日本化肥减量增效实现途径及启示

导  读

日本是一个典型的人多地少国家，农业生产和资源环境矛盾突出，但日本通过科技和政策的带动已经成为世界农业现代化程度最高，农业生产和环境协调发展最好的国家之一。在日本现代农业发展的初始阶段，也同样由于过度追求产量，过量施用化肥、农药造成环境污染。而后出台的一系列农业环境政策极大推动了农业的转型，如日本政府于1992年提出了“环境保全型农业”理念，并颁布许多法案和措施来推动其发展进程，成立了“环境保全型农业对策室”专门负责推进环境保全型农业政策的实施和相关技术的试验与论证。此后颁布的环境三法，《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持续农业法》，使化肥及有机肥的合理安全生产、管理及施用以法律条文的形式确立下来，为日本的节肥增效奠定了法律基础。技术层面，日本通过推广优质品种，采用土壤复壮、机械深施和缓控释肥料等技术实现了农产品高品质和低投入，其中日本农协对技术传播起了至关重要的作用。此外，有机食品和生态农户的认证制度使得环保型农业生产模式得到大规模应用，进一步促进了农业的转型升级。我国农业生产特点和日本存在相似之处，解决我国农业绿色发展的瓶颈问题可以借鉴日本在节肥增效和农业可持续发展方面的政策经验，如化肥和有机肥的规范化管理，对公众的宣传教育以及环保生产认证制度等。

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）

来源：土壤通报（2020年第3期）

日本在第二次世界大战后由于粮食短缺，大力提倡化肥的施用以换取农作物高产但与此同时也带来严重的环境污染。根据1980 年日本《环境白皮书》资料显示全国有40%的河流、62%的湖泊和24%海域的生物需氧量、化学需氧量等有机污染指标超标[1]。随着日本消费观念的转变以及对高品质农产品需求的增加，日本的农业结构逐渐从数量型转向质量型。日本政府在1992 年提出了发展“环境保全型农业”法案，该法案立足环境保护宗旨，通过实施科学合理的农业生产措施，发挥农业系统物质循环功能减少外源化学品投入，提高养分资源利用效率，减少环境压力，同时颁布了一系列法律法规来支撑农业可持续性发展。经过二十余年的发展历程，日本的环境保全型农业体系已趋近成熟，化肥投入也逐步合理。目前针对日本环境保全型农业的研究有很多，如李筱琳主要通过研究日本现代农业环境政策的实施路径总结了对中国农业的可持续发展道路的启示[2]；井焕茹等主要通过研究日本政府法律法规和在技术层面所做的宏观调控，阐明了中国如何通过政府的宏观调控扭转目前的农业生态环境恶化的趋势[3]。目前尚缺乏从政策调控、技术创新和市场机制等多维度阐述日本化肥减量增效实现途径的系统研究。本文将通过介绍从20 世纪60年代以来的日本农业的政策法规、技术演变、养分管理机制以及市场服务体系四个方面来系统揭示其化肥减量增效机制并为我国提供经验。

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232kg hm-2，氮肥投入达到172 kg hm-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220 kg hm-2左右，氮肥投入稳定在130 kg hm-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64 kg hm-2 增加到1973 年的156 kg hm-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120～150 kg hm-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26 kg hm-2 增加到1973 年的95 kg hm-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 ~ 40 kg hm-2之间。总体来说日本的养分盈余显著低于我国（目前在200 kg hm-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116 kg hm-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4 Mg hm-2增加到2017 年的6.7 Mg hm-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7.6 Mg hm-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100 kg hm-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70 kg hm-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

农业配套技术的不断更新发展是实现日本农业现代化的重要基础和保障。在1967 年日本就已实现耕地、除草、喷药、运输以及农产品加工等环节的机械化。机械化的发展缩短了用工时间，解放劳动力，使日本能够在农业人口趋高龄化的状态下依旧能保持较高的生产效率。

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

除了技术进步外，在推进环境保全型农业的进程中，日本政府也颁布了一系列的法案来推进农业的转型。1961 年日本颁布了第二次世界大战后的第一部关于农业的法律《农业基本法》，这部法律以提高农业生产效率、提高农业收入和缩小工农收入差距为目标。而后出台的政策逐渐开始关注环境问题，大致分为三个阶段（表1）。

环境保全型农业的提出：1992 年《新的食物农业农村政策方向》法案提出要由单纯追求规模扩大和效率提高转向重视农业多功能性的提升。不仅要充分发挥农业的经济功能，如稳定的粮食和其他农作物供给，还要发挥农业的生态保护和生态涵养等功能，以及农业的社会功能，如农民增收，缩小城乡居民差距。此法案使农业生产价值观发生根本性改变。同时该法案第一次提出“环境保全型农业”的概念，并采取多种技术措施来支持其发展。1992 年日本农林水产省设置“环境保全型农业对策室”，负责推进环境保全型农业政策的实施，并对环境保全型农业相关的技术进行实验与论证。1999 年颁布的新基本法《食物农业农村基本法》提出了农业可持续发展、食物稳定供给、多功能性的发挥和农村的振兴四个基本理念，建设环境保全型农业的价值观以法律的形式得到了确认。这三个法案从无到有地回答了什么是环境保全型农业以及如何促进其健康发展，为日本农业可持续发展提供了法律保障。

肥料和有机肥应用的管理：以环境保全型农业为核心，日本将堆肥和其他有机肥料的管理作为防治农业面源污染的重点，相继出台了有机肥和化肥合理施用的相关法案。其中最重要的就是在1999 年颁布的“农业环境三法”，《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持续农业法》。《家畜排泄物法》通过推动环保技术措施的应用来优化畜禽粪便排泄管理，如对规模农户的圈舍、粪尿处理设施及技术等提出要求，禁止畜禽粪便的野外堆积或直接向沟渠排放，存储粪污的地面要用非渗透性材料建设并有侧壁，同时要适当覆盖等等。并提供贷款等优惠政策，促进畜牧业的健康发展[22]。《肥料管理法》规定原料中含有污泥的堆肥必须作为普通材料登记，以避免对污泥进行不当处理的行为。同时要求堆肥、家畜粪肥等特殊肥料的销售必须要标明成分，提高肥料的投放效率。而后出台的《肥料取缔法》和《堆肥品质法》更加确保了肥料的质量和公平交易以及安全施用，对普通肥料和特殊肥料做了严格的区分并建立相应的登记标准，对堆肥等特殊肥料的产销实行严格的审批管理，要求提供肥料的种类、品质和成分等信息。《持续农业法》旨在促进农业可持续发展，确保农业生产与环境的平衡。该法案明确指出要减少化肥和农药的使用，强调使用堆肥改善土壤质量。在方法上采用“生态农业经营者”认证制度。而后又颁布关于“生态农户”的有关法律，生态农户可以享受政府的特殊优惠，如日本的青森县，对生态农户的农业改良贷款额度由原来的200 万日元增加到320万日元，偿还时间也由10 年延长到12 年[15]。

有机和环保农业的发展：有机和环保生产体系的认证是近阶段日本实现进一步减肥增效的有效措施。1999 年颁布的《农林物资规划和质量表示标准法》（有机JAS 标准）要求有机农产品必须在农林水产省注册的认证机构上认证，区别有机农产品与非有机农产品，另外对有机农产品及其加工食品、有机畜产品均制定了相应的标准，有机产品在生产中必须达到一定的技术条件[23]。2006 年颁布《有机农业推进法》，从生产、流通和消费各个环节促进有机农业的发展，引导农业生产方式的转型，扩大环境保全型农业的生产规模。要求各级政府支持有机农业生产者，鼓励有机农业生产技术研发，加强有机农业产销之间的沟通。2007 年颁布《关于有机农业推进方针》，在市町村设置有机农业交流平台，强化官民合作开发非农药病虫害防治技术，都道府县结合当地实际制定各自的技术推进计划。有机农业的政策极大地的推动了日本农业的转型，以市场为导向的农业生产方式逐渐成型。于此同时，日本针对振兴农产以及改善农业环境颁布了《食物、农业、农村基本计划》以及《环境相协调的农业生产活动规范》（农业环境规范），建立户别收入补偿制度，将环境因素纳入农业生产规范，提出农作物生产和家畜饲养两个方面的技术规程，实现农业生产最低限度的环境影响。目前，日本有机农场的面积占全国土地面积的0.24%[7]。

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。

社会需求推动了政策、技术和服务的发展。与化肥减量相关三个最重要政策分别是环境保全型农业、表示制度、公众参与性政策。环境保全型政策前面已经提到，其核心理念就是从有利于国土、环境保护的观点出发，通过农业生产活动来发挥农业所具有的物质循环功能，在提高生产率的同时减少环境压力的可持续性农业。其次是表示制度，包括三个方面的内容：一是有机农产品认定，认证过程遵照《农林物资规格化和质量表示标准法》，在日本的商品市场上，有两类不同标志的有机食品，一类是张贴“JAS”标志的有机食品，这类食品是获得了国家认证，另一类是没有资格张贴“JAS”标志的，只能张贴有无农药、无化肥农产品或减农药、减化肥农产品由各都道府县自行设计的标志，这类食品只获得省级认证，没有获得国家认证。二是特别栽培农产品认证，所谓“特别栽培农产品”是指在生产过程，农药及化肥中氮肥的使用均低于普通农户习惯的50%以下。特别栽培农产品是介于有机农产品与一般栽培之间的农产品，是日本推动节肥增效的重要措施。三是生态农户的认证，日本“全国环境保全型农业推进会议”在2000 年提出“生态农户”，对全国范围内从事生态农业或生态行业相关的农户进行认证[16]。生态农户申请标准要求拥有耕地0.3 公顷以上、年收入50 万日元以上，并提供环境保全型农业生产实施方案，报农林水产县行政主管部门审查后，再报给农林水产省审定，将合格的申请者认定为生态农户[17]。政府对于生态农户可提供额度不同的无息贷款。表示制度的提出是为了扩大社会民众对环境保全型农业的认可度，从而更好的推进环境保全型农业的发展，促进日本农业的健康优质发展。此外日本的公众参与型政策对鼓励农户参与到环境保全型农业的发展也起到了极大促进作用。日本公众参与是有法律保障的，如日本环境权明确规定公民具有环境知情权、环境监督权、环境议政权[18]。日本在食品安全方面也十分注重公众参与，行政部门每年会公开招聘委托6000 名消费者进行日常调查共同监管食品安全[19]。

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]。

在推进环境保全型农业的进程中，日本的社会各阶层都充分参与其中（图4）。其中，日本农林水产省起着引领全局、统筹全局的职责。农林水产省将政策的宣传和农民的教育工作委托给中央农协，中央农协通过媒介对农户进行宣传教育，目的是使更多的农民成为生态农户和高素质的农民。中央农协分区域委托给地方农协，地方农协为生态农户提供一体化服务，提供技术和资金支撑。注册认证机构向农林水产省提交注册申请，通过申请后，注册机构对农户以及食品制造商进行认证。同时，日本农林水产省委托大学及科研机构攻克推进环境保全型农业的难题，如对消费者以及生态农户的意愿及行为做调查，消费者也将他们对于农产品的种类及品质的需求反馈给大学及科研机构。此外在推进日本现代农业的进程中，也特别重视日本的农业教育，日本的农业教育由文都科学省教育系统和农林水产省教育系统两部分共同组成。农林水产省教育系统的一部分由农业改良普及中心组成，改良普及中心配备专门的技术人员对所有农业从业者提供农业技术指导和普及农业知识。文都科学省教育系统包括初等教育、中等教育、高等教育。高等教育中有53 所综合性大学和7 所农科类大学提供专业的农学教育，培养更高层次的农业科学人才。此外日本很多综合性大学都下设农学部，并建立自己的农场，利用高精尖仪器设备进行农业科技研究[21]。在环境保全型农业进程中，消费者和生产者之间的关系走向主动，消费者可以将自己的需求告诉生产者进行私人定制，进而推动高质量农产品的生产。

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

日本环境保全型农业的顺利推进，最重要基础的是一系列政策的实施，如1999 年颁布的“农业环境三法”，《家畜排泄物法》、《肥料管理法》以及《持续农业法》，使化肥及有机肥的合理安全生产、管理及施用以法律条文的形式确立下来。我国目前肥料和有机肥相关管理缺乏法律法规，肥料及有机肥产品市场混乱，缺乏监管，同时施用过程缺乏标准和监控，应借鉴日本相关管理办法，规范化肥和有机肥的生产和施用，引导企业合理生产，引导农民科学施肥。在机制保障上面，日本设置了“环境保全型农业对策室”，专门负责推进环境保全型农业政策的实施和相关的技术的试验与论证，这一点也值得我们借鉴。

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。