4500字论文施肥与环境的关系.doc

1、施肥与环境的关系 摘要从肥料的正效应和负效应两个方面分析了施肥对环境的影响，强调植物不能区分所吸收的养分是来源于化肥还是有机肥：合理施用化肥在提高作物产量和产品质量的同时，还能减少C02等温室气体的排放和水土流失增强植物对污染土壤的生物修复，但如果对有机物料管理不善或有机肥施用过量也会造成大气、水源和土壤的污染。在此基础上，烈养分资源综舍管理为重点，就环境友好的施肥技术途径进行了讨论关键词化肥；有机肥；环境保护；养分资源；综合管理肥料的施用对人类的生存和发展做出了巨大贡献，然而人们在如何看待施肥与环境的关系方面还存在诸多误区，诸如“施用化肥必然导致环境污染”；“只有施用农家肥才能保护环境”；“

2、产量越高，施肥量就越大，环境污染就更严重”等。更有甚者，将化肥比作农药，将施用化肥看成是“作茧自缚”。对此，本文试图从不同角度就化肥、有机肥对环境的影响进行分析讨论并在此基础上探讨环境友好的施肥技术途径。1化肥对环境保护功不可没合理施用化肥在为人类提供丰富优质农产品的同时，还在以下方面为环境保护做出了重要贡献。11 固定CO：，减少温室气体排放地球表层由于大气的保护，温度基本上维持在15。c左右，适于人类居住，大气的这种作用称为“温室效应”。近50年来，由于人为活动造成温室气体增加，使气候变暖，从而对人类的生产和生活带来不利影响。在各种温室气体中，以CO：影响最大，对气候变暖负有5060的责任

3、。而CO：排放主要与工业化有关，其中7075来自工业发达国家。与此相反，合理施用化肥后，增加了植物生物量，通过光合作用和增加土壤有机质可以吸收和固定CO：抑制大气中CO：浓度的升高。光合作用产生的O：还能够提高空气质量。当然，制造化肥也会消耗O：，放出CO：，但两者比较，减少大气CO：是主要的。1 kg化肥(养分)可增加75 kg粮食，扣除制造这些肥料而释放的CO：和消耗的02后，仍净固定C022218 kg净释放021617 kg口。合理施用化肥，在增加土壤有机质的含量和提高土壤肥力的同时，也为固定大气CO：做出了重要贡献。20世纪80一90年代全国肥料长期定位的试验表明，不同种植条件下，氮

4、磷钾化肥配施使土壤有机质含量平均提高了0103自分点41。按保守估计，以增加o05百分点计算，每公顷耕层土壤有机质可增加1 125 kg，相当于施化肥后土壤多固定了2 3925 kgCOz。12加强水土保持减少水源污染土壤是一个养分库，若发生水土流失，不但丢失养分，还会污染环境。例如，广东省现有耕地233万hm2，虽然土壤流失面积只有8，但因水土流失每公顷损失的有机质就达46万t、氮26万t、全磷0 8万t、全钾58万t。这些养分会造成湖泊等地面水的富营养化，其中磷对水源的污染尤其令人关注。我国许多湖泊的氮污染已达到或超过富营养化临界值，富营养化的养分限制因子是磷，一旦磷达到富营养化临界水平，

5、其后果不堪设想。合理施肥后，增加了作物对养分的吸收利用、地面覆盖和根系对土壤的同持作用，从而大大减少r水土流失。孙保等的研究表明_，在年降水量不少于1 500lqlm，年平均温度1625 c|C的气候条件下，旱作施肥的土壤比不施肥的休闲裸露土壤养分流失显著减少。020 cm土层的硝态氮、全磷和全钾的损失量，前者分别只有后者的57，43和39。美国的轮作试验也表明口，适当增加化肥投入，由于养分和水分的持续高效利用，土壤残留硝态氮呈下降趋势，因而减少了对水资源的污染。13有助于对污染土壤的植物修复土壤污染物主要分为有机污染物和重金属污染物两大类，由于重金属在土壤中难以降解而长期滞留，所以修复难度很

6、大。植物不但能对过量施用的养分奢侈吸收，而且也能奢侈吸收重金属。所谓“植物修复”是指利用绿色植物从环境中吸收带走重金属或将它们无害化而达到治理目的al。这种“绿色修复”是当今科学研究的热点之一。现在，国内外已发现400多种超积累植物，对zn，cd，Hg等的吸收量可分别达到非超积累植物的150，10，58倍，As可以达到数十万倍。此外，植物对土壤有机、无机污染物还有降解和稳定作用。因此，化肥的施用，通过增加绿色植物体能为污染土壤的修复做出贡献。目前该项技术已有不少成功应用的实例，虽然距人们的期望值尚有相当大的距离，但借助于分子生物学研究等多学科综合技术的发展和应用，其前景是远大的。2有机物料管理

7、不善或有机肥施用不当也会污染环境有机肥能提高作物产品质量和土壤肥力，还能通过减少水土流失而保护环境。也正因为此，人们往往忽视了有机物料管理不善或有机肥过量施用给食品安全和环境保护带来的负面影响。21有机肥施用过量会污染水源施到土壤中的有机肥在微生物作用下，转化为和化肥一样形态的速效养分。凡是不能被作物吸收利用的养分，不管是来自化肥的、有机肥的，还是土壤自身的，都要在土壤中残留，再经各种途径污染环境。美国的研究表明m，过量施用农家肥和豆科绿肥可能比化肥使土壤残留更多的硝酸盐，因而给环境带来更大的威胁。不施肥和施氮肥的土壤残留硝酸盐含量(mgkg)分别为8和lO，而施畜禽粪和翻压苕子的分别为49和

8、62。张维理等对我国北京地区地下水污染情况的调研也发现“，在8个地下水硝酸盐含量严重超标的水井中，有3个位于只施有机肥不施化肥的菜地，其硝酸盐含量(mgkg)严重超标，分别为100，150和180。22有机物料管理不善会污染环境牲畜集中饲养和垃圾等有机物料不合理堆放，都将污染水源和大气。国外资料表明【1q，在奶牛、猪和蛋鸡饲料中，约有7的氮通过粪便排出，其中30左右随粪便流失，60左右随尿液流失。冲洗水中的养分有80以上流失，对水源构成了严重威胁。另据联合国粮农组织评估，畜禽排放CO：，CH。等温室气体约为温室气体的18并且主要与反刍动物有关。如何对有机物料加强管理并合理施用，是对农牧业，也是

9、对全社会的挑战。23有机物料管理和利用不当会导致土壤重金属污染潘洁等的研究表明”，连续3年施用天津市含有cd，Pb，Hg，As重金属垃圾，当累积施用量达到900thm2时，土壤全Pb和有效Pb比对照分别增加了37 97和8874，Cr，Hg，As比对照分别增加了1033，18607和364。随施用量和施用年限增加，土壤重金属量呈累积增加的趋势。中国台湾和美国等发达国家有类似的研究结果，并制定了耕层土壤重金属最大承载量和有机堆肥的重金属最大允许浓度一。3环境友好的施肥技术凡是不能被作物吸收利用并且超过土壤承载能力的养分都有可能释放到环境中，凶而，节肥高产是合理施肥的最基本要求。31对养分资源进行

10、综合管理提到合理施肥，人们首先想到“平衡施肥”。其原意是通过施肥调节土壤养分，使之能够均衡满足作物对各种养分的需求。1995年，张福锁等在此基础上，进一步提出了养分资源和养分资源综合管理的理念”“，将植物牛产系统中，土壤、肥料和环境等多种来源的养分统称为养分资源，进行综合管理。它包括3个基本点：1)根据不同养分的时空变异特点，分别采取 (P)盈余29 kg，土壤中的磷呈累积上升趋势；而不同的施肥管理策略。土壤氮和氮肥效应具有很大的变异性，因此，必须实时实地精确管理；应在一定区域范围内施氮量相对稳定的基础上，对具体地块和生育期的施肥进行养分实时测定和施肥调控；土壤磷钾及磷钾肥效应相对稳定，可35

11、年对土壤养分测定和施肥调摔1次，进行“恒量监控”；对中微量元素，由于不是每一块地，每个作物都要施肥，可以对缺素的土壤和作物进行矫正施肥。此外，还倡导化肥与有机肥配合施用，土肥措施与农学、植保等技术紧密结合，技术与政策法规紧密结合，进行综合管理。2)将田块施肥置于农业生态系统之巾，从农田养分收支平衡的角度协调节肥、高产与环境的关系。以氮为例，在对一定农业生态条件下作物生产体系施肥决策之前，要建立养分平衡账；在评估农田养分输人(氮肥、有机肥、生物和非生物固氮、降水灌溉、种子等)、输出(作物携出、氨挥发、反硝化、淋洗等)和盈亏及其对环境影响的基础上，把握合理施肥量。从而将肥料多元效应目标有机统一起来

12、。3)与其它农业措施相结合，寻求肥料效益最大化。肥料效应受多种因素影响，除了平衡施肥之外，还必需与节水灌溉、良种选育、合理密植等多种农业措施优化组合，使肥料效益得以充分发挥。在其后10多年间，通过全国不同单位、不同地区的通力协作研究和大量的生产实践，养分资源综合管理的理论和技术得到了进一步发展，建立了我国不同地区主要农作物的养分资源综合管理理论与实践体系。该体系的核心内容是”q：以土壤一植物测试为主要技术手段，在农田层面上，调控作物根系养分供应强度，实现作物在整个生育期对养分的吸收与土壤有效养分供应在数量上相匹配，在空间上相一致，在时间上相同步；在区域和国家层面上，站在食物链的高度，量化和调控

13、“资源一化肥一农田一畜牧一家庭一环境”体系的养分流动，实现生产和生态双赢。现在，这些理论和技术通过知识普及和技术推广，正在逐步走向田间和农户。以华北小麦一玉米轮作养分资源管理系统的建立和应用为例”q，据估算，当前该轮作体系的农田养分平衡账是：由于长年过量施肥，每公顷氮(14)盈余127 kg，损失267 kg，其1I氨挥发和淋洗的氮损失分别高达143妇和102 kg，对环境安全构成了严重威胁；磷钾(K)投入相对不足，亏缺151 kg，土壤中的钾呈逐年耗竭趋势。通过对土壤氮养分的实时监测和施肥调控，对土壤磷、钾养分每35年1次的临测和施肥调控及合理灌溉等栽培措施的密切配合，在冬小麦、夏玉米均实现

14、6 thm2高产目标的同时，两季作物施氮量、施磷量和灌水量与农民传统做法相比，分别节省75，40和28，小麦季和玉米季氮的损失分别下降5070和3550。32加强施肥技术物化施肥技术物化就是将科学施肥技术融入肥料产品中。这些产品的研制和应用要以施肥技术为指导，反过来，施肥技术又通过产品得以应用和推广，因而是实现肥料综合效益目标的一个重要技术途径。下面结合我国实际，重点讨论3个问题。1)重点开发基肥型专用复混肥。我们通过市场调研发现，国内各种专用复混肥的养分配比主要是根据作物需肥总量甚至是养分吸收总量设计的，因而多适用于一次性施肥。而专家据科学施肥理论和生产经验，倡导将复混肥主要作基肥施用，在此

15、基础上再配施适量氮肥等速效化肥作追肥。我国多数农民也正是这样做的。据对国内水稻、小麦、玉米等10种大田作物专用复混肥的统计”1，其平均养分配比为m()：m(P205)：m(KzO)=1：055：O61与作物需肥总量的配比大致吻合。若以这些肥料作基肥，6671112再配施尿素1020k，则实际养分投入比例为1：025：028，其中氮的投入是磷钾投人的34倍。这很可能是造成我国农田氮收支持续盈余的一个重要原因。因而我们倡导要以基肥的养分投入比例作为专用肥养分配比设计的主要依据，重点开发基肥型专用复混肥。2)关注复混肥农化服务的区域性特点。我国幅员辽阔，不同地区的农业生态条件和农业生产条件及与此相关

16、的作物种植和施肥有明显的区域性特点。若能充分认识这些特点，不仅能帮助农民合理选用化肥，有助于田块肥料利用率的提高，而且还将使地区乃至整个国家获益。我国目前上市的复混肥大致可分为以下不同类型，分别适用于不同地区和作物。通用型复混肥这类肥料养分配比(NP205一K20)相近，如151515，161616，171717181818，191919，1416一15等，适用于全国各地区各种作物作基肥。在此基础上，再配施适量氮肥或氮钾型复混肥作追肥。 氮磷型(或低钾型)复混肥这类肥料氮、磷含量特别是氮含茸较高，而钾含量相对较低，一般不超过10，如251510，27一18一lo，24106等，全国各地都可施用

17、，但主要适用于西北地区作基肥或1次性施肥。也适用于夏玉米等夏播作物和生育期较短的作物作基肥、种肥和苗期追肥以及果树发芽期的追肥。 氮钾型复混肥这类肥料的氮、钾含量相对较高，含磷量则较低，一般不超过10，甚至不含磷，如2510一25，201020，16721，18918，1862l等，适于我国南方酸性土区作基肥及全国各地果树、蔬菜和水稻作追肥。低氮型复合肥这类肥料含氮量低于含磷量，如131715，16208，152010，172411等，适于作大豆、花生等豆科作物及小麦、油菜等越冬作物作基肥。此外，复混肥中，有的标明含氯，有的标明含硫。含氯复合肥适用于水稻、玉米、小麦、棉花等大田作物，但不适用于

18、炯草和盐碱地；龠硫复混肥适用于果树蔬菜和对氯敏感的作物。我们通过市场调研发现，目前复混肥供应基本上不怎么考虑区域性特点。当然各个地区对不同类型复混肥都需要，但在干旱缺水的西北地区买不到氮磷型复混肥，在山东等蔬菜、水果供应大省，买不到氮钾型复混肥则是不应该发生的事情。3)发展缓控释肥料。缓控释肥料有利于提高肥料效益，减少环境污染。鉴于中国国情，开发缓控释肥料尤其具有特殊意义。在这方面，郑州大学乐喜施肥料公司等单位采用有利于环境保护的以肥包肥缓释技术很值得称道”“。这里所指的同情主要是氮肥投入过量。发展缓控释肥有利于减少化肥、特别是氮肥对环境的污染。此外，我国至少有13的农村劳动力在城里打T或从事

19、其他非农业劳动，农村劳力El趋紧张；受水资源限制难以追肥的耕地约占全国耕地总面积的933，其中黄土高原和内蒙古高达2131。这些都要求简化农作，进行一次性施肥，因而也需要开发缓控释肥4人类永远有光明的前景让我们从以下3个方而展望一下施肥与环境关系的前景。人们常说，“适可而止”，“物极必反”和“事在人为”。施肥也是一样，肥料对环境保护既有正效应，又有负作用；正负效应之间可以相互转化；转化的动力是人。这些，是我们讨沧的基本出发点。41肥料对作物生产和环境保护具有正负效应作物吸收的矿质养分主要来源于土壤，施肥是对上壤养分的补充和凋节。如果肥料的施用量、养分配比、施肥期和施肥方法合理，并与其它农、Jp

20、措施密切配合，养分就会被作物充分吸收利用，达到优质高产，很少有多余的养分释放到环境中，因而对环境的危害也最小，这就是肥料的正效应，反之，当肥料施用量、养分配比不合理或方法不当时，作物就会对养分进行奢侈吸收，多吸收而不能转化成各种营养物质的养分，就会以各种有机酸、硝酸盐或其亡中间产物的形态在体内累积起来，这时产品的品质变坏，产量也可能冈营养失调而下降。当施肥量进一步增加，超过了作物吸收能力和土壤对多余养分的承载能力时，就会经淋失、浸蚀和挥发等途径污染水体和大气，作物产量和品质也明鼹下降，这就是肥料的负效应。42施肥的生产效益与环境安全可以双赢为了作物高产需要增加施肥量，但释放到环境巾的“营养盐”

21、和由此带来的环境风险也在增加。这种矛盾可以通过合理施肥予以协凋和解决。以氮肥为例，随施氮量增捌1，植物体内硝酸盐和土壤残留硝态氮也存增加，但这种增加不是直线性的，而是一个由量变到质变的过程。与此相对应，产量随施氮量的增加则是一个报酬递减的过程，可以用抛物线或线性加平台模型来捕述。这样我们就可以从中找出兼顾作物产量、品质和土壤硝态氮含量的合理施肥量。例如，Kemp，A的研究表明，牧草植株的硝酸盐含量只有当每年施氮肥超过400 kg Nhm2后才迅速增加；Strong，WM的研究表明II，沙土马铃薯施氮量应为250 kg Nhm2，与此相对应，060 em土壤残留硝态氮为70 kg Nhm2，其后

22、土壤硝态氮含量随施氮量迅速增加，于是将70 kg Nhm2土壤硝态氮和250 kg Nhm2施肥量分别作为土壤硝态氮的上限和推荐施氮量。王兴仁，张福锁等通过12年的冬小麦一夏玉米一春玉米轮作肥料长期定位试验也表明Ll,l，每年在每公顷675 kgP：O，与每季135 kgN配合施用的条件下，由于作物高产，对氮的吸收量增加，其0100 cm土层残留硝态氮量与不施肥刘照无显著差异。据此并参照附近地医科学研究和生产实践结果，提出将每季作物150225 kg Nhm2作为华北石灰性潮土的氮肥环境容量。上述实例只是用以说明肥料生产效益与环境之间的矛盾可以通过合理施肥进行协调。对于生产中更为复杂的问题，养分资源综合管理为我们提供了一条如何实现生产和环保双赢目标的有效技术途径。43肥料效应在相对静止和突破中不断攀升肥料的生产效益和环境效益受多种因素影响，Wallance认为，作物生产除了受土壤养分、作物基冈等至少35个可控变量影响外，还受许多不可控或未知因素的影响，只有平衡施肥，并与多种农业措施密切配合才能允分发挥肥料对作物的增产作用和环境保护效益。在只施用有机肥的时代，每增加一种新肥源，粮食产量都有一次“阶梯式”提高1。我国施用化肥后，农民在施用氮、磷、钾肥的不同年代，作物产量也有相应的显著提高。但在看到粮食增产滞后于化肥的增长后，有人开始质疑