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中国农业大学专家:科学认识化肥的作用
发布时间:2016-12-14 18:26:28     阅读: 次     来源:济南东利生物科技有限公司
  化肥作为粮食的“粮食”,是现代科学技术带给我们的高效营养物质。从欧洲1800年生产硫酸铵开始,经过200多年的发展,化肥已经形成了完整的产、供、销、用体系,完全可以为粮、棉、油、果、菜等农产品提供氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯等必需的矿质态元素以及硅等有益元素。化肥施用200多年来,人口连续翻番的同时,营养水平大幅提高,人类文明进步呈现指数级增长,彻底突破了传统农业依赖于地力自然恢复的瓶颈。

  一、化肥是工业革命技术成果和现代农业的物质支撑

  化肥起源于欧洲,是工业革命的产物。1800年英国率先从工业炼焦中回收硫酸铵作为肥料,但直到1908年德国发明了现代合成氨工艺,才实现了化肥充足供应。化肥的施用让欧洲生活水平迅速提高,并成为世界经济中心。鉴于化肥对人类文明的重大贡献,合成氨技术发明者德国Fritz Haber(1918)和Carl Bosch(1931)先后获得诺贝尔化学奖。

  (一)化肥的特性和历史功绩

  化肥来自于自然界,供应效率高。氮肥主要原料来自于大气,其他化肥原料主要是矿产。氮肥生产与生物固氮机理相似,通过高温高压及催化剂,将大气中的惰性N2变成作物可以利用的活性氮(铵盐、硝酸盐)。在一个10公顷土地上建立的合成氨厂每天可以生产3000吨N,一年能够满足千万亩农田维持亩产800~1000斤的产量,比传统生物固氮效率提高约100万倍。化肥让农田从培肥—生产的长周期转变为连续生产的短周期,极大地提高了农田产出效率。

  化肥养分浓度高,劲大,降低了劳动强度。化肥中养分含量一般超过40%,是传统有机肥的10倍以上。尿素含氮46%,满足一亩农田10公斤的氮素供应只需要25公斤左右尿素,一个劳动力徒手用半天就可以完成运输和施用。而传统农业收集、堆沤、运输、施用有机肥需要许多人花费几个月的时间。化肥将农户从繁重的肥料收集、堆沤等劳动中解放了出来,极大地提高了农民的劳动生产效率。

  化肥肥效快,利于作物及时吸收。化肥中的养分主要是无机态的,不需要经过微生物转化分解,施入土壤中后会迅速被作物根系吸收。例如化学氮肥施入土壤后一般3~15天就会完全释放,在植物生长旺盛阶段可以迅速满足作物需要。化肥还可以通过灌溉,甚至可以通过叶面喷施的方式施用,极大地提高了作物的养分吸收效率。

  化肥本身是无害的。化肥中养分含量高、杂质低。例如尿素中含有46%的氮素,氮是作物所需要的营养元素,其余的主要是CO2,施用到土壤中后会再次释放回到大气中,是无害的。此外,还含有1%左右的水和1%左右的缩二脲,缩二脲严格控制到1.5%以下对作物无害,而且会在土壤中分解并被作物和微生物利用。其他的磷肥、钾肥以及中微量元素都是从矿物中提取出来的,基本成分也都是无害的。

  (二)中国化肥来之不易

  目前,中国是全球最大的化肥生产国和消费国。作为一个发展中国家,在满足自己化肥供应的同时,还可以向国外出口,这是非常了不起的事情。化肥工业的壮大,为我国农业和国民经济的持续快速发展提供了坚实基础。

  保障化肥供应是国家基本战略。新中国成立后,化肥作为战略资源重点保障,即使在困难时期,化肥用量的增长也没有停止过。国家采取了一系列措施保障化肥供应,例如奖售政策、无利润统购统销政策、生产补贴、施用补贴等。2013年,补贴金额高达1000亿元以上。针对化肥的特殊政策持续时间之长、范围之广、力度之大是其他任何商品都没有的。

  不惜代价建立化肥工业体系。化肥生产是一个资源高度依赖的工业体系,对于工业基础薄弱的发展中国家异常艰难。在上世纪80年代以前,我国化学工业投资的40%、优质无烟块煤的50%、进口天然气的30%、进口硫资源的60%以上都用于化肥生产。为提高化肥储运能力,国家还为大中型化肥厂修建了专用铁路线、输电线路,铁路和码头仓库等。

  技术创新之路十分艰难。建国初期,进口化肥生产装置和材料都异常困难。秉承“自力更生、自给自足”的原则,我国开始了艰苦的化肥研发生产之路。侯德榜等科学家自上世纪50年代开始,历经8年努力,研发了具有中国特色的化肥技术—“联碱法”制取碳酸氢铵,建成了自主创新的现代化氮肥工业体系。磷肥从过磷酸钙—钙镁磷肥—硝酸磷肥—磷酸铵—复合肥整整摸索了半个世纪,钾肥工业从1956年在青海察尔汗干盐湖找矿开始,直到本世纪初研发成功“反浮选冷结晶”工艺后,才开始大规模生产。

  (三)化肥是吃饱、吃好、吃得健康的重要保障

  上世纪60年代第一次绿色革命是人类发展史上重要的里程碑,通过高产品种、灌溉、机械化和大量施用化肥提高了农产品供给。联合国粮农组织(FAO)统计,上世纪60年代至80年代,发展中国家通过施肥提高粮食作物单产55%~57%,而化肥对于中国来说,意义更加重大。

  中国粮食产量的一半来自化肥。新中国成立前,我国一直采用传统农业生产方式,即利用作物秸秆、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,我国每亩小麦和水稻的产量仅从106斤和80斤增长到195斤和291斤。而新中国成立后至今的70余年间,我国小麦平均单产达到700~800斤,高产地区达到1500斤。其中,化肥的施用发挥了关键作用。科学家研究证明,不施化肥和施用化肥的作物单产相差55%~65%。

  化肥显著提高了国人的营养水平。近年来,我国人均蔬菜水果供应量持续增长,在丰富食谱的同时,也提高了居民营养水平。人均动物蛋白供应量从1961年的1.4公斤增长到2014年的15.5公斤。水果和蔬菜增产主要是通过现代化的生产方式(大棚、灌溉、化肥、农药)提高了产出。肉制品、奶制品的增长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的养分供应,为生产更多人类所需的蛋白、能量、矿物质提供了基础。

  化肥提高了土壤肥力。耕地质量是粮食安全的基本保障。传统农业中耕地养分含量主要由成土矿物决定,绝大部分土壤出现了不同程度的养分缺乏。例如,我国土壤有效磷含量相对较低,据上世纪80年代开展的二次土壤普查数据,平均含量仅7.4mg/kg(如玉米最适宜的含量不应低于8mg/kg)。通过施用磷肥,近30年来我国土壤有效磷含量上升到23mg/kg。化肥施用还可以增加农作物生物量,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温室气体,减轻工业化带来的负面影响。此外,通过施用化肥提高作物单产,为城市建设、交通、工业和商业发展提供了广阔的土地空间。

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