科学认识化肥的作用 二（èr）维（wéi）码
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作者：中国农业大学 张福锁来源：农业（yè）部（bù）新（xīn）闻（wén）办（bàn）公室 化肥（féi）作为粮食的“粮食（shí）”，是现代科（kē）学技术带给我（wǒ）们的高（gāo）效营养物质。从欧洲1800年生产硫（liú）酸（suān）铵开始，经过200多年（nián）的（de）发展（zhǎn），化肥已经形成了完整（zhěng）的产、供、销、用体系，完全可以为（wéi）粮、棉、油、果、菜等农产（chǎn）品提供氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯等必需的矿质态元素（sù）以及硅（guī）等有益元素（sù）。化（huà）肥（féi）施用200多年来，人口连续翻（fān）番的（de）同时，营养水平大幅提高，人类文（wén）明进步呈现指数级增长，彻底突破（pò）了传统农业依（yī）赖于（yú）地力自（zì）然恢复的瓶颈（jǐng）。 一、化肥是工业革命（mìng）技术成果（guǒ）和现代农（nóng）业的（de）物质支撑 化肥起源（yuán）于欧洲（zhōu），是工业革命的产物。1800年英国率先从工业炼焦（jiāo）中（zhōng）回收硫酸铵作为肥料，但直（zhí）到1908年德国发明了现代合成氨工艺，才实现了（le）化肥充足供应。化肥的施用让欧洲（zhōu）生活（huó）水（shuǐ）平迅速（sù）提（tí）高，并成为世界经济中（zhōng）心。鉴于化肥（féi）对人类文明的重大贡献（xiàn），合成氨技术（shù）发明者（zhě）德（dé）国Fritz Haber（1918）和Carl Bosch（1931）先后获得诺贝尔化学奖（jiǎng）。 （一）化肥的特性和（hé）历史功绩 化肥来自于自然界，供应效率高。氮肥（féi）主要原（yuán）料来（lái）自于（yú）大（dà）气，其他化（huà）肥原料（liào）主要是矿产。氮肥生产与（yǔ）生物固（gù）氮（dàn）机理相似，通过（guò）高温高压及催化（huà）剂，将大气中的惰（duò）性N2变成作物（wù）可（kě）以利用的（de）活性氮（铵盐、硝酸盐）。在一个10公顷土（tǔ）地上建立的合成（chéng）氨（ān）厂每（měi）天可以生（shēng）产3000吨N，一（yī）年（nián）能够满足（zú）千万（wàn）亩农田维持亩产800～1000斤的产量，比传（chuán）统生（shēng）物固氮效率提高（gāo）约100万倍。化肥（féi）让农田从（cóng）培（péi）肥—生产的长周期转变为（wéi）连（lián）续生（shēng）产的短周期（qī），极大地提高了农田产出效率。 化肥养（yǎng）分（fèn）浓度高，劲大，降低了劳动（dòng）强度。化肥中养分含（hán）量一般超（chāo）过（guò）40%，是传统有（yǒu）机肥（féi）的10倍以上。尿素含氮（dàn）46%，满足一（yī）亩农田10公斤（jīn）的氮素（sù）供（gòng）应只需要25公斤左右尿素，一个劳动力徒手（shǒu）用半天就（jiù）可以完成运输和施用。而传统农业收（shōu）集、堆（duī）沤、运（yùn）输（shū）、施用有机肥需要许多人花费几个月的时（shí）间。化肥将农户从（cóng）繁重的肥料收集、堆（duī）沤（ōu）等劳（láo）动中解放（fàng）了出来，极大地提高了农（nóng）民的（de）劳动生产效率（lǜ）。 化肥肥效（xiào）快，利于作物及（jí）时吸收。化肥中的养（yǎng）分主（zhǔ）要是无机态的，不（bú）需要经过微生物转化分解（jiě），施（shī）入土（tǔ）壤中后会迅速被作物根系吸收（shōu）。例（lì）如化学氮肥施入土壤（rǎng）后一般3～15天就会完全释放，在植物（wù）生（shēng）长旺盛（shèng）阶段可以迅速满（mǎn）足作物需要。化肥还可以通过灌溉，甚至可以通过叶面（miàn）喷施的（de）方式（shì）施用，极大地提高（gāo）了作物的（de）养分吸收效率（lǜ）。 化肥本（běn）身是无害的。化肥中养分含量高、杂质低。例如尿素（sù）中含有（yǒu）46%的氮素，氮是作物所需要的营养元素，其余的主要是CO2，施用（yòng）到土壤中后会再次释放回到大气中，是无害的。此外，还含（hán）有（yǒu）1%左（zuǒ）右的水和1%左右的缩二脲，缩二脲（niào）严格控制（zhì）到1.5%以下对（duì）作物无害，而且会在土壤中（zhōng）分解并被作物和微生物利（lì）用（yòng）。其他的磷肥、钾（jiǎ）肥以及中微量元（yuán）素都是从（cóng）矿物中提取出来的，基本（běn）成（chéng）分也都是（shì）无害的。 （二）中（zhōng）国化肥来之不易 目前，中国是全球最大的化肥生产（chǎn）国和消费国。作为一个发展（zhǎn）中国家，在满（mǎn）足自己化（huà）肥供应的同时（shí），还可以（yǐ）向国外出口，这是非常了不（bú）起的事情。化肥工业的壮大，为我（wǒ）国农业和（hé）国民经济的持续快速发展（zhǎn）提供了（le）坚实基础。 保障化肥供应是国（guó）家（jiā）基本战略（luè）。新中国（guó）成立（lì）后，化（huà）肥作为战略资源重点（diǎn）保障（zhàng），即使在（zài）困难（nán）时期，化肥用量的增长（zhǎng）也没有停止过。国家采取了一系列措施保障（zhàng）化（huà）肥供应，例如奖售政策、无（wú）利润统（tǒng）购统销（xiāo）政策（cè）、生产（chǎn）补贴（tiē）、施（shī）用补贴等。2013年，补（bǔ）贴金额高达1000亿元以上（shàng）。针对（duì）化肥的特（tè）殊政策持续时间之长（zhǎng）、范围之广、力度之大（dà）是（shì）其他（tā）任（rèn）何商（shāng）品都没有的。 不惜代价建立化肥工业体系。化肥（féi）生（shēng）产是（shì）一个资源高度依赖的（de）工（gōng）业体系，对于工业（yè）基础薄弱的（de）发展（zhǎn）中（zhōng）国家异常（cháng）艰难。在上世纪（jì）80年代（dài）以前，我（wǒ）国化（huà）学工业投资的40%、优质无烟块（kuài）煤的50%、进（jìn）口天然气的30%、进（jìn）口硫资源（yuán）的60%以（yǐ）上都用于化（huà）肥生产（chǎn）。为（wéi）提高（gāo）化肥（féi）储（chǔ）运能力，国家（jiā）还为（wéi）大中型化肥厂修建了专（zhuān）用铁路（lù）线、输电（diàn）线（xiàn）路，铁路和（hé）码头仓库（kù）等。 技术创（chuàng）新（xīn）之路十分艰（jiān）难。建国初期，进口（kǒu）化肥生（shēng）产装置和（hé）材料（liào）都异（yì）常困难。秉承（chéng）“自力更生、自给自足”的原则，我国开始（shǐ）了艰苦的化（huà）肥研发生产之路（lù）。侯德（dé）榜等（děng）科学家自上世（shì）纪50年代开（kāi）始，历经（jīng）8年努力，研（yán）发了具有中国特（tè）色的化肥技（jì）术—“联碱法”制取碳（tàn）酸氢铵（ǎn），建成了自主创新的现代化氮（dàn）肥工（gōng）业体（tǐ）系。磷肥从过磷酸钙—钙镁磷肥—硝（xiāo）酸磷（lín）肥—磷酸（suān）铵—复（fù）合肥整整摸索了半（bàn）个（gè）世纪，钾（jiǎ）肥工业从（cóng）1956年在青（qīng）海察尔汗干盐湖找矿开始，直到（dào）本世纪初研发成功“反浮选（xuǎn）冷结晶（jīng）”工艺后（hòu），才开（kāi）始大规模生产。 （三）化（huà）肥是吃饱、吃（chī）好、吃（chī）得健康（kāng）的重要保障（zhàng） 上（shàng）世纪60年（nián）代（dài）第一次绿（lǜ）色革命是人类发展（zhǎn）史上重要的里程碑（bēi），通过高产品种、灌（guàn）溉、机械化和大（dà）量施用化（huà）肥提高了农产品供给。联（lián）合国粮农组织（FAO）统计，上世纪60年代至80年（nián）代，发（fā）展中国家（jiā）通过施肥提高粮食（shí）作物单产55%～57%，而（ér）化肥（féi）对于中国（guó）来（lái）说，意义更（gèng）加重（chóng）大。 中国粮食产量的一半来自化肥（féi）。新中国成立前，我国一直采用传统农（nóng）业生产方式（shì），即利（lì）用作物秸秆、人畜粪尿、绿肥等方式培肥地力，粮食产量长期处于较低水平。秦汉至清朝2000余年间，我（wǒ）国每亩（mǔ）小麦和水稻的产量仅从106斤和80斤增长（zhǎng）到195斤（jīn）和291斤。而（ér）新中国（guó）成立（lì）后至今的70余年间，我国小麦平均单产达（dá）到700～800斤，高（gāo）产地区达到1500斤。其中，化肥的施（shī）用（yòng）发（fā）挥了（le）关键作（zuò）用。科学家（jiā）研究证明，不（bú）施化肥和施用（yòng）化肥的作物单产相（xiàng）差55%～65%。 化肥显著提高了国人的营养水平。近（jìn）年来，我国人（rén）均蔬菜水（shuǐ）果供应量持续增长（zhǎng），在丰富食谱的同时，也提高了居民营（yíng）养水平。人均（jun1）动物蛋白（bái）供（gòng）应（yīng）量从1961年的1.4公斤增长到2014年的15.5公斤。水（shuǐ）果和蔬菜增产主要是通过现代化（huà）的生产方（fāng）式（大棚、灌溉、化肥、农（nóng）药）提（tí）高了产出（chū）。肉（ròu）制（zhì）品、奶（nǎi）制品的增长（zhǎng）来自饲料供应的增加，而饲料生产也依赖化肥的施用。化肥极大地丰富了农业生产系统中（zhōng）的养分供应，为生产（chǎn）更多人类所需的蛋白、能量、矿物（wù）质提供了基（jī）础。 化肥提（tí）高了土壤肥力。耕地（dì）质量是粮食（shí）安全的基本保障。传统农业中耕地养分含（hán）量主要由成土矿物决定，绝大部分土壤出（chū）现（xiàn）了不同程度（dù）的养分缺乏。例（lì）如，我国土壤（rǎng）有效磷含（hán）量相对较低（dī），据（jù）上世纪80年代开展（zhǎn）的二次土壤普查数据（jù），平（píng）均含量仅7.4mg/kg（如（rú）玉米最适（shì）宜的含（hán）量不应低于8mg/kg）。通过施用磷肥，近30年（nián）来我国土壤有效磷含量上升到（dào）23mg/kg。化肥施用还可以增加农作物生物量（liàng），提高地表覆盖度，减少水土流失。土壤本身也是一个碳汇，可以储存人类活动产生的（de）温室（shì）气体，减轻工（gōng）业化带来的负面影响（xiǎng）。此外（wài），通过施用化肥（féi）提高作物单产（chǎn），为城市建设、交通、工业和商业发展提供了广（guǎng）阔的土（tǔ）地空（kōng）间。 二、科学认识化肥利用中的几个问题 现（xiàn）在（zài），化肥（féi）施用带来了一些问题，但大家对（duì）此存（cún）在很（hěn）多误解，导致一些负面影响被过分放大。其实，把（bǎ）化肥比作食品大家就好理解。不合理（lǐ）饮食、营（yíng）养过（guò）剩（shèng）带（dài）来的（de）高血压、高血脂、高血糖等一系列健（jiàn）康问题是食（shí）物摄入方式（shì）的问题，不是食物本身的问题（tí）。和（hé）饮（yǐn）食一样，化（huà）肥施用过量（liàng）、养（yǎng）分搭配不合理、施用方式粗放（fàng）等错误方式也会产生负（fù）面影响，但需要科学（xué）分析、正确认识（shí）、理性对待。 （一）化肥施（shī）用与面源污染的关系。目前水体污染已比（bǐ）较突（tū）出，但水体（tǐ）污染物有三大来源：农（nóng）业面（miàn）源排放、工业企业及（jí）农（nóng）村和城镇居民污水排放，以（yǐ）及与化石能源排放有（yǒu）关（guān）的大气（qì）干湿沉降（jiàng）。《2014年（nián）中国环境（jìng）状（zhuàng）况（kuàng）公报（bào）》显（xiǎn）示，全国废（fèi）水中氨氮排放总量为238.5万（wàn）吨，其中生活源排放（fàng）138.1万吨，农业源排放75.5万吨，工业源23.2万吨，集中式排放源为1.7万吨。可见（jiàn）农（nóng）业源低于生活源排放（fàng）。农业面源污（wū）染又包括化肥（féi）流（liú）失（shī）、畜禽养殖业和水产养（yǎng）殖引起的氮磷养分流（liú）失。据研究（jiū），化（huà）肥养分流失对（duì）农（nóng）业源（yuán）氮、磷（lín）排放的贡献分别为11.2%和（hé）25.7%，总（zǒng）体而（ér）言（yán）是较低的（de）。实际上（shàng），化肥中灭有被当季作物吸收的磷、钾元素大部分还会留在（zài）土壤中，为下季（jì）作物所利用。 （二）化肥施用与大气（qì）污染的关系（xì）。大气污染、尤其是雾霾已经对我们（men）的生活产生了极大影响。一般而言，农业生产中施用的氮肥如尿素、碳铵（ǎn）和磷酸（suān）二（èr）铵（ǎn）等铵态氮（dàn）肥等进入土壤（rǎng）后若没有被作（zuò）物吸收利（lì）用，部分氮（dàn）素将以氨（ān）气（qì）和氮氧（yǎng）化物等活性氮形式排（pái）放到（dào）大气中，引（yǐn）起大（dà）气污染。如（rú）果采取深施覆土（tǔ）、分次施用、选用合（hé）理产（chǎn）品（pǐn），这些损（sǔn）失是很（hěn）小的。研（yán）究表（biǎo）明，目前氮肥对我国氮氧（yǎng）化物（wù）总排放的贡献约5%。随着施肥方式的转（zhuǎn）变，这一比例（lì）还将逐步降低。 （三）化肥（féi）施（shī）用与土壤（rǎng）质量的（de）关（guān）系（xì）。近年来我（wǒ）国（guó）土壤（rǎng）健康问（wèn）题引起（qǐ）了广泛的关（guān）注（zhù），农户直观感觉土壤板结了、污染了，就简单归结为化肥（féi）的（de）作（zuò）用。其实（shí）土壤板结不是（shì）化肥的作用。土壤板结主要是（shì）大水漫灌、淹灌、不合理（lǐ）的耕作等（děng）造成的。合理使用化肥尤其是与有机肥（féi）配施可以改善土壤结（jié）构。另（lìng）外（wài），化（huà）肥对（duì）土壤重金属污染的影响很小（xiǎo），化肥中仅磷酸（suān）铵会带入一定量的重金属，我国磷（lín）矿（kuàng）含镉量很低，按照目（mù）前施肥量（50公斤/亩，按平均含镉量10 mg/kg计），每年带入的（de）镉仅（jǐn）为（wéi）0.5克（kè）/亩，而工矿业开采和（hé）污水（shuǐ）灌溉（gài）带入的（de）镉数量远高于肥料。 （四（sì））化肥施用与农产品品质的关系。农（nóng）产品外观、营养及内含物成分（fèn）、储（chǔ）藏性状与化肥施用有直接关系。老百姓（xìng）常说“用了化肥瓜不香了、果不甜了”，是化肥施用不合理的结（jié）果。部分果农盲足（zú）追求大果和超高产，大量投入氮肥，忽视（shì）其他元素（sù）配合（hé），导致果（guǒ）实很大、水分很（hěn）多，而可溶性固形（xíng）物、糖（táng）度反而跟不上，降低了风味（wèi）。实际上，作（zuò）物品质与养分吸收（shōu）比例有关，化肥养分结构（gòu）、施用方法合理（lǐ），健（jiàn）康成（chéng）长的瓜果（guǒ），果（guǒ）更香、瓜更甜。 三、推动化肥减（jiǎn）量增效是农业调结（jié）构、转（zhuǎn）方式，实现绿（lǜ）色发展的关键措施 习（xí）近平总书记指出，“要（yào）坚（jiān）定（dìng）不移（yí）加快转变农业（yè）发（fā）展方式，尽快转到数量质（zhì）量效益并重、注重（chóng）提高（gāo）竞争（zhēng）力、注重农业技术创新、注重可（kě）持续的集（jí）约发（fā）展上来，走产出高（gāo）效、产品安全（quán）、资源节约（yuē）、环（huán）境（jìng）友（yǒu）好的现代农业发（fā）展道（dào）路”。当前，我国（guó）农业（yè）生产遇到了价（jià）格“天花板”和（hé）成本（běn）“地板”的（de）双重挤压，我们唯有转变生（shēng）产方式，降（jiàng）低已经过量的农资成本，才能实现农业提质（zhì）增（zēng）效，节本增效。 农业生产中，化肥农药是主要的物质投入。大体上，小（xiǎo）麦、玉米（mǐ）、水稻三（sān）大谷（gǔ）物化肥农（nóng）药（yào）占物质投入的45%。园艺作物就（jiù）更高（gāo）了（le），苹果生（shēng）产中肥（féi）料和农（nóng）药投入占到总（zǒng）物质成本的（de）2/3。而（ér）农产品价格上不去（qù）主要（yào）是（shì）因为品质不（bú）过硬，化肥是品（pǐn）质的决定（dìng）性因素。资（zī）源环境问（wèn）题也（yě）逐渐成为（wéi）影响农业生产（chǎn）的刚（gāng）性（xìng）制约因素（sù），环境的恶化不仅会直接增（zēng）加农业生产（chǎn）成（chéng）本，而治理的（de）成本也会（huì）间接加（jiā）重（chóng）农业生（shēng）产成本。因（yīn）此（cǐ），化（huà）肥对转变农业（yè）生产（chǎn）方式的重要性不（bú）言而喻。要立（lì）足国情，按照“增产施肥、经济施肥、环保施肥”的要求，开展化肥使（shǐ）用（yòng）量零增（zēng）长行动，推（tuī）行“精（jīng）、调、改（gǎi）、替”四字（zì）方针，逐步将过量、不合理施肥的面貌（mào）改正过来（lái）。 精（jīng），即是推进精准施肥。根据不同区域土壤（rǎng）条（tiáo）件、作物产量（liàng）潜力和养分综合管理要（yào）求，合理制定各区域、作物单位面积施（shī）肥限量标（biāo）准。测（cè）土配方施肥数十万个（gè）试验证明，精确施肥可以实现每亩粮食作物减（jiǎn）肥5公斤、增产5-8%、增收（shōu）100元的（de）效果，而果菜茶等经济作物可以（yǐ）减肥20-90公斤、增产10-20%，增收超过2000元。但由于我国土壤类（lèi）型多样、种植（zhí）制度复杂，农田多达7亿（yì）多块，让每（měi）块（kuài）地实现精准施肥是一个长期的工作，需（xū）要技术、政策、制（zhì）度（dù）的综合（hé）保（bǎo）障。 调，即是调整化肥使用（yòng）结构。我国农户过于分散，因此过去一（yī）直以通用型的化肥产品为主（zhǔ），这类产品可以满足基本生产（chǎn）要求，但（dàn）不（bú）是最优的。首先，要优化氮、磷、钾（jiǎ）配比，增强大量元素与中微（wēi）量元（yuán）素的配合增效作用，让土壤作物营养更高效。其次，要针对我国（guó）不（bú）同土壤条件和作物需要（yào），发展适宜的高（gāo）效肥（féi）料产品，并确保这（zhè）些产品能用到地里。这就需要（yào）肥料工业切合农业需求升级产品、肥料营销系统货（huò）真价实服务用户、农业领域（yù）深入创新本地化技术。 改，即是改进施肥（féi）方式。目前，由于劳动（dòng）力（lì）短缺和农机不足，化肥表（biǎo）施（shī）、撒施、“一炮轰”等不合理施肥现象比较普（pǔ）遍（biàn）。要加快（kuài）研发推广适用（yòng）的施（shī）肥设备，推动施肥方式转变。例如，氮肥表施养分挥发会超过20%，而深施覆土就（jiù）可以降低到5%以内。设施（shī）蔬菜（cài）以及（jí）部分大（dà）田肥料是随水（shuǐ）冲施，可逐（zhú）步（bù）改为（wéi）水（shuǐ）肥一体化、叶面喷施等。施肥方式的改变（biàn）需要肥（féi）料产品（pǐn）、农机、农艺、设施的（de）紧密配合，这是一项系（xì）统工程，需（xū）要加大（dà）力度，长期推动（dòng）。 替（tì），即是有机肥（féi）部（bù）分替代化肥。我国（guó）养殖业很发达，有机肥中含有（yǒu）的养分大致与化肥提供的氮磷（lín）钾养分一致，但（dàn）是有机肥中的养分（fèn）还田率仅40%左右，不仅没有发挥肥（féi）效，而且成为了污染源。目（mù）前，大部分粮（liáng）田、果园不用（yòng）有（yǒu）机（jī）肥，从（cóng）长期看，不仅影响产量也制约了土壤生（shēng）产力的提高。通过合理（lǐ）利用（yòng）有机养分资源，特别是在（zài）水（shuǐ）果、设（shè）施（shī）蔬菜、茶叶上用（yòng）有（yǒu）机肥替代（dài）部分化肥，推进有机无机结合（hé），可以在提升耕地基（jī）础地力的同时，实现增产增（zēng）效、提质增效（xiào）。 总（zǒng）之，当下在（zài）中国全面认识化肥的（de）作用，积极合理（lǐ）的（de）转变（biàn）施肥方式，是保证食物供应和可持续发展的大事。既（jì）要改（gǎi）变“多施肥多增产”等（děng）错（cuò）误观念和“水大肥勤不（bú）用问人”等错误方（fāng）式，也不能走（zǒu）向极（jí）端，把化肥妖魔（mó）化，从而一刀切的（de）否定化肥。科（kē）学理性的认识化肥，正确合理的施用化肥，立足现代（dài）农业发（fā）展创新化肥（féi）产品，才是正确的方向。
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