化肥到底是“土壤**”还是“大力神丸”？我见过最好的答案JSGG.CN

swagger · 2021-9-30 09:45:08

　　题图来自Pixabay，基于CC0协议
　　化肥，这个曾经给予农业和农民无限希望的宝贝——“大力神丸”，为何现在成了名副其实的“土地**”？到底是什么原因呢？
　　为什么需要化肥？
　　1840年，德国化学家莱比锡（Liebig）创立了植物矿质营养学说并成为现代化学农业的金科玉律，此后的一百多年，化肥工业迅猛发展，覆盖了全球的农业生产，依靠化肥农作物的产量的到了前所未有的增长，那些不依赖化肥的传统农业被挤到几乎可被忽视的角落。
　　化肥的大量使用源于人类对农产品产量近乎贪婪的追求，当人们看到化肥带来的增产使得收益增加后，在短期利益的驱动下，无论化肥工业的生产者还是使用的农场或农民形成了合力，于是化肥就成了现代农业不可或缺的主角。
　　都是过量惹的祸！
　　当施用化肥增产的效果下降时，人们开始不断地增加化肥的施用量。据2010年的统计，国内化肥施用量在225公斤/公顷警戒线以下的仅有黑龙江、贵州、青海、西藏和甘肃，其余省份全部超量，前四名都超过了500公斤，依次是海南、天津、福建和广东。预计到2020年广东、福建、北京和天津将超过或接近600公斤。全国总使用量将很有可能突破6000万吨，平均全国单位使用量也将接近500公斤，在我国化肥利用率极低的情况下（氮肥平均利用率为30%-35%，磷肥为10%-20%，钾肥为35%-50%），化肥流失造成污染就成为必然。
　　为什么是225公斤/公顷的警戒线？
　　为了控制化肥过量使用对土壤和生态环境造成灾难，国际上制定了225公斤/公顷的化肥施用量警戒线，这里我们用一项科学实验的数据结果解读这个警戒线的意义。
　　

　　如图，是一项在土壤中使用化肥（尿素）对土壤细菌数量影响的试验，我们看到当施入量在9克/平方米（折纯后施氮量约195公斤/公顷）时，土壤细菌数量是增加最大，当施入量达到21克/平方米（折纯后施氮量约456公斤/公顷）时，土壤细菌数量急剧下降到接近零，这是件极其危险的事！
　　当过量施用后，严重破坏了土壤微生物生态链，使土壤失去活性功能成为死土。有些常年大量使用化肥的农民戏说地越来越馋，其实根本不是地的问题，是人的问题。据世界粮农组织（FAO）统计分析，目前世界平均每公顷耕地化肥施用量约120kg。
　　增量不再增收？
　　当化肥的使用者发现，随着化肥用量的不断增加，其增产效应却开始下降，80年代每公斤化肥的增产效果可以达到1:20，到了21世纪仅为1:5，而化肥的施用量却从40公斤/公顷提高到400公斤/公顷，投入成十倍地增加了可收益却下降了。
　　有得到就有付出，化肥的短期效应其实是以牺牲土壤为代价取得的。我们知道，除了阳光、空气、水这三大要素之外，农作物生长所需大部分营养都是依靠土壤提供的，而土壤之所以能提供这些营养是因为每克健康的土壤里存在中种类过万、数以亿计的微生物军团，它们的生长代谢把无机质和大分子有机物转化为植物可吸收利用的有机质，它们和地上的动植物一起构成了复杂而又和谐的地球生态链。
　　正常情况下土壤微生物总是处于饥饿状态，所以人工施用化肥给了土壤微生物一个巨大的、偏食的变量，使得一部分微生物迅速繁殖成为优势，久而久之，土壤微生物的多样性遭到破坏，原有的平衡的生态链被毁掉，原本能够均衡地提供给植物养分的微生物种群结构变得单一化。
　　莱比锡的植物矿质营养学说还有个最小因子定律，说的是植物的生长取决于那些处于最少量状态的营养元素。当土壤微生物种群遭到“偏食的”化肥入侵，某些可以产生植物必需的营养元素的微生物处于弱势或消失后，施用再多的化肥只会使短缺的元素更加短缺。
　　那么，我们可以生产满足各种植物在不同生长期所需要的全营养素化肥吗？结论是不可能。以目前的科技水平和认知，我们对土壤微生物的了解尚不足5%，换句话说我们根本不知道土壤微生物这个庞大而神秘的军团是如何运作的，也不知道植物生长过程中这些营养元素的关系是如何构建的，对于我们来说，土壤微生物还是一个巨大而神秘的“黑箱”，自然也就无法生产出模拟自然土壤营养组分的化肥！
　　过量的成因
　　人类的思维惯性决定，当一件事情得到的收获可能减少时，直接的冲动就是增加投入来保证获得数量不减少，除非直接的投入产出比不合算才会考虑停止或替代。化肥的过量施用也不例外，当使用化肥出现了1:20的增产效应时，人们没有理由忽视它，当这个效应比开始下降时，就加大施用量，希望保持较高的投入产出比。就这样一年一年地不断增加施用量，我国从1980年化肥产销量1270万吨增加到2011年的6027万吨，数量增加了5倍，增产效应却从1:20下降到不足1:5。
　　过量的危害
　　1、耕作层变浅。
　　

　　农田由于长期的机械耕作碾压和人工作业，使大部分农田土壤耕层变浅，有效活土层在15公分左右，加之降雨、灌水沉实，“犁底层”上移加厚，形成了坚硬深厚的阻隔层，阻碍了土壤水分、养分和空气的上下运行，阻碍了作物根系下扎延伸，土壤蓄水能力越来越少，抗旱性能不断下降。
　　2、土壤有机质含量降低。
　　

　　农田长期不施用农家肥，秸秆还田很少进行，中国传统农业精髓的种植绿肥也不搞了，土壤有机质长期得不到补充。再加上化学氮肥超量施用，加剧了土壤碳的耗竭。致土壤有机质含量严重不足。土壤有机质减少会引发一系列土壤问题，土壤酸化和次生盐碱化，土壤结构破坏，土壤肥力低下，土传病害加剧等。
　　3、土壤结构破坏、板结严重。
　　

　　由于土壤缺乏有机肥补充，以及不合理的耕作和不合理的灌溉，化肥的大量施用，加剧了土壤团粒结构的破坏，致使土壤板结越来越严重，直接影响到土壤的自然活力和自我调节能力。施用嘉美红利能解决土壤结构破坏、板结等问题。实践证明，通过增施嘉美红利，能起到补充腐殖质、中微量元素、降解螯合土壤中重金属和农药残留、调节土壤酸碱度、构造土壤团粒结构等多种作用。
　　4、土壤趋于酸化。
　　

　　土壤酸化主要是由于过量使用化学氮肥和生理酸性肥料，导致土壤中酸性物质增加，使土壤酸化。土壤酸化会引起土壤养分流失，土壤有害重金属活化，土壤有害微生物特别是寄生真菌增加，加速土壤贫瘠化和土传病害发生。
　　5、土壤次生盐碱化。
　　

　　由于长期过量使用化学肥料，使土壤中的盐分不断积累，尤其是硝酸盐积累更甚。这些盐分聚集到地表，形成土壤表层次生盐碱化，轻则影响种子发芽出苗，阻碍养分吸收，作物生长不良，重则造成生理干旱，营养吸收障碍，土壤结构破坏，再甚者可导致盐害、死亡，永久失去农业利用价值。
　　6、增加重金属析出风险。
　　

　　以镉为例，生产磷肥的原料磷矿石含镉5-100mg/kg，大部分或全部进入肥料中。由于镉在土壤中运动性较小，淋失很少，也不会被微生物分解，而且PH每下降一个单位，镉的生理活性增加近100倍，通过肥料→土壤→农作物→动物或经过食物链，最终被人体摄取而产生危害。
　　7、污染空气。
　　施用氨态氮肥有13%-28% 的氨气逸入大气；土壤中的氮肥经过硝化和反硝化作用，均可产生大量的一氧化氮, 其单位分子量的增温潜能是温室气体二氧化碳的200倍，同时，与O3 反应后，破坏臭氧层。
　　8、给农民带来严重的收入损失。
　　据抽样调查，我国80%的农户习惯凭传统经验施肥，不考虑各种肥料特性，盲目采用“以水冲肥”、“一炮轰”等简单的施肥方法。全国有1/3农户对作物过量施肥，导致农民种地投入不断增加，虽然粮食产量增加，但增产不增收的现象越来越严重。
　　9、导致农产品质量下降。
　　过量施用化肥使农产品品质下降，蔬菜中硝酸盐含量严重超标，直接危害人体健康。研究表明，34种主要蔬菜中，绿叶菜类、根茎类菜更易富集硝酸盐。有研究表明，使用化肥生产的果蔬，其VC、可溶性蛋白、糖、有机酸等含量较大幅度降低。美国有一项研究表明，现在的蔬菜营养成分比40年前下降了约60%。
　　10、导致粮食和农产品安全受到威胁。
　　过量使用化肥极易使庄稼倒伏，而一旦出现倒伏，就必然导致粮食减产，威胁中国的粮食安全；过量使用化肥还容易发生病虫害。比如使用过量的氮肥，会使庄稼抗病虫害能力减弱，易遭病虫的侵染，继而会增加防虫害的农药用量，直接威胁食品的安全性。
　　11、加剧环境污染。
　　过量使用化肥，当肥料量超过土壤的保持能力时，就会迁移至周围的土壤中，形成农业面源污染，使河流、湖泊水体呈富营养化，导致藻类滋生，出现部分河流、湖泊的鱼虾发生死亡的现象。
　　过量的化肥还会渗入20m以内的浅层地下水中，使地下水硝酸盐含量增加，若长期饮用此类水源就会危害人类的身体健康。据有关资料表明，从农田进入地表水体的氮占人类活动排入水体氮的51%，施氮肥地区氮流失比不施地区高3-10倍。化肥的大量不合理使用，对流域内水质影响较大，也是难以控制的薄弱环节。据调查，我国532条河流中，有82%不同程度地受到氮污染，大江大河富营养化日趋严重，同时，地下水也被污染。
　　我们过量施用化肥使其成为名副其实的土地**，以摧毁长期安身立命的本钱（土地地力）为代价得到的短期愉悦，在比较效益逐年降低时，获得的愉悦感越来越少，于是加大投入（化肥）企图提高收益，结果投入越多······效益却越来越低········
　　改变化学农业危害！真正的出路在那？
　　出路之一生态有机农业
　　在西方国家，丹麦是控制化肥使用的典型，氮磷钾三大类化肥总体施肥量，从上个世纪80年代初的224公斤下降到1996年的144公斤。目前，丹麦化肥用量还一直保持在这个水准上下，而且化肥利用率接近60%。实施了严格的化肥减量控制后，农作物的单位产量不仅没有下降，反而呈上升的趋势。如每公顷小麦的产量从70年代中期的5027公斤上升到1997年的7172公斤。2011年，丹麦的有机农业种植面积占农业总面积7%，处于世界领先地位。不过，丹麦政府依旧没有就此止步，他们计划到2020年将有机种植的农田面积提升至15%。
　　多年来，丹麦66%以上的粮食、黄油、猪肉、牛肉等农产品出口到世界170多个国家和地区，其中出口到欧盟的农产品占60%，故此丹麦有“欧洲食橱”之称。
　　生态有机农业以保持良好生态环境下生产高品质农产品为特征，是解决过量施用化肥、降低化肥面源污染直至恢复优良生态环境的最佳选择。
　　出路之二重施农家肥或有机肥
　　化肥的大量使用源于人类对农产品产量近乎贪婪的追求。当人们通过使用化肥对土地产生**，短期内土地产量得到大幅提升后，在短期利益的驱动下，化肥生产者、农场使用者或者农民形成了巨大的合力，将化肥推上了现代农业舞台的中心。
　　化肥解决了粮食高产的问题，同时又带来了一个新的问题：营养成分的流失。
　　人类需要的营养分两类：一类是大量营养，即蛋白质、脂肪、碳水化合物等，还要摄取一定量人体不吸收但有用的纤维素；另一类是微量营养，即维生素、矿物质、有益菌类等。这些营养成分是确保身体机能正常的必须原料。
　　来自德国黑森林地区的膳食专家的研究结论显示：蔬果中的大部分微量营养素平均含量在10年降幅几乎都超过50%。在1985年我们通过吃一个苹果补充维生素C，到1996年就要吃够5个才达到一样的摄入量。
　　我们对不同栽培方式下的食物营养成分，结合查阅大量文献，分析发现了上述食物营养的变化。如果不使用化肥，而采用农家肥，农药残留量是普通食品的0-1/3；果蔬硝酸盐含量比普通果蔬减少50%-80%；干物质含量比普通食品高出约7%-20%。用有机肥彻底更换化肥后，花青素、异黄酮、类胡萝卜素等具有抗癌、抗氧化的酚类化合物含量明显提高，维生素C含量提高30%-68%。在元素含量方面，采取有机栽培方式，农产品中大量元素P、Fe、Mg以及微量元素Zn、Cu含量更高，矿质营养趋于平衡。
　　当代人看似日益光鲜和日益丰富的饮食结构中，却面临营养缺乏的困境。
　　在美国，由于食物单一，营养元素缺乏，造成了高达三分之一以上的肥胖人群，该国的心脏病、高血压、癌症患者也呈现增长趋势，国家不得不投入大量的资金用于治疗。由于食物便宜，美国人用于购买食物的开支占据日常开支的7%，但其医疗开支高达17%。
　　化肥滥用客观造成各类慢性疾病的泛滥，仅中国就有3亿人有“三高”中的至少“一高”；癌症病患也越来越多。当代人一方面巨量营养摄取过量而导致肥胖普遍，另一方面，巨量营养中个别成分和几乎大部分微量营养又摄取不足。越来越多的营养学家认为，化肥过量使用导致食物营养成分减少纳入慢**的原因之一。
　　当代人这样的饮食结构而导致的身体素质的下降，是否会逐渐具有遗传性，并导致未来人类素质的先天性低下，将是一个早晚都要面对的残酷课题。越来越多人有**，而且有低龄化的趋势，这些人未来生育后代会否有遗传的可能?如果人类以这样的饮食方式传承几百年，未来人类社会格局是否会发生变化？这些因农业生产方式改变发生的疾病，非常值得医学家认真研究！
　　因此，解决耕地污染和提高耕地质量的合理途径，是大力发展生态农业，循环利用农业废弃物，恢复受损的耕地。中国人口多、耕地少，且农民勤劳，有着几千年农耕历史，这样的国情适宜发展精耕细作的农业！也将是未来农业发展的方向！
　　

　　本文由国泰嘉美技术团队编写
　　参考文献：
　　《化肥为什么被称为“土地**”？》韩农 365农业之家
　　《瘦、板、馋、酸、咸、脏、杂-问题土壤七兄弟》国泰嘉美
　　《十大“土壤病”，你的地有几种？》天宝农业技术服务平台

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