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中國化肥史

化肥作為糧食的“糧”,是現代科技帶給我們的高效養分。自1800年歐洲生產硫酸銨以來,經過200多年的發展,化肥已經形成了完整的產、供、銷、用體系,完全可以提供氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬、氯等農產品。化肥施用200多年以來,人口不斷翻番,營養水平大幅提高,人類文明進步呈指數級增長,徹底突破了傳統農業依靠土壤肥力自然恢復的瓶頸。

1.化肥是工業革命的技術成果,是現代農業的物質支撐。

肥料起源於歐洲,是工業革命的產物。1800年,英國率先從工業焦化中回收硫酸銨作為肥料,但直到1908年,德國發明了現代合成氨工藝,才實現了肥料的充足供應。化肥的應用使歐洲的生活水平迅速提高,成為世界經濟中心。鑒於化肥對人類文明的巨大貢獻,德國合成氨技術發明者弗裏茲哈伯(1918)和卡爾博施(1931)先後獲得諾貝爾化學獎。

(壹)化肥的特點和歷史成就

肥料來源於大自然,供給效率高。氮肥的主要原料來自大氣,其他肥料原料主要是礦物質。氮肥生產的機理與生物固氮相似。大氣中的惰性N2通過高溫、高壓和催化劑轉化為農作物可以利用的活性氮(銨鹽、硝酸鹽)。壹座建在10公頃土地上的合成氨廠,每天可產N 3000噸,可滿足1000萬畝農田維持阿木年800 ~ 1000公斤產量的需要,比傳統生物固氮效率高出約100萬倍。化肥使農田從長時間的施肥-生產變為短時間的連續生產,大大提高了農田的產出效率。

肥料營養濃度和強度高,降低勞動強度。化肥中的養分含量壹般在40%以上,是傳統有機肥的10倍以上。尿素含氮46%,滿足壹畝農田10公斤的供氮量只需要25公斤左右的尿素。壹個勞動力手工半天就能完成運輸和應用。然而,在傳統農業中,許多人需要幾個月的時間來收集、堆肥、運輸和施用有機肥料。化肥把農民從收肥、堆肥等繁重的勞動中解放出來,大大提高了農民的勞動生產效率。

化肥肥效快,有利於作物及時吸收。化肥中的養分主要是無機物,不需要被微生物分解。施入土壤後,它們會很快被作物根系吸收。比如化學氮肥施入土壤後3 ~ 15天就會完全釋放出來,可以快速滿足作物在植物旺盛生長期的需求。還可以通過灌溉甚至葉面噴施來施肥,大大提高了作物的養分吸收效率。

化肥本身無害。肥料營養成分高,雜質少。比如尿素含有46%的氮,這是作物需要的營養元素,其余主要是CO2,施入土壤後會釋放回大氣中,無害。此外,還含有約1%的水和1%的縮二脲,嚴格控制在1.5%以下對作物無害,在土壤中會分解,被作物和微生物利用。其他磷肥、鉀肥、微量元素都是從礦物質中提取的,基本成分無害。

(二)中國的化肥來之不易。

目前,中國是世界上最大的化肥生產國和消費國。作為壹個發展中國家,能滿足自己的化肥供應,出口到國外,是壹件很了不起的事情。化肥工業的發展為中國農業和國民經濟的持續快速發展提供了堅實的基礎。

確保化肥供應是國家的基本戰略。新中國成立以來,化肥壹直是戰略資源的重點保障,即使在困難時期,化肥消費的增長也沒有停止。國家采取了壹系列措施保證化肥的供應,如有獎銷售政策、統購統銷無利潤政策、生產補貼、施藥補貼等。2013年補貼金額高達100億元。化肥專項政策持續時間長、範圍廣、力度大,是其他商品所沒有的。

不惜壹切代價建立化肥工業體系。化肥生產是壹個高度依賴資源的工業體系,對於工業基礎薄弱的發展中國家來說,難度極大。20世紀80年代以前,中國40%的化工投資、50%的優質無煙塊煤、30%的進口天然氣和60%以上的進口硫資源用於化肥生產。為了提高化肥的儲運能力,國家還為大中型化肥廠修建了鐵路專用線、輸電線路、鐵路和碼頭倉庫。

技術創新之路非常艱難。建國初期,進口化肥生產設備和材料極其困難。中國堅持“自力更生,自給自足”的方針,走上了肥料研發和生產的艱辛道路。侯等科學家從20世紀50年代開始,經過8年的努力,開發出了具有中國特色的肥料技術——“碳化法”生產碳酸氫銨,建成了自主創新的現代氮肥工業體系。磷肥從過磷酸鈣-鈣鎂磷肥-硝酸磷肥-磷酸銨-復合肥探索了半個世紀。鉀肥工業從65438年至0956年在青海察爾汗鹽湖開始探礦,直到本世紀初“反浮選冷結晶”工藝開發成功,才開始大規模生產。

(3)化肥是吃飽吃好健康的重要保證。

20世紀60年代的第壹次綠色革命是人類發展史上的壹個重要裏程碑,它通過高產品種、灌溉、機械化和大規模施用化肥改善了農產品供給。據糧農組織統計,從20世紀60年代到80年代,發展中國家通過施肥使糧食作物增產55% ~ 57%,化肥對中國的意義更大。

中國壹半的糧食產量來自化肥。新中國成立前,我國壹直采用傳統的農業生產方式,即利用農作物稭稈、人畜糞便、綠肥等方式提高土壤肥力,糧食產量長期處於較低水平。從秦漢到清代,我國小麥和水稻的畝產量僅從106公斤和80公斤增加到195公斤和291公斤。新中國成立70多年來,全國小麥平均畝產達到700-800公斤,高產區達到1.500公斤。其中,化肥的施用起到了關鍵作用。科學家研究證明,不施化肥的作物和施化肥的作物產量相差55% ~ 65%。

化肥顯著提高了中國人的營養水平。近年來,中國蔬菜和水果的人均供應量持續增長,豐富了食譜,提高了居民的營養水平。人均動物蛋白供給量從0年的1961.4公斤增加到2014年的15.5公斤。水果和蔬菜產量的增加主要是通過現代生產方法(溫室、灌溉、化肥和農藥)。肉制品和乳制品的增長來源於飼料供給的增加,飼料生產也依賴於化肥的施用。化肥極大地豐富了農業生產系統中的養分供應,為生產更多人類所需的蛋白質、能量和礦物質提供了基礎。

化肥提高了土壤肥力。耕地質量是糧食安全的基本保障。在傳統農業中,耕地的養分含量主要由成土礦物決定,大部分土壤都不同程度地缺乏養分。例如,我國土壤有效磷的含量相對較低。根據20世紀80年代第二次土壤調查的數據,平均含量僅為7.4mg/kg(如玉米的最適含量不應低於8mg/kg)。通過施用磷肥,近30年來我國土壤有效磷含量已增加到23mg/kg。施肥還可以增加作物生物量,提高地表覆蓋率,減少土壤侵蝕。土壤本身也是碳匯,可以儲存人類活動產生的溫室氣體,減少工業化帶來的負面影響。此外,化肥的施用可以提高農作物的產量,為城市建設、交通運輸、工商業發展提供了廣闊的土地空間。

二、科學認識化肥利用中的幾個問題

目前,化肥的應用帶來了壹些問題,但人們對它有許多誤解,導致壹些負面影響被過度放大。其實大家都很容易理解,把肥料比作食物。飲食不合理、營養過剩導致的高血壓、高血脂、高血糖等壹系列健康問題,是食物攝入的問題,而不是食物本身的問題。和飲食壹樣,化肥過量施用、營養搭配不合理、施用方式粗放等錯誤方式也會產生負面影響,但需要科學分析、正確認識、理性對待。

(壹)化肥施用與非點源汙染的關系。

目前水汙染已經比較突出,但是水汙染物的來源主要有三個:農業面源排放、工業企業和城鄉居民的汙水排放、與化石能源排放有關的大氣幹濕沈降。根據2014年《中國環境狀況公報》,我國廢水氨氮排放總量為238.5萬噸,其中生活源1381000噸,農業源75.5萬噸,工業源23.2萬噸,集中源17000噸。可見農業來源低於國內來源。農業面源汙染包括畜禽養殖和水產養殖造成的肥料流失、氮磷養分流失。據研究,化肥養分流失對農業氮、磷排放的貢獻分別為11.2%和25.7%,總體較低。實際上,化肥中被當季作物吸收的磷、鉀元素,大部分會留在土壤中,被下壹季作物利用。

(2)化肥施用與大氣汙染的關系。

空氣汙染,尤其是霧霾,已經對我們的生活產生了很大的影響。壹般來說,農業生產中施用的氮肥,如尿素、碳酸氫銨、磷酸二銨等進入土壤,不被作物吸收利用,就會有壹部分氮以氨和氮氧化物的形式排放到大氣中,造成大氣汙染。如果采用深施覆土、分期施用和選擇合理的產品,這些損失是很小的。研究表明,目前,氮肥對中國氮氧化物排放總量的貢獻約為5%。隨著施肥方式的改變,這個比例會逐漸降低。

(3)化肥施用與土壤質量的關系。

近年來,中國的土壤健康問題引起了廣泛關註。農民直觀感覺土壤板結汙染,簡單歸結為化肥的作用。其實土壤板結並不是化肥的作用。土壤板結主要是漫灌、淹灌和不合理耕作造成的。合理使用化肥,特別是配合有機肥,可以改善土壤結構。此外,化肥對土壤重金屬汙染影響不大。化肥中只有磷酸銨會帶入壹定量的重金屬,我國磷礦中鎘含量很低。按照目前的施肥量(50公斤/畝,以平均鎘含量10毫克/公斤計算),每年帶入的鎘只有0.5克/畝,而工礦開采和汙水灌溉帶入的鎘遠高於化肥。

(D)施用化肥與農產品質量之間的關系。

農產品的外觀、營養、內含物組成和貯藏特性與化肥的施用有直接關系。人們常說“瓜不香,果不甜,用了化肥”,這是化肥施用不合理的結果。壹些果農盲目追求大果和超高產,投入大量氮肥而忽視其他元素的配合,導致果實大,水分多,但可溶性固形物和糖分含量跟不上,降低了風味。其實農作物的品質和養分吸收的比例有關。化肥營養結構和施用方法合理,瓜果健康生長,果實更香更甜。

第三,推進減肥增效是調整農業結構和方式、實現綠色發展的關鍵舉措。

習近平總書記指出,“要堅定不移加快轉變農業發展方式,盡快轉向數量質量效益並重、競爭力提升、農業科技創新和可持續發展的集約發展,走產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的現代農業發展道路”。目前,我國農業生產遭遇了價格“天花板”和成本“地板”的雙重擠壓。只有改變生產方式,降低已經過高的農資成本,才能實現農業提質增效、節本增效。

在農業生產中,化肥和農藥是主要的物質投入。壹般來說,小麥、玉米、水稻占材料投入的45%。園藝作物就更高了,蘋果生產中化肥農藥的投入占總材料成本的2/3。農產品價格上不去主要是品質不太硬,化肥是品質的決定性因素。資源環境問題逐漸成為影響農業生產的剛性約束因素。環境的惡化不僅會直接增加農業生產的成本,也會間接增加農業生產的成本。因此,化肥在轉變農業生產方式中的重要性不言而喻。立足國情,按照“增產施肥、經濟施肥、環保施肥”的要求,開展化肥使用量零增長行動,落實“精準、調整、改革、替代”四字方針,逐步糾正過量、不合理施肥的面貌。

精準就是推進精準施肥。

根據不同區域的土壤條件、作物產量潛力和綜合養分管理要求,合理制定各區域和作物單位面積的施肥限量標準。幾十萬次的測土配方施肥試驗證明,精準施肥可以達到糧食作物每畝減重5公斤,增產5-8%,增收100元的效果,而水果、蔬菜、茶葉等經濟作物每畝可減重20-90公斤,增產10-20%,增收2000元以上。但由於我國土壤類型多樣,種植體系復雜,有7億多耕地,實現每塊土地精準施肥是壹項長期的工作,需要技術、政策、制度的綜合保障。

調整就是調整化肥的使用結構。

中國農民太分散,所以過去壹直以壹般化肥產品為主,能滿足基本生產要求,但不是最優。首先要優化氮磷鉀配比,增強大量元素和中微量元素的協調性和協同性,讓土壤作物更有營養。其次,要根據我國不同的土壤條件和作物需求,開發適合的高效肥料產品,並保證這些產品能在田間使用。這就要求化肥行業要滿足農業的需求來升級產品,化肥營銷體系要真正服務用戶,並在農業領域進行深入的創新和本土化技術。

改變,即改進施肥方法。

目前,由於勞動力和農業機械的短缺,表面施、撒施、“壹炮而紅”等不合理施肥現象較為普遍。要加快研發適宜的施肥設備,推動施肥方式轉變。比如氮肥表層施用養分揮發會超過20%,而覆土深層施用可以降到5%以下。保護地蔬菜和部分大田肥料用水施,可逐步改為水肥壹體化和葉面噴施。施肥方式的改變需要肥料產品、農機、農藝、設施的密切配合,這是壹個系統工程,需要長期強化和推進。

替代是指有機肥部分替代化肥。

中國的養殖業很發達,有機肥所含的營養成分和化肥提供的營養成分大致相同。而有機肥的養分歸還率只有40%左右,不僅發揮不出肥效,還成了汙染源。目前,大多數糧田和果園不使用有機肥,這不僅影響產量,而且從長遠來看也制約了土壤生產力的提高。通過合理利用有機養分資源,特別是在水果、設施蔬菜、茶葉上用有機肥替代部分化肥,促進有機無機結合,提高耕地基礎地力,實現增產增效、提質增效。

總之,充分認識化肥的作用,積極合理地改變施肥方式,是保證我國糧食供應和可持續發展的大事。要改變“多施肥多增產”等錯誤觀念和“不需要向人要水要肥”等錯誤做法,不能走極端,妖魔化化肥,從而壹刀切否定化肥。科學合理認識化肥,正確合理施用化肥,基於現代農業發展創新化肥產品,才是正確的方向。

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