自化學(xué)肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用以來,其在保障糧食安全供應(yīng)方面發(fā)揮了不可替代的作用,避免了馬爾薩斯所描述的人類場景的出現(xiàn)。但是,隨著化學(xué)肥料的過量施用,特別是隨著人們對生態(tài)環(huán)境的重視,目前很多人把化學(xué)肥料推向了生態(tài)健康的對立面,基本上完全忽視了化學(xué)肥料在生態(tài)健康中的作用。為了正確認(rèn)識化學(xué)肥料在人類發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)中的作用,以化學(xué)肥料與生態(tài)健康的關(guān)系為題,深入探討化學(xué)肥料在生態(tài)健康中的作用與地位,旨在引導(dǎo)正確認(rèn)識化學(xué)肥料。
化學(xué)肥料是生態(tài)健康的基礎(chǔ)
糧食與人口的矛盾一直貫穿在人類發(fā)展的歷史長河中,1798年英國教士馬爾薩斯提出了著名的“人口論”,20世紀(jì)60年代美國學(xué)者著書《饑餓1975》《人口爆炸》等。幸運的是,這些書中的預(yù)言都沒有實現(xiàn),其中重要的原因是1902年德國化學(xué)家哈博發(fā)明了合成氨技術(shù),后人在評價該項技術(shù)時認(rèn)為它“養(yǎng)活了地球上48%的人口” 。如果沒有氮肥供應(yīng),就需要增加1倍的耕地來養(yǎng)活全球的人口,這意味著生態(tài)災(zāi)難。歷史的發(fā)展不能重來,更不能倒退,人類無法想象沒有化肥的世界是否會出現(xiàn)馬爾薩斯所描述的場景。
新中國成立后,我國化肥用量僅為6000t ,溫飽問題一直困擾著我國政府。為了解決我國4.5億人口的吃飯問題, 中央政府于 20世紀(jì)50年代拉開了開發(fā)北大荒的序幕, 開墾土地3500萬畝(1畝= 667m2 ,下同),大片濕地開發(fā)成了萬畝糧倉。20世紀(jì)的農(nóng)業(yè)學(xué)大寨運動,把坡度在50°以上的山坡改造成了“ 大寨田”。這其中的主要原因就是沒有化學(xué)肥料,土地生產(chǎn)力不足以養(yǎng)活已有的人口,只能以破壞生態(tài)環(huán)境為代價,換來人類賴以生存的糧食。可以說,糧食是一切文明的基礎(chǔ),在充足的糧食供應(yīng)下的生態(tài)環(huán)境建設(shè)才是可持續(xù)的。
新中國成立初期,我國糧食平均產(chǎn)量僅為68.6kg/ 畝,至2018年達(dá)到408kg/ 畝,是新中國成立初期的近6倍。糧食單產(chǎn)的提高涉及多方面的因素,如品種改良、灌溉條件改善、植保技術(shù)提高等,其中化學(xué)肥料的作用不可低估。研究表明,目前作物產(chǎn)量對肥料的依賴程度在50%~60%,即不使用肥料(長期)作物產(chǎn)量僅能達(dá)到目前產(chǎn)量的一半。
正是由于化肥的使用,我國糧食產(chǎn)量得以大幅度提高,國家才有條件提出了還林還草政策。自1999年至2004年,國家安排的退耕還林任務(wù)共計19165500 hm2,其中退耕地造林面積為7886200 hm2。國家林業(yè)和草原局副局長張永利在2012年表示:“鞏固退耕還林成果、繼續(xù)推進(jìn)退耕還林工程建設(shè)正處在一個十分關(guān)鍵的時期?!蹦壳?,已經(jīng)有四川、貴州、甘肅等十幾個省區(qū)提出了重新啟動退耕還林工程的要求,許多省區(qū)在遭受重大自然災(zāi)害后迫切要求擴大退耕還林面積。昔日的坡耕地變?yōu)樾忝赖纳酱ǎ@與化肥的貢獻(xiàn)是密不可分的。
由于化學(xué)肥料的應(yīng)用、糧食產(chǎn)量的大幅度提高,我國才有條件進(jìn)行城市化建設(shè),才有條件進(jìn)行退耕、休耕。2019年,我國計劃休耕500萬畝,這也是以我國糧食供應(yīng)能滿足需求為前提的。
同時,化肥的使用也是減少CO2排放量的重要措施之一。據(jù)國際化肥工業(yè)協(xié)會估計,在合理施肥的范圍內(nèi),與不施肥相比,1hm2 耕地施用170kg氮肥可捕獲相當(dāng)于1.8t 標(biāo)準(zhǔn)煤的能量,除去氮肥本身需消耗的273kg標(biāo)準(zhǔn)煤的能量,可凈捕獲約1.6t 標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。所以,合理施肥有利于CO2的固定,減少CO2的排放 。
高度重視化肥的負(fù)面作用
近年來,由于大量施用化學(xué)肥料,給環(huán)境造成了巨大的壓力。據(jù)估計,美國切斯比克灣的污染有一半來源于化肥,美國密西西比河流域因過量使用氮肥而形成了15540 km2(6000平方英里)的“死亡區(qū)”。由于施用化肥,我國每年從農(nóng)田排放的氨約為5430kt,給大氣環(huán)境造成了很大的影響。
近年來,人們對化肥的認(rèn)識發(fā)生了很大的變化,甚至對國家的決策產(chǎn)生了一定的影響,究其原因是對化肥的不合理宣傳。有一份報告這樣表述:“連續(xù)大量施用化肥不僅浪費資源、增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,也帶來水體富營養(yǎng)化、溫室氣體排放、土壤酸化和病蟲害加重等一系列環(huán)境問題”。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量是否合理呢,筆者詳細(xì)分析如下。
很多資料認(rèn)為, 合理的施肥水平是225kg/hm2。按2014年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),農(nóng)作物播種面積為24.82億畝, 茶園和果園面積分別為0.40億畝和1.97億畝,化肥施用量為59 959kt,其中氮肥施用量為32390 kt(復(fù)合肥含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)按40%計),折合氮肥施用量不足180kg/ hm2,何來嚴(yán)重過量?某些人拿一些數(shù)字進(jìn)行簡單的比較,從不分析數(shù)字背后的具體原因,不僅誤導(dǎo)群眾,而且還會誤導(dǎo)黨和政府的決策。
我國確實存在土壤酸化的問題,其根本原因不是施用化肥所致。根據(jù)“植物酸生長理論”,植物在生長過程中會通過根系分泌氫離子而引起土壤酸化,且植物生長量越大對土壤的酸化作用越強。如果說土壤酸化與化肥有關(guān)的話,也是施肥使植物生長更旺盛,植物分泌的酸就更多,土壤酸化的速率就越快。解決土壤酸化的問題,施用石灰或其他堿性物質(zhì)即可。有人認(rèn)為采用石灰中和酸性土壤的成本太高,難道施用所謂的“土壤調(diào)理劑”改良土壤酸性就廉價了?這里不乏一些土壤調(diào)理劑生產(chǎn)企業(yè)的片面宣傳,但如果所謂的“專家”也推波助瀾,則十分令人遺憾。
目前,施用化肥的農(nóng)產(chǎn)品往往被認(rèn)為是不安全的。需要指出的是,化肥的作用是為植物生長發(fā)育提供必需的營養(yǎng)元素,植物通過吸收肥料中的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素后才能轉(zhuǎn)化合成各種營養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等,諸如“瓜不甜、果不香”的原因是沒有合理施用化肥,而不是化肥造成了農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的下降。
不施化肥的農(nóng)業(yè)不是可持續(xù)農(nóng)業(yè)
隨著生活質(zhì)量的不斷提高,人們對食品安全越來越重視。國際有機農(nóng)業(yè)運動聯(lián)盟于1972年在法國成立,該聯(lián)盟對有機農(nóng)業(yè)思潮在世界范圍內(nèi)的興起起到了推波助瀾的作用。在我國,有機農(nóng)業(yè)與有機肥料往往密切結(jié)合在一起,有人錯誤地認(rèn)為施用有機肥而不施用化肥的農(nóng)業(yè)就是有機農(nóng)業(yè)。19世紀(jì)的西方學(xué)者認(rèn)為腐殖質(zhì)是植物營養(yǎng)的唯一來源,該理論被稱為“腐殖質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說” 。德國科學(xué)家泰伊爾在《合理的農(nóng)業(yè)原理》一書中提出:“土壤肥力決定于土壤腐殖質(zhì)的含量,原因是基于它是植物養(yǎng)分的唯一來源”。
“腐殖質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”被當(dāng)時的學(xué)術(shù)界廣為接受,但并未在土壤培肥或提高作物產(chǎn)量方面發(fā)揮作用。德國化學(xué)家李比希的《化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》于1840年出版,從而創(chuàng)立了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)三大理論基礎(chǔ)之一的“植物礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”,其認(rèn)為植物的原始養(yǎng)分只能是礦物質(zhì),因為地球上的腐殖質(zhì)出現(xiàn)于植物之后而不是植物之前。這2個學(xué)說的根本區(qū)別在于植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)不是有機質(zhì)而是礦物質(zhì)。試想,被證明是錯誤的“腐殖質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”在200多年后還能用于指導(dǎo)當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嗎?
英國非有機小麥的產(chǎn)量是8000 kg/hm2,而有機小麥的產(chǎn)量為4000 kg/hm2,如果歐洲國家采用有機農(nóng)業(yè)滿足對糧食的需求,農(nóng)田面積需增加28000000 hm2,這相當(dāng)于法國、德國、丹麥和英國森林面積的總和。將森林改為農(nóng)田,還能保持生態(tài)環(huán)境嗎?美國從2002年開始實施有機認(rèn)證,有機農(nóng)業(yè)的年增長率從初期的15%降至2010年的7%,目前有機農(nóng)業(yè)的產(chǎn)品在美國食品市場僅占4%,有機農(nóng)產(chǎn)品在美國仍是少數(shù)。人均耕地面積為66.46hm2 的美國尚無法大面積發(fā)展有機農(nóng)業(yè),我國人均耕地僅為0.098hm2,有機農(nóng)業(yè)不可能是發(fā)展方向。
科學(xué)用肥,解決化肥的負(fù)面作用
化肥在保證糧食安全的同時,也給環(huán)境造成了巨大的壓力,這是不爭的事實。為了解決化肥的高效利用問題,農(nóng)業(yè)部于2015年印發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》,一百多年來土壤肥料科技工作者已經(jīng)從不同的角度在此方面開展了大量的研究工作。施肥零增長就是要實現(xiàn)減量不減產(chǎn),這必須通過科技手段來提供支撐。在肥料生產(chǎn)技術(shù)或施肥技術(shù)沒有實現(xiàn)突破的情況下,減量就意味著減產(chǎn),想高產(chǎn)就要多施肥。
要減少施肥量,就必須提高肥料利用率,就需要合理施肥。合理施肥應(yīng)把握4個“正確”,即正確的肥料、正確的用量、正確的時間和正確的位置。
①正確的肥料。通過肥料技術(shù)的創(chuàng)新,生產(chǎn)出符合我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化要求的肥料,多利用、少損失,且便于施用。
?、谡_的用量。我國在之前10年的測土配方施肥中一直在研究農(nóng)作物生長最合適的施肥量,肥料施用量超過了作物的需求就是浪費,因此,所說的減量就是要把不合理的過量部分減下來。
?、壅_的時間。作物在不同的生長時間段內(nèi)對養(yǎng)分的需求量不盡相同,如果時間不對,所施用的肥料不能被作物吸收而在土壤中長時間存留,通過揮發(fā)、淋溶,不但造成浪費,而且會污染環(huán)境。因此,在作物最需要的時候施肥,其效果是最好的。
?、苷_的位置。比如肥料放在離農(nóng)作物的根部近一點,吸收效果就非常好。
近年來,我國成功引進(jìn)并研發(fā)出很多新的施肥技術(shù),如精準(zhǔn)施肥、灌溉施肥、測土配方施肥等,也研制出了一批環(huán)境友好型的新型肥料品種,這些技術(shù)和產(chǎn)品的合理使用能大大減少化肥的用量,有些技術(shù)是很成熟的,但農(nóng)民不愿意采用,一是操作麻煩,二是成本高。這就需要政策來引導(dǎo),給予鼓勵。
因此,采用高效施肥技術(shù),在保證糧食安全的前提下,把化肥對生態(tài)環(huán)境的影響降至最低程度,需要科技和政策的雙重支撐才能逐步實現(xiàn)。(本文節(jié)選自“化學(xué)肥料與生態(tài)健康”,原文刊載于《肥料與健康》第一期 ,作者為中國植物營養(yǎng)與肥料學(xué)會理事長,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物營養(yǎng)與肥料研究室主任,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員、博士生導(dǎo)師 白由路)