化肥的誕生
化肥是化學(xué)肥料的簡(jiǎn)稱(chēng)，特指化學(xué)方法制成的能滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)需要營(yíng)養(yǎng)元素的肥料。只含有一種營(yíng)養(yǎng)元素的化肥稱(chēng)為單元肥料，如氮肥、磷肥、鉀肥等；含有氮、磷、鉀三種營(yíng)養(yǎng)元素中的兩種或三種且可標(biāo)明其含量的化肥，稱(chēng)為復(fù)合肥料或混合肥料。化肥的主要指標(biāo)是品位，是化肥產(chǎn)品中有效營(yíng)養(yǎng)元素或其氧化物的含量百分率，如氮、磷、鉀、鈣、鈉、錳、硫、硼、銅、鐵、鉬、鋅的百分含量。由于被籽粒帶走的營(yíng)養(yǎng)成分不能歸還土壤，土壤中一些營(yíng)養(yǎng)元素尤其是氮元素通常不能滿(mǎn)足下茬作物生長(zhǎng)的需求，人類(lèi)就用含氮、磷、鉀的化學(xué)物質(zhì)來(lái)補(bǔ)足。一般地，化肥大多為無(wú)機(jī)化合物，但尿素[CO(NH2）2]卻為有機(jī)化合物。
以中國(guó)為主的農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)大國(guó)，農(nóng)民都是將糞肥當(dāng)作主要肥料的，這類(lèi)肥料雖收集和使用困難，但對(duì)土壤具有重要的呵護(hù)作用。中國(guó)歷史上雖有利用礦物肥的記錄，但并沒(méi)有發(fā)明出化肥來(lái)。進(jìn)入18世紀(jì)以后，歐洲爆發(fā)了工業(yè)革命，大量人口涌入城市，大部分人口脫離了耕地，加劇了糧食供應(yīng)緊張，并成為社會(huì)動(dòng)蕩的一個(gè)起因。提高糧食產(chǎn)量，滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的人口尤其城市人口需求，就變成了人類(lèi)社會(huì)第一要?jiǎng)?wù)。
化肥應(yīng)運(yùn)而生，其簡(jiǎn)要?dú)v史如下：
1828年，德國(guó)化學(xué)家維勒（W?hler，1800-1882）首次用人工方法合成了尿素。按當(dāng)時(shí)化學(xué)界流行的“活力論”觀點(diǎn)，尿素等有機(jī)物中含有某種生命力，是不可能人工合成的，維勒的研究打破了無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的界限。但當(dāng)時(shí)人們尚未認(rèn)識(shí)到尿素的肥料用途。直到50多年后，合成尿素才作為化肥應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上來(lái)。
1838年，英國(guó)鄉(xiāng)紳勞斯（Ross）用硫酸處理磷礦石制成磷肥，成為世界上首例化肥(尿素雖發(fā)明在前，但應(yīng)用較晚)。
1840年，德國(guó)著名化學(xué)家李比希出版了《化學(xué)在農(nóng)業(yè)及生理學(xué)上的應(yīng)用》一書(shū)，創(chuàng)立了植物礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō)。李比希認(rèn)為只有礦物質(zhì)才是綠色植物唯一養(yǎng)料，有機(jī)質(zhì)只有當(dāng)其分解釋放出礦物質(zhì)時(shí)才對(duì)植物有營(yíng)養(yǎng)作用。作物從土壤中吸走的礦物質(zhì)養(yǎng)分必須以肥料形式歸還到土壤，否則土壤將日益貧瘠。這個(gè)理論引發(fā)了農(nóng)業(yè)理論的一場(chǎng)革命，為化肥的誕生提供了理論基礎(chǔ)。在生態(tài)學(xué)上，還有一種最小因子定律也是以李比希的理論為基礎(chǔ)的，即當(dāng)某種營(yíng)養(yǎng)元素的含量低到一定程度時(shí)，就會(huì)限制植物生產(chǎn)。當(dāng)今流行的水培法栽植，也是基于該理論。當(dāng)然，從人類(lèi)150年的實(shí)踐來(lái)看，李比希的理論正受到長(zhǎng)期使用化肥造成土壤退化的挑戰(zhàn)——作物需要的不僅僅是礦物質(zhì)，還有有機(jī)質(zhì)、土壤微生物、土壤動(dòng)物、土壤的各種物理性質(zhì)等等。
1850年前后，勞斯發(fā)明了最早的氮肥。約20年之后(1909)，德國(guó)化學(xué)家哈伯（Haber，1868-1934）與博施（Bosch，1874-1940）合作創(chuàng)立了“哈伯-博施”氨合成法，解決了氮肥大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)問(wèn)題。
19世紀(jì)中葉，磷肥首先在英國(guó)出現(xiàn)；1870年，德國(guó)生產(chǎn)出鉀肥；20世紀(jì)初，人類(lèi)合成氨研制成功。
20世紀(jì)50年代以來(lái)，施用化肥得到了大規(guī)模應(yīng)用，并由此引發(fā)了第一次綠色革命。在全球范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)幾乎離不開(kāi)化肥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各種農(nóng)業(yè)增產(chǎn)措施中，化肥的作用占大約30%。亞洲是世界上最大的化肥使用地區(qū)，其中氮肥需求占全球的90%，磷肥70%，鉀肥10%。
當(dāng)前，氮肥富裕的地區(qū)是前蘇聯(lián)、東歐和中東等地區(qū)，缺口地區(qū)是亞洲和西歐；磷肥生產(chǎn)集中在資源豐富的北美、前蘇聯(lián)、中國(guó)和非洲；缺口地區(qū)是亞洲、西歐和拉美等地區(qū)；鉀肥集中在加拿大和前蘇聯(lián)等少數(shù)有資源的國(guó)家。
化肥在中國(guó)
在中國(guó)，化肥雖起步較晚，但今天全球最大的生產(chǎn)國(guó)與應(yīng)用國(guó)卻是中國(guó)。
我國(guó)自古以農(nóng)立國(guó)，天然有機(jī)肥利用歷史悠久，多糞肥田思想根深蒂固。上世紀(jì)20 世紀(jì)初，西方化肥在中國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)推銷(xiāo), 開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)肥收集造成沖擊。化肥增產(chǎn)效果明顯、施用方便，深受農(nóng)家喜愛(ài)，一些專(zhuān)家學(xué)者也大力推廣化肥使用。
自化肥進(jìn)入中國(guó)之初，英、德、荷、加四國(guó)廠家代理組成的“铔聯(lián)冶幾乎壟斷了中國(guó)市場(chǎng)。他們按比例分銷(xiāo)，其中英國(guó)卜內(nèi)門(mén)和德國(guó)愛(ài)禮司洋行勢(shì)力最為龐大，市場(chǎng)份額分別占59% 和31%。當(dāng)進(jìn)口化肥所帶來(lái)的巨額外匯支出和土壤變壞等問(wèn)題相繼出現(xiàn)以后，上世紀(jì)30 年代初國(guó)內(nèi)尤其是江浙等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，出現(xiàn)了一股抵制舶來(lái)化肥的浪潮。隨后，中國(guó)人開(kāi)始自制化肥。
1937 年2 月，在經(jīng)歷了技術(shù)、資金等多重障礙之后,由范旭東等一批民族工業(yè)先驅(qū)為主的企業(yè)家，創(chuàng)建了中國(guó)第一座化學(xué)肥料企業(yè)：永利硫酸铔廠。該廠在南京長(zhǎng)江北岸建成投產(chǎn),中國(guó)人自造化肥的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。永利生產(chǎn)的“紅三角”冶牌硫酸铔質(zhì)量高、售價(jià)低。進(jìn)口硫酸铔氮0. 75 元/斤，永利公司0. 5 元/斤。，當(dāng)時(shí)，永利铔廠具有日產(chǎn)合成氮39 噸、硫酸120 噸、硫酸銨150 噸和硝酸10 噸的能力，因其設(shè)備精良、規(guī)模宏大，被譽(yù)為“遠(yuǎn)東第一大廠冶”。
然而，上述工廠的化肥產(chǎn)量畢竟有限，依然難以與洋化肥競(jìng)爭(zhēng)。1946 年，中美農(nóng)業(yè)技術(shù)合作團(tuán)向國(guó)民政府提交報(bào)告，認(rèn)為改進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)首要問(wèn)題就是建設(shè)化肥廠，大量供應(yīng)農(nóng)民急需的化肥。然而，近代中國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，加上戰(zhàn)亂，要自產(chǎn)化肥并與舶來(lái)品展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，并非易事。
解放以來(lái)，中國(guó)農(nóng)田以氮肥施用為主，品種是硫酸銨和尿素等。因國(guó)產(chǎn)能力低，大量化肥從日本和歐洲進(jìn)口，該局面一致延續(xù)了十幾年，直到文革初期。以氮肥為例，1963年進(jìn)口30萬(wàn)噸; 1964年40萬(wàn)噸; 1965年60萬(wàn)噸；1966年80萬(wàn)噸；1967年進(jìn)口94萬(wàn)噸；1968年216萬(wàn)噸。為擺脫化肥對(duì)外依賴(lài)被動(dòng)局面，振興民族化肥產(chǎn)業(yè)，中國(guó)開(kāi)始嘗試生產(chǎn)硫酸銨、碳酸銨、尿素等。
20世紀(jì)70年代前半期，在毛主席指示下，由周恩來(lái)總理親自領(lǐng)導(dǎo)，國(guó)務(wù)院業(yè)務(wù)組直接籌劃和組織，中國(guó)掀起了自50年代從蘇聯(lián)、東歐國(guó)家大規(guī)模引進(jìn)技術(shù)裝備之后，第二次大規(guī)模成套技術(shù)設(shè)備引進(jìn)高潮。
新中國(guó)第二次大規(guī)模成套技術(shù)設(shè)備引進(jìn)大大帶動(dòng)了化肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)外實(shí)際簽訂項(xiàng)目共26個(gè)，其中與化肥有關(guān)的產(chǎn)業(yè)包括：大化肥13套，具有年產(chǎn)30萬(wàn)噸合成氨、48萬(wàn)噸或52萬(wàn)噸尿素的生產(chǎn)能力，化肥廠分別建在河北滄州、遼寧遼河、黑龍江大慶、江蘇南京、安徽安慶、山東淄博、湖北宜昌、湖南洞庭、廣東廣州、四川成都等。
其實(shí)，在大量進(jìn)口外國(guó)設(shè)備之前，新中國(guó)也有自己組建的化肥廠，吉林化肥廠就是新中國(guó)第一座大型化肥廠。吉化是國(guó)家“一五”時(shí)期，由蘇聯(lián)援建中國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)建設(shè)156個(gè)核心項(xiàng)目中的吉林“三大化”之一(染料廠、化肥廠、電石廠)。吉林化肥廠于1951年開(kāi)始籌建，1954年一期工程全面展開(kāi)，1957年10月第一期工程建成投產(chǎn)，總投資2.56億元，可年產(chǎn)合成氨5萬(wàn)噸、硝酸銨9萬(wàn)噸、甲醇4000噸，產(chǎn)品品種11個(gè)。1957~1962年，化肥廠完成了二期擴(kuò)建工作；1963~1966年，完成了三期擴(kuò)建，期間主要產(chǎn)品年生產(chǎn)能力已實(shí)現(xiàn)合成氨30萬(wàn)噸，硝酸銨53萬(wàn)噸，甲醇2萬(wàn)噸。
2006年以來(lái)，中國(guó)化肥行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值總體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，已躍居全球第一。2009年受金融危機(jī)影響，化肥市場(chǎng)需求下降，化肥行業(yè)產(chǎn)能縮減。2010年以來(lái)，化肥市場(chǎng)明顯回暖，行業(yè)開(kāi)工率明顯上升，一直持續(xù)至今。中國(guó)化肥產(chǎn)業(yè)到“十二五”末，氮肥企業(yè)數(shù)量減少到200家以下，磷肥企業(yè)數(shù)量減少到150家以下。中國(guó)1998年化肥產(chǎn)量已達(dá)2956萬(wàn)噸（純養(yǎng)分，下同），占世界總產(chǎn)量的19%，居世界第一位；中國(guó)1998年化肥純養(yǎng)分使用量達(dá)3816萬(wàn)噸，也居世界第一位。而到2015年低，全國(guó)化肥產(chǎn)量高達(dá)7627萬(wàn)噸，穩(wěn)居世界第一化肥大國(guó)地位。
化肥利用效率
雖然中國(guó)的化肥總產(chǎn)量和總用量居世界第一位，但并不意味著中國(guó)在化肥合理使用技術(shù)上也處于第一的位置。相反，中國(guó)部分農(nóng)村在施用化肥方面存在著嚴(yán)重不合理、不科學(xué)的問(wèn)題，造成了化肥資源的浪費(fèi)，增加了農(nóng)業(yè)成本，使農(nóng)民的收益下降。
中國(guó)化肥的利用率不高，當(dāng)季氮肥利用率僅為35%，而溫室大棚內(nèi)更低至10%。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織的資料顯示，1980年至2002年中國(guó)的化肥用量增長(zhǎng)了61%，而糧食產(chǎn)量只增加了31%。肥料利用率偏低一直是中國(guó)農(nóng)業(yè)施肥中存在的問(wèn)題。魯如坤等研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)農(nóng)田磷肥的利用率僅為10%～25%。
中國(guó)科學(xué)院土壤研究所朱兆良院士分析指出，我國(guó)化肥用量是40年前的55倍。筆者的估計(jì)是，我們每生產(chǎn)9斤糧食就需要消耗1斤化肥。如果每個(gè)人糧食定量按照30斤/月計(jì)算，那么每個(gè)人每年因?yàn)樯a(chǎn)糧食就消耗化肥40斤。因此，我們不得不“吃”化肥，我們尤其是我們的后代幾乎都是“吃”化肥長(zhǎng)大的。
2010年1月，中國(guó)人民大學(xué)農(nóng)村與發(fā)展學(xué)院溫鐵軍教授研究團(tuán)隊(duì)和國(guó)際環(huán)保組織綠色和平，聯(lián)合發(fā)布了《氮肥的真實(shí)成本》報(bào)告。該報(bào)告分析了氮肥生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的和所造成的食品安全問(wèn)題等負(fù)外部性，分析了氮肥行業(yè)的補(bǔ)貼政策所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本。過(guò)量氮肥使用使得農(nóng)業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)變成立體交叉的污染。
根據(jù)中科院南京土壤研究所朱兆良院士的研究，1949年至1998年每年的糧食和氮肥年用量的線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.977。我國(guó)糧食取得高產(chǎn)的同時(shí)，氮肥的消耗量也逐年增加。1997年我國(guó)氮肥自給自足，到了2005年氮肥施用量已達(dá)到近3000萬(wàn)噸，約為1960年的55倍；2007年氮肥過(guò)剩近1000萬(wàn)噸。
1979年，家庭聯(lián)產(chǎn)承包制實(shí)施后，農(nóng)民的種糧積極性得到空前提高，當(dāng)年國(guó)家產(chǎn)糧33212萬(wàn)噸，使用化肥僅1086萬(wàn)噸，每斤化肥可以換回30.5斤糧。而2005年，化肥利用效率已降到10.1斤糧/斤化肥，當(dāng)年使用化肥4766萬(wàn)噸。2014年，全國(guó)化肥使用量并沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期中的下降，而是增加到5900萬(wàn)噸，增加了1134多萬(wàn)噸。
中國(guó)氮肥單位土地施用量是美國(guó)的3倍，法國(guó)的1.5倍，德國(guó)的1.6倍。過(guò)剩的氮釋放到環(huán)境中去，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張福鎖教授對(duì)中國(guó)北方兩個(gè)精細(xì)化農(nóng)業(yè)區(qū)進(jìn)行的研究說(shuō)，這兩個(gè)地區(qū)屬于化肥使用量過(guò)剩的地區(qū)。北方地區(qū)每公頃地每年所使用的氮肥約為588公斤，每公頃約有277公斤過(guò)剩的氮釋放到環(huán)境中。氮肥過(guò)剩使用也沒(méi)有提高氮肥吸收利用率。在溫鐵軍及其團(tuán)隊(duì)的實(shí)地調(diào)查中，江蘇省水稻的氮肥吸收利用率僅19.9%，山東省小麥氮肥利用率僅為10%左右。中國(guó)每年因不合理施肥造成1000多萬(wàn)噸的氮素流失到農(nóng)田之外，直接經(jīng)濟(jì)損失約300億元。
氮肥工業(yè)是以煤、石油和天然氣等不可再生資源為生產(chǎn)原料的，生產(chǎn)過(guò)程需要消耗大量水和電，屬于高耗能和高污染行業(yè)。氮肥行業(yè)年耗天然氣、無(wú)煙煤、電分別占全國(guó)總量的18.7%，22.1%和2.28%。中國(guó)70%的氮肥生產(chǎn)以消耗煤炭為主，年均消耗能源約為1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而且正以每年接近1000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的速度增長(zhǎng)。而這70%的氮肥生產(chǎn)依靠山西晉城的優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，而利用低質(zhì)煤炭生產(chǎn)氮肥的技術(shù)仍未達(dá)到大范圍推廣；剩余30%的氮肥生產(chǎn)依靠天然氣，年消耗全國(guó)的近三分之一。
化肥引起的環(huán)境污染
化肥利用效率下降，造成的直接后果是農(nóng)田環(huán)境污染。自1994年以來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的專(zhuān)家在北京、山東、陜西等地的20個(gè)縣600多個(gè)點(diǎn)位的抽樣調(diào)查顯示，在北方集約化的高肥用量地區(qū)，20%的地下水硝酸鹽含量超過(guò)國(guó)家飲用水硝酸鹽含量限量標(biāo)準(zhǔn)（每升硝酸鹽含量89毫克），45%地下水硝酸鹽含量超過(guò)主要發(fā)達(dá)國(guó)家飲用水相關(guān)限量指標(biāo)。除此之外，因化肥中含有重金屬、酸根等物質(zhì)，其對(duì)環(huán)境的影響是多方面的。
重要的環(huán)境影響如下：
1）重金屬和有毒元素有所增加 從化肥的原料開(kāi)采到加工生產(chǎn)，總是給化肥帶進(jìn)一些重金屬元素或有毒物質(zhì)。其中以磷肥為主。中國(guó)施用的化肥中，磷肥約占20%，磷肥的生產(chǎn)原料為磷礦石，它含有大量有害元素F和As，同時(shí)磷礦石的加工過(guò)程還會(huì)帶進(jìn)其它重金屬Cd、Cr、Hg、As、F，特別是Cd。另外，利用廢酸生產(chǎn)的磷肥中還會(huì)帶有三氯乙醛，對(duì)作物造成毒害。研究表明，無(wú)論是酸性土壤、微酸性土壤還是石灰性土壤，長(zhǎng)期施用化肥還會(huì)造成土壤中重金屬元素的富集。比如，長(zhǎng)期施用硝酸銨、磷酸銨、復(fù)合肥，可使土壤中As的含量達(dá)50~60 mg/kg。同時(shí)，隨著進(jìn)入土壤Cd的增加，土壤中有效Cd含量也會(huì)增加，作物吸收的Cd量也增加。
2） 微生物活性降低 土壤微生物是個(gè)體小而能量大的活體，它們既是土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù)，具有轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)、分解礦物和降解有毒物質(zhì)的作用。中科院南京土壤研究所的試驗(yàn)表明，施用不同的肥料對(duì)微生物的活性有很大的影響，土壤微生物數(shù)量、活性大小的順序?yàn)椋河袡C(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥>單施有機(jī)肥>單施無(wú)機(jī)肥。中國(guó)施用的化肥中以氮肥為主，而磷肥、鉀肥和有機(jī)肥的施用量低，這會(huì)降低土壤微生物的數(shù)量和活性。
3）養(yǎng)分失調(diào)與硝酸鹽累積 中國(guó)施用的化肥以氮肥為主，而磷肥、鉀肥和復(fù)合肥較少，長(zhǎng)期施用造成土壤營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，加劇土壤P、K的耗竭，導(dǎo)致NO3-N累積。NO3-N本身無(wú)毒，但若未被作物充分同化可使其含量迅速增加，攝入人體后被微生物還原為NO2-，使血液的載氧能力下降，誘發(fā)高鐵血紅蛋白血癥，嚴(yán)重時(shí)可使人窒息死亡。同時(shí)，NO3-N還可以在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成強(qiáng)致癌物質(zhì)亞硝胺，誘發(fā)各種消化系統(tǒng)癌變，危害人體健康。在保護(hù)地栽培條件下，即使是以施用有機(jī)肥為主的100 cm土層中NO3-N累積量也在240~740 kg/hm2。
湖泊、河流和淺海水域生態(tài)系統(tǒng)的富營(yíng)養(yǎng)化，也因氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加有關(guān)，其直接的生態(tài)災(zāi)害是水藻瘋長(zhǎng)，魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物因缺氧數(shù)量減少甚至死亡，并引發(fā)近海的赤潮。氮肥氣態(tài)損失也造成溫室氣體排放。氮主要在土壤微生物的硝化和反硝化作用下，使部分氮肥變成氧化亞氮這樣的溫室氣體，從而對(duì)大氣臭氧層產(chǎn)生破壞。
氮肥過(guò)量使用將對(duì)長(zhǎng)期糧食安全和食品安全造成威脅。氮肥過(guò)量使用排放的溫室氣體加劇了氣候變化，氣候變化又對(duì)長(zhǎng)期糧食安全造成負(fù)面影響；氮肥的過(guò)量使用會(huì)導(dǎo)致土質(zhì)下降和土壤環(huán)境惡化，進(jìn)而影響到作物的生長(zhǎng)；過(guò)量使用還在一定程度上導(dǎo)致農(nóng)藥施用量的增加，這是因?yàn)榛蔬^(guò)量使用，造成了土地微生物和動(dòng)物多樣性降低，土壤板結(jié)，植物病害增加，需要用更多的農(nóng)藥控制病害。在退化的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，當(dāng)初級(jí)生產(chǎn)力下降時(shí)，以植物為食的植食性害蟲(chóng)數(shù)量也將增加，更加劇農(nóng)藥的使用。
4）土壤酸化 長(zhǎng)期施用化肥加速土壤酸化，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張福鎖教授團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了深入的分析，文章發(fā)表在國(guó)際著名的《科學(xué)》刊物上。這是因?yàn)椋环矫媾c氮肥在土壤中的硝化作用產(chǎn)生硝酸鹽的過(guò)程相關(guān)。首先是銨轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽，然后亞硝酸鹽再轉(zhuǎn)變成硝酸鹽，形成H+，導(dǎo)致土壤酸化。另一方面，一些生理酸性肥料，比如磷酸鈣、硫酸銨、氯化銨在植物吸收肥料中的養(yǎng)分離子后，土壤中H+增多，許多耕地土壤的酸化和生理性肥料長(zhǎng)期施用有關(guān)。此外，氮肥在通氣不良的條件下，可進(jìn)行反硝化作用，以NH3、N2的形式進(jìn)入大氣，大氣中的NH3、N2可經(jīng)過(guò)氧化與水解作用轉(zhuǎn)化成HNO3，降落到土壤中引起土壤酸化。化肥施用促進(jìn)土壤酸化現(xiàn)象在酸性土壤中最為嚴(yán)重。土壤酸化后可加速Ca、Mg從耕作層淋溶，從而降低鹽基飽和度和土壤肥力。
針對(duì)上述現(xiàn)象，有學(xué)者認(rèn)為化肥對(duì)耕地肥力有短期提高的功效，但長(zhǎng)期不合理使用，則對(duì)土地健康造成不利影響。有人據(jù)此將化肥成為“土地鴉片”，農(nóng)民用之成癮，耕地也會(huì)成癮，但耕地退化后，其高生產(chǎn)力就難以維持了。這正如，人從血管里能夠獲得營(yíng)養(yǎng)，但不能長(zhǎng)期那樣做，大量營(yíng)養(yǎng)還必須以腸胃吸收為主。對(duì)于耕地，豐富的有機(jī)肥才是關(guān)鍵，植物必須借助土壤微生物和土壤動(dòng)物的作用，吸收其需要的礦質(zhì)元素，而不能經(jīng)常“走血管”。
化肥與營(yíng)養(yǎng)
化肥解決了糧食高產(chǎn)的問(wèn)題，同時(shí)又帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題：營(yíng)養(yǎng)成分的流失。
人類(lèi)需要的營(yíng)養(yǎng)分兩類(lèi)：一類(lèi)是大量營(yíng)養(yǎng)，即蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等，還要攝取一定量人體不吸收但有用的纖維素；另一類(lèi)是微量營(yíng)養(yǎng)，即維生素、礦物質(zhì)、酵素菌類(lèi)等。這些營(yíng)養(yǎng)成分是確保身體機(jī)能正常的必須原料。
來(lái)自德國(guó)黑森林地區(qū)的膳食專(zhuān)家的研究結(jié)論顯示：蔬果中的大部分微量營(yíng)養(yǎng)素平均含量在10年降幅幾乎都超過(guò)50%。在1985年我們通過(guò)吃一份蘋(píng)果補(bǔ)充維生素C，到1996年就要吃夠5份才達(dá)到一樣的攝入量。
我們對(duì)不同栽培方式下的食物營(yíng)養(yǎng)成分，結(jié)合查閱大量文獻(xiàn)，分析發(fā)現(xiàn)了上述食物營(yíng)養(yǎng)的變化。如果不使用化肥，而采用有機(jī)肥，農(nóng)藥殘留量是普通食品的0-1/3；果蔬硝酸鹽含量比普通果蔬減少50%-80%；干物質(zhì)含量比普通食品高出約7%-20%。用有機(jī)肥徹底更換化肥后，花青素、異黃酮、類(lèi)胡蘿卜素等具有抗癌、抗氧化的酚類(lèi)化合物含量明顯提高，維生素C含量提高30%-68%。在元素含量方面，采取有機(jī)栽培方式，農(nóng)產(chǎn)品中大量元素P、Fe、Mg以及微量元素Zn、Cu含量更高，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)趨于平衡。
當(dāng)代人看似日益光鮮和日益豐富的飲食結(jié)構(gòu)中，卻面臨營(yíng)養(yǎng)缺乏的困境。在美國(guó)，由于食物單一，營(yíng)養(yǎng)元素缺乏，造成了高達(dá)三分之一以上的肥胖人群，該國(guó)的心臟病、高血壓、癌癥患者也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，國(guó)家不得不投入大量的資金用于治療。由于食物便宜，美國(guó)人用于購(gòu)買(mǎi)食物的開(kāi)支占據(jù)日常開(kāi)支的7%，但其醫(yī)療開(kāi)支高達(dá)17%。
化肥濫用客觀造成各類(lèi)慢性疾病的泛濫，僅中國(guó)就有3億人有“三高”中的至少“一高”；癌癥病患也越來(lái)越多。當(dāng)代人一方面巨量營(yíng)養(yǎng)攝取過(guò)量而導(dǎo)致肥胖普遍，另一方面，巨量營(yíng)養(yǎng)中個(gè)別成分和幾乎大部分微量營(yíng)養(yǎng)又?jǐn)z取不足。越來(lái)越多的營(yíng)養(yǎng)學(xué)家認(rèn)為，化肥過(guò)量使用導(dǎo)致食物營(yíng)養(yǎng)成分減少納入慢性病的原因之一。
當(dāng)代人這樣的飲食結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的身體素質(zhì)的下降，是否會(huì)逐漸具有遺傳性，并導(dǎo)致未來(lái)人類(lèi)素質(zhì)的先天性低下，將是一個(gè)早晚都要面對(duì)的殘酷課題。越來(lái)越多人有糖尿病，而且有低齡化的趨勢(shì)，這些人未來(lái)生育后代會(huì)否有遺傳的可能?如果人類(lèi)以這樣的飲食方式傳承幾百年，未來(lái)人類(lèi)社會(huì)格局是否會(huì)發(fā)生變化？這些因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式改變發(fā)生的疾病，非常值得醫(yī)學(xué)家認(rèn)真研究。
“測(cè)土配方”良方否？
面對(duì)上述嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)，有關(guān)部委提出了化肥零增長(zhǎng)方案，采取的一種主要做法就是測(cè)土配方施肥，即根據(jù)作物的實(shí)際需要使用化肥，但這種做法在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中效果難以保障。其實(shí)，關(guān)于測(cè)土配方施肥的問(wèn)題，筆者早在7年前，就撰文指出過(guò)這種作法的實(shí)際效益。
現(xiàn)在重發(fā)這篇文章，希望能引起更多的農(nóng)業(yè)工作者思考。
為減少化肥污染，提高耕地產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)部接受有關(guān)專(zhuān)家建議，從2005年開(kāi)始，推行一項(xiàng)全國(guó)性的耕地施肥新措施，即根據(jù)土壤的實(shí)際需求確定施肥量。科學(xué)家們稱(chēng)其做法為“測(cè)土配方”施肥。其依據(jù)是，目前農(nóng)民施加的肥料中，60%～70%并沒(méi)有被莊稼利用，而是貢獻(xiàn)給了地下水，或殘留在土壤中。項(xiàng)目實(shí)施3年后，全國(guó)已累計(jì)推廣測(cè)土配方施肥面積達(dá)9億畝次。
然而，從全國(guó)化肥實(shí)際用量看，配方施肥并沒(méi)有使化肥用量減少下來(lái)，反而持續(xù)增加。2005年全國(guó)化肥用量為4766萬(wàn)噸、2006年為4927萬(wàn)噸，2007年全國(guó)消耗化肥5108萬(wàn)噸，是年糧食總產(chǎn)量為5.15億噸，2015年，全國(guó)化肥用量5900萬(wàn)噸，是年糧食產(chǎn)量6.3億噸。當(dāng)然，有專(zhuān)家指出，增加的化肥可能進(jìn)入了溫室大棚，而不是進(jìn)入農(nóng)田，測(cè)土配方施肥依然發(fā)揮了作用。這個(gè)問(wèn)題是客觀存在的，但具體多少進(jìn)入了大棚，多少進(jìn)入了農(nóng)田，還需要進(jìn)一步研究。
2015年8月，筆者應(yīng)國(guó)內(nèi)某大型肥料集團(tuán)邀請(qǐng)，為該集團(tuán)管理人員介紹生態(tài)農(nóng)業(yè)有關(guān)進(jìn)展。會(huì)上我向一位業(yè)內(nèi)同行了解化肥使用情況，尤其是測(cè)土配方施肥實(shí)施10年后的效果，答案令人吃驚——當(dāng)前的化肥用量已達(dá)到5900萬(wàn)噸了。我國(guó)的化肥使用效率是在上世紀(jì)50年代最高，那時(shí)農(nóng)民種糧積極性高，社會(huì)組織分工好，也沒(méi)有太多的化肥可以浪費(fèi)。如1952年我國(guó)生產(chǎn)了16392萬(wàn)噸糧食，僅動(dòng)用化肥7.8萬(wàn)噸，化肥利用效益高達(dá)2230斤糧食/斤化肥，地力不足的部分依靠積累農(nóng)家肥和綠肥。
或許有人認(rèn)為投入力度不夠，才影響了測(cè)土配方施肥效果。實(shí)際上，幾年來(lái)，中國(guó)已經(jīng)安排專(zhuān)項(xiàng)資金20多億元用于配方施肥補(bǔ)貼，僅2008年農(nóng)業(yè)部就安排了11.5億元補(bǔ)貼資金；2009年中國(guó)還將繼續(xù)增大投入。其實(shí)筆者認(rèn)為，補(bǔ)貼資金不是限制因素，而配方施肥本身的合理性才是最關(guān)鍵的。
測(cè)土配方施肥的目標(biāo)是減少化肥用量，并提高糧食產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)資源高效、環(huán)境保護(hù)和提高耕地質(zhì)量等綜合目標(biāo)，這個(gè)出發(fā)點(diǎn)無(wú)疑是正確的。但是，配方施肥依然施的是化肥，化肥如同土壤的藥物，“是藥三分毒”，在提高產(chǎn)量的同時(shí)，其副作用也逐漸顯露出來(lái)。另外中國(guó)化肥生產(chǎn)一直在增加，僅全年上半年全國(guó)就生產(chǎn)化肥3000萬(wàn)噸。各種銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)也在向農(nóng)民兜售化肥，農(nóng)民在實(shí)際操作中對(duì)化肥產(chǎn)生了強(qiáng)烈的依賴(lài)。在這樣復(fù)雜的形勢(shì)下，僅靠專(zhuān)家們開(kāi)出的“施肥配方”是難以奏效的。
其實(shí)測(cè)土配方施肥是治標(biāo)不治本的做法。在試圖解決耕地污染和提高產(chǎn)量的宏偉工程中，科學(xué)家、政府官員、農(nóng)民三方面的利益分配問(wèn)題才是最主要的。目前的資金去向是，主管項(xiàng)目的科學(xué)家獲得了大量研究經(jīng)費(fèi)，各級(jí)農(nóng)業(yè)政府官員，土壤肥料站得到了大量補(bǔ)貼、農(nóng)民卻沒(méi)有得到實(shí)際好處，反而增添了麻煩。農(nóng)民不會(huì)為種地去取土樣找土肥站去化驗(yàn)，即使不要他們花錢(qián)。測(cè)土配方施肥理論上可行，但具體操作困難。農(nóng)民嫌麻煩，沒(méi)有積極性；但科學(xué)家和各級(jí)農(nóng)業(yè)官員有好處，積極推進(jìn)。這就出現(xiàn)了測(cè)土配方施肥工程中“一頭涼、一頭熱”的局面。
在配方施肥中農(nóng)業(yè)部門(mén)一包到底：從土壤測(cè)試、配方設(shè)計(jì)、田間試驗(yàn)、效果評(píng)價(jià)、組織管理、監(jiān)督檢查等所有環(huán)節(jié)，幾乎都由農(nóng)業(yè)部門(mén)包攬，甚至連配方肥的生產(chǎn)也由農(nóng)業(yè)部門(mén)承擔(dān)，導(dǎo)致測(cè)土配方施肥補(bǔ)貼由農(nóng)業(yè)系統(tǒng)獨(dú)享。這樣，配方施肥不是肥了耕地，也不是農(nóng)民，化肥用量怎能夠減得下來(lái)？另外，測(cè)土配方項(xiàng)目補(bǔ)貼金額發(fā)放與驗(yàn)收都由內(nèi)部人員說(shuō)了算，“農(nóng)業(yè)三站”形成特殊利益共同體，不愿奔赴田間地頭開(kāi)展扎實(shí)的農(nóng)技服務(wù)。一些基層農(nóng)技部門(mén)玩數(shù)字游戲，以騙取國(guó)家補(bǔ)貼。
在實(shí)際操作中，一個(gè)“藥方”難以解決耕地的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。耕地是個(gè)非均質(zhì)體，農(nóng)民常說(shuō)“一步三換土”，就是這個(gè)道理。有人曾從半公頃耕地中，隨機(jī)獲取50個(gè)土樣送檢，其化驗(yàn)結(jié)果最大值和最小值相差幾倍，用來(lái)配方的有效養(yǎng)分怎能做到科學(xué)合理？
其實(shí)即使不搞配方施肥，將秸稈中含有的“肥料”通過(guò)一定的措施“過(guò)腹還田”，增加有機(jī)肥，地會(huì)越種越肥，化肥用量必然下降。我們的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在有機(jī)肥施用量75噸/公頃前提下，在目前基礎(chǔ)上減少一半化肥用量，玉米籽粒仍高于施常規(guī)化肥的產(chǎn)量。中國(guó)如將一半的秸稈 “過(guò)腹還田”，可增加牛糞32.8億～38.3億噸，折合2835萬(wàn)～3310萬(wàn)噸硫酸銨。遺憾的是，這些“肥料”被農(nóng)民在田間地頭燒掉了，每年再向耕地中增加化肥。
因此,解決耕地污染和提高耕地質(zhì)量的合理途徑，是大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，循環(huán)利用農(nóng)業(yè)廢棄物，恢復(fù)受損的耕地。中國(guó)人口多、耕地少，且農(nóng)民勤勞，有著幾千年農(nóng)耕歷史，這樣的國(guó)情適宜發(fā)展精耕細(xì)作的農(nóng)業(yè)。如果中國(guó)能夠?qū)︷B(yǎng)殖積肥的農(nóng)民或?qū)τ袡C(jī)肥耕種者實(shí)施直接補(bǔ)貼，則可避免配方施肥缺陷，有效利用國(guó)家資金。這才是將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化做法。
中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：生態(tài)家園 微信公眾號(hào)
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