戶的認證,日本“全國環境保全型農業推進會議”在2000 年提出“生態農戶”,對全國范圍內從事生態農業或生態行業相關的農戶進行認證[16]。生態農戶申請標準要求擁有耕地0.3 公頃以上、年收入50 萬日元以上,并提供環境保全型農業生產實施方案,報農林水產縣行政主管部門審查后,再報給農林水產省審定,將合格的申請者認定為生態農戶[17]。政府對于生態農戶可提供額度不同的無息貸款。表示制度的提出是為了擴大社會民眾對環境保全型農業的認可度,從而更好的推進環境保全型農業的發展,促進日本農業的健康優質發展。此外日本的公眾參與型政策對鼓勵農戶參與到環境保全型農業的發展也起到了極大促進作用。日本公眾參與是有法律保障的,如日本環境權明確規定公民具有環境知情權、環境監督權、環境議政權[18]。日本在食品安全方面也十分注重公眾參與,行政部門每年會公開招聘委托6000 名消費者進行日常調查共同監管食品安全[19]。


                        在日本節肥增效主要技術包括三方面。一是土壤復壯技術,主要通過將有機物質,例如秸稈、家畜糞便、雜草等有機物質堆肥還田或通過種植紫云英等綠肥作物,提升土壤的地力,并達到代替化肥的作用。二是合理施用技術,如局部施肥技術,使用側條狀施肥和深層施肥等技術;三是緩控釋肥的應用以及測土施肥。在技術應用方面,日本農業協同組織(日本農協)為推進環境保全型農業的發展提供了巨大的服務功能。日本農協由中央農協和地方農協組成,是日本非常重要的社會化服務組織,在日本農業中起著不可或缺的作用。日本政府要求所有農戶都必須要加入農協,農協組織主要的職能包括:指導事業、經濟事業、信用事業、保險和醫療健康事業等,這些業務幾乎涉及農民所有的生產生活領域。日本農協經過長期發展,隊伍不斷發展壯大,全國各級農協還設立營農指導中心,為農民提供技術服務和生活指導[20]。


                        在推進環境保全型農業的進程中,日本的社會各階層都充分參與其中(圖4)。其中,日本農林水產省起著引領全局、統籌全局的職責。農林水產省將政策的宣傳和農民的教育工作委托給中央農協,中央農協通過媒介對農戶進行宣傳教育,目的是使更多的農民成為生態農戶和高素質的農民。中央農協分區域委托給地方農協,地方農協為生態農戶提供一體化服務,提供技術和資金支撐。注冊認證機構向農林水產省提交注冊申請,通過申請后,注冊機構對農戶以及食品制造商進行認證。同時,日本農林水產省委托大學及科研機構攻克推進環境保全型農業的難題,如對消費者以及生態農戶的意愿及行為做調查,消費者也將他們對于農產品的種類及品質的需求反饋給大學及科研機構。此外在推進日本現代農業的進程中,也特別重視日本的農業教育,日本的農業教育由文都科學省教育系統和農林水產省教育系統兩部分共同組成。農林水產省教育系統的一部分由農業改良普及中心組成,改良普及中心配備專門的技術人員對所有農業從業者提供農業技術指導和普及農業知識。文都科學省教育系統包括初等教育、中等教育、高等教育。高等教育中有53 所綜合性大學和7 所農科類大學提供專業的農學教育,培養更高層次的農業科學人才。此外日本很多綜合性大學都下設農學部,并建立自己的農場,利用高精尖儀器設備進行農業科技研究[21]。在環境保全型農業進程中,消費者和生產者之間的關系走向主動,消費者可以將自己的需求告訴生產者進行私人定制,進而推動高質量農產品的生產。

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                        5 對我國的啟示


                        日本作為一個典型的人多地少且人口老齡化嚴重的國家,但卻成為世界農業發達程度最高的國家之一,這主要得益于完善的、社會各個階層共同參與的政策體系和保障機制,特別是近階段的有機和生態認證體系,使追求農產品品質和生態環境保護為導向的可持續農業得到了快速發展。此外,日本農協的技術服務體系和國家科研隊伍、地方科研隊伍、大學科研隊伍以及企業科研隊伍等聯合起來,共筑農業科技研發和應用一體化隊伍,以更好促進日本農業的長遠發展[21]。另外日本對社會公眾的教育宣傳使得環境保全型發展理念深入各個階層,改變了民眾消費理念并積極參與政策的制定和監督。對我國農業綠色發展,特別是化肥減量增效戰略的啟示包括以下幾點:


                        5.1 頒布完備的政策法案,規范農資和農產品科學生產及應用


                        日本環境保全型農業的順利推進,最重要基礎的是一系列政策的實施,如1999 年頒布的“農業環境三法”,《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持續農業法》,使化肥及有機肥的合理安全生產、管理及施用以法律條文的形式確立下來。我國目前肥料和有機肥相關管理缺乏法律法規,肥料及有機肥產品市場混亂,缺乏監管,同時施用過程缺乏標準和監控,應借鑒日本相關管理辦法,規范化肥和有機肥的生產和施用,引導企業合理生產,引導農民科學施肥。在機制保障上面,日本設置了“環境保全型農業對策室”,專門負責推進環境保全型農業政策的實施和相關的技術的試驗與論證,這一點也值得我們借鑒。


                        5.2 加大對農業綠色發展的公眾教育,鼓勵社會各階層共同參與到農業可持續發展


                        日本在促進環境保全型農業的發展過程中非常重視對公眾的宣傳教育,并頒布法律保障公眾的參與。通過政府、農協和消費者的拉動與宣傳,推動了農業生產和消費的轉型。我國也應該提升公眾對農業綠色發展的認識、加大對綠色農產品的宣傳以及對綠色消費理念的倡導,促進社會各階層參與到可持續發展的行動當中。


                        5.3 推動特殊農產品的認證制度,提高農產品品質和經濟價值


                        日本通過有機食品、生態農戶等認證制度,為消費者提供了高品質的農產品,增加農戶的市場競爭力和經濟收益。目前日本的城鄉收入差距很小,農民收入甚至高于城市居民,主要得益于高經濟價值的農產品以及農業生態及休閑功能的發揮[22]。我國也應建立生態或綠色農業的認證制度,對從事環保型農業生產者給予支持和補貼。


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