科學(xué)認(rèn)識化肥的作用 二維碼
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作者：中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 張福鎖來源：農(nóng)業(yè)部新聞辦公室 化肥作為糧食的“糧食”，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)帶給我們的高效營養(yǎng)物質(zhì)。從歐洲1800年生產(chǎn)硫酸銨開始，經(jīng)過200多年的發(fā)展，化肥已經(jīng)形成了完整的產(chǎn)、供、銷、用體系，完全可以為糧、棉、油、果、菜等農(nóng)產(chǎn)品提供氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、氯等必需的礦質(zhì)態(tài)元素以及硅等有益元素。化肥施用200多年來，人口連續(xù)翻番的同時(shí)，營養(yǎng)水平大幅提高，人類文明進(jìn)步呈現(xiàn)指數(shù)級增長，徹底突破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)依賴于地力自然恢復(fù)的瓶頸。 一、化肥是工業(yè)革命技術(shù)成果和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的物質(zhì)支撐 化肥起源于歐洲，是工業(yè)革命的產(chǎn)物。1800年英國率先從工業(yè)煉焦中回收硫酸銨作為肥料，但直到1908年德國發(fā)明了現(xiàn)代合成氨工藝，才實(shí)現(xiàn)了化肥充足供應(yīng)。化肥的施用讓歐洲生活水平迅速提高，并成為世界經(jīng)濟(jì)中心。鑒于化肥對人類文明的重大貢獻(xiàn)，合成氨技術(shù)發(fā)明者德國Fritz Haber（1918）和Carl Bosch（1931）先后獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 （一）化肥的特性和歷史功績 化肥來自于自然界，供應(yīng)效率高。氮肥主要原料來自于大氣，其他化肥原料主要是礦產(chǎn)。氮肥生產(chǎn)與生物固氮機(jī)理相似，通過高溫高壓及催化劑，將大氣中的惰性N2變成作物可以利用的活性氮（銨鹽、硝酸鹽）。在一個(gè)10公頃土地上建立的合成氨廠每天可以生產(chǎn)3000噸N，一年能夠滿足千萬畝農(nóng)田維持畝產(chǎn)800～1000斤的產(chǎn)量，比傳統(tǒng)生物固氮效率提高約100萬倍。化肥讓農(nóng)田從培肥—生產(chǎn)的長周期轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)的短周期，極大地提高了農(nóng)田產(chǎn)出效率。 化肥養(yǎng)分濃度高，勁大，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。化肥中養(yǎng)分含量一般超過40%，是傳統(tǒng)有機(jī)肥的10倍以上。尿素含氮46%，滿足一畝農(nóng)田10公斤的氮素供應(yīng)只需要25公斤左右尿素，一個(gè)勞動(dòng)力徒手用半天就可以完成運(yùn)輸和施用。而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)收集、堆漚、運(yùn)輸、施用有機(jī)肥需要許多人花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間。化肥將農(nóng)戶從繁重的肥料收集、堆漚等勞動(dòng)中解放了出來，極大地提高了農(nóng)民的勞動(dòng)生產(chǎn)效率。 化肥肥效快，利于作物及時(shí)吸收。化肥中的養(yǎng)分主要是無機(jī)態(tài)的，不需要經(jīng)過微生物轉(zhuǎn)化分解，施入土壤中后會(huì)迅速被作物根系吸收。例如化學(xué)氮肥施入土壤后一般3～15天就會(huì)完全釋放，在植物生長旺盛階段可以迅速滿足作物需要。化肥還可以通過灌溉，甚至可以通過葉面噴施的方式施用，極大地提高了作物的養(yǎng)分吸收效率。 化肥本身是無害的。化肥中養(yǎng)分含量高、雜質(zhì)低。例如尿素中含有46%的氮素，氮是作物所需要的營養(yǎng)元素，其余的主要是CO2，施用到土壤中后會(huì)再次釋放回到大氣中，是無害的。此外，還含有1%左右的水和1%左右的縮二脲，縮二脲嚴(yán)格控制到1.5%以下對作物無害，而且會(huì)在土壤中分解并被作物和微生物利用。其他的磷肥、鉀肥以及中微量元素都是從礦物中提取出來的，基本成分也都是無害的。 （二）中國化肥來之不易 目前，中國是全球最大的化肥生產(chǎn)國和消費(fèi)國。作為一個(gè)發(fā)展中國家，在滿足自己化肥供應(yīng)的同時(shí)，還可以向國外出口，這是非常了不起的事情。化肥工業(yè)的壯大，為我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 保障化肥供應(yīng)是國家基本戰(zhàn)略。新中國成立后，化肥作為戰(zhàn)略資源重點(diǎn)保障，即使在困難時(shí)期，化肥用量的增長也沒有停止過。國家采取了一系列措施保障化肥供應(yīng)，例如獎(jiǎng)售政策、無利潤統(tǒng)購統(tǒng)銷政策、生產(chǎn)補(bǔ)貼、施用補(bǔ)貼等。2013年，補(bǔ)貼金額高達(dá)1000億元以上。針對化肥的特殊政策持續(xù)時(shí)間之長、范圍之廣、力度之大是其他任何商品都沒有的。 不惜代價(jià)建立化肥工業(yè)體系。化肥生產(chǎn)是一個(gè)資源高度依賴的工業(yè)體系，對于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的發(fā)展中國家異常艱難。在上世紀(jì)80年代以前，我國化學(xué)工業(yè)投資的40%、優(yōu)質(zhì)無煙塊煤的50%、進(jìn)口天然氣的30%、進(jìn)口硫資源的60%以上都用于化肥生產(chǎn)。為提高化肥儲運(yùn)能力，國家還為大中型化肥廠修建了專用鐵路線、輸電線路，鐵路和碼頭倉庫等。 技術(shù)創(chuàng)新之路十分艱難。建國初期，進(jìn)口化肥生產(chǎn)裝置和材料都異常困難。秉承“自力更生、自給自足”的原則，我國開始了艱苦的化肥研發(fā)生產(chǎn)之路。侯德榜等科學(xué)家自上世紀(jì)50年代開始，歷經(jīng)8年努力，研發(fā)了具有中國特色的化肥技術(shù)—“聯(lián)堿法”制取碳酸氫銨，建成了自主創(chuàng)新的現(xiàn)代化氮肥工業(yè)體系。磷肥從過磷酸鈣—鈣鎂磷肥—硝酸磷肥—磷酸銨—復(fù)合肥整整摸索了半個(gè)世紀(jì)，鉀肥工業(yè)從1956年在青海察爾汗干鹽湖找礦開始，直到本世紀(jì)初研發(fā)成功“反浮選冷結(jié)晶”工藝后，才開始大規(guī)模生產(chǎn)。 （三）化肥是吃飽、吃好、吃得健康的重要保障 上世紀(jì)60年代第一次綠色革命是人類發(fā)展史上重要的里程碑，通過高產(chǎn)品種、灌溉、機(jī)械化和大量施用化肥提高了農(nóng)產(chǎn)品供給。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)60年代至80年代，發(fā)展中國家通過施肥提高糧食作物單產(chǎn)55%～57%，而化肥對于中國來說，意義更加重大。 中國糧食產(chǎn)量的一半來自化肥。新中國成立前，我國一直采用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，即利用作物秸稈、人畜糞尿、綠肥等方式培肥地力，糧食產(chǎn)量長期處于較低水平。秦漢至清朝2000余年間，我國每畝小麥和水稻的產(chǎn)量僅從106斤和80斤增長到195斤和291斤。而新中國成立后至今的70余年間，我國小麥平均單產(chǎn)達(dá)到700～800斤，高產(chǎn)地區(qū)達(dá)到1500斤。其中，化肥的施用發(fā)揮了關(guān)鍵作用。科學(xué)家研究證明，不施化肥和施用化肥的作物單產(chǎn)相差55%～65%。 化肥顯著提高了國人的營養(yǎng)水平。近年來，我國人均蔬菜水果供應(yīng)量持續(xù)增長，在豐富食譜的同時(shí)，也提高了居民營養(yǎng)水平。人均動(dòng)物蛋白供應(yīng)量從1961年的1.4公斤增長到2014年的15.5公斤。水果和蔬菜增產(chǎn)主要是通過現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式（大棚、灌溉、化肥、農(nóng)藥）提高了產(chǎn)出。肉制品、奶制品的增長來自飼料供應(yīng)的增加，而飼料生產(chǎn)也依賴化肥的施用。化肥極大地豐富了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的養(yǎng)分供應(yīng)，為生產(chǎn)更多人類所需的蛋白、能量、礦物質(zhì)提供了基礎(chǔ)。 化肥提高了土壤肥力。耕地質(zhì)量是糧食安全的基本保障。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中耕地養(yǎng)分含量主要由成土礦物決定，絕大部分土壤出現(xiàn)了不同程度的養(yǎng)分缺乏。例如，我國土壤有效磷含量相對較低，據(jù)上世紀(jì)80年代開展的二次土壤普查數(shù)據(jù)，平均含量僅7.4mg/kg（如玉米最適宜的含量不應(yīng)低于8mg/kg）。通過施用磷肥，近30年來我國土壤有效磷含量上升到23mg/kg。化肥施用還可以增加農(nóng)作物生物量，提高地表覆蓋度，減少水土流失。土壤本身也是一個(gè)碳匯，可以儲存人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體，減輕工業(yè)化帶來的負(fù)面影響。此外，通過施用化肥提高作物單產(chǎn)，為城市建設(shè)、交通、工業(yè)和商業(yè)發(fā)展提供了廣闊的土地空間。 二、科學(xué)認(rèn)識化肥利用中的幾個(gè)問題 現(xiàn)在，化肥施用帶來了一些問題，但大家對此存在很多誤解，導(dǎo)致一些負(fù)面影響被過分放大。其實(shí)，把化肥比作食品大家就好理解。不合理飲食、營養(yǎng)過剩帶來的高血壓、高血脂、高血糖等一系列健康問題是食物攝入方式的問題，不是食物本身的問題。和飲食一樣，化肥施用過量、養(yǎng)分搭配不合理、施用方式粗放等錯(cuò)誤方式也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，但需要科學(xué)分析、正確認(rèn)識、理性對待。 （一）化肥施用與面源污染的關(guān)系。目前水體污染已比較突出，但水體污染物有三大來源：農(nóng)業(yè)面源排放、工業(yè)企業(yè)及農(nóng)村和城鎮(zhèn)居民污水排放，以及與化石能源排放有關(guān)的大氣干濕沉降。《2014年中國環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，全國廢水中氨氮排放總量為238.5萬噸，其中生活源排放138.1萬噸，農(nóng)業(yè)源排放75.5萬噸，工業(yè)源23.2萬噸，集中式排放源為1.7萬噸。可見農(nóng)業(yè)源低于生活源排放。農(nóng)業(yè)面源污染又包括化肥流失、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖引起的氮磷養(yǎng)分流失。據(jù)研究，化肥養(yǎng)分流失對農(nóng)業(yè)源氮、磷排放的貢獻(xiàn)分別為11.2%和25.7%，總體而言是較低的。實(shí)際上，化肥中滅有被當(dāng)季作物吸收的磷、鉀元素大部分還會(huì)留在土壤中，為下季作物所利用。 （二）化肥施用與大氣污染的關(guān)系。大氣污染、尤其是霧霾已經(jīng)對我們的生活產(chǎn)生了極大影響。一般而言，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用的氮肥如尿素、碳銨和磷酸二銨等銨態(tài)氮肥等進(jìn)入土壤后若沒有被作物吸收利用，部分氮素將以氨氣和氮氧化物等活性氮形式排放到大氣中，引起大氣污染。如果采取深施覆土、分次施用、選用合理產(chǎn)品，這些損失是很小的。研究表明，目前氮肥對我國氮氧化物總排放的貢獻(xiàn)約5%。隨著施肥方式的轉(zhuǎn)變，這一比例還將逐步降低。 （三）化肥施用與土壤質(zhì)量的關(guān)系。近年來我國土壤健康問題引起了廣泛的關(guān)注，農(nóng)戶直觀感覺土壤板結(jié)了、污染了，就簡單歸結(jié)為化肥的作用。其實(shí)土壤板結(jié)不是化肥的作用。土壤板結(jié)主要是大水漫灌、淹灌、不合理的耕作等造成的。合理使用化肥尤其是與有機(jī)肥配施可以改善土壤結(jié)構(gòu)。另外，化肥對土壤重金屬污染的影響很小，化肥中僅磷酸銨會(huì)帶入一定量的重金屬，我國磷礦含鎘量很低，按照目前施肥量（50公斤/畝，按平均含鎘量10 mg/kg計(jì)），每年帶入的鎘僅為0.5克/畝，而工礦業(yè)開采和污水灌溉帶入的鎘數(shù)量遠(yuǎn)高于肥料。 （四）化肥施用與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系。農(nóng)產(chǎn)品外觀、營養(yǎng)及內(nèi)含物成分、儲藏性狀與化肥施用有直接關(guān)系。老百姓常說“用了化肥瓜不香了、果不甜了”，是化肥施用不合理的結(jié)果。部分果農(nóng)盲足追求大果和超高產(chǎn)，大量投入氮肥，忽視其他元素配合，導(dǎo)致果實(shí)很大、水分很多，而可溶性固形物、糖度反而跟不上，降低了風(fēng)味。實(shí)際上，作物品質(zhì)與養(yǎng)分吸收比例有關(guān)，化肥養(yǎng)分結(jié)構(gòu)、施用方法合理，健康成長的瓜果，果更香、瓜更甜。 三、推動(dòng)化肥減量增效是農(nóng)業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的關(guān)鍵措施 習(xí)近平總書記指出，“要堅(jiān)定不移加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，盡快轉(zhuǎn)到數(shù)量質(zhì)量效益并重、注重提高競爭力、注重農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、注重可持續(xù)的集約發(fā)展上來，走產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路”。當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遇到了價(jià)格“天花板”和成本“地板”的雙重?cái)D壓，我們唯有轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，降低已經(jīng)過量的農(nóng)資成本，才能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效，節(jié)本增效。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥農(nóng)藥是主要的物質(zhì)投入。大體上，小麥、玉米、水稻三大谷物化肥農(nóng)藥占物質(zhì)投入的45%。園藝作物就更高了，蘋果生產(chǎn)中肥料和農(nóng)藥投入占到總物質(zhì)成本的2/3。而農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格上不去主要是因?yàn)槠焚|(zhì)不過硬，化肥是品質(zhì)的決定性因素。資源環(huán)境問題也逐漸成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的剛性制約因素，環(huán)境的惡化不僅會(huì)直接增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而治理的成本也會(huì)間接加重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。因此，化肥對轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的重要性不言而喻。要立足國情，按照“增產(chǎn)施肥、經(jīng)濟(jì)施肥、環(huán)保施肥”的要求，開展化肥使用量零增長行動(dòng)，推行“精、調(diào)、改、替”四字方針，逐步將過量、不合理施肥的面貌改正過來。 精，即是推進(jìn)精準(zhǔn)施肥。根據(jù)不同區(qū)域土壤條件、作物產(chǎn)量潛力和養(yǎng)分綜合管理要求，合理制定各區(qū)域、作物單位面積施肥限量標(biāo)準(zhǔn)。測土配方施肥數(shù)十萬個(gè)試驗(yàn)證明，精確施肥可以實(shí)現(xiàn)每畝糧食作物減肥5公斤、增產(chǎn)5-8%、增收100元的效果，而果菜茶等經(jīng)濟(jì)作物可以減肥20-90公斤、增產(chǎn)10-20%，增收超過2000元。但由于我國土壤類型多樣、種植制度復(fù)雜，農(nóng)田多達(dá)7億多塊，讓每塊地實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥是一個(gè)長期的工作，需要技術(shù)、政策、制度的綜合保障。 調(diào)，即是調(diào)整化肥使用結(jié)構(gòu)。我國農(nóng)戶過于分散，因此過去一直以通用型的化肥產(chǎn)品為主，這類產(chǎn)品可以滿足基本生產(chǎn)要求，但不是最優(yōu)的。首先，要優(yōu)化氮、磷、鉀配比，增強(qiáng)大量元素與中微量元素的配合增效作用，讓土壤作物營養(yǎng)更高效。其次，要針對我國不同土壤條件和作物需要，發(fā)展適宜的高效肥料產(chǎn)品，并確保這些產(chǎn)品能用到地里。這就需要肥料工業(yè)切合農(nóng)業(yè)需求升級產(chǎn)品、肥料營銷系統(tǒng)貨真價(jià)實(shí)服務(wù)用戶、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域深入創(chuàng)新本地化技術(shù)。 改，即是改進(jìn)施肥方式。目前，由于勞動(dòng)力短缺和農(nóng)機(jī)不足，化肥表施、撒施、“一炮轟”等不合理施肥現(xiàn)象比較普遍。要加快研發(fā)推廣適用的施肥設(shè)備，推動(dòng)施肥方式轉(zhuǎn)變。例如，氮肥表施養(yǎng)分揮發(fā)會(huì)超過20%，而深施覆土就可以降低到5%以內(nèi)。設(shè)施蔬菜以及部分大田肥料是隨水沖施，可逐步改為水肥一體化、葉面噴施等。施肥方式的改變需要肥料產(chǎn)品、農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝、設(shè)施的緊密配合，這是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要加大力度，長期推動(dòng)。 替，即是有機(jī)肥部分替代化肥。我國養(yǎng)殖業(yè)很發(fā)達(dá)，有機(jī)肥中含有的養(yǎng)分大致與化肥提供的氮磷鉀養(yǎng)分一致，但是有機(jī)肥中的養(yǎng)分還田率僅40%左右，不僅沒有發(fā)揮肥效，而且成為了污染源。目前，大部分糧田、果園不用有機(jī)肥，從長期看，不僅影響產(chǎn)量也制約了土壤生產(chǎn)力的提高。通過合理利用有機(jī)養(yǎng)分資源，特別是在水果、設(shè)施蔬菜、茶葉上用有機(jī)肥替代部分化肥，推進(jìn)有機(jī)無機(jī)結(jié)合，可以在提升耕地基礎(chǔ)地力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效、提質(zhì)增效。 總之，當(dāng)下在中國全面認(rèn)識化肥的作用，積極合理的轉(zhuǎn)變施肥方式，是保證食物供應(yīng)和可持續(xù)發(fā)展的大事。既要改變“多施肥多增產(chǎn)”等錯(cuò)誤觀念和“水大肥勤不用問人”等錯(cuò)誤方式，也不能走向極端，把化肥妖魔化，從而一刀切的否定化肥。科學(xué)理性的認(rèn)識化肥，正確合理的施用化肥，立足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)新化肥產(chǎn)品，才是正確的方向。
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