施用化肥对环境的污染及防治

施用化肥对环境的

污染与防治主要内容

一、化肥施用与土壤生态环境（一）重金属污染（二）有机副成分的污染（三）氟的污染（四）放射性污染（五）土壤硝酸盐的积累

二、化肥施用与水环境（一）化肥水环境损失的途径（二）施肥与地面水体富营养化（三）施肥与水体硝酸盐污染

三、化肥施用与大气环境（一）氮肥气态损失途径（二）施肥与温室效应（三）施肥对大气环境的其他影响

四、化肥施用与农产品质量及人体健康（一）施肥对农产品质量的正面效应（二）重金属对农产品的污染（三）硝酸盐对农产品的污染（四）其他元素对农产品的污染

五、化肥施用的环境污染防治（一）合理施肥量的确定（二）配方施肥（三）施用化肥增效剂（四）节水节肥的水肥综合管理技术体系（五）有机无机相结合的综合作物养分管理体系一、化肥施用与土壤生态环境

化肥施用不当或过量施肥将对土壤环境产生不利影响，表现在：对土壤中硝酸盐的累积的影响；对土壤肥力和性质的影响；对土壤卫生状况的影响。另外，由于生产化肥的原料、矿石的杂质以及生产工艺流程的污染，化肥中常常含有不等量的副成分或杂质，它们是重金属元素、有毒有机化合物以及放射性物质等。施入土壤后会发生一定程度的积累，造成土壤的潜在污染。

（一）重金属污染

1、肥料中重金属对土壤的污染重金属元素是肥料中报道最多的污染物质。氮、钾肥料中重金属含量较低(表1)，而磷肥中含有较多的有害重金属。磷肥不同于氮肥，它的生

表1印度某些化肥的重金属含量肥料重金属元素/mg/kgCuZnMnMoPbCd尿素0.360.50.50.241氯化钾3380.28814硫酸铵0.50.5700.1__磷酸铵3~480115~2002__

产原料是磷矿石，成分不像由合成氨制造的氮肥那样单纯，往往含有一定量的重金属。一方面，农田施入磷肥将这些有害质带入土壤环境，对作物产生危害。另一方面，由于这些有害物质在土壤-植物系统的积累、迁移和转化中，进入食物链，对人体健康造成危害。磷是作物生长发育不可缺少的影响元素之一磷肥在农业生产中占有重要地位。我国施用的化肥中，磷肥约占20%以上，施用的磷肥种类很多。

磷肥中微量杂质的污染问题作为重金属的一个重要污染源受到广泛重视，各种磷肥或磷矿粉中的多种重金属杂质含量都较高。长期大量施用含重金属杂质量过高的磷肥有可能造成重金属累积性污染的危害。

2、镉对土壤的污染施用矿质肥料的目的是提高土壤中植物所必需的各种营养元素的含量，矿质肥料特别是磷肥中含有一定量的重金属镉。镉是土壤环境中重要的污染元素。磷肥中的镉主要来自原料磷矿石中，大部分磷矿石属于沉积类型，在形成过程中磷以沉积物的形式从海水中分离出来，而其他化肥元素如镉也同时沉积下来，所以在磷矿石中含有一定量的镉。镉随施肥进入土壤，由于镉在土壤中运动性很小，淋失很少，也不会被微生物分解，在种植作物的条件下，常常会向耕层集中等原因，就有可能在土壤中不断累积而危害生态环境和人类。

（二）有机副成分的污染从当前国际上使用的化肥种类来看，普遍认为有害的有机化合物有：硫氰酸盐、磺胺酸、缩二脲和三聚乙醛，它们对种子、幼苗或者土壤微生物有毒害作用。

1、硫氰酸盐硫氰酸盐产生于煤制气和炼焦的生产过程中，在用煤气和炼焦厂的副产品制造的硫酸铵中有硫氰酸铵。硫氰离子的1~5mg/kg水溶液，对稻、麦的发芽有促进作用，在5mg/kg以上时则危害发芽。

2、磺胺酸在利用制造尼龙原料的废硫酸生产的磷肥、氮肥中，含有磺胺酸盐。磺胺酸对植物有危害作用，但在制造过程中用亚硝酸盐加以分解除去，则可无害。

3、缩二脲缩二脲存在于尿素中。缩二脲易危害植物，尤

其是根外喷施和做种肥是易发生危害。故对尿素及其加工的肥料，宜在用前了解其中缩二脲的含量，以便采取预防措施。

4、三聚乙醛三聚乙醛是生产某些农药、医药和其他有机合成物的原料。三聚乙醛及有关化学物污染农田危害作物的事故屡屡发生，对农业生产造成很大威胁。

（三）氟的污染磷矿石中另一种有害物质是氟。长期使用磷肥会导致土壤中含氟量的增高。对某些原土壤含氟较高的地区更可能增加其氟污染的严重程度。

（四）放射性污染由于原料中携带放射性核素，化肥施用将放射性扩散到广大农田环境，经过食物链，最终被人体摄取。化肥中放射性物质主要存在于磷肥和钾肥中。自然界分布的磷矿石中常伴生铀、钍（tu）、镭等天然放射性元素。而在磷肥的生产过程中，铀和磷一起进入磷肥，使磷肥中也含有微量的天然放射性元素。钾肥中的放射性核素是40K。经常施用磷肥和钾肥将放射性物质扩散到农田环境并不断积累，它们通过肥料→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。

（五）土壤硝酸盐的积累化肥氮肥主要品种为铵盐、硝酸盐、尿素、石灰氮及氨水等，它们施入土壤中，非铵盐及非硝酸态氮均要转化为铵态氮和硝态氮方可被植物吸收。铵态氮在土壤通气的情况下，经土壤生物的作用，可转化为亚硝酸盐（NO2--N）进一步氧化形成硝酸盐（NO3—N）。如果氮肥施用过多，不仅可造成作物贪青，甚至倒状，而且在土壤中转化为硝态氮的含量就会明显增加，作物根部从土壤中就要吸收大量的硝态氮，人类通过食用含硝酸盐过多的蔬菜或其他食物后，将硝酸盐一并食入。二、化肥施用与水环境

（一）化肥水环境损失的途径化肥从农田流失到水域中的途径主要有：径流、农田排水和渗漏淋洗。

1、地表径流天然降水和不适当灌溉形成的地表径流，将农田氮素转移带入到地表水体中，造成氮素的大量损失，包括通过水土流失和农田径流等所带走的养分。由于不利地形、植被状况及不当的农业生产措施，养分流量会很大。2、农田排水在水田，常有插秧前的泡田弃水和雨后排水，使一部分氮流失到水体中，施肥往往使农田排水中氮的流失量增加，磷相对地表侵蚀和地表径流的损失，排水中的损失较小，人工排水能减少磷的流失。

3、渗漏、淋洗土壤中的氮以及施入土壤的肥料氮，在降雨和灌溉水的作用下，部分直接以化合物形式(如尿素)

淋洗到土壤下层，大部分最终以可溶性的NO3-，NO2-和NH4+形式淋洗到土壤下层。氮淋洗损失受气候、土壤、植物、施肥等多种因素的制约。农田系统中的磷流失的另一个途径是磷在土壤剖面向下淋洗，磷可以通过土壤剖面或优先通过一些大的孔隙(如土壤裂缝、跟通道、蚯蚓空洞)慢慢向下淋洗。磷淋洗的多少与农田管理、土壤特性和气候条件有关。在常规施磷肥条件下，大多数土壤上不会发现磷的明显淋洗。

（二）施肥与地面水体富营养化水体富营养化通常是指湖泊、水库和海湾等封闭性的水体，以及某些滞留（流速在1m/min以下者）河流水体内的氮、磷和碳等营养元素的富集，导致某些特征性藻类主要为蓝藻、绿藻等的异常增殖，使水体透明度下降，溶解氧降低，水生生物随之大批死亡，水味变得腥臭难闻。水质富营养化不仅使水体丧失应有的功能，而且使水生生态环境向着不利于人类的方向演变，最终势必影响经济建设和社会发展。

（三）施肥与水体硝酸盐污染自上世纪70年代以来，地表水尤其是地下水NO3-浓度的增加，引起了欧美国家的注意。已经证实，饮用水和食品中过量的硝酸盐会导致高铁血红蛋白症。此外，硝酸盐进入人体后被还原成亚硝酸盐，可有致癌的危险。三、化肥施用与大气环境

化肥对环境的影响主要集中在氮肥上，氮挥发及NOx的释放等会使大气中氮含量增加而带来一系列的影响。硝化及反硝化释放N2O到大气中造成温室效应，氮肥的使用对其他温室气体CH4及CO2的释放也有影响。而且CH4、CO2等气体在大气中浓度的增加，不仅能引起温室效应，而且还能引起臭氧层的破坏。

（一）氮肥气态损失途径氮肥气态损失途径主要包括氨挥发和硝化、反硝化作用等途径，二者具有一定的互补性。如果条件有利于氨挥发反硝化损失量小，反之，则大。

1、氨挥发损失及其意义根据国内试验汇总，不同试验中氨挥发占施入氮量的5%~47%，占氮素总损失的18%~104%。NH3不仅以干湿沉降返回地表，加速水体富营养化，或再作为NO2和NO的二次源，而且还影响土壤作为甲烷汇。

2、硝化作用的损失及其意义硝化作用过程中氮的损失，往往注重硝化产物硝态氨向水环境中的迁移。忽略N2O向大气中的损失，但它有时也比较可观，如从施用无水氮的土壤释放的N2O-N量可占到加入氮量的7%，所以某些施肥土壤在硝化过程中形成的NO2量也是不可忽视的，对温室效应也有一定的影响。

3、反硝化的损失及其意义反硝化程释放出的N2O量，对温室效应有强大的贡献力，与1分子CO2相比，1分子的N2O的温室效应增温潜力为300。

（二）施肥与温室效应大气中CO2、CH4、和N2O是重要的温室气体。据估计，大气中20%的CO2，70%的CH4和90%的N2O来源于农业活动和土地利用方式的转换等过程。N2O是土壤硝化作用和反硝化作用过程中由微生物活动产生的，它既是温室气体，又对破坏臭氧层有责任；土壤中CH4的产生和消耗是微生物活动的结果，在厌氧条件下，甲烷菌分解土壤中的有机质，产生甲烷；CO2大部分来源于矿物燃料的燃烧，由土壤排放的CO2只占少量部分，而化肥的大量使用将会促进农田CO2的排放。

（三）施肥对大气环境的其他影响

1、氮氧化物NOx与酸雨氮的气态氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O5、和N2O4等，最主要的是前三种。它们均有可能由化肥氮肥在农田生态系统中通过生物化学作用而产生。NOx也能够形成酸雨，对水生生态系统和陆地生态系统造成危害。

2、N2O与臭氧层破坏N2O对臭氧层的破坏令世人瞩目。在农田生态系统中，由于化学氮肥的施用量过多，其中部分氮素在还原条件下通过反硝化作用产生N2O，它可以长期滞留在平流层，成为破坏臭氧层的催化剂，其光化学反应的方程式为：

N2O+O2

→

NO+N2O，NO+O3→NO2+O2紫外线一旦臭氧层遭到削弱和破坏，过多的紫外线辐射将使人类和牲畜皮肤癌的患病率增加，还可能扰乱动植物的正常生长，并对其后产生不利影响。此外，氮的气态氧化物在太阳光的照射作用下，将产生光化学烟雾。这种烟雾刺激人类的呼吸系统，并对肺脏组织产生刺激和腐蚀作用。四、化肥施用与农产品质量及人体健康

（一）施肥对农产品质量的正面效应

施肥可以提高土壤肥力，改善土壤理化性质，为作物生长提供充足的养分，从而可提高农产品的数量和质量，满足人类生存的需要。农产品品质主要包括以下几种：（1）营养品质，指农产品中蛋白质、氨基酸、糖分、维生素和矿物质等含量的高低。（2）卫生品质，主要是指可对人体健康产生不良影响的指标，如重金属汞、镉铅等有毒元素、硝酸盐、亚硝酸盐及残留的农药等。（3）感官品质，主要是农产品的外形和色、香、味。（4）贮藏品质，是指农产品在贮藏过程中作物营养品质和感官品质的变化。

施肥或土壤中的养分供应对农产品的品质有较大影响，肥料中氮磷钾及微量元素的合理配比及农作物需肥规律正确施肥可提高作物中蛋白质、糖类及其他营养成分的含量，从而大大提高农产品的品质。

（二）重金属对农产品的污染重金属在环境中一般是指汞、镉、铅、铬及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒性的一般重金属，如锌、铜、钴、镍、锡等。虽然有些元素如锌、铜、钴等是人和生物体必需的微量元素，但这些元素对生物体适宜的范围很窄。重金属元素在环境迁移转化的最大特点是不能或不易被生物体分解转化后排出体外，只能沿食物链逐级往下传递，在生物体内浓度放大，当累积到较高含量时就会对生物体产生毒性效应。（三）硝酸盐对农产品的污染硝酸盐是农作物氮素的主要来源，在多数情况下，它是农作物丰产优质的积极因素。近几十年来由于氮肥的超量投入，特别是在大棚、温室等设施农业中氮肥投入过量，造成硝酸盐在农产品中的大量累积，虽然这对农作物本身影响不大，但通过食物链，却对人体存在着潜在危险，它在人体内经硝酸还原菌作用后被还原为亚硝酸盐，毒性加大是硝酸盐毒性的11倍。

（四）其他元素对农产品的污染

1、氟污染氟不足会造成佝偻病、骨质疏松及龋齿等疾病，因此适量的补充氟会有益人体健康。氟污染的主要来源有煤的燃烧、铝的电解、磷肥厂的生产及磷肥在施用过程中所造成的污染。在生产磷肥过程中磷灰石等经粉碎、酸化等过程，会排出大量含氟废气造成污染。氟污染一方面对植物生长速率和产量产生影响，更重要的是氟被粮食和饲料作物吸收后在作物组织内累积，影响到农产品的质量。人体中氟摄入量与食物、饮水以及空气中含氟量有关。

2、肥料中的氯氯是植物必需的营养元素之一，通常田间条件下，很少会发生缺氯症，但如果土壤中的氯以氯离子出现并达到一定数量时将影响到作物生长，降低产量和品质。在化肥施用过程中有一些含氯的化肥，如氯化铵和氯化钾以及有这两种肥料组成的复合肥，这些肥料在使用过程中由于可提供植物所需的氮、钾等大量营养元素从而提高作物产量，但如果大量使用这些肥料，会使土壤中累积大量的氯离子则会产生不利影响。五、化肥施用的环境污染防治防治环境污染的主要途径有：制定合理的施肥量，讲究科学的施肥方法，采用节水、节肥的综合管理体系与作物养分综合管理体系等。

（一）合理施肥量的确定为了制定合理的施肥量，要求确定以下几个参数：（1）欲达到的产量或产量目标。（2）单位产量的作物吸氮量。（3）土壤供氮量。（4）氮肥利用率。常用“以土定产，因产定氮”法，从无氮区水稻的产量直接估算出氮肥适宜施用量的一种方法，其计算公式为：N=A(Y-X)/Ef式中A—单位产量的作物吸氮量；N—需施用的化肥量；Y—作物目标产量；X—基础产量即无肥区的产量；Ef—氮肥利用率。

这一方法的主要优点是不需进行任何土壤测试，在已知氮肥利用率时，如果能对每块田的基础产量作出估计，并对有机肥料的氮素供应做一定的修正，则很快就可以估算出氮肥的适宜施肥量。在实际生产中，常用平均适宜施氮量法。平均适宜施氮量是指在某一地区某一作物上进行的氮肥施用量试验网中各田块上的适宜施用量的平均值。对同一地区的某一地区的某一作物来说，由于耕作施肥制度基本一致，因而可以用平均适宜施氮量作为该条件下大面积生产中推荐该作物的施氮量。在作物生产系统中，施肥量与产量的高低要考虑以下三方面因素，一是为满足人口的食物需求而需水稻高产，二是此生产水平下需资源高效和经济高效，三是需对环境产生尽量少的污染，所以水稻的生产就要兼顾这三方面的要求。

（二）配方施肥1、概述配方施肥是是以养分归还学说、最小养分律、同等重要率、不可替代律、肥料报酬递减律等理论为依据，遵循土壤、作物、肥料三者之间的依存关系，以肥料与综合农业技术相配合为指导原则，产前确定施肥的品种、数量、比例以及相应的科学施肥技术，实现高产、优质、高效、土壤培肥、提高化肥利用率，保护生态环境的综合目标。

2、配方施肥的定义配方施肥是综合运用现代农业科技成果，根据作物吸肥规律、土壤供肥性能与肥料效应，在有机肥为基础的条件下，产前提出氮、磷、钾和微量元素肥料的适宜用量和比例，以及相应的施肥技术。3、配方施肥的效果据各地试验、示范资料统计，实施配方施肥，各种作物增产幅度一般在8%~15%，高的达20%以上，经济作物如瓜果、蔬菜等增产效果尤为明显。实施配方施肥还可以培肥地力，保护生态环境。应用养分归还的原理，做到用地与养地的结合，保持地力常新，增强磷、钾与微量元素的供应能力，满足作物不同生育阶段对营养的需求，有利于加快生育进程，增强光合作用和碳水化合物的积累，改善植株农艺性状，提高农产品品质。针对性地施用肥料，还可以达到营养调控、防治病害的目的。4、配方施肥的实施配方施肥的实施主要应抓好以下几个方面：

（1）划定分区，收集资料。按照自然条件相同、土壤肥力差异不大、生产内容基本相同的区域划成一个配方施肥区，然后收集有关这个配方区内的土壤土壤普查资料、过去的试验结果、农民生产技术水平、肥料施用现状、作物产量、有无自然障碍因素等资料；

（2）选定方法，制定方案。根据当地实际情况选择简单适合的配方施肥方法（主要有地力分区配方法、目标产量法、养分丰缺指标法、氮磷钾比例法、肥料效应函数法等），按照方法的要求，制定配方施肥实施方案；

（3）取土测试、田间试验。根据配方施肥实施方案的内容，布置相应的田间试验，以获得有关的配方施肥参数。根据要求采取土壤样品进行分析测试，取得足够的数据资料；

（4）科学配方、施肥推荐。根据获得的配方施肥参数，提供配方，以配方施肥建议卡或配方施肥建议表等形式发给农民，实施配方施肥；

（5）技物结合、全程服务。在发卡推荐施肥的基础上，逐步向技术与物资结合，实施全程服务的方向发展。建立配方施肥站，依照配方生产专用肥，直接供给农民使用，实施测土、配方、生产、供肥、施肥指导“一条龙”服务；

（6）施肥指导、信息反馈。对农民进行科学施肥方法的指导，并对配方施肥的效果等进行信息调查和反馈。

（三）施用化肥增效剂氮肥化肥增效剂是一种有机化学物质，与氮肥混合施在农田中，能减少氮肥由于脱氧作用所造成的损失和对环境的影响，从而提高氮肥肥效和减少环境污染。

1、使用脲酶抑制剂脲酶抑制剂是对土壤脲酶活性有明显抑制作用的物料。至今已发现效果较佳的脲酶抑制剂有：二元酚和醌类如二胺苯磷酸盐（PPD）和氢醌等，脲酶抑制剂一般与尿素混合作基肥或前期追肥。其施用效果除了脲酶抑制剂的类型和性质以外，还受到下列因素的影响：第一，土壤中氮的损失途径。如在硝化和反硝化作用强，氮的挥发不是主要损失途径的土壤上，脲酶抑制剂的效果常不明显。第二，施肥方法，如由于氮肥深施方法本身就有减少氨挥发和硝化、反硝化作用等方面的作用，所以在尿素深施得情况下，尿素抑制剂的作用就较小。第三，尿素用量高，也会掩盖脲酶抑制剂在减少氨挥发中所起的作用。第四，土壤中其他酶的活性、土壤水分等也影响抑制剂施用的效果。

2、使用硝化抑制剂

硝化抑制剂实际上是一种杀菌剂，可抑制土壤中亚硝化毛杆菌的活力，能抑制或延缓土壤中铵的硝化作用，有可能减少氨的淋洗和反硝化损失。改善农产品品质，保护生态环境和人畜健康。硝化抑制剂的种类繁多，选用时必须具备的基本条件是：①只对土壤中的亚硝化细菌有抑制作用，而对有益微生物无害；②能与氮肥均匀混合，混合后不影响肥料的理化性质和肥效，施用方便；③能随土壤溶液移动，不易分解和流失；④用量少，效率高、廉价、残留量低，对动植物产品品质和环境等均无不良影响。硝化抑制剂即可作基肥和追肥施用，施前先与适量细土混匀，再和氮肥拌施。

3、施用长效氮肥

长效氮肥又叫缓效氮肥，一次施用后，肥效可以维持数月至一年。施用长效氮肥可以减少氮肥施入土壤后由于淋失、挥发、固定而造成有效养分的损失，达到提高肥料利用率的目的。

长效氮肥按其农业化学性质可以分成四种类型，即合成有机氮肥、包膜氮肥、缓溶性无机肥料和以天然有机质为基体的各种氨化肥料。合成有机长效氮肥是以氮肥为主体或以氮肥为基体的复合肥料；包膜肥料在速效化肥外涂上一层薄层物质，可以控制速效化肥的渗透性，使其缓效，并能提高肥料利用率。

（四）节水节肥的水肥综合管理体系节水节肥的综合管理技术体系，是提高氮肥利用率和增产效果的又一途径。1、稻田这一技术有助于降低施肥后存留于田面水中的肥料氮量和氮肥损失。已提出的方法有：作为基肥施用时，采用无水层混施或上水前耕翻时条施于犁沟等；在作追肥施用时，则可以田面落干、耕层土壤呈水分不饱和状态下表施尿素后随即灌水。盆栽试验结果表明（表2），在无水层下混施，施肥后田面水中存留的氮量，明显低于撒施于田面水中的处理，使氨挥发损失显著降低，而且由于能将更多的氮肥混入土中，因而有时还能降低反硝化损失。在田间微区试验中也得到了类似的结果，在小区试验中获得了显著的增产作用（表3）。表2不同施用方法下化肥氮的气态损失（水稻盆栽，石灰性土壤）处理总损失/%氨挥发/%反硝化/%氨挥发/总损失/B/A/%施肥后田面水中N占施入N的%（A）(B)(A-B)尿素施于田面水中65.9a30.1b35.8a4674尿素无水层混施后上水39.8b14.625.1b3716碳酸氢铵施于田面水中57.5a42.2a15.3c7334碳酸氢铵无水层混施后上水45.4b24.920.5bc557表3不同施用方法下水稻的产量处理产量比有水层混施产量Kg/亩%Kg/亩%对照，不施N210b100——有水层混施245bc117——无水层混施283a1353815.5犁沟条深施256b122114.5

在用尿素作追肥时，可以采用“以水带氮”的方法。即在田面自然落干达到轻搁田（即耕层土壤呈水分不饱和状态）时表施，随后灌水，将尿素带入耕层土壤中。观测表明，在土壤水分饱和度为80%时表施尿素，随后灌水，在2~7cm土层中的铵态氮含量，明显高于在水分饱和时施用者，后者又高于在有水层下撒施的处理，田间试验结果也表明，采用这种方法，可以显著提高尿素的氮素利用率和增产效果，如表4所示。表4尿素“以水带氮”施肥法的增产效果处理稻谷产量Kg/亩氮素利用率%生产效率kg/kg吸收N对照，不施N442c—71.2基肥无N,习惯肥管理478b32.055.0基肥无N,“以水带氮”491a46.350.7基肥轻N,“以水带氮”493a49.849.6

将这种改进的基肥和追肥施用法结合起来，即可组合成为水稻节水节氮的水肥综合管理技术。

2、旱作旱或涝是影响旱地作物的根系吸收能力和生长的重要限制因子，消除旱涝是提高氮肥增产效果的基础。在小麦的盆栽试验中，在凋萎点附近时，氮肥几乎不被作物所吸收，随着土壤含水量的增加，氮肥利用率有所提高，至最适含水量时达最高值35%。在山西进行的田间试验中，水浇地上的小麦对氮肥的吸收以及氮肥的籽粒生产效率，都高于旱地，如表5所示。灌溉条件6月底早期沟施8月15日深施播前施分次施氮素利用率/%水浇地40.838.830.322.7旱地12.113.219.519.8氮素生产效率kg/kg吸收N水浇地34.236.233.637.3旱地28.129.828.631.3表5灌溉对小麦碳酸氢铵的氮素利用率和氮素生产效率的影响（田间试验）

研究表明，在旱作上撒施尿素后随即灌水，可以将尿素带入耕层土壤中，从而达到部分深施的目的。在雨前表施，如果雨量适宜，也可得到类似的结果。综上所述，在田间试验