刘钦普



中国化肥施用强度及环境安全阈值时空变化

刘钦普

（南京晓庄学院环境科学学院，南京 211171）

确定化肥投入强度环境安全阈值对于农业可持续发展和环境保护具有重要的意义。根据大田作物氮磷钾1:0.5:0.5（质量比，下同）的养分要求，建立氮磷钾化肥施用环境安全阈值模型，对中国化肥施用强度和环境安全阈值的时空变化及施肥合理性进行研究。结果表明：1）1980年以来中国化肥施用量迅速提高，化肥施用强度则以每年平均增长4.1%的速度上升。氮磷钾肥料比例从1980年的1:0.3:0.05，增加到2014年的1:0.5:0.43，逐渐趋于发达国家1:0.50:0.50的水平。氮磷钾肥料投入分别在1988年、2000年、2009年超过了环境安全阈值，之后差距越来越大；2）青海、西藏、甘肃、四川、贵州、江西和黑龙江属于低强度施肥区，重庆等为中强度施肥区，新疆等为高强度施肥区，海南、河南、北京、天津为超高强度施肥区；3）中国60%以上省份的化肥施用环境安全阈值在中阈值区范围变化；4）2014年中国化肥施用强度是环境安全阈值1.2倍，施用强度最高的陕西省是安全阈值的3倍，但是仍有不少省份施肥不足；氮肥、磷肥施用过量比较严重，钾肥施用不足较为普遍。各省份应根据具体情况采取不同的施肥策略，正确处理粮食安全与环境保护的关系。

化肥；污染控制；农业；环境安全阈值；施肥强度；时空变化；中国

0 引 言

随着点源污染的不断控制，面源污染已成为世界范围内地表水与地下水污染的主要来源，具有广泛性、随机性、不确定性和难监测性等特点[1]。研究表明，农业面源污染的第一位污染物是化学肥料[2]。美国的调查和研究指出，15%的排水良好的农业区地下水硝态氮的浓度超过了饮用水质标准[3]，这些氮源于施用在土壤中的高含量的氮（448 kg/hm2）。欧洲因农业活动输入到北海河口的总氮和总磷分别占入海通量的60%和25%[4]。在中国，农业面源污染来源于种植业、养殖业、农村企业以及农村生活，其中种植业是主要来源[5]。为了控制种植业肥料过度施用造成的面源污染，国内外在化肥适宜（或安全）用量方面做了大量研究。英国洛桑试验站的研究结果表明：英国冬小麦生产体系中，氮的主要损失途径是硝酸盐淋失，淋失量随着氮肥用量增加而增加，尤其是氮肥用量超过最佳经济投入量时尤甚[6]；当土壤有效磷大于 57 mg/kg时，土壤水溶性磷显著增加，土壤磷淋失风险显著增大[7]。中国在改进氮肥施用技术、平衡施肥、减少农田环境污染风险方面做了许多研究[8]。一些学者根据化肥用量和养分流失的关系，对华北平原和太湖流域的适宜氮肥施用量进行研究，给出了这些区域“最佳经济施肥量”和“生态经济施肥量”的建议[9-11]。就全国平均来说，一般粮食作物氮素用量在150～180 kg/hm2较适宜[12]。研究表明，北方平原区春玉米化学氮肥投入阈值为270～337 kg/hm2时，既能保证春玉米高产，又不对环境造成污染[13]。内蒙古河套灌区施氮量193～291 kg/hm2是保证玉米产量和环境友好的合理施氮阈值[14]。太湖流域稻田施氮肥221～261 kg/hm2比较适宜[15]。鲁如坤[16]认为，土壤有效磷50～70 mg/kg可能是污染水源的临界指标。张世民等[17]在新疆阿克苏地区的春玉米试验表明，土壤有效磷达到14.4 mg/kg时可获得玉米高产，其对应的施磷阈值为130.2 kg/hm2。席雪琴[18]研究表明，当土壤有效磷大于39.3 mg/kg时，磷素淋溶风险增大；在土壤有效磷为25～40 mg/kg时，冬小麦施磷量应为60～80 kg/hm2。以上研究为合理施用氮肥和磷肥控制面源污染提供了重要的参考依据，但多是基于田间试验结果，且各地对同一作物的建议施肥量数据差距较大。目前国内外用模型方法计算化肥施用环境安全阈值，防止农业面源污染的研究较少。本文拟提出化肥施用环境安全阈值计算模型，研究中国近35 a的化肥投入的强度及环境安全阈值时空变化，以期为中国各地生态农业建设、面源污染防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 资料来源

本研究所需数据按来源分2类：1）基础数据。主要包括中国1980—2014年期间的氮肥、磷肥、钾肥和复合肥的农用量和同期的作物播种面积、果园种植面积等。这些数据主要来自中国国家统计局网站[19]。这些数据中的复合肥没有明确表明氮磷钾的含量，但根据市场考察和有关文献，等养分配比通用型复合肥一直是复合肥中的主流产品[20-22]，因此复合肥中的氮磷钾的比例根据经验按照1:1:1计算[23-26]；2）估算数据。对一些无法直接通过年鉴或调查获得的数据，用已获得的数据进行相应的估算。在中国统计年鉴中，1980—2014年35 a中1982年、1983年中国的氮肥、磷肥、钾肥和复合肥的用量数据缺失，为了便于做出趋势变化图，文章对这2 a的数据利用线性插值法进行估算[27]。估算后的化肥用量变化趋势与同期粮食产量的变化趋势是一致的，证明对个别年份化肥用量数据采用线性插值法估算是可行的。

1.2 化肥施用环境安全阈值的计算方法

化肥施用环境安全阈值是指在为获得某一季作物目标产量而不危害环境的某种化肥的最大施用量（kg/hm2）[28]。通过比较化肥施用强度与化肥施用环境安全阈值，即可表征化肥施用的合理性和安全性。通常，考虑生态安全的作物施肥量比作物最佳经济施肥量低[15]。巨晓棠[29]研究表明，理论推荐施氮量可用作物目标产量乘以作物需氮量获得。笔者参考以上研究结果，借鉴发达国家氮磷钾比例1:0.5:0.5的施肥实践[30]及中国大田作物小麦水稻等氮磷钾施肥比例为1:0.5:0.5的养分要求[31]，提出总化肥和氮磷钾单质化肥施用的环境安全阈值（environmental safety threshold，ET）测度模型为

ETN= 0.5ET（2）

ETPETK= 0.5ETN（3）

式中ET、ETN、ETP、ETK分别为总化肥、氮肥、磷肥和钾肥施用环境安全阈值（kg/hm2），Y为某地区近期年中第年的作物产量（kg/hm2），为作物需氮系数（即单位产量的作物需氮量）；为化肥施用环境安全调节系数（值小于1），用于调节化肥施用环境安全阈值与某一目标产量下的化肥施用经济适宜量的关系。研究表明，考虑生态环境为主的作物施肥量（即环境安全阈值）比以考虑经济为主的作物施肥量（即经济适宜量）低20%左右[15,32]，而目标产量的确定通常采用平均产量法[33]，是近3 a作物平均产量上浮10%[34]。综合二者，化肥施用环境安全阈值测度模型中一般取0.9，还可根据具体情况进行调整。

由于粮食作物是各地主要的农作物，其产量水平综合反映了该地区的地形-气候条件、土壤肥力水平、社会经济条件和农田管理水平。依据粮食作物目标产量确定适宜施肥量，既不会因为施肥过多而浪费肥料，也不会因为施肥量不足而损失应有的产量[29]。因此，合理的施肥量取决于目标产量，而不是决定目标产量。在合理施肥量的基础上，确定化肥施用环境安全阈值有一定的可行性。

2 结果与分析

2.1 中国化肥施用及环境安全阈值动态变化

2.1.1 化肥施用量及施用强度随时间的变化

中华人民共和国建国以来，特别是改革开放以后，为实现粮食增产，化肥施用量不管是总量还是单位面积用量一直是稳步增加的。1980年化肥施用总量及氮肥、磷肥、钾肥和复合肥的投入分别为1 269.4万t、934.2万t、273.3万t、34.6万t、27.2万t，2014年分别为5 995.94万t、2 392.86万t、845.34万t、641.94万t、2 115.81万t，2014年分别是1980年的4.7、2.6、3.1、18.6、77.8倍。中国氮肥和磷肥施用量自1996年以来趋于平稳，钾肥用量缓慢上升，复合肥施用量快速上升（图1）。

图1 1980—2014年中国化肥施用量动态变化

按作物播种面积（含果园种植面积）计算，中国单位面积化肥施用强度及氮、磷、钾单质施用强度分别从1980年的86.4、64.2、19.2、3.0 kg/hm2增加到的337.2、174.2、87.2、75.8 kg/hm2，2014年分别是1980年的3.9、2.7、4.5、25.5倍（表1）。

表1 中国1980和2014年化肥施用强度（FI）及其环境安全阈值（ET）

N﹕P2O5﹕K2O（简写为N﹕P﹕K）的比例1980年为1:0.3:0.05，增长到2014年的1:0.50:0.43（表1）。目前中国化肥磷钾养分比例高于世界平均水平1﹕0.46﹕0.36[30]，正逐渐趋于1:0.50:0.50的发达国家水平。然而，粮食产量的增长速度远远低于化肥增长的速度，35 a来粮食增产1.97倍（表2）。中国的施肥效益（每千克化肥的粮食产量）从1980年的32 kg/kg下降到2014年的16 kg/kg，35 a下降了50%，化肥施用强度则以每年平均增长4.1%的速度上升。

表2 中国1980—2014年粮食产量及施肥效益变化

2.1.2 化肥施用环境安全阈值动态变化

随着中国农业的不断发展，化肥投入强度越来越大，其施肥效益也越来越低，当化肥投入数量超过环境安全阈值后，就会对农业生态环境产生不利的影响。因此，化肥施用环境安全阈值的确定显得至关重要。根据式（1）～（3），可以计算出某年化肥投入的环境安全阈值。这里取3，单位产量的作物需氮系数（每千克产量需氮量）取水稻、冬小麦和玉米等常见作物的平均值，大约为0.03。用3 a滑动平均的方法，计算出各年的平均产量。在平均产量的基础上浮10%作为目标产量。设化肥施用环境安全阈值比适宜施肥量低20%，综合这2个因素，取0.9，作为化肥施用环境安全调节系数。中国1980—2014年氮磷钾肥施用环境安全阈值计算结果见表1和图2。化肥施用环境安全阈值是与粮食产量有关的动态数值，粮食产量越高，需要的化肥投入则越多，对环境的影响也随着化肥的投入量有所变化，化肥投入的环境安全阈值也就不同。中国化肥施用强度于1995年超过了环境安全阈值。由于化肥投入结构的不平衡性，单质肥料氮肥、磷肥和钾肥投入分别在1988年、2000年、2009年超过了安全阈值。此后，各类化肥施用强度与阈值的距离越来越大，对生态环境的影响越来越严重，环境风险不断增加，这与中国化肥过量投入造成了环境污染的现实是符合的。

2.2 中国化肥施用强度及其环境安全阈值的空间变化

2.2.1 化肥施用强度的空间变化

中国是一个幅员辽阔的农业大国，各地自然环境和社会经济发展程度差异很大，化肥施用强度表现出明显的地域差异。按农作物播种面积（含果园面积）计算，2014年化肥施用强度最高的海南省为480 kg/hm2，是青海省174 kg/hm2的2.8倍。根据中国生态县和生态乡镇建设要求化肥施用强度不超过250kg/hm2的标准[35-36]，按照化肥施用强度≤250、>250～350、>350～450、>450 kg/hm2的变化范围，把中国各省（市、自治区）化肥投入分为4个类型，分别是低强度施肥区、中强度施肥区、高强度施肥区、超高强度施肥区，其空间变化如图3所示。

图2 中国1980—2014年化肥FI及ET的动态变化

注：港、澳、台数据暂无，下同。

由图3可知，青海、西藏、甘肃、四川、贵州、江西和黑龙江7个省（市、自治区）属于低强度施肥区，重庆、云南、湖南、浙江、上海、宁夏、内蒙古、山西、河北和辽宁10个省（市、自治区）为中强度施肥区，新疆、广西、广东、福建、陕西、湖北、安徽、江苏、山东和吉林10个省（市、自治区）为高强度施肥区，海南、河南、北京、天津4个省（市）为超高强度施肥区。低强度化肥投入区在西部地区，高强度和超高强度化肥投入区多在华北平原区和东南沿海地区。对于氮磷钾养分结构来说，大多数省份存在氮磷钾不平衡现象。特别是西藏、新疆、青海、甘肃、山西、河南、湖北等磷肥比例较高，广东、广西、福建和海南等钾肥比例偏高。

2.2.2 化肥施用环境安全阈值的空间变化

根据化肥施用环境安全阈值测度模型，计算全国各省份2012、2013、2014年3 a的粮食产量平均值，将其上浮10%作为近期的目标产量，根据大田作物氮肥需求量，求出理论施氮量。在理论施氮量的基础上降低20%作为氮肥施用的环境安全阈值。按照氮磷钾1:0.5:0.5的养分比例，确定磷肥和钾肥的环境安全阈值。2014年各省（市、自治区）氮磷钾化肥施用环境安全阈值计算结果见表3。

表3可见，2014年全国各省（市、自治区）氮肥环境安全阈值的变化范围是94～196 kg/hm2，平均142.3 kg/hm2，按照平均阈值上下各浮动约20～25 kg/hm2，分出<125、125～165、>165 kg/hm2的低阈值区、中阈值区和高阈值区3个氮肥阈值类型，其空间格局见图4（磷肥、钾肥和总肥的阈值分布同此）。图4可见，中国60%以上的省份的施用环境安全阈值在中阈值区范围变化，说明平均阈值具有一定的代表性。低阈值区集中分布在青海、甘肃、陕西、山西、云南和贵州，高阈值区集中分布在新疆、吉林、辽宁、山东、上海和江苏6个省（市、自治区）。各省份化肥施用环境安全阈值的分布综合地反映了各地自然和社会经济条件的差异以及对化肥施用风险的抵御潜力。

表3 2014年中国主要省（市、自治区）（PMR）氮磷钾肥FI及ET

图4 2014年中国氮肥施用环境安全阈值分布图

2.2.3 中国化肥投入合理性分析

通过对中国各省份化肥施用环境安全阈值的定量分析，来确定在确保粮食增产的前提下化肥的使用量是否合理，可为防范化肥过度施用造成环境污染提供决策根据，有助于解决中国粮食安全和环境安全的矛盾。假设2014年各省份的化肥投入在环境安全阈值的上下10%区间为适量施肥区，按照化肥施用强度（包括总肥和氮磷钾单质肥料施用强度）与环境安全阈值的比值大小划分出不同的施肥合理性类型。当化肥施用强度等于环境安全阈值时，比值等于1，比值≤0.9为施肥不足区，比值在＞0.9～1.1为适量施肥区，比值在＞1.1～2为过量施肥区，比值＞2为超过量施肥区。据此对各省（市、自治区）的化肥施用和氮磷钾单质化肥的施用合理性进行分类。适量施肥区为合理施肥区，施肥不足区和过量施肥区都属于不合理施肥区。计算表明，2014年中国化肥施用强度是环境安全阈值的1.2倍，施肥强度最大的陕西省是安全阈值的3倍。总体来说，50%以上的省份施肥过量，少部分省份施肥不足，氮肥、磷肥过量情况比较严重，钾肥施用不足较为普遍（见图5）。

图5 2014年中国氮磷钾化肥施用合理性分区

图5a表明，当前施肥不足区有西藏、青海、四川、重庆、贵州、湖南、江西、黑龙江和上海共9个省（市、自治区），合理施肥区有新疆、甘肃、宁夏、浙江、吉林和辽宁6个省（市、自治区），其余为过量施肥区。过量施肥区聚集分布在华北地区和华南南部。图5b表明，陕西属于超过量施氮区，西藏、青海、黑龙江、上海、湖南和江西为施氮不足区外，重庆、四川、贵州、广西、甘肃、新疆、吉林和辽宁8个省（市、自治区）为合理施氮区，其余16个为施氮过量区。施氮过量区的分布基本上与总肥相同，说明氮肥仍然是肥料的主导。图5c表明，磷肥不足区主要分布在东北三省和上海、浙江、江西、湖南、贵州和西藏一线，适量施磷区有青海、甘肃、宁夏、四川、重庆、广东和江苏7个省（市、自治区），磷肥过量区主要在华北地区和华南及新疆等15个省（市、自治区）。图5d表明，钾肥施用不足的情况较为普遍，主要分布在东北、西北和南方北部地区17个省（市、自治区），过量施钾区集中分布在陕西、山西、河南、山东、安徽、天津、广西、广东和福建，海南属于超过量施钾区，适量施钾肥区有吉林、北京、湖北和云南4个省（市）。

因此，各省份应根据具体情况采取不同的施肥策略，施肥不足区可以继续加大化肥的投入量，促进粮食产量提高，适宜施肥区可以保持当前施肥数量或适当调节，保持粮食稳定增产，过量和超过量施肥区要采取控肥减肥措施，防止和减轻化肥资源的浪费和对环境的危害。

3 讨 论

化肥施用环境安全阈值的计算结果与国家环境保护部制定的生态县和生态乡镇建设化肥施用强度标准相吻合。根据本文计算，2006年中国化肥施用的环境安全阈值为252 kg/hm2，从动态的角度来看，自1995年以来的近20 a的中国化肥施用环境安全阈值的平均数是254 kg/hm2，这2个数字基本上与2007年和2010年国家环保部关于中国生态县和生态乡镇建设化肥施用强度不超过250 kg/hm2的生态标准[35-36]是一致的。本文设计的化肥施用环境安全阈值的测度方法为国家生态县、生态乡镇建设化肥施用的评价指标的制定提供了有力的科学根据，也为各省份制定化肥施用环境安全标准提供参考。另外，国家环保部制定的标准是一个静态的数值，没有考虑各地具体的生产条件和时间的变化。而本文提出的化肥施用环境安全阈值的计算方法是一个动态数据，随着环境条件的变化和粮食产量的提高而变化，避免了评价标准一刀切现象，更具合理性。

在实际应用化肥施用环境安全阈值时，可通过调整调节系数的大小，适应于不同的地方和情况。本文是从宏观角度控制化肥施用的环境安全，就全国总的平均来说，模型计算结果是比较准确的。但是如果具体到某一个微观区域，肯定是有一定的误差，区域越小误差可能越大。例如，江苏一个示范点水稻种植，在目标产量为 9 105 kg/hm2时，精确定量施氮量为252 kg/hm2，若乘以调节系数0.9，则环境安全阈值为226.8 kg/hm2[29]。按照本文公式计算，江苏省的作物种植氮肥施用环境安全阈值为172.8 kg/hm2，两者相差24%。如果把区域扩大到长江中游平原单双季稻区，该区域在目标产量为7 220 kg/hm2时，当地推荐的氮肥施用量为174 kg/hm2[29]，则化肥环境安全阈值为157 kg/hm2。按照本文计算，该区域湖北省的安全阈值为158.7 kg/hm2，两者相差无几。再如东北温暖湿润春玉米区，在目标产量为8 930 kg/hm2时，当地推荐的施肥量是204 kg/hm2[29]，则环境安全阈值为184 kg/hm2。按照本文计算，辽宁省的化肥环境安全阈值为168 kg/hm2，两者相对误差为9%。虽然本文设计的化肥施用环境安全阈值测度模型与作物目标产量有一定的关系，并不意味着产量越高，化肥施用环境安全阈值就越高。随着生产条件的变化和科学技术的提高，化肥施用量会控制在一定的水平，化肥施用环境安全阈值也应该是相对比较稳定的。可以适当调整调节系数的大小，确定适合不同情况的化肥施用环境安全阈值。

基于化肥施用环境安全阈值确定的化肥施用合理性分类比单纯的化肥施用强度分类更易于被农民接受。本文对化肥施用状况的分类采用了2种方法：1）依据通常使用的根据化肥施用强度的变化范围来化分，分出低强度施肥、中强度施肥、高强度施肥类型；2）按照化肥施用强度与化肥施用环境安全阈值的比值进行施肥的合理性分类，比值小于1，说明化肥施用强度小于环境安全阈值，反之亦然。根据环境安全阈值上下各变化10%，确定一个变化区间，确定为适量施肥区间，然后再根据化肥施用强度大于环境安全阈值的倍数进行分类，划分出施肥不足、施肥合理、过量施肥和超过量施肥等几个类型。2个分类方法虽然都与化肥施用强度有关系，但施肥合理性分类理清了低强度施肥与施肥不足、中度施肥与合理施肥、高强度施肥与过度施肥的关系。也就是说，低强度施肥不一定是施肥不足，中强度施肥不一定是合理的，高强度施肥不一定是过度的。例如，在化肥施用强度分类中，中国青海、西藏、四川、贵州、江西和黑龙江属于低强度施肥区，也属于化肥投入不足区，重庆是中强度施肥区，却属于施肥不足区。内蒙、云南等属于中强度施肥区，却是过量施肥区。海南、河南、北京、天津属于超高强度投入区，是属于过量施肥区。因此，基于环境安全阈值的施肥合理性分类比一般强度分类更能说明化肥投入的效果，对广大农民的施肥指导更有说服力。

4 结 论

1）1980—2014年中国化肥施用量迅速提高，2014年化肥施用总量和化肥施用强度分别为1980年的近5倍和近4倍，而2014年比1980年的化肥施用效益降低了50%。氮磷钾施肥比例从1980年为1﹕0.3﹕0.05，增加到2014年的1﹕0.50﹕0.43，逐渐趋于发达国家1﹕0.50﹕0.50的水平。氮磷钾化肥施用分别在1988年、2000年、2009年超过了环境安全阈值。此后氮磷钾肥料投入与阈值的距离越来越大，环境风险不断增加。

2）2014年青海、西藏、甘肃、四川、贵州、江西和黑龙江7个（市、自治区）属于低强度施肥区，重庆等为中度施肥区，新疆等为高强度施肥区，海南、河南、北京、天津为超高强度施肥区。化肥施用强度最高的海南省为480 kg/hm2，是青海174 kg/hm2的2.8倍。

3）2014年全国氮肥施用环境安全阈值的变化范围是94～196 kg/hm2，平均142.3 kg/hm2，60%以上的省份的化肥施用环境安全阈值在中阈值区范围变化。低阈值区集中分布在青海、甘肃、陕西、山西和云贵省份，高阈值区集中分布在新疆、吉林、辽宁、山东、上海和江苏。阈值的高低综合反映了当地的自然经济和社会条件对粮食生产的影响和对肥料的需求及控制。

4）中国过量施肥的省份占大多数，氮肥过量和超过量的省份数有17个，磷肥过量的省份有16个，而钾肥不足区有18个。氮磷钾单质肥料和总肥的施肥过量与施肥不足共存。各类施肥合理性分区基本上是呈集聚连片分布。各省份应根据具体情况采取不同的施肥策略，正确处理粮食安全与环境保护的关系。

本文提出的化肥施用环境安全阈值模型综合地反映了不同地区的土壤-气候条件、社会经济条件和农田管理水平对化肥施用环境安全的影响，计算出的阈值既不会因为数值过低，限制肥料的施用，影响粮食生产，也不会因为数值过高，误导过量施肥而污染环境。化肥施用环境安全阈值是一个动态数据，为各地生态农业建设制定化肥施用强度评价指标提供了有力的科学根据。

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Spatio-temporal changes of fertilization intensity and environmental safety threshold in China

Liu Qinpu

(211171,)

It is very important for the sustainable agriculture development and environmental protection to determine the environmental safety threshold of fertilizer in China. Models of fertilization environmental safety threshold were setup to study the spatio-temporal changes, reasonability of fertilization intensity and its environmental safety threshold. The results showed that: 1) the fertilizer application rate had been increasing since 1980 in China. The application rate in 2014 was as about 5 times as that in 1980, the fertilizer intensity in 2014 was as nearly 4 times as that in 1980, and the efficiency of fertilization decreased by 50% from 1980 to 2014. The proportion of N : P : K was from 1 : 0.3 : 0.05 in 1980 to 1 : 0.5 : 0.43 in 2014. Intensities of N, P and K fertilizer application rate started to exceed the environmental safety thresholds in 1988, 2000, 2009, respectively. The gaps had been increasing ever since; 2) in China, the areas with low intensity of fertilization included Qinghai, Xizang, Gansu, Sichuan, Guizhou, Jiangxi and Heilongjiang, mainly distributed in the west part of China. The areas with medium intensity of fertilization included Chongqing and some others. Hainan, Henan, Beijing and Tianjin belonged to those with very high intensity of fertilization. Xinjiang and some others belonged to the high intensity fertilization area. The high and very high intensity fertilization areas were located at North China Plain and south-east coastal areas; 3) There were 3 types of N fertilizer environmental safety threshold regions: low threshold area (≤125 kg/hm2), medium Nitrogen threshold region (125-165 kg/hm2), and high Nitrogen threshold region (>165 kg/hm2). More than 60% of the studied areas in China belonged to the medium environmental safety threshold area; Qinghai, Gansu, Shannxi, Shanxi, Yunnan and Guizhou belonged to the low threshold area; Jilin, Liaoning, Shandong, Jiangsu and Xinjiang belonged to the high threshold area. The distributions of fertilization environmental safety thresholds for P and K were same as Nitrogen threshold regions; 4) At average, the fertilization intensity in 2014 was as high as 1.2 times the environmental safety threshold, while the highest fertilization intensity in Shannxi wastwice higher than its safety threshold. But there were still some provinces that had lower fertilization intensity than their fertilization environmental safety threshold, which had not met the need for fertilizers. Although N and P inputting were beyond their thresholds in many provinces, the deficient inputting of K was popular in most provinces. So each province should take different measures of fertilization to deal with the relationship between food production and environmental protection. The model of fertilization environmental safety threshold in this paper showed that the threshold of fertilization is affected by the local natural, economic and cropland management condition, which is related with local crops’ production and environmental quality. It would play important roles in the eco-agricultural construction in China.

fertilizers; pollution control; agriculture; environmental safety threshold; intensity of fertilization; spatio-temporal change; China

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.028

X592; S147.2

A

1002-6819(2017)-06-0214-08

2016-09-22

2016-12-10

国家自然科学基金项目（31470519）；江苏省自然科学基金项目（BK20131399）；南京市环境科学与工程重点建设学科项目资助

刘钦普，男，河南许昌人，教授，博士，主要从事土地资源利用与环境评价研究。南京 南京晓庄学院环境科学学院，211171。Email：liuqinpu@163.com