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为什么施吧?
提高粮食的单位产量,最常见、最重要的两项措施,一个是施肥,另一个是灌溉。
我们都知道,化学反应遵循“质量守恒定律”,而一颗种子,从幼苗到开花抽穗,最终结出大量的稻米,同样也必须遵循这个规律:稻米里合有的各种元素,不可能凭空产生,只能是从空气、水和土壤中获取。确切地说,是从土壤中的有机质(主要是腐殖质①)中获得的。
而土壤中的腐殖质当然是有限的,当它们消耗殆尽,土地就会变得贫瘠。解决方法有两个:实施轮作,给土地一个休息的时间;合理施肥,补充土壤被植物吸取的养分。这就是施肥的根本原因所在。
肥料进化史
古代
在人类的几个古文明中,极可能都分别发现了施肥的价值。出土的文物表明,在大约4 OOO年前的湖熟文化中,就有“罱泥作肥”的做法(把河、湖里的淤泥捞起来,用小船运回,再拿来作为肥料)。随后,人畜粪便作为肥料,应该是非常普遍的做法了。古代的厕所被戏称为“五谷轮回之所”,就是从这里来的。在唐太宗时期,还有一个“卖粪天子②”的笑话,足以证明当时对于肥料的认识已经非常深刻。
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在《天工开物》中有明确的论述:“凡稻,土脉焦枯,则穗实萧索。勤农粪田,多方以助之。”意为:种稻子的土地如果很贫瘠,那麦穗、稻粒的长势就很稀疏。勤劳的农夫就会在田地里施肥,千方百计帮助稻谷成长。
①腐殖质
指死去的生物体在土壤中经微生物分解后形成的有机物质。
②卖粪天子
有大臣奏报,把御用马厩里的马粪卖掉,预计每年可以增收一万钱以上。宰相刘仁轨反驳说,那以后大家都会说皇家也卖马粪了,有损盛名。
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大多数农作物都要依靠氮肥来保持正常生长,但花生、大豆等植物则是例外:它们能利用土壤里的一类细菌——“根瘤菌”,把空气中的氮氣转化为含氮有机物,作为自己的养分。如今,在种植这些豆类植物时,有时还会把人工制备的根瘤菌与之混合后撒种,以此减少氮肥的使用。
近代
粪肥的缺点显而易见:产量有限,臭气容易招来苍蝇,粪便中的细菌、寄生虫卯、病毒等病原微生物,会在土地和灌溉用水里滋生、传播,可能造成各种人畜疾病。因此,在近代以来,我国农业上普遍先将粪肥腐熟,也就是紧密地堆积在一起,利用微生物将其发酵、分解,同时产生较高的温度而杀死病原微生物。而更可靠的办法,是把它们投入沼气池里产生沼气,再将废渣拿来施肥。
而后,在化学工业的支持下,人类逐渐找到了粪肥的替代品:化学肥料(简称化肥)。作为人工合成的无机化合物,化肥既可以分别使用氮、磷、钾肥,也可以预先将其混合(称为“复混肥料”),只需要一次施肥就可以满足需求。
第一次世界大战后,德国人弗里茨哈伯为了解决硝铵炸药的原料短缺问题,在1909年发明了有实用价值的合成氨的方法,间接促进了化肥的爆炸式生产。
1978年,我国在赤水建立了当时国内最大的赤天化公司,标志着我国化肥自给迈出了坚实的一步。
未来如何?
化肥的大量使用也带来了诸多问题:它的营养成分较为单一,如果长期只使用一种化肥,就很容易导致土壤的营养成分失调,甚至土壤板结;灌溉用水流过田地时,会将一部分化肥带走,又容易导致水体富营养化,造成严重的环境污染。同时,购买化肥总还是要付钱的,这也抬高了种粮的成本,影响了农户增收。
近年来,各国开始重视化肥过量使用给生态环境带来的负面影响。2015年,我国农业部颁布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》,就提出了农药、化肥减量使用的构想。具体而言,就是在保证粮食产量不降低的前提下,减少农药和化肥的使用量。
要实现这一点,最核心的就是精准施肥:由农技人员先对特定地块的土壤进行分析化验,弄清它对氮磷钾的需求情况,再有针对性地施肥,做到“缺啥补啥”。
其次,是大力推进绿肥的使用。无论是哪种粮食作物,能够食用的只是其中的一部分,剩余的部分并不能吃,比如植物的茎、叶、藤、秸秆等。然而,这些东西也蕴藏着丰富的有机物,倘若作为废弃物扔掉或是烧掉,实在是一种浪费。因此,把它们简单地处理之后(比如粉碎、堆沤),再埋入土壤之中,或是覆盖在土壤上,就能作为肥料,把部分营养物质归还土壤。
另外,就是缓控释肥料的应用。这种肥料就像是一颗小汤圆,用不透水的薄膜把复合化肥完全裹在里面,让肥料不至于很快就全部释放到土壤里;而薄膜上有微小的孔洞,能在土壤中水分和压力的作用下把肥料缓慢地溶解、释放出来。还有些缓控释肥,用的是脲甲醛等有机聚合物,它们不溶于水,但可以在土壤中缓慢地分解,同时释放出氨盐供植物使用,实现“一次施肥,长期作用”的效果。
截至2020年年底,《到2020年化肥使用量零增长行动方案》已经顺利完成。
学科标签
化学
制造化肥的原料,主要来源于天然气和磷矿石、钾矿石。其中,用量最大的就是氮肥。你能写出氮肥生产反应方程式吗?
当然,要实现农业增产和环境保护的双重目标,根本上还需要坚持“既要金山银山,也要绿水青山”的指导思想,不向自然过度索取,促进人与环境的和谐发展。