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施肥与环境

曹志洪
中国科学院南京土壤研究所，南京210008
一、前言水、土、气是人类生存不可缺的三大环境条件和资源。人们常说：“没有水便没有生命”，“没有气便没有生命”。人们也常说“万物土中生”，“大地是人类的母亲”。这是因为土壤不仅为生命活动提供了栖息的场所，同时，也提供了生命必需的水分、养分和空气。养分是什么？养分就是指对植物、微生物与病毒等，以及其他可能存在的生命形态必需的C、H、0、N、P、K、S、Ca、Mg、Fe、MnCu、Zn、B、Mo、Cl等16种元素，它们是组成氨基酸、蛋白质、细胞和生命体的最基本的结构单元。虽然植物与微生物、高等生物与低等生物之间对上述养分元素需求的种类和数量会有差异，但如缺少上述必需元素的供应，会导致生命周期的中断，如果某些元素不足，则将使生命活动处于亚健康或不活跃的状态。肥料是直接为植物提供养分的物料。从这个定义出发，肥料只有两大类，即有机肥料和无机肥料。有机肥料是指生命残体，它是在土壤中矿化后释放植物养分的；无机肥料是指经人为加工（粉碎、溶解、浓缩、反应、干燥、造粒等）的矿物质肥料，或从大气中惰性的氮气转化为合成氨及铵态氮肥。有机肥料与无机肥料的本质区别只有一点：即前者是生命本身的残体（含有机碳为特征），而后者是无生命物质（不含有机碳为特征）。合成氨进一步生产为尿素虽然含有机碳，但是人工合成的，故仍可称“矿质”肥料或“无机”肥料，但人和动物排泄的尿素则属于“有机”肥料。目前国内市场上有人（某些外商也投国人所好）把微生物“菌剂”称为“生物肥料”，这显然不是科学的定义。把在实验室内对磷、钾矿物有一点分解作用，而应用到大田时大多数无明显效果的菌剂当作“肥料”来销售，确有害农之嫌。因为迄今还没有证据证明有某种植物能直接吸收微生物作为养分，如果说微生物死后的残体经矿化分解提供养分，那么也只是在“有机肥料”的范畴。有人称21世纪是生物的世纪，于是“生物肥料”借机炒作。可是至今还没有一份令人信服的科学报告来证明“生物肥料”在田间有效。使用固氮菌、根瘤菌等“菌剂”，在适宜条件下是具有肯定效果的，但也不是任何一种有益微生物都可以作为“菌剂”来使用（李阜棣、胡正嘉，1994）。肥料（有机的、无机的）是人们植物性食品（粮食、蔬果、糖油、烟茶等）和动物性食品（鱼、肉、蛋、奶）生产不可缺少的生产资料，也是人们的衣（纤维、棉麻、丝、毛）、住（房屋、家具）、行（交通工具）、用（纸张、办公用品等）、休闲娱乐（草地、花卉、高尔夫球场、林地氧吧）和药（中药材）等的生产资料。虽然有其他的替代产品，随着人们生活质量的提高和改善，对身体健康及环境保护意识的加强，人们更乐于使用以大自然赐与的原料制成的产品，可见，肥料已是人类现代生活所不可缺少的。无机肥料的诞生在世界上也只有150~160年的历史，是科学技术进步的产物。德国农业化学家李比西博士于1840年创立了植物无机营养学说，开始了无机肥料工业的发展。此前，人类几万年的发展史是无意或有意利用有机肥料的历史。人类社会漫长迟缓的发展史证明，只依赖自然界小循环的有机农业在历史发展中作用的局限性。正是依靠了无机肥料工业的突飞猛进，世界农业才能提供和基本满足人类人口膨胀和其他事业需求的粮食。中国在1949年前基本上是依赖有机肥料的状态，只因为我国的化肥工业有长足的进步，才保证了近50年人口翻三翻的粮食需求，以不足世界10%的耕地养活占世界22%的人口，这是一个世界瞩目的成就!目前，渡过了温饱阶段的中国人民正向小康和中等发达国家迈进，无机肥料的巨大作用是一个无可争议的事实（曹志洪，1998）。英国洛桑试验站始于1843年的长期肥料试验证明，使用NPK无机肥料与豆科绿肥的翻压相结合，不仅使小麦的产量不断上升，而且使土壤肥力不断更新提高，保证了土壤的可持续利用。而不施无机肥料，只有豆科绿肥的小区，不仅小麦产量逐渐下降，土壤肥力也急剧蜕化（Bockman等，1990）。但是，过量施用肥料（无论是无机的或有机的），或者偏施某一种肥料；不重视有机肥与无机肥的合理配合使用；或者把有机废弃物、人、畜、禽的排泄物任意堆放而不加以利用，或直接排入水体等，均会导致局部地区严重的生态环境问题，如地下水硝态氮含量超标、水体富营养化、重金属污染以及土壤肥力衰退等（Engelstad，1965；Bockman，1990；曹志洪，1994）。因此，全球的科学家已开展了广泛的研究：如何科学施肥，既能保持土壤的肥力和生产力，满足人类社会对粮食和其他生活用品的数量和品质的要求，又能使生态环境受到良好的保护，实现农业和人类社会的可持续发展。下面就过量施肥导致的对大气、水和土壤环境的危害和相应的对策展开讨论，以便使公众对肥料在粮食和“绿色”食品生产上的作用有正确的认识，对因“过量”、“偏施”带来的副作用和防治措施有基本的了解