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污染環(huán)境?破壞生態(tài)?化肥表示很委屈

發(fā)布日期:2024/3/9 14:48:40

  從1843年第一種化學(xué)肥料過磷酸鈣在英國誕生后,化肥這種被稱為“糧食的糧食”的人工合成品,在人類社會的發(fā)展進程中發(fā)揮著重要的作用。


  二戰(zhàn)后,全球糧食產(chǎn)量能夠從6.3億噸增長至2018年25.9億噸,人口數(shù)量從1950年的25.2億增長至今天已經(jīng)75.8億,化肥的普及和應(yīng)用是重要的推動力之一。


  △圖源:Veer圖庫


  化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到不可替代的作用。但是最近幾年出現(xiàn)了一些聲音,認為化肥無用、化肥有害,未來應(yīng)該淘汰化肥,讓有機農(nóng)業(yè)替代無機農(nóng)業(yè)等等。事實真的是如此嗎?


  首先,讓我們來具體了解一下化肥的真面目。


  走進化肥——糧食的糧食


  化肥是化學(xué)肥料的簡稱,是用化學(xué)和(或)物理方法制成的含有一種或幾種農(nóng)作物生長所需營養(yǎng)元素的肥料。


  化肥屬于人造產(chǎn)物,也不是自古就有的。1840年,德國科學(xué)家李比希創(chuàng)立的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說為化肥工業(yè)的興起奠定了理論基礎(chǔ)。李比希的三大營養(yǎng)學(xué)說中的養(yǎng)分歸還學(xué)說認為,“植物從土壤中吸收養(yǎng)分,每次收獲必從土壤中帶走某些養(yǎng)分,使土壤中養(yǎng)分減少,土壤貧化。要維持地力和作物產(chǎn)量,就要歸還植物帶走的養(yǎng)分”。植物吸收的氮磷鉀鈣鎂硫鋅鐵等營養(yǎng)元素必須人為補充回去,否則這些各自不可替代的營養(yǎng)元素虧缺后,會直接造成產(chǎn)量降低,直至養(yǎng)分耗盡后導(dǎo)致絕產(chǎn)。


  施用化肥是全球范圍性價比最高、最簡易的補充途徑,過去的一百多年里,全球的科學(xué)家為找到能耗更低、更清潔的生產(chǎn)技術(shù)和更科學(xué)的施用方法而不停地探索。


  根據(jù)李比希的理論,科學(xué)家們開始進行化肥的研制。1843年,第一種化學(xué)肥料——過磷酸鈣在英國誕生;1861年,德國首次開采鉀鹽礦。但是這些的應(yīng)用量都非常小,沒有對全球糧食和人口起到大的革命性促進作用。而來自于哈勃-博世的合成氨技術(shù),才是真正提升全球糧食產(chǎn)量、改變了農(nóng)業(yè)格局的起點動力。


  △弗里茨·哈伯(Fritz Haber,1868-1934)(圖源:維基百科)


  1909年德國化學(xué)家哈勃和博世在研究炸藥過程中,發(fā)明了利用空氣氮合成氨的方法,這項技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用標志著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向擺脫完全依賴大自然邁出了巨大的一步,并開始向工業(yè)化轉(zhuǎn)變。1913年哈勃與BASF合作建立了第一條年產(chǎn)3萬噸的合成氨生產(chǎn)線。


  △德國路德維希的巴斯夫公司第一座合成氨反應(yīng)塔遺址(圖源:維基百科)


  既然1913年就已經(jīng)開始批量生產(chǎn)氮肥了,為什么1950年后全球人口才開始飛速增長?這是因為一方面技術(shù)的普及應(yīng)用需要時間,另一方面,一戰(zhàn)和二戰(zhàn)打亂了合成氨技術(shù)在全球的推廣,待二戰(zhàn)結(jié)束后,合成氨技術(shù)才開始在全球快速普及,我國也是這時才開始了合成氨廠的建設(shè),實現(xiàn)了氮肥的飛躍發(fā)展。


  如果沒有化肥會怎么樣?我們把時鐘撥回化肥用量忽略不計的1900年,全球人口僅有16.3億,而今天僅僅氮肥就間接供養(yǎng)了全球48%的人口。所以我們要感謝氮肥,感謝化肥。


  化肥有問題,但這不是化肥的錯


  隨著環(huán)境污染問題日漸受到人們的重視,出現(xiàn)了化肥會加劇環(huán)境污染、還對人體有害、有機肥優(yōu)于化肥等觀點,也讓化肥在人們心中的印象分不斷降低。雖然化肥確實會影響環(huán)境,但這并不完全是化肥的錯。


  長久以來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的施用存在一些嚴重的問題。據(jù)研究表明,我國北方冬季的霧霾、地下水硝酸鹽超標、表面水體富營養(yǎng)化,甚至土壤的板結(jié)、酸化、次生鹽化等都與化肥,特別是氮肥相關(guān)。我國三大糧食作物,氮肥的當季利用率僅有37.8%(2018年農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計),浪費掉的氮肥進入水體或大氣中,增加了氮含量,超出本體容量后就產(chǎn)生了系列問題。


  但我們要認識到,這是不合理施用化肥引起的問題,卻不是化肥自身的問題。就如我們?nèi)粘I钪械挠望}糖等調(diào)味料,這些材料本身是無害、有用、有益的,但是如果長時間攝入量超標,就會引起對應(yīng)的病癥。這是不合理攝食油鹽糖引起的問題,卻不是油鹽糖自身的問題,問題的根源在于人沒有科學(xué)地使用和調(diào)配油鹽糖。同樣,相對于有機肥,化肥是更純凈、單一、知根知底的材料,只是人類沒有科學(xué)地使用這些材料。


  而且,完全拋棄化肥也是不可能的。如果只施用有機肥進行有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn),人類的糧食產(chǎn)量就可能回到19世紀,想養(yǎng)活全世界這么多的人口,就會成為癡人說夢。


  △分解動物糞便是有機肥料來源(圖源:維基百科)


  那么要想既保障糧食安全,又降低環(huán)境影響,就要想辦法更高效地用好化肥,這也一直是全球科學(xué)家的研究重點。目前,提高化肥利用率主要有兩個途徑:


  第一種是對常規(guī)化肥產(chǎn)品進行改造升級,主要通過生物法(穩(wěn)定性肥料)、化學(xué)法(脲醛類肥料)、物理法(包膜肥料)等,旨在延緩?fù)饨绛h(huán)境對敏感活潑的化學(xué)養(yǎng)分的沖擊,減少向外界環(huán)境的外溢。特別是穩(wěn)定性肥料技術(shù),由于具有降低氨揮發(fā)和氧化亞氮農(nóng)田排放等環(huán)境污染可能性的天然技術(shù)優(yōu)勢,正成為世界新型肥料的主流。


  △氮肥的轉(zhuǎn)化過程和穩(wěn)定性肥料技術(shù)機理(圖源:自制)


  第二種是尋找更科學(xué)的配套施肥方法,根據(jù)作物的養(yǎng)分需求量、需求種類、需求規(guī)律、區(qū)域環(huán)境等因素,探索作物生長每個時間點需求養(yǎng)分與供應(yīng)吻合的規(guī)律,最終的理想狀態(tài)是在作物生長的任何時間點,需求的養(yǎng)分種類和量與供應(yīng)的種類和量,不多不少,完全一致。


  化肥對人類社會的貢獻不言而喻,而我們要知道化肥之罪并非來源于化肥,而是人們的使用方式出現(xiàn)了問題。學(xué)會更科學(xué)地使用化肥,發(fā)揮化肥最大效用,才是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展,保障糧食安全的關(guān)鍵之舉。


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