北京天创置业:张瑞丹:滥用的化肥(新世纪周刊 2010-3-1)

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滥用的化肥

本文来源于《新世纪》周刊 2010年第9期 出版日期2010年03月01日

 

字号: 中国占全球7%的耕地,消耗着全球35%的氮肥,直接导致中国高达90%的农田土壤发生不同程度的酸化记者 张瑞丹 

  2009年上映的纪录片《家园》中,有这样一组镜头:在化肥和农药的共同作用下,全球农业和畜牧业生产的工业化步伐空前加快,粮食产量纪录不断被打破;但奇迹的背后,是触目惊心的环境污染。

  2010年2月19日,美国《科学》杂志刊登了一篇来自中国科学家的论文。中国农业大学资源与环境学院院长张福锁及其团队的研究发现,中国主要农田的土壤在过去20年间发生了显著的酸化现象。罪魁祸首,恰恰是最主要的化肥品种—氮肥。

  实际上,滥用氮肥所造成的负面效应,以及随之而来的土壤酸化,并不出人意料。不过,滥用程度之高,问题之严重,仍然令人吃惊。

土壤酸化加速

  1998年,张福锁去山东省考察时,发现一户农民在不到1亩地的农田里施了超过1000公斤氮肥。

  按照正常的氮肥施用量,以小麦、玉米、水稻为主的粮食作物体系,只需要每亩150至200公斤氮肥;以蔬菜、果园为主的经济作物体系,也不过300多公斤而已。

  “当时我就问:哪里用得着那么多?”张福锁回忆道,“那个农民回答,没关系,反正我能卖4万块钱,化肥才花了4000块。”

  这不过是中国农业过度依赖化肥的一个简单缩影。十多年过去了,张福锁发现,滥用化肥尤其是氮肥的现象,并没有得到很大改观。

  自1981年至2008年,通过发展高投入集约化农业,中国粮食年产量从3.25亿吨增长至5.29亿吨,增长约六成。与此同时,氮肥消费量却从1118万吨增加到3292万吨,增长了近2倍。目前,中国占全球7%的耕地,消耗着全球35%的氮肥。

  这直接导致中国高达90%的农田土壤,均发生不同程度的酸化现象。氮肥造成的土壤酸化,主要是指氮肥在转化过程中形成的阴离子硝酸盐,在水的作用下,携带着碱性的阳离子,如钙、镁离子离开土壤系统,从而使土壤酸度增加。

  张福锁团队的研究发现,在氮肥作用下,土壤酸碱度(pH值)平均下降了约0.5个单位。在没有人为干扰的自然条件下,土壤pH值下降0.5个单位,至少需要成百上千年。

  “我们在20年就完成了这个过程,说明中国过去20年来高投入集约化农业生产,大大加速了土壤酸化进程。”论文作者之一、中国农业大学资源与环境学院院长张福锁告诉本刊记者。

  张福锁团队的这项研究工作,自1994年起已进行了近20年。为了更准确地反映中国集约化农田的土壤酸化问题,团队特意避开了同样会导致土壤酸化的酸雨严重地区,而选择主要集约化农田地区。

  他们发现,不仅是南方地区本身偏酸性的土壤发生了酸化现象,即使是过去被认为对酸化不敏感的华北石灰性、碱性土壤,也出现了同样问题。

  其中,对粮食作物体系来说,氮肥过量施用对土壤酸化的潜在贡献率达到六成;对以大棚蔬菜和果园为主的经济作物体系而言,氮肥过量施用的贡献率则高达九成。

  “现实中,农民每年平均1亩粮食作物施氮肥600公斤的现象十分普遍,蔬菜地和果园等经济作物的氮肥施用量甚至高达上千公斤。”张福锁对本刊记者说。

化肥“双刃剑”

  过去的研究中,人们更多关注大气中二氧化碳浓度升高导致的海洋酸化,以及酸雨导致的湖泊、森林和土壤酸化。而全球农业生产中来自合成氨工业的化学氮肥滥用所引发的农田土壤酸化,却一直未引起足够重视。

  作为土壤最基本的性质,酸碱度是判断土壤系统是否健康的标准之一,也是对作物生长情况影响较大的一个重要因素。

  “不同的作物适合不同的酸碱度,大多数作物在中性,pH值在6至7的条件下长势较好。酸碱度过高过低,都会对作物的生长有影响。”张福锁对本刊记者解释说。

  如果将土壤系统比作人体系统,化肥使用对应营养摄取,那么土壤营养摄取全面而充足,可以保证作物健康生长;而一旦“营养过剩”,就可能打破平衡,导致作物“生病”。中国农业大学“十五”期间在山东省的调查结果显示,农民对大棚黄瓜的氮肥投入不足,就会造成产量低、品质差、弯瓜较多等现象;而施氮量过大,又“适得其反”,导致病害严重、产量下降、口味变差。

  此外,氮肥施用过多造成土壤酸化的背后,隐藏着巨大的环境污染和人体健康风险。

  首先是对地下水的破坏。氮肥施用过量,使地下水的硝酸盐含量超过饮用水标准,而过量的硝酸盐可能导致高铁血蛋白症,同时具有致癌危险。

  氮肥的滥用对湖泊河流富营养化“贡献率”也颇高,是造成太湖蓝藻等“藻华”现象频发的罪魁祸首之一。

  2月9日公布的全国第一次污染源普查的结果显示,农业污染源是主要水污染物化学需氧量(COD)的最大“贡献”者,排放量占四成以上。而总氮的排放量为270.46万吨,占排放总量的近六成。

  不仅如此,氮肥过量使用与气候变暖也有着千丝万缕的关系。它是氧化亚氮的重要来源之一,后者是比二氧化碳具有更大致暖效应的温室气体,具有促进气候变暖和破坏臭氧层的双重作用。反过来,氮肥对温度变化十分敏感,气候变暖又会加速氧化亚氮的释放。

拯救农田

  其实,维持乃至增加粮食产量,并不总是需要化肥用量的增加。2009年1月,张福锁和同事巨晓棠教授等人发表在《美国科学院院报》(PNAS)上的一篇论文就显示,在保持农作物产量不变的情况下,氮肥的施用量有可能减少三成至六成。

  国际上在控制化肥滥用方面已经有成功经验。上世纪80年代之前,荷兰就曾因为养殖业发达,化肥施用量过多而造成大面积的硝酸盐污染。当局随即采取严格措施,出台一系列如监测、罚款等政策来控制氮肥的施用量。到上世纪90年代,荷兰顺利度过化肥施用高峰期,土壤得到恢复。

  “我们一直认为,合理施用氮肥不仅可节约资源,而且可以保护环境,减缓土壤酸化。”张福锁告诉本刊记者。

  张福锁建议,根据各地土壤性质的不同,针对南方一些农业土壤酸化严重的地区,可以采取撒石灰中和的方式;而在土壤碱度比较高的北方,只需控制氮肥用量,就可以达到“既不浪费资源,也不继续造成酸化”的目的。

  当然,在实际生产中仅仅单纯控制氮肥用量并不能完全解决问题。中国农业大学的这个研究团队,就曾因为忽视了水分管理而得到失败结果。

  在山东省寿光市的辣椒大棚进行养分调控中,研究人员发现,即使施用的肥料总量完全可以满足作物生长发育要求,后期也仍然出现了严重脱肥、产量明显降低的现象。“当时该试验地的农民非常生气,甚至把我们的研究生赶出了大棚。”张福锁回忆道。

  事后证明,问题出在灌溉用水上。虽然农民原本的施肥量高达1600公斤,但大量浇水之后肥料很多被冲走,真正留在根部的只有二三百公斤,刚好能满足农作物需求。

  “我们的施肥总量刚好满足需求,但由于频繁的大量灌水,所以肥料被冲得没剩下多少。”张福锁告诉本刊记者。

  目前在全国范围内大面积推广的“水肥一体化”技术,恰恰解决了这个问题。一方面,减少施肥量,防止氮肥量过度;另一方面,更有针对性地利用灌溉用水,在满足作物需求的同时减少水资源的浪费。

  在土壤专家们看来,技术已经完全掌握,但要在全国普遍推广应用,仍然需要很长的时间。

  首先,中国的土壤先天就具有“质量较差、障碍因素多”的缺陷。这也从侧面说明中国农业土壤施肥过多的原因。但实际上,改善土壤质量的途径有很多。

  张福锁举例说,现在搞的秸秆还田,就是提倡不要烧秸秆,还田之后不但可以培肥土壤,还可以收纳温室气体,减少全球变暖。

  更重要的是,政府多年以来“高投入高产出”、给化肥生产大量补贴等优惠政策,来鼓励企业多生产化肥,农民多使用化肥。

  “对于农民来说,一亩二分地用一袋肥料花的钱不算什么,不用算成本账。从农民角度来说,根本没有动力来减少化肥施用量。”张福锁坦言。

  在他看来,当务之急还是要改变政府领导观念和现有政策,政府应该引导农民合理用肥,用好肥,而不是鼓励多用肥。

  “建议不要再给化肥工业补贴。过去没有化肥工业,补贴刺激化肥工业是对的;但到了化肥已经过量的今天,国家没有必要一年掏几百亿补贴。”张福锁说。

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