肥料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)和現(xiàn)狀

1、肥料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)和現(xiàn)狀當(dāng)前能源、化肥供應(yīng)緊張，價(jià)格暴漲，世界性的糧食安全形勢(shì)不容樂觀。我國作為人口和糧食消費(fèi)第一大國對(duì)此更應(yīng)保持高度警惕。我國占世界7的耕地要養(yǎng)活世界22 的人口，這本身就是一個(gè)大問題，這需要我們對(duì)肥料產(chǎn)業(yè)、事業(yè)發(fā)展的環(huán)境有所認(rèn)識(shí)，對(duì)所面臨的凼難和問題有所了解， 進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)， 尤其是肥料使用前景和我們需要注意和解決的問題有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。我國的糧食安全目標(biāo)是自給率95 以上。隨著人口的增長、消費(fèi)水平的提高，耕地的減少，這一任務(wù)和壓力越來越大。前年我省向中央提出了把我省建設(shè)成 “糧食生產(chǎn)核心示范區(qū)” 的建議，并承諾到 2020年全省糧食年總產(chǎn)達(dá)到1300 萬噸，比 2007

2、 年增產(chǎn) 300 萬噸，增長30 。應(yīng)該說，這是一個(gè)比較艱巨，但經(jīng)過努力可以達(dá)到的目標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo) ?從以往的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)看，增加肥料投入，科學(xué)施肥應(yīng)當(dāng)是第一措施。 這一措施的可行性究竟如何， 如何應(yīng)用發(fā)揮好這一措施，需要我們回顧一下以往的經(jīng)驗(yàn)， 分析當(dāng)前的肥料科學(xué)現(xiàn)狀，面 l 臨的問題和未來前景。本文試圖從糧食、環(huán)境、資源的關(guān)系分析出發(fā)，展望肥料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，和需要解決的問題。一、化肥的使用和投入的增加是糧食生產(chǎn)發(fā)展的保證1、化肥對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)。世界e 從 1800 年到現(xiàn)在的 200 年間的糧食增產(chǎn)和化肥的應(yīng)用為此提供了有力的依據(jù)。據(jù)資料介紹， l800年無化肥時(shí)，世界每畝土地只

3、生產(chǎn)糧食48 67 公斤， 1875 畝的土地生產(chǎn)的糧食才能供今滅一人之需；到1978 年，每阿投入的化肥npk 純量達(dá)到 l0 28 公斤，生產(chǎn)谷物308 7 公斤， 3 畝可供 1 人之需。平均投入 1 公斤的 npk ，約增產(chǎn)糧食 20 公斤。近幾十年由于營養(yǎng)物質(zhì)的投入引起的農(nóng)業(yè)大幅度增產(chǎn)更使人震驚。我省、我市近三十年糧食單產(chǎn)翻了一番。上世紀(jì)30 年代公認(rèn)的看法是：如果把增產(chǎn)看做 100 ，那么，化肥的貢獻(xiàn)率占 50 j，品種占： 30 ，其他管理措施占 20 。近 80 余年的發(fā)展可能有所變化， 但化肥為第一增產(chǎn)因素的格局不會(huì)變，在發(fā)展中國家更是如此。目前，以小麥、玉米為例，我市的空白

4、地力不過 250 300 公斤，而施肥后的產(chǎn)量都接近 500 公斤，所以肥料對(duì)糧食的增產(chǎn)貢獻(xiàn)是大的，并且是現(xiàn)在離不了，未來也必須靠肥料打頭陣。2、化肥生產(chǎn)的能量、能源消耗。據(jù)資料介紹，每生產(chǎn)1 公斤的n 素的化肥需要投入73 兆焦耳能量，生產(chǎn)l 公斤的 p 素的磷肥或 l公斤 k 素的鉀肥，需要投入 14 或 8 兆焦耳的能量。按現(xiàn)代生產(chǎn)水平，合成 1 噸氨需要天然氣875 立方米，或 658 升石油，或 2 噸煤。磷鉀化肥的能源消耗可以按上述比例這算。所以化肥的投入也是能量、能源物質(zhì)的投入。近兩年化肥價(jià)格的上漲源自以石油、 煤炭等能源漲價(jià)， 是能源漲價(jià)的的傳到所致。 那么，增加化肥投入還具有

5、可操作性嗎?我認(rèn)為答案是肯定的。據(jù)權(quán)威資料介紹，石油漲價(jià)60 的原因是供求關(guān)系引起的，40 是炒作引起的。所以油價(jià)高居是有泡沫的，而泡沫不可能長期存在。另據(jù)介紹，在高油價(jià)的情況下，原來不具有開采價(jià)值的油田，就具有了開采價(jià)值，其開采成本為每桶40 美元，而現(xiàn)在的油價(jià)是每桶百元以上，所以，市場(chǎng)趨利的導(dǎo)向作川不允許超商汕價(jià)b 引丈期存在。還有現(xiàn)在歐美已經(jīng)大批量地利用玉米煉制已醇，據(jù)說，當(dāng)前高糧價(jià)與此鉑關(guān)，這項(xiàng)爍制每年消耗了全世界人口15-18 天的口糧。還有，最近報(bào)道， 國外已出現(xiàn)利用農(nóng)作物秸稈制造已醇技術(shù)。凡此種種，都提示我們化肥價(jià)格畸高的現(xiàn)象不可能k 久。增加化肥投入具有可行性。3、農(nóng)業(yè)是增加能

6、量的產(chǎn)業(yè)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)葉 ，把投入的能量與獲得的能量相比，農(nóng)業(yè)是產(chǎn)能產(chǎn)業(yè)，這在各行業(yè)中是唯一的。也就是說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是唯一增加能量的過程，它的產(chǎn)投比均大于1。如：小麥生產(chǎn)能量的產(chǎn)投比為2.2 ，大麥為 2，馬鈴薯為 1.3?；释度胧褂煤?，產(chǎn)出比更高。如：小麥產(chǎn)生的能量與化肥投入的能量之比為 3.3，1 人麥為 3.2 ，馬鈴薯為 2.1 。上述結(jié)果僅根據(jù)食剛部分計(jì)算，秸稈中蘊(yùn)藏的能量還大于食用部分， 如把這部分能量計(jì)算在內(nèi)，則能量的產(chǎn)投比至少在5 以上。所以，從長遠(yuǎn)看，能源緊張更應(yīng)該發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，增加化肥投入，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。搞得好，會(huì)有利于緩解能源緊張問題。另一方面，化肥生產(chǎn)消耗的能量在全社會(huì)消

7、耗量中只占一小部分。即使在英國這樣一個(gè)化肥投入較多的國家，生產(chǎn)化肥所消耗的能量儀是其所消耗能量總量的1?；嗜绱?，有機(jī)肥料的投入也有同樣的作用。從能量的角度看，增加投入營養(yǎng)物質(zhì)，是必要和有利的。今后的問題不是限制這一投入，而是仍然要增加這投入。這是不可抗拒的趨勢(shì)。二、營養(yǎng)物質(zhì)投入不當(dāng)所帶來的環(huán)境問題。小少營養(yǎng)元素本身也是環(huán)境污染元素。1、對(duì)水體的污染。大量施用化肥，一是加劇了地表水的富營養(yǎng)化。施入土壤中的氮、磷化肥有部分通過地面逕流進(jìn)入河流、湖泊。使河湖營養(yǎng)富集， 藻類等生物大量繁殖， 水中氧氣耗竭而導(dǎo)致其他水生物生存危機(jī)和部分水生物物種滅絕。據(jù)科學(xué)估算，流入河湖中的氮有 60 ，磷有 25，

8、來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這與肥料施用有直接關(guān)系。二是污染地下水。施入土壤中的氮素有一部分以硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的形勢(shì)隨水下滲，最終進(jìn)入地下水。 亞硝酸鹽本身就是嚴(yán)霞的致病物質(zhì)，硝態(tài)氮在人體中也會(huì)還原成亞硝態(tài)氮(no 2 n) 。他們會(huì)導(dǎo)致人體血液氧氣運(yùn)載受阻。同時(shí)，亞硝態(tài)氮還可與各種胺類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成致痛物質(zhì)。70 年代我國氮素化肥用量增加了6.4 ，同期地下水中硝態(tài)氮增加了約23 ，增加化肥用量對(duì)地下水的污染可見一斑。90 年代末河南省抽樣檢測(cè)，地下水硝態(tài)氮含量平均值已達(dá)到10毫克升；許昌市2000 年抽樣化驗(yàn)地下水硝態(tài)氮平均含量9.8 毫升升。大量不科學(xué)地施用化肥可能造成飲水危機(jī)。2、對(duì)土壤

9、的污染。一是含氯離子、硫酸根離子的化肥施入土壤后，這些離子與鈣結(jié)合形成難溶于水的氯化鈣和硫酸鈣，會(huì)導(dǎo)致土壤理化性狀的改變。土壤容量上升，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)減少，容易板結(jié)，生產(chǎn)能力下降。二是大量施用磷肥，會(huì)同時(shí)帶入鎘、鉛、鈾、鈷、鉻等重金屬元素，放射性元素和氟。 而這些有害元素會(huì)通過農(nóng)作物吸收，人畜飲食進(jìn)入人體危害健康。 三是磷和鋅有拮抗作用， 過量施入磷肥又會(huì)降低鋅的有效性，阻礙鋅的吸收，引起作物缺鋅，并刺激作物提高對(duì)重金屬元素的吸收。再一方面，過量使用氮肥，可導(dǎo)致果、菜中硝態(tài)氮含量提高。3、對(duì)大氣的污染。由氮素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的氧化氮是消耗臭氧層的氣體。據(jù)有關(guān)研究推算，大氣中氧化氮濃度增加一倍，臭氧層

10、中臭氧含量就會(huì)減少10 ，太陽強(qiáng)紫外輻射因此增加19 22 。1969年以來，全球除赤道外， 所有地區(qū)臭氧層中臭氧含量下降了3 5。另外，由氮素化肥反硝化產(chǎn)生的氣體氧化亞氮(n20) 在大氣中每增加0.2-0.3 ，溫室反應(yīng)將增加5 。且氧化亞氮在大氣中惰性較大，壽命長達(dá) 110 150 年，容易集累，溫室效應(yīng)又是二氧化碳 (co 2)的 200 倍之多。在氧化亞氮的三大排放來源中， 土壤排放量占 53 。施用氮素化肥，可使其排放增加 48.99 ，在高氮肥情況下，氧化亞氮排放量比不施氮素化肥增加 5 倍以上。三、我國磷礦品位低、鉀資源貧乏雖然我國為世界第三磷礦資源大國，約占世界磷資源的 30

11、 。但我國磷礦資源已經(jīng)被國家列為 2010 年以后的緊缺資源。 根據(jù)現(xiàn)有開采水平和消費(fèi)量估算，世界磷礦可以滿足 100 年內(nèi)的需求，但是中國p205 30 的富礦資源僅能利用到2014 年。我國磷肥產(chǎn)業(yè)鏈中資源的利用效率僅為39.5 ，每生產(chǎn) 1 噸磷肥 (p205) 需要消耗 2.53 噸磷礦資源 (p205) 。我國是貧鉀國家， 同時(shí)又是鉀肥需求大國。 我國的鉀資源儲(chǔ)量僅占世界鉀資源總儲(chǔ)量的2.6 ，但消耗量占世界消耗總量的20 。 2006年以后，中國鉀肥消耗量已突破1000 萬噸。圍內(nèi)產(chǎn)量僅能滿足需求的 30 左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2006 年我國鉀肥預(yù)測(cè)需求量達(dá) 800 萬噸，國內(nèi)生產(chǎn)約

12、300 萬噸，需進(jìn)口 500 萬噸左右。目前，我國鉀肥進(jìn)口量約占國際鉀肥交易量的 l 4。我國鉀肥主要依靠從加拿大和俄羅斯、自俄羅斯進(jìn)口。我國鉀肥近 70 依靠進(jìn)口。我國在鉀肥進(jìn)口價(jià)格上缺乏話語權(quán)， 進(jìn)而影響到國內(nèi)鉀肥銷售價(jià)格上的定價(jià)權(quán)。 鉀肥高價(jià)運(yùn)行趨勢(shì)明顯。據(jù)悉，近年來我國鉀肥進(jìn)口價(jià)格不斷上漲， 2004 年我國進(jìn)口鉀肥價(jià)格為 1200 一 1300 元噸，到 2005 年已升至 1700-1800元噸。當(dāng)前，我市市面上的進(jìn)口氯化鉀每噸漲到5200 元。四、營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用是可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)首先，要加強(qiáng)有機(jī)物料中的養(yǎng)分循環(huán)。這里所說的有機(jī)物料包括人畜糞尿，農(nóng)作物秸稈及其衍生物。 人畜食用

13、部分所含植物營養(yǎng)元素只是農(nóng)作物從土壤中吸收部分的幾十分之一。有機(jī)物料返還土壤可以使農(nóng)作物吸收的大部分養(yǎng)分重歸土壤。大大減輕化肥投入的壓力。 最近，我們按照當(dāng)前產(chǎn)量水平和化肥價(jià)格測(cè)算，每畝玉米的秸稈返還土壤所返還的氮磷鉀營養(yǎng)元素，折價(jià)達(dá)到141 元之多，小麥秸稈也達(dá)到 61 元。在當(dāng)前化肥高價(jià)運(yùn)行的情況下，有機(jī)物料中的養(yǎng)分循環(huán)利用不僅具有改善土壤結(jié)構(gòu)，提高保水、保肥，培肥地力的戰(zhàn)略意義，而且更具有現(xiàn)實(shí)意義。我國是磷鉀資源貧乏的國家，據(jù)專家介紹：“只要把有機(jī)物料均勻地返還土壤，缺鉀將不會(huì)成為嚴(yán)重問題”。其次，要加強(qiáng)投入到土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和利用。研究已經(jīng)證叫，投入到土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)未得到充分利

14、用。尤其是磷鉀在土壤中由滯留和惰化。我國自大規(guī)模施川磷肥以來， 土壤中已積累，大量的磷素?？梢姷降馁Y料是， 到 1992 年我國平均每畝耕地積累的五氧化二磷達(dá)到 10 的過磷酸鈣 429 公斤。到現(xiàn)在當(dāng)然會(huì)更多。專家指出： “充分發(fā)揮這部分磷素的作用、加強(qiáng)其循環(huán)，則農(nóng)業(yè)中的磷素缺乏，將不應(yīng)當(dāng)成為問題”。同時(shí)指出：“這部分磷素與原來存在于土壤中的難溶性磷有本質(zhì)的區(qū)別，有較大的利剛潛力。解決土壤中磷鉀元素的循環(huán)利用是一個(gè)難點(diǎn)問題。我們?cè)鴩L試過培養(yǎng)推廣解磷解鉀細(xì)菌， 和種植對(duì)磷鉀具有高富集能力的綠肥兩條途徑。但都有一定的局限性和困難。有些問題尚在努力之中。五、化肥合理投入的核心是提高利用率。投入的肥

15、料被作物充分吸收了， 充分利用了投入的同報(bào)率才上的去。如何提高養(yǎng)分的利用率， 目前人們主要從以下幾個(gè)方面開展研究。一是從肥水的關(guān)系出發(fā)米研究。 主要是通過以肥調(diào)水， 以水促肥來進(jìn)行研究。二是從營養(yǎng)平衡搭配米開展研究。不僅要“缺啥補(bǔ)啥，缺多少補(bǔ)多少”，而且要通過不同元素的拮抗、抑制、協(xié)同、激勵(lì)等關(guān)系的交互作用， 來協(xié)調(diào)并滿足作物的需要。 目前我們所開展的測(cè)土施肥行動(dòng)主要就是解決這一問題。 三是提高作物本身吸收利用養(yǎng)分的能力。即通過培育高效(高吸收利用能力 )作物來實(shí)現(xiàn)。它包括兩個(gè)方面的意思。一是吸收效率高，即從土壤中吸收的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量和這一數(shù)量占士壤中總養(yǎng)分的比率高，這只反映了吸收能力。二是利用效率

16、高，是指作物吸收單位養(yǎng)分所增加的產(chǎn)量要高。二者兼?zhèn)浞柿系脑霎a(chǎn)效益才會(huì)最高。通俗的說，就是要培育既能吃，又能干的農(nóng)作物新品種，采取各種措施促使農(nóng)作物提高吃和干的能力。六、發(fā)展保肥增效的新型肥料是提高肥料效果的必由之路提高化肥吸收利用率由工業(yè)和農(nóng)業(yè)兩條途徑。農(nóng)業(yè)途徑我們前面已經(jīng)介紹了相關(guān)的研究方向， 現(xiàn)在主要說工業(yè)途徑。 這有利于我們客觀認(rèn)識(shí)或評(píng)價(jià)當(dāng)前出現(xiàn)的新型肥料。工業(yè)途徑主要是針對(duì)化肥存在的問題從養(yǎng)分平衡或從養(yǎng)分釋放上入手，生產(chǎn)能保肥增效的新型肥料。實(shí)踐證明，就化肥本身而言，存在三個(gè)問題：一是多為單元素肥料，養(yǎng)分不完全；二是容易變化，如氮容易揮發(fā)、硝化和反硝化，磷肥容易固定，鉀素容易惰化；三是

17、溶解過快 (特別是氮肥 )。從這幾個(gè)方面考慮就形成了幾條改造肥料的工業(yè)途徑。解決第一個(gè)問題的辦法是通過化學(xué)的辦法和成復(fù)合肥(如二銨、一銨、硝酸鉀 )，及通過物理熔融生產(chǎn)二元素或三元素的復(fù)混肥。復(fù)合肥、復(fù)混肥往往養(yǎng)分配比是單一的，或只有少數(shù)幾個(gè)配比，因此，也不能滿足生產(chǎn)的需要。根據(jù)我國現(xiàn)行的“家庭承包，雙層經(jīng)營”的現(xiàn)狀，發(fā)展專用肥是解決這一問題的較好途徑，有較大的發(fā)展前景。解決第二個(gè)問題的途徑是向肥料中加入增效物質(zhì)。在氮肥中加入硝化抑制劑、尿酶抑制劑等， 防止施入土壤中的氮肥迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殇@態(tài)氮、硝態(tài)氮而造成揮發(fā)和淋失； 在磷、鉀肥料中加入化學(xué)或生物物質(zhì)，如溶磷、溶鉀，解磷、解鉀細(xì)菌，使磷鉀肥料長效

18、或增效。但目前的問題是：向氮肥中加入的增效劑效果小穩(wěn)定，且多為有毒物質(zhì)，甚至有的是致癌物質(zhì)。 向磷鉀肥料中加入的物質(zhì)多無實(shí)效，加入的生物物質(zhì)效果也不夠穩(wěn)定，其原因是，細(xì)菌的數(shù)量、活性不好保證。解決第三個(gè)問題的途徑是生產(chǎn)緩釋或控釋肥料。緩釋就是使可利用的養(yǎng)分緩慢釋放。達(dá)到緩釋的辦法是生產(chǎn)低水溶性的含氮無機(jī)物或有機(jī)物。 目前生產(chǎn)的無機(jī)化合物多為無機(jī)磷酸 銨化合物 ，通式為menh4p04xh20 ，主要有磷酸銨鎂、磷酸銨鉀：生產(chǎn)的有機(jī)化合物主要是由尿素分別與甲醛、乙醛或丁烯醛縮合制得的改性尿素產(chǎn)品。如脲甲醛、脲乙醛、異丁叉二脲和草酰胺。均三嗪、雙氰胺和瞇基硫脲等有機(jī)含氮化合物及其硫酸或磷酸鹽類也屬

19、于這一類，以其分子式較為復(fù)雜，具有緩效與硝化抑制劑的雙重功能而受到重視。采用上述方法生產(chǎn)的緩效肥料有利也有弊。既要緩效，就不可能速效，在作物迫切和大量需要養(yǎng)分的時(shí)候，就不能滿足作物的需要。而緩效肥料的后效究竟有多大，至今還是個(gè)謎。針對(duì)緩釋肥料的缺點(diǎn)， 控釋肥料應(yīng)運(yùn)而生。 理想的控釋肥料應(yīng)該是：可根據(jù)作物不同生長階段對(duì)養(yǎng)分的需求，人為地控制養(yǎng)分釋放速度。根據(jù)這一要求，針對(duì)水溶性肥料的特點(diǎn)，人們從包裹和薄膜兩個(gè)方而進(jìn)行了探索。包裹肥料從制造的角度看， 多是以顆粒狀速效肥料為核心，以枸溶性的鈣鎂磷肥，或其他類型的枸溶性的磷肥為包裹層，添加無機(jī)酸復(fù)合劑、緩溶劑為粘結(jié)材料所構(gòu)成的營養(yǎng)復(fù)合體。包裹層是滲透性的涂層，肥料入土后，水分會(huì)溶解包裹層中的可溶組分，從包裹層的裂隙或微孔中進(jìn)入，溶解包裹在核心的可溶性肥料， 并使之從微孔中擴(kuò)散出來?？扇苄苑柿系尼尫潘俾逝c肥料的粒度、包裹材料、厚度及其理化特性、粘合劑性質(zhì)、制造工豈、水分、溫度等有關(guān)。因而，距要實(shí)現(xiàn)理想的控釋，總會(huì)有一定距離。但，價(jià)格低廉，有一定效果，所以有一定的應(yīng)用前景。包膜肥料有兩種類型， 一種是采用不滲透性的涂層