“蒋高明：化肥起源、化肥利用效率与化肥污染”

一、化学肥料的诞生

化肥是化学肥料的简称，尤指化学制成的满足农作物生长所需营养素的肥料。 只含有一种营养素的化学肥料，如氮肥、磷肥、钾肥等，称为组合肥料； 含有氮、磷、钾三种营养素中的两种或三种，能够注明其含量的化肥，称为复合肥或混合肥料。 化肥的首要指标是品位，化肥产品中比较有效的营养素或其氧化物的含有率，如氮、磷、钾、钙、钠、锰、硫、硼、铜、铁、钼、锌的含有率。 由于运输到种子上的养分不能被还原到土壤中，土壤中的少量营养素，特别是氮一般不能满足次作作物生长的需要，人类需要用含氮、磷、钾的化学物质来补充。 通常，化学肥料大多为无机化合物，但尿素[co(NH2 )2]为有机化合物。

以中国为中心的农业以前就传到了大国，但是农民把肥料作为第一肥料，这样的肥料很难收集和采用，但是对土壤有着重要的保护作用。 中国历史上有利用矿物肥料的记录，但没有发明化学肥料。 进入18世纪后，欧洲爆发工业革命，大量人口流入城市，大部分人口脱离耕地，粮食供给紧张加剧，成为社会动荡的一个原因。 提高粮食产量，满足不断增加的人口，特别是城市生活的人口诉求，已经成为人类社会的第一要务。 化肥诞生了。 其简要历史如下。

1828年，德国化学家维勒( wö； hler，1800-1882 )首次用人工方法合成尿素。 根据当时化学界流行的活力论观点，尿素等有机物含有某种生命力，不可能人工合成，威勒的研究打破了无机物和有机物的边界。 但当时尿素的肥料用途还没有被承认。 50多年后，合成尿素作为化肥应用于农业生产。

1838年，英国罗斯乡绅罗斯( ross )用硫酸解决磷矿石制成磷肥，成为世界第一大化肥()尿素被发明，但应用迟缓)。

1840年，德国着名化学家李比希出版了《化学在农业和生理学中的应用》一书，创立了植物矿物质营养说。 李比希认为只有矿物质是绿色植物唯一的养分，有机质只有在相应说明释放矿物质时才能对植物有营养作用。 作物从土壤吸收的矿物质养分必须作为肥料归还土壤。 否则土壤会越来越贫瘠。 这一理论引发了农业理论的革命，为化肥的诞生提供了理论基础。 从生态学上讲，也有基于李比希理论的最小因子法则，即在某种营养素含量较低的情况下，限制植物的生产。 今天流行的水培栽培也是基于这个理论。 当然，从人类150年的实践来看，李比希的理论是长时间采用化肥使土壤退化的挑战作物所需要的不仅是矿物质，还有有机质、土壤微生物、土壤动物、土壤的各种物理性质等。

850年左右，劳斯发明了第一批氮肥。 约20年后( 1909年)，德国化学家赫伯( haber，1868-1934 )与博世( bosch，1874-1940 )合作创立了赫伯)博世氨合成法，处理了氮肥大规模生产的技术问题。

19世纪中叶，磷肥首先出现在英国； 1870年，德国在生产钾肥的20世纪初，成功地开发了人类的合成氨。

20世纪50年代以来，化肥的施用得到了大规模的应用，从而引起了第一次绿色革命。 在世界范围内，农业生产中化学肥料几乎不可缺少。 据统计，在各种农业增产措施中，化肥的作用约占30%。 亚洲是世界上最大的化肥采用地区，其中氮肥诉求占世界的90%、磷肥70%、钾肥10%。

目前，氮肥丰富的地区是前苏联、东欧、中东等地区，紧缺的地区是亚洲和西欧；磷肥生产集中在资源丰富的北美、前苏联、中国、非洲的缺口地区是亚洲、西欧、中南美等地区； 钾肥集中在加拿大和前苏联等少数有资源的国家。

二、化学肥料在中国

虽然中国化肥起步较晚，但当今世界最大的生产国和应用国是中国。

我国自古以来就是农立国，天然有机肥利用历史悠久，多粪肥田思想根深蒂固。 1920世纪初，西方化肥在中国沿海经济发达地区销售，开始冲击以前流传下来的有机肥的收集。 化肥增产效果明显，施用方便，吸引农户，专家学者也大力宣传化肥的采用。

化肥进入中国之初，由英、德、荷、加四国制造商代理组成的铔联冶几乎垄断了中国市场。 他们按比例流通，其中英国的布内盖特和德国的爱礼司洋行势力最大，市场份额分别占59%和31%。 随着化肥进口带来的巨额外汇支出和土壤退化等问题相继出现，20世纪30年代初国内特别是江浙等经济发达省份出现了抵制舶来化肥的浪潮。 之后，中国人开始自制化肥。

1937年2月，在经历了技术、资金等多重障碍后，范旭东等以民族工业先驱为中心的公司家，设立了中国第一家化肥公司——永利硫酸锄工厂。 这家工厂建在南京长江北岸生产，中国人做化肥的梦想成为了现实。 永利生产的红三角冶品牌硫酸镐质量高，售价低。 进口硫酸锸氮0. 75元/斤，永利企业0. 5元/斤。 当时，永利铔工厂日产合成氮39吨、硫酸120吨、硫酸铵150吨和硝酸10吨的能力，因其设备优良、规模大，被誉为远东第一大工厂。

但是，这些工厂的化肥产量毕竟有限，仍然很难与洋化肥竞争。 1946年，中美农业技术合作团向国民政府提交报告，认为中国农业改善的主要问题是建设化肥厂，大量供应农民急需的化肥。 但是，近代中国的工业基础薄弱，再加上战乱，生产化肥，和舶来品竞争并不容易。

解放以来，我国农田以施用氮肥为主，品种有硫酸铵、尿素等。 由于国产能力低，大量化肥从日本和欧洲进口，到文革初期这一局面一致持续了十几年。 以氮肥为例，1963年进口30万吨1964年40万吨； 1965年60万吨； 1966年80万吨； 1967年进口94万吨； 1968年216万吨。 为了摆脱化肥的对外依赖，振兴民族化肥产业，中国开始尝试生产硫酸铵、碳酸铵、尿素等。

20世纪70年代上半叶，在毛主席的指示下，由周恩来总理亲自领导，由国务院业务集团直接策划和组织，中国在20世纪50年代从苏联、东欧各国大规模引进技术装备后，掀起了第二次大规模成套设备引进热潮。

新中国第二批大型成套设备技术设备的引进极大地带动了化肥产业的快速发展。 对外合同项目共有26个，其中化肥相关产业13套，年产合成氨30万吨、48万吨或52万吨尿素，化肥厂有河北沧州、辽宁辽河、黑龙江、江苏南京、安徽安庆、山东淄博、山东淄博

其实，在大量进口外国设备之前，新中国也有自己生产的化肥厂，吉林化肥厂是新中国第一家大型化肥厂。 吉化是国家一五届，苏联在中国基础工业建设的156个核心项目中的吉林三大化之一(染料厂、化肥厂、电石厂)。 吉林化肥厂于1951年开工建设，1954年第一期工程全面展开，1957年10月第一期工程完成投产。 总投资2.56亿元，年合成氨5万吨、硝酸铵9万吨、甲醇4000吨，产品品种11个。 1957~1962年，化肥厂完成二期扩建工作； 1963~1966年，完成三期扩建，其间主要产品年产能已实现合成氨30万吨、硝酸铵53万吨、甲醇2万吨。

2006年以来，中国化肥领域的工业总产值总体呈增长趋势，已经跃居世界第一。 2009年受金融危机影响，化肥市场诉求下降，化肥领域生产能力下降。 年来，化肥市场明显回暖，领域开工率明显上升，并一直持续。 中国化肥产业截至十二五末，氮肥公司数量减少到200家以下，磷肥公司数量减少到150家以下。 中国1998年化肥产量达到2956万吨，占世界总产量的19%，居世界首位。 中国1998年化肥净养分摄入量达到3816万吨，居世界第一位。 另一方面，到了低年级，全国化肥产量达到7627万吨，稳定了其作为世界第一化肥大国的地位。

三、化肥的利用效率

中国的化肥总产量和总用量居世界第一位，但并不意味着中国在化肥合理采用技术上也居第一位。 相反，我国部分农村化肥施用存在严重的不合理、不科学问题，导致化肥资源浪费，增加农业价格，降低农民收益。

中国化肥利用率不高，季节氮肥利用率只有35%，温室大棚内更是下降到了10%。 根据联合国粮农组织的资料，1980年至2002年，中国的化肥使用量增加了61%，但粮食产量只增加了31%。 肥料利用率低一直是我国农业施肥中存在的问题。 鲁如坤等研究表明，我国农田磷肥利用率仅为10%~25%。

根据中国科学院土壤研究所院士朱兆良的分析，中国的化肥使用量是40年前的55倍。 笔者预计，我们每生产9斤粮食需要消耗1斤化肥。 按30斤/月计算每个人的粮食定量，每个人每年为粮食生产消耗40斤化肥。 因此，我们必须吃化肥。 我们，特别是我们的后代几乎都是吃化肥长大的。

年1月，中国人民大学农村与快速发展学院温铁军教授研究小组和国际环保组织绿色和平组织联合发表了《氮肥实际价格》报告。 本报告分析了氮肥生产、运输、采用环节发生的以及由此带来的食品安全问题等负外部性，分析了氮肥领域补贴政策带来的社会经济价格。 氮肥的过度采用使农业变成了立体交叉的污染。

根据中国科学院南京土壤研究所院士朱兆良的研究，1949年至1998年每年粮食和氮肥年用量的线性相关系数达到0.977。 我国粮食高产，氮肥消费量也逐年增加。 1997年中国氮肥自给自足，2005年氮肥施用量接近3000万吨，约为1960年的55倍，2007年氮肥过剩近1000万吨。

1979年，家庭联产承包制实施后，农民粮食生产积极性提高到空前，当年国家产粮33212万吨，采用化肥也只有1086万吨，每斤化肥可换30.5斤粮食。 2005年，化肥利用效率已降至10.1斤粮食/斤化肥，当年共采用化肥4766万吨。 年，全国化肥施用量不是预期的下降，而是增加到5900万吨，增加1134万多吨。

中国氮肥单位土地施用量是美国的3倍、法国的1.5倍、德国的1.6倍。 过量的氮释放到环境中，造成了严重的环境污染。 中国农业大学教授张福链对中国北方两个精细化农业区的研究表明，这两个地区属于化肥摄入量过剩的地区。 北方地区每公顷每年约采用588公斤的氮肥，每公顷约有277公斤的过剩氮气释放到环境中。 过量采用氮肥没有提高氮肥的吸收利用率。 温铁军及其队伍的实地调查显示，江苏省水稻对氮肥的吸收利用率仅为19.9%，山东省小麦氮肥利用率仅为10%左右。 中国每年由于不合理施肥，1000万吨以上的氮流失到农田外，直接经济损失约300亿元。

氮肥工业以煤炭、石油、天然气等不可再生资源为生产原料，在生产过程中需要消耗大量的水电，属于高能耗和高污染的领域。 氮肥领域全年天然气、无烟煤、电分别占全国总量的18.7%、22.1%、2.28%。 中国氮肥生产的70%以煤炭消耗为主，年均能耗约1亿吨标准煤，且以每年接近1000万吨标准煤的速度增长。 这70%的氮肥生产依赖山西晋城的高质量无烟煤，但利用低质量煤生产氮肥的技术尚未达到大范围推广，其余30%的氮肥生产依赖天然气，年消耗全国约三分之一。

四，化学肥料对环境的污染

化肥利用效率低下带来的直接后果是农田环境污染。 1994年以来，中国农业大学专家在北京、山东、陕西等20多个县600多个点的抽样调查表明，北方集约化高肥用量地区，20%的地下水硝酸盐含量超过国家饮用水硝酸盐含量限制标准(每升硝酸盐含量89毫克)， 除此之外，由于化肥中含有重金属、酸根等物质，因此对环境的影响是多方面的。 重要的环境影响包括:

1 重金属和有毒元素增加从化学肥料的原料开采到加工生产，化学肥料中总是一点一点地带入重金属元素或有毒物质。 其中以磷肥为主。 在我国施用的化肥中，磷肥约占20%，磷肥的生产原料是磷矿石，它含有大量有害元素f和as，磷矿石的加工过程中还会带入其他重金属cd、cr、hg、as、f，特别是cd。 另外，利用废酸制成的磷肥中附有三氯乙醛，会对作物造成毒害。 研究表明，无论是酸性土壤、微酸性土壤还是石灰性土壤，长时间施用化肥都会导致土壤中重金属元素的富集。 例如，长时间施用硝酸铵、磷铵、复合肥，土壤中as的含量可达到50~60 mg/kg。 并且，随着进入土壤的cd增加，土壤中比较有效的cd含量也增加，作物吸收的cd量也增加。

2微生物活性低下土壤微生物是个体小、能量大的生物体，是土壤有机质转化的执行者，也是植物营养素的活性库，具有有机质转化、矿物分解、有毒物质分解的作用 中国科学院南京土壤研究所试验表明，施用不同肥料对微生物活性影响较大，按土壤微生物数量、活性大小的顺序，混合有机肥和无机肥>； 单独施用有机肥料>； 单独施用无机肥料。 中国主要施用氮肥，但磷肥、钾肥、有机肥施用量低，土壤微生物数量和活性下降。

/ S2/]3 养分不平衡和硝酸盐积累我国以氮肥为主，但磷肥、钾肥和复合肥少，长时间的 引起no3-n的no3-n本身无毒，但如果没有被作物充分同化，其含量可以迅速增加，被人体摄取后，被微生物还原为no2-，降低血液携氧能力，诱发高铁血红蛋白血症，严重时， 另外，no3-n在体内会变成强烈的致癌物质亚硝胺，还会诱发各种消化系统的癌变，危害人体健康。 在保护地栽培条件下，即使是以施用有机肥为主的100 cm土层，no3-n累积量也是240~740 kg/hm2。

湖泊、河流、浅海水域生态系统的富营养化也与氮磷等营养物质的增加有关，其直接的生态灾害导致藻类疯狂绽放，鱼类等水生动物因缺氧而减少或死亡，从而引起近海赤潮。 氮肥的气体损失还会导致温室气体的排放。 氮通过土壤微生物的硝化和脱氮作用，将部分氮肥变成氧化亚氮等温室气体，破坏大气臭氧层。

过量采用氮肥会对长时间的粮食安全和食品安全造成威胁。 氮肥过量使用排放的温室气体加剧气候变化，气候变化又长时间过量采用对粮食安全有负面影响的氮肥，导致土质下降和土壤环境恶化，影响作物生长； 过量采用在一定程度上导致了农药施用量的增加，这是因为过度采用化肥降低了土地微生物和动物的多样化，土壤变硬，植物病害增加，越来越多的农药需要控制病害。 在退化的农田生态系统中，一旦初级生产力下降，食用植物的植食性害虫的数量也将增加，农药的采用将进一步加剧。

4关于土壤长期施用化肥促进土壤酸化的问题，中国农业大学张福链教授团队对此进行了深入分解，并将文案推向国际知名的《 这是因为，一方面，氮肥在土壤中的硝化作用与产生硝酸盐的过程有关。 首先铵变成亚硝酸盐，然后亚硝酸盐变成硝酸盐，形成h+，土壤酸性化。 另一方面，生理酸性肥料如磷酸钙、硫酸铵、氯化铵在植物吸收肥料中的养分离子后，土壤中的h+增多，与多块耕地土壤的氧化和生理性肥料的长时间施用有关。 另外，氮肥在通气不良的条件下进行脱氮作用，以nh3、n2的形式进入大气中，大气中的nh3、n2经过氧化和水解作用转化为hno3，降落到土壤中引起土壤氧化。 施用化肥造成的土壤酸化现象在酸性土壤中最为严重。 土壤酸化后，来自耕作层的ca、mg润湿加速，碱基饱和度和土壤肥力下降。

与上述现象相比，有学者认为化肥具有短期提高耕地肥力的效果，但长期不合理采用，会对土地健康造成不利影响。 据此，有人将化肥用于土地鸦片、农民中毒、耕地也中毒，但耕地退化后，难以维持其高生产力。 这就是说，人可以从血管中获得营养，但不能长时间这样做，大量营养必须以胃肠吸收为主。 耕地中富含有机肥很重要，植物必须利用土壤微生物和土壤动物的作用，吸收必要的矿物质元素，不能频繁行走血管。

五、化肥和营养

化肥处理了粮食高产的问题，带来了营养成分流失的新问题。

人类所需的营养分为两类。 一种是蛋白质、脂肪、碳水化合物等大量营养，不被人体吸收但有用的纤维素也摄取一定量的维生素、矿物质、酶菌类等微量营养。 这些营养成分是确保身体功能正常所需的原料。

德国黑森地区膳食专家的研究结果表明，蔬果中大部分微量营养素的平均含量10年来几乎都超过了50%。 1985年通过吃一份苹果来补充维生素c，到1996年吃了五份之后摄取量相同。

我们查阅了大量文献，对不同栽培方法下的食物营养成分进行了分解，发现了上述食物营养的一些变化。 避开化肥、使用有机肥时，农药残留量为普通食品的0-1/3； 硝酸盐含量比普通水果蔬菜高50%-80%； 干燥物质的含量比普通食品高约7%-20%。 用有机肥完全更换化肥后，花青素、异黄酮、类胡萝卜素等具有抗癌、抗氧化的酚化合物含量明显提高，维生素c含量提高30%-68%。 元素含量方面，采用有机栽培方法，农产品中大量元素p、fe、mg及微量元素zn、cu含量更高，矿质营养均衡。

现代人看起来越来越明亮，越来越丰富的食谱成分中，却面临着营养不足的困境。 在美国，由于食物单一、营养素缺乏，肥胖者达到三分之一以上，该国的心脏病、高血压、癌症患者也有增加的趋势，国家必须投入大量资金用于治疗。 由于食物便宜，美国人购买食物的支出占日常支出的7%，而医疗支出却达到了17%。

化肥滥用客观上导致了各类慢性病泛滥，仅中国就有3亿人拥有三所高校至少一高的癌症患者也更多。 现代人一方面摄取过多的营养而引起肥胖，另一方面，大量营养中的个别成分和大部分微量营养都没有充分摄取。 更多的营养学家认为，过量采用化肥导致食物营养成分减少是纳入慢性病的原因之一。

像现代人这样的食谱成分导致的身体素质下降是否逐渐具有遗传性，导致未来人类素质的先天性下降，是迟早要面临的严峻课题。 更多的人因糖尿病而有低龄化的倾向，这些人将来有生育后代的可能性吗？ 如果人类用这样的饮食方法传承了几百年，未来人类的社会结构会发生变化吗？ 这些由于农业生产方法的变化而发生的疾病，值得医学者认真研究。

( )六、测土配方的好处是？

面对上述严峻的现实，相关部委提出了化肥零增长方案，一个首要方法是测土配方施肥，根据作物的实际需要采用化肥，但该方法在现实生产中效果难以得到保障。 其实，针对测土配方施肥的问题，笔者在7年前就指出过这种做法的实际效果。 现在，希望重新发行这个副本，引起越来越多的农业工作者的思考。

为了减少化肥污染，提高耕地产量，农业部接受了相关专家的建议，从2005年开始推行全国性的耕地施肥新措施，根据土壤的实际诉求明确施肥量。 科学家们将其方法称为测土配方施肥。 其根据是，现在农民施用的肥料中，60%~70%没有被作物利用，贡献了地下水，或者残留在土壤中。 项目实施3年后，全国累计宣传测土配方施肥面积达到9亿亩。

但从全国化肥实际用量来看，配方施肥并未减少化肥用量，反而一直在增加。 2005年全国化肥用量4766万吨，2006年4927万吨，2007年全国消费化肥5108万吨，年粮食总产量5.15亿吨，年全国化肥用量5900万吨，年粮食产量6.3亿吨。 专家指出，当然，增加的化肥有可能进入塑料大棚而不是农田，测土配方施肥依然起作用。 这个问题是客观存在的，但具体来说需要进入大棚，进入农田进一步研究。

年8月，笔者应国内某大型肥料集团邀请，向该集团管理者介绍了生态农业相关进展。 在会议上，向业内同事调查了化肥的采用情况，特别是测土配方施肥实施10年后的效果，结果惊讶于目前的化肥使用量达到了5900万吨。 我国化肥的采用效率是20世纪50年代最高的，但当时农民对粮食种植的积极性高，社会组织分工好，也很少浪费化肥。 例如，1952年我国生产了16392万吨粮食，但仅使用7.8万吨化肥，化肥利用效率达到2230斤粮食/斤化肥，地力不足的部分依靠农家肥和绿肥的积累。

也许有人认为由于投入力度不够，影响了测土配方的施肥效果。 事实上，近年来，我国已计划专项资金20亿元以上用于配方施肥补贴，仅2008年农业部就安排了11.5亿元补贴资金。 2009年中国将继续增加投资。 其实，我认为补贴不是限制因素，最重要的是配方施肥本身的合理性。

测土配方施肥的目标是减少化肥用量，提高粮食产量，实现资源效率、环境保护、耕地质量提高等综合目标，这一出发点确实是正确的。 但是，配方施肥仍在施用化肥，化肥就像土壤中的药物，是药物的三分之一毒，提高了产量。 而且，其副作用也逐渐显现出来。 另外，中国的化学肥料生产一直在增加，仅年上半年全国就生产3000万吨化学肥料。 各种销售互联网也向农民销售化肥，农民在实际操作中对化肥产生了强烈的依赖。 在这么多复杂的形势下，光靠专家们开的施肥处方是达不到效果的。

其实测土配方施肥是一种治标不治本的方法。 在实现耕地污染和产量提高的宏伟工程中，科学家、政府官员、农民三个好处分配问题最为重要。 目前的资金去向是，主管项目的科学家得到了大量的研究经费，各级农业政府官员、土壤肥料站得到了大量的补贴，农民没有得到实际的利益，反而带来了麻烦。 农民不会为了耕田取土而找土肥站去检查，即使不花他们钱也行。 测土配方施肥理论上可行，但具体操作困难。 农民嫌麻烦，没有积极性； 但是，科学家和各级农业官员都很有利益，积极推进。 这在测土配方施肥工程中出现了冰冷、火热的局面。

(/S2 ) )配合施肥由农业部门承担到底)土壤测试、配合设计、田间试验、效果评价、组织管理、监督检查等所有阶段，再加上配合肥料的生产都由农业部门独家享有，因此测土施肥补贴由农业系统独家享有 这样，配方施肥既不是耕地，也不是农民，能减少化肥的使用量吗？ 另外，土壤测量配比项目的补贴发放和检测都由内部人员计算，但农业三站形成了特殊的利益共同体，不愿到农田地头开展扎实的农业技术服务。 一个小基层农业技术部门玩数字游戏，骗取国家补贴。

在实际操作中，使用/ S2// S2// S2// S2// S2 /配方/ S2// S2///S2 / 耕地是非均质体，农民经常一步三步地改变土壤，就是这个理由。 有人曾经从半公顷耕地中，随机抽取50个土壤样本进行检测，其检测结果的最大值和最小值相差数倍。 用于配方的比较有效的养分怎么能科学合理呢？

其实，即使不进行配方施肥，秸秆中所含的肥料也是/ S2// S2// S2// S2// S2 /。 在公顷的前提下，即使在现有的基础上将化肥用量减少一半，玉米籽粒也会比常规化肥产量高。 中国将一半的秸秆翻腹还田，可使牛粪增加32.8亿~38.3亿吨，换算成2835万~3310万吨硫酸铵。 遗憾的是，这些肥料被农民在田地头上烧掉，每年给耕地增加化肥。

这个，处理耕地污染，提高耕地质量的合理方法，可以大大加快发展生态农业，回收利用农业废弃物，提高农业效益 [/s2/]中国人口多、耕地少、农民勤劳，有几千年的农耕历史，这样的国情适合迅速发展精耕细作的农业。 如果中国能对养殖堆肥的农民和有机肥耕作者直接实施补贴，就能在不给配方带来施肥缺陷的情况下有效地利用国家资金。 这才是简化很多复杂问题的方法。

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