《宏观农业的分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宏观农业的分析（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化肥与生态环境的宏观视角 奚振邦 上海市农业科学院土壤肥料研究所， 上海 201106 植物产品越多，动物生产随之发展：动植物产品日益丰富，必然促进微生物生产相应发达，实现更加丰富的物质和能量循 环。图1是三类生物生产关系示意图。 (图：图1 世界上最重要的生物生产依存关系)由图1可见，通过食物链，将植物生产阶段、动物生产阶段和微生物生产阶段相链接。每个阶段的生物及其生存环境 构成每个阶段的生态，即植物生态、动物生态与微生物生态，以及由多样性生物与多样性生存环境构成五彩缤纷的生物世 界。而人类则是影响每个阶段、每种生态类型发展的主宰。三、化肥与生态环境对于不同类生物间存在的食物链及与其相连的物
2、质、能量循环，特别是农业中粮食生产和畜牧业发展的相互依存关系， 我国农民有精辟的论述和比喻，这就是：肥多粮多粮多猪多猪多肥多肥多粮多，并说“养猪不赚钱，回头看看田”。 农民十分珍惜有机肥，肥多就能多打粮食，五谷丰登，粮多就可多养畜禽，六畜兴旺，就能多积有机肥，促进农牧业生产 再发展，成为一个物质与能量越积越多的“滚雪球”似的良性循环。而不断提高这一循环水平的关键和源头，是如何增加 投入于粮食生产的肥料，是在传统有机肥源基础上增加新肥源。化肥正是在这个关键点上找到了用武之地。化肥能不依赖 于耕地而直接大量提供作物必须的养分；且在增产粮食上化肥养分与有机肥养分等价。任何作物施用化肥与不施或少施化
3、肥相比，都可获得增产（增加植物性有机物产品）。例如667m 2 水稻，当只使用0.5t猪厩肥时产量为400kg，而若在0.5t 猪厩肥基础上增加3Okg氮、磷、钾化肥养分，每667m 2 产量可达到600kg。显然，因施用化肥而每667m 2 多增产了200kg 粮食及约200kg秸秆和8Okg根茬。这些多增产的粮食可多养一头猪（猪多了），根茬留在田里，秸秆可作褥草垫料用于养 猪，使第二年的猪厩肥可增加约2t（肥多了）。施用这些增加的厩肥，又可促进第二年作物的增产（粮更多）。如果农业 生产中年复一年地增施化肥，增加作物产量，就可使农业中物质与能量的循环量越来越大，则可以在人类的控制下，实现 农
4、牧业生产的不断发展，实现高水平上的物质循环与平衡。根据我国在20世纪80年代及其以后的大量田间试验和生产性统计，表明每千克化肥养分（N+P 2 0 5 +K 2 0）平均可增加粮 食7.5kg。这与鲁如坤（1998）据FAO大量数据计算的结果基本一致（表1）。(表：表1 化肥对粮食作物的增产效果 ) N P 2 O 5 K 2 O 作物 试验数n 用量 (kg/hm 2 ) PI 用量 (kg/hm 2 ) PI 用量 (kg/hm 2 ) PI 小麦 9506 90120 9.1 60100 7 4585 5.4 水稻 12929 63120 9.4 4590 7.7 3087 6.3 玉米
5、 4121 45124 11.1 4590 9.9 3097 4.8 注释：注：引自鲁如坤，1998，土壤-植物营养学，PI系每千克化肥养分的增产量，称生产指 数。 鲁如刊据FAO结 果改算。7.5kg粮食如用作饲料，大体上可增产3kg鸡蛋或淡水鱼，或2kg猪肉，或1.2kg牛肉。从1978年到1993年，我国 人均消费的肉、蛋和水产品分别从8.86kg、1.97kg和3.5kg增长到22.6kg（255%）、7.75kg（393%）和7.29kg（208%）。 1994年以后增长更快，使中国人的营养和健康水平迅速提高。从1978年到1998年，我国化肥养分的施用量从不足1000 万t增加到约
6、4000万t，相应的粮食产量从不足3 亿t增加到约4.6亿t。1998年以后，我国粮食总产仍有一定增长，并 稳定在年产5亿t左右。如按近几年每年施用化肥养分4000万t，其中70%用于粮食作物，以及每千克化肥养分平均增产 7.5kg粮食计算，则每年用于粮食生产的2800万t 化肥养分，可增产2.1亿t粮食，约占我国粮食年总产量的42%。试想 如果化肥增产的2.1亿t粮食全部用有机肥去代替，大约需要含NPK养分5%（养分利用率为化肥养分的60%）的有机肥 9.4亿t，即使替代一半化肥养分，也要4.7亿t有机肥。每年能增加那么多有机肥吗？由于有机肥本质上都来自于作物生 产，故这样的农业能持续发展吗
7、？我国粮食五谷丰登，连年增产，才有今天的六畜兴旺，人寿年丰，才有可能不去毁林、毁绿和开垦草原种粮，并能大 面积调整种植业结构，去发展棉、麻、油、丝、茶、糖、菜、果、花、烟、药及多种经济作物。1995年与1980年相比， 我国粮食作物种植面积减少约1/4，达3555.74万hm 2 （24.4%），经济作物面积增加近1倍，净增2143.08万 hm 2 （97.4%）（表2、表3）。 (表：表2 我国种植业结构的改变 ) 1980 1995 项目 10 4 hm 2 % 10 4 hm 2 % 耕地面积 16762.8 100 15350.4 100 粮食作物 14561.8 86.9 1100
8、6 71.7 经济作物 2200.99 13.1 4344.08 28.3 注释：注：引自中国农业持续发展中的肥料问题(1998)。 (表：表3 我国主要经济作物面积的增长*(1980-1995) ) 作物 1980 1995 增长 增% 棉花 492.01 542.16 50.15 9.3 油料 792.85 1310.14 517.29 39.5 麻类 31.41 37.6 6.19 19.7 糖料 92.23 181.99 89.76 49.3 烟叶 39.67 147 107.33 271 蔬菜 392.57 1061.6 669.03 63瓜园 28.7 84.07 55.37 19
9、7 茶园 104.08 111.53 7.45 7.2 果园 178.27 809.11 630.84 354 橡胶园 49.4 59.18 9.78 19.8 合计 2200.99 4344.08 2143.09 97.4 注释：注 *(10 4 hm 2 )。引自中国农业持续发展中的肥料问题(1998)。同时可提高一些地区的复种指数，提高土地的利用率。如华北地区在主要粮食作物单产提高的基础上，普遍由两年三 熟发展成一年两熟等。 有了充裕的粮食，还可为人们提供更多的蛋、乳、肉、鱼等动物性产品。而更重要的是由于投入1t化肥养分，可增产 7.5t粮食，约相当于增加1hm 2 耕地的粮食产量，因而
10、不仅不必去开垦林地和草原种粮，还能真正实施退耕还林，退耕还草， 退耕还湖，大规模发展城市绿化；才能真正从根本上改善我们赖以生存的生态环境。如果国家为实施退耕还林、还草的每 667m 2 耕地补偿农民150kg粮食，若每件约300万hm 2 即需要750万t粮食，相当于100万t化肥养分能增产的粮食。众所周知，CO 2 是最主要的温室效应气体之一，而光合作用则是一个固定CO 2 和释放O 2 的化学反应，因而粮食生产过程 也是不断固定温室效应气体CO 2 和释放新鲜O 2 的过程。化肥增加粮食产量，在增加生物能贮存的同时，也在增加对CO 2 固 定和O 2 释放的生态效应。表4是按通常选用的平均
11、参数计算的每千克化肥养分增加粮食产量后对生物能贮存，对CO 2 这一 主要的温室效应气体的固定和新鲜O 2 释放的影响。可以看出，与化肥厂生产化肥释放CO 2 和吸收O 2 相比较，由化肥增产的 粮食带来的气体转化生态效益平均可增加6倍（表 4）。 (表：表4 化肥能耗、粮食贮能及对 CO2和O2转化影响的估算 ) 能量转化(MJ) CO 2 转化(kg) O 2 转化(kg) 物质 耗能 贮能 相对(%) 释放 吸收 释放 吸收 62 - 100 4.77 - - 3.43 1kg化肥养分 (2400m 3 ) (2400m 3 ) - 372 596 - 26.9 19.6 - 7.5kg
12、粮食 (13600m 3 ) (13600m 3 ) 1kg有机养分 12.7 - 20 0.35 - - 0.182 注释：注：参数选择：粮食(1kg籽粒加1.8kg茎叶根茬)贮能49.6MJ；每千克化肥养分(N+P 2 O 5 +K 2 O)平均耗能62MJ；每千 克化肥养分平均增产粮食7.5kg，贮量372MJ；粮食含C35%，有机肥含C25%。当然，如果考虑生产的粮食被人和畜禽消费过程中，以及有废弃物分解过程中会逐步释放能量和CO 2 ，吸收O 2 ，因而 一年生作物尤其是粮食作物，在气体转化方面的净生态效益，要比森林等多年生植物的持久积累效应逊色，但至少是一种 积极的正面效应。从表4
13、中还可看到，使用有机肥养分，同时会消耗一定量的O 2 和排放出相应的CO 2 。据估算，退耕后667m 2 成年林地，每年可吸收和固定1.21tC0 2 ，释放0.88t0 2 。若每年约300万hm 2 退耕农田中有200 万hm 2 造林，则510年后，每年能增加C0 2 的固定量3630万t，多释放0 2 2640万t。由于林木是多年生，其产品利用的周 期长（几十年至上百年），故林木将有持久积累的减少C0 2 与增加0 2 的净生态效益，可为近地层大气增加约1.8510 9 m 3 新鲜氧气。林地是名副其实的氧吧，每棵树就是一个吸收C0 2 、制造0 2 的微型“工厂”或“车间”。事实上
14、，我国在过去 粮食产量递增的20年内，每年由于农作物光合作用的增强和农产品增多，同样在减少由工业和城市化排入大气中的C0 2 ， 增加0 2 对大气的补充。据现有资料估算，如果我国20世纪末比70年代末粮食单产增加1倍，则每667m 2 粮田可多固定约600kg C0 2 ，相当于840m 3 含CH 4 90%天然气燃烧后产生的C0 2 。与此同时，可释放出436kg新鲜0 2 。表5是最近几年粮食一 般产量估算的每公顷农田作物对C0 2 的固定量和0 2 的释放量。 (表：表5 粮食作物的生产量圾其对 CO2的固定和O2释放影响 ) 单位产量(kg) 单产(t/hm 2 ) 作物 籽粒 籽
15、粒+茎叶+根茬 籽粒 籽粒+茎叶+根茬 CO 2 固定 (t) O 2 释放 (t) 水稻 100 126(98153) 7.5 16.95 21.7 15.8 玉米 100 151(98204) 6 15.06 19.3 14 冬小麦 100 162(126197) 4.5 11.79 15.1 11 注释：注：本表据沈善敏主编中国土壤肥力(1998)所载产量资料计算；气体的重量与体积按标准状况(0， 1.0110 5 Pa)。美国钾磷研究所编写的资料肥料与环境（1994）中，列举了一个相同的例子，即1hm 2 产量为6.3t的玉米（不计 茎叶和根茬）可同化8tCO 2 。这些O 2 足够1
16、2个人呼吸一年。若大气中C0 2 浓度为0.03%（体积比），则6.3t/hm 2 产量的玉 米，需同化4.010 6 m 3 的C0 2 ，才能构成有机碳化合物，同时向这些空气释放出4.010 6 m 3 新鲜C0 2 。显然，草原的恢复发展，多种经济作物的扩大和高产，城市绿化面积的增加，都将有助于对大气中C0 2 的固定，一定 程度上消除因能耗增加，城市化发展所增加的C0 2 排放，也是补充和不断更新空气中的0 2 ，保持0 2 在空气体积中占有21% 左右比例的重要因素。因此，对于化肥与生态环境如此重要而又十分复杂的问题，决不能简单化地对待，也不能只是看那些局部的现象，如 可能出现的水体中P 2 0 5 和N0 3 - -N的增加，土壤中氮氧化物排放等。当然这些问题必须重视并应采取相应对策加以有效控制。 而更重要的是要从宏观上、根本上认识化肥对植物生产的重要性及其对大范围生态环境的积极贡献，以积极的态度去应对 和治理所谓的化肥污染。下面主要从两个方面实施有效应对:（一）改善宏观生态环境1.促进农业全面增产，控制和平衡
