2003年3月磷肥与复肥Mar.2003
第18卷第2期 Phosphate&CompoundFertilizerVol.18No.2
化肥与农业
——简析化肥对现代农业的作用
奚振邦
(上海市农业科学院土肥所,上海 201106)
[关键词]化肥;农业
[摘 要]主要讨论3个方面的问题:(1)从农业生产的历史发展和现状看使用化肥的必然性;(2)化肥在多方面的巨大作用;(3)使用化肥能显著增加贮藏在农产品中的生物能。强调化肥不仅不会破坏耕地土壤,而且有助于土壤肥力的逐步提高。
[中图分类号]S143 [文献标识码]A [文章编号]10076220(2003)02000506
Fertilizerandagriculture—abriefreviewontheeffectoffertilizeronmodernagriculture
XIZhenbang
(TheResearchInstituteofSoilandFertilizer,ShanghaiAcademyofAgriculturalSciences,Shanghai201106,China)
Keywords:fertilizer;agriculture
Abstract:Thechemicalfertilizersisanalyzedin3aspects.First,thenecessityoffertilizerapplication,lookingbackonthedevelopmentofagriculturalproduction;second,thegreateffectoffertilizerapplicationinmanysides;third,thesharplyincreasedbioenergyaccumulatedinagriculturalproducts.Itisconcludedthattheapplicationoffertilizerwilldonoharmtosoil;instead,itgraduallyimprovesthefertilityofsoil.
现代农业的基本特点是农业劳动生产率的极大提高,一个劳动力生产的农产品,可以满足十几个人甚至几十个人的需要。其中,充分和合理地施用化肥,发挥了无可替代的重要作用。1 使用化肥之必然
生产和使用化肥,是农业生产和科学研究发展到一定阶段的必然产物。农业生产的不同历史阶段,有不同的主要肥源。刀耕火种时代,人们要把播种在土地上的植物烧成灰肥。随着家畜的驯养和畜牧业的发展,人们从残留过粪便的土地上收到了好庄稼,由此总结了使用粪肥的经验,促进农牧业的结合和共同发展。以后随着宜垦地的减少和土地轮休制的扩大,要求更快更好地恢复地力。人们又发现了像苜蓿、紫云英(红花草)这样的豆科植物,能更好地恢复地力,使后作的产量更高。于是豆科绿肥又成了重要的肥源。但是,灰肥、粪肥和绿肥的数量,均受到一定面积耕地上植物的产量和农牧业比例的限制,也不可能超脱一定耕地上农业物质自然(有机)循环的局
[收稿日期]20021113
[
限。直到19世纪中叶以后,由于植物生理学和农业化学的发展,人们才逐渐认识到可以用无机养分,即化肥来归还土壤,不断增加作物单产,丰富农牧产品。到了20世纪初,由于大规模合成氨方法的问世,化肥工业获得迅速发展,并已成为发达国家传统的工业基础之一。今天1座年产30万吨合成氨或50万吨尿素的化肥厂,1年能生产的氮素,大约相当于种植80万公顷豆科绿肥或饲养3000万头猪的猪厩肥所能提供的氮素。更为重要的是,化肥作为一种新肥源,突破了农业(废)副产品还田和农业物质自然(有机)循环的局限。它可以完全不依赖于土地及作物本身,不受气候和其他自然条件的影响,采用现代工业生产的方法,大量提供作物必需的养分,从而在现代农业中大放异彩。
上述肥源发展的每一个阶段,都以增加一种新肥源,不断丰富施肥内容和促进农业生产为其特征。但只有到了普遍使用化肥的阶段,才真正进入高生产力的现代农业阶段(见图1)。
前苏联学者普里亚尼施尼柯夫(Д.Н.Прянишников)根据对上世纪30年代一些欧美国家
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表2 世界上不同国家的化肥消费状况
人口耕地比例/
化肥消费比例/
国家类型
人口
发达国家发展中国家
2575
%耕地4060
%1950955
19757525
化肥消费水平/
(kg·h2)196711.7
198354.1
198976.8
71.6121.6124.7
农业发展的统计结果认为,粮食产量主要与这些国家的化学化指数(单位面积N+P2O5+K2O施用量)呈密切相关。人口密度高的国家,化学化发展越快,化学化指数越高(见表1)。
表1 若干国家粮食产量与化学化机械化发展程度的关系国 别
粮食单产/
(t·h2)
注:①化肥指养分量;②资料来源:国际钾肥研究所报告(1980)及
FAO肥料年鉴。
2 化肥的巨大作用
由于历史的原因,对于化肥的一些传统观念甚至偏见深入人心。我国从上世纪1901年(台湾)～1906年(上海)间引进和使用化肥开始,就有“化肥破坏土质(或破坏土壤结构)”之说,更有甚者,说施化肥如同吃“白粉”(毒品),能上“瘾”,不可为之。但事实是,欧洲大量使用化肥一个半世纪,我国使用化肥一个世纪来,都未发现和报道过有一块耕地是因施用化肥而被破坏后弃耕的。原因很简单,上述观念最早是对个别现象的片面解释,以后是在这种片面解释基础上的一种推论,而无任何实据。但却被一代代地流传下来,发展成一个传统偏见,认为“目前施用化肥是不得已为之,将来总有一天化肥会被有机肥所全部代替”。因此,需要重复和全面认识化肥在农业生产中的积极作用。谨简析于下。2 增加作物产量·1
据联合国粮农组织(FAO)统计,在1950～1970年的20年中,世界粮食总产增加近1倍,其中因谷物播种面积增加10600万公顷,所增加的产量占22%;由于单位面积产量提高所增加的产量占78%。而在各项增产因素中,西方及日本科学家一致认为,增加化肥要起到40%～65%的作用。
据全国化肥试验网1981～1983年在29个省(区)18种作物上完成的6000个田间试验结果,其中对粮食作物(水稻、小麦、玉米),每千克化肥养分平均可增产粮食9.4kg(每千克N、P2O5和K2O分别增产10.8、7.3和3.4kg,其投入量比例为1∶0.4∶0.1,加权平均)。进入上世纪90年代后,由于化肥平均施用量的提高和肥效报酬递减等原因,氮、磷养分的增产作用有所降低,钾素养分的增产效果有所提高。按1986～1995年部分试验资料统计,平均肥效降低约20%,即每千克化肥养分平均可增产粮食7.5kg。这与鲁如坤(1998)据FAO在世界不同地区的试验结果相似(见表3)。
由于近半个世纪以来,在世界不同地区不同作物上的肥效试验结果颇为一致,故世界各国对化肥,化学化指数
m(N+P2O5+K2O)/
(kg·hm)
2机械化指数/
人口密度/
(拖拉机台数
(人·2)
·khm2)
荷 兰3.0109
中的氮素,科学出版社,1956。
这已为一个多世纪来不同国家的农业现代化实践所证明。那些耕地潜力有限的国家,如西欧各国和日本,农业现代化都从增施化肥起步。即在一个时期内,主要以化肥形式对农业增加投入,以提高作物单产为首要目标,进而实现农业机械化。而像美国这样拥有大量耕地,工业化早,工业基础雄厚又劳动力昂贵的国家,则以发展机械化和扩大耕地面积为农业现代化的起点,主要目标是保持粮食总产的稳定增长并解脱农业劳动力投向工业,进而机械化和化学化并举,保持作物单产和总产的更快增长。例如,1937/1938年度,全世界消费化肥养分920万吨,其中西欧消费470万吨,占1/2以上,使其粮食单产普遍达到2.6～3.0t/hm2;而当时的美国,尽管在上世纪30年代已完成农业机械化,1940年拥有拖拉机154.4万台,但使用化肥少于7.5kg/hm2,主要作物玉米的单产只有1.64t/hm,与1910～1914年玉米单产1.63t/hm2相似。而到1970年,美国化肥的平均施用量增至88.5kg/hm,对玉米化肥的使用量达到255～300kg/hm2,加上品种改良等措施,其玉米平均单产达到5.63t/hm2。化肥消费水平的差异,也是发达国家与发展中国家农业发展水平差异的一个重要原因。因而,从上世纪70年代以后,发展中国家如中国、印度和一些亚洲国家,其化肥使用水平提高很快,这也是其农业生产快速发展的主要原因(见表22
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第18卷第2期 奚振邦 化肥与农业——简析化肥对现代农业的作用
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表3 化肥对粮食作物的增产效果
试验数
n95064121
m(N)用量/
(kg·hm2)
那么,化肥如何影响土壤肥力呢?每年每季投入
m(K2O)用量/
m(P2O5)
PI
用量/
(kg·hm2)
农田的化肥,一方面直接提高土壤的供肥水平,供应作物的养分;另一方面,在当季作物收获后,将有相当比例养分残留于土壤(N约30%,P约70%,K约40%),尽管其残留部分(如N)可能会经由不同途径继续损失,但其大部分仍留在土壤中,或被土壤吸持,或参与土壤有机质和微生物体的组成,进而均可被第2季、第2年以及往后种植的作物持续利用。这就是易被人们忽视的化肥后效。而且如连续多年合理施用化肥,其后效将叠加,土壤有效养分持续增加,作物单产不断提高,使耕地的肥力不但能保持,而且将越种越肥。化肥连续后效使土壤生产力不断提高的一个重要证据是,对一个地区不同阶段的同一种作物,在当季不施肥条件下,其单产能呈现不断增加的趋势。如上海郊区的水稻,当季不施肥的单产,从建国初期(1950～1952)的约1.5t/hm2,到上世纪60年代低施肥量下的2.25～3.0t/hm2,上世纪70年代末的约4.5t/hm,达到上世纪末连续高施肥量下的约6t/hm2。根据1995～1998年的试验统计,小麦当季无肥区单产为3.05t/hm2,单季晚稻为5.85t/hm。两季相加,不施肥下粮食产量可达8.9t/hm。当然,与一季无肥种植不同,若耕地连续无肥种植,粮食作物单产将每季递减285～390kg/～6年后,无肥区稻麦的单产将回复到上世纪hm,4
50年代的1.5t/hm2左右,积累的肥料后效将耗尽。因此,当季无肥区作物单产的不断增加,是土壤肥力(土壤生产力)持续提高的标志。可以认为,所谓培肥土壤或提高土壤肥力,说到底是提高土壤在无肥条件下的生产力,而连续和系统的施用化肥和有机肥,则是提高土壤肥力或生产力的最有效的方式。应当看到,高产地区或田块之所以高产,是其长期高施肥量下培育的结果,并能在高施肥量下保持其高产水平;也是低产地区或田块不能期望一步跃上高产水平之原因所在。1995～2000年我国农业生产连续全面丰收,除政策、气候等因素外,一个无可否认的重要事实是,我国在1985～1988年后化肥施用量快速递增,10～15年连年叠加的化肥后效发挥了重要作用。
正确认识化肥对土壤肥力的影响的一个核心问题,就是化肥是否只会单向消耗土壤有机质,使土壤有机质含量不断下降甚至消耗殆尽?众所周知,土壤有机质是由土壤生产的有机物,以不同方式(根茬、秸秆或有机废弃物等)残留和归还土壤并长期积累2
2
2
2
作物小麦水稻玉米
PI
(kg·h2)
PI5.46.34.8
90～1209.145～12411.1
60～1007.045～9045～90
7.79.9
45～8530～8730～97
1292963～1209.4
注:①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,②鲁如坤据FAO结果改算。
增产中的作用,包括当季肥效和后效,可占到50%左右。
张思贤统计(1996),我国从1952年至1995年,粮食产量与化肥投入量同步增长,密切相关(图、表略)。上世纪末,我国年生产粮食约5亿吨,年投入化肥约4200万吨。化肥中如按75%投放于粮食作物,并按我国近期每千克化肥养分平均增产粮食7.5kg计,则由化肥增产的粮食每年为2.363亿吨,占年粮食总产的47.3%。
因此,在对化肥多方面积极作用的认识上,对其在粮食增产中作用的评价最为一致。2 提高土壤肥力·2
国内外10年以上的长期肥效试验结果证明,连续的、系统的施用化肥都将对土壤肥力产生积极的影响。
什么是土壤肥力?笔者认为,土壤肥力可以明确地认为就是“土壤生产力”。能长好庄稼,多打粮食的土壤就是高肥力和高生产力的土壤,就是肥地;反之,就是低肥力土壤或瘦地。因此,威廉斯对土壤肥力的最基本描述“土壤能同时地、最大限度地满足作物对水分和养分需求的能力”,仍应是经典的定义。因为,单位面积土壤所能接受到的光能和热量,近地空气的组成等,主要决定于所处地理位置(如纬度)、大气环流、季节变换以及生态环境。而作物每时每刻需要的水分和养分则受不同土壤条件的影响。土壤水分和空气共存于土壤孔隙中,互相联系,互为消长,两者体积相加等于土壤孔隙总体积的两个因子。水多则气少,水少则气多。如果一种土壤能满足作物不同生育阶段的水分需求,说明这种土壤的空气状况良好。如果该种土壤又能同时满足作物对养分的需求,说明这种土壤的温度和水分状况都较适宜,有较好的微生物活性,有机质的分解,腐殖质的形成和相应的速效养分供应水平。因此,一种土壤如能同时和最大限度地满足作物对水分、养分的需求,则这种土壤的“气”、“热”和其他因子也必然适宜,显然是一。
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然残留和归还土壤的有机物也越多。例如根茬的残留量,据沈善敏(1998)汇总的资料,水稻、小麦和玉米的根茬占其地上部籽粒产量的分率为:29%～44%,29%～59%,29%～53%,大豆为21%～60%,油菜19%～53%。如以众数35%计,若每公顷收获籽实6吨(400kg/667m2),则相应残留的根茬有机质为2.1t/hm(140kg/667m)或有机碳1.22t/hm。显然对土壤有机质的补偿和积累具有重要意义。而化肥入土后被土壤微生物利用可转化为微生物体,也可直接参与土壤中有机物的降解和有机中间产物的再合成(如形成腐殖物质),也都能增加土壤有机质含量和促进有机物的代谢更新。另一方面,以多种方式施用和归还农田的有机废弃物(秸秆、有机肥等)也是补偿和增加土壤有机质的重要途径。但对其增加有机质的重要性必须要有深一层的认识而不能简单化。因为有机肥一旦进入土壤,一般不能长久保持其原有的数量和形态,而首先在微生物的作用下被不断降解、转化甚至消亡,即经历一个阶段的矿质化,然后由其降解的中间产物或微生物体等进入能形成较稳定的有机质如腐敏酸等腐殖化阶段。尽管不同土壤中新鲜有机物经历矿质化和腐殖化的相对比例与时间各有不同,但都是必经过程。因此,任何耕地土壤,只要中断补充新鲜的有机物质(包括根茬残留和施用有机肥),中断土壤中微生物的新鲜能源供应,则土壤中积累的较稳定的腐殖物质也会降解消亡。如有大量有机质的黑钙土,开垦耕
双季稻(n=4～8)N
NPK
NPK+M
2
2
2
种数年后,有机质量剧减,即是这种消亡的实例。因而,人们使用多种有机物归还土壤,是在不断转化和更新的条件下,维持乃至提高土壤中有机物的数量和组成的表观平衡。增施化肥恰恰是通过作物生产
以提高有机物的生产总量,增加根茬残留量和有机物还田量的最基本手段。
国外连续数十年至百年的长期试验结果表明,在化肥区的作物产量略高于有机肥区,无肥区产量仅为化肥区或有机肥区35%～40%的水平,连续施用NPK的化肥区,其保持的土壤有机碳含量虽比有机肥区明显为少,但仍比无肥区高,英国、前苏联、丹麦、日本等7国平均经连续47年的长期试验结果为:无肥区、化肥区和有机肥区土壤有机碳的含量为1.12%(100%);1.27%(114%)和1.75%(156%)。由中国农科院土肥所主持,在我国不同轮作区完成的连续10年的肥效定位试验,获得相似结果。如以10年前开始试验时的土壤有机质含量为100%,则施用单一氮肥区的有机质含量,经10年后平均下降5%,为基础样的89%～100%;NPK化肥区平均增高3.5%,为基础样的100%～106%,且全氮量明显增加,平均比10年前增加约15%;而在NPK化肥基础上连续增施有机肥,其有机质和全氮含量平均可提高10%(104%～118%)和20%(112%～132%)。单施氮肥区10年后土壤速效P、K都有下降,而NPK化肥区和化肥加有机肥区则都有上升,尤其是速效磷(见表4)。
旱作两熟(n=7～8)N
NPK
NPK+M
N
旱作一熟NPK
NPK+M1.92
2.131110.1020.12412213.728.[1**********]21
表4 长期施肥对土壤有机质、全氮和速效磷的影响
项目
处理
水旱两熟(n=7)N
NPK
NPK+M
有机质/基础样2.642.642.642.252.252.251.411.411.411.921.92
%第10年2.342.633.112.232.332.431.411.491.461.841.99
相对/%[***********][1**********]4
全氮/基础样0.1390.1390.1390.1530.1530.1530.0810.0810.0810.1020.102%第10年0.1350.1650.1830.1500.1570.1710.0830.0870.0940.1020.133
相对/%[***********][1**********]30
速效P2O5/基础样11.211.211.211.211.211.216.016.016.013.713.7
1第10年4.022.446.02.911.628.65.021.038.05.415.9(mg·kg)
相对/%[***********][1**********]
速效K2O/基础样[***********]121177177
1(mg·kg)第10年[***********]157129162相对/%[***********]091307392
注:①引自林葆等主编“长期施肥的作物产量和土壤肥力变化”(1996);②相对%以基础样含量为100%;③M代表有机肥。
由于上世纪80年代后,我国农业生产中,对农作物施用单一氮肥的状况已基本改变,多种有机肥源正在被充分利用,因而我国大部分农业区对大田作物和经济作物的施肥,都能配合施用化肥和有机肥,尽管所施化肥中NPK的比例不尽合理,所施有多数地区耕地土壤有机质和全氮含量呈现出持续增加的趋势表明,我国的施肥制度正在成熟,化肥的持续大量施用,对我国多数耕地土壤的肥力正在发挥积极作用。笔者早期对化肥用量较高、增长较快较早的上海郊区36个点的半定位调查,结果表明,1973
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增加0.56%±0.14%(折有机碳增加0.33%±0.08%),全氮增加0.01%～0.02%,近5年(1996～2001年)我国农业部和有关省市发表的类似调查统计,其结果基本相似。2 发挥良种潜力·3
现代作物育种的一个基本目标是培育能吸收和利用更多肥料养分的作物新种,以增加产量,改善品质。因此,高产品种可以认为是对肥料具高效应的品种。例如,以德国和印度各自的小麦良种与地方种相
比,每100kg产量所吸收的养分量基本相同,但良种的单位面积养分吸收量是地方种的2.0～2.8倍,单产是地方种的2.14～2.73倍(见表5)。因此被誉为“绿色革命之父”的小麦育种专家N.E.Borlaug一再强调,肥料对于以品种改良为突破口的“绿色革命”具有决定性意义。
表5 小麦良种和地方种对养分吸收的差异
养分吸收量/
100kg产量吸收养分/
kg
m(N)m(P2O5)m(K2O)
表6 几个国家的化肥投入与谷物单产的比较
化肥投入量
国家日本荷兰美国前苏联中国
对耕地/
(kg·hm2)
对人口/(kg·人1)
人均耕地/谷物单产/相对单产/%
(kg·2)(前苏联为100%)hm2
0.04180.05610.75520.80700.1106
[***********]78
[**************]
415.0649.693.6117.0250.4
15.841.072.295.128.3
2 增加有机肥量·5
化肥投入量的增加,将因作物产量的提高和畜牧业的发展而直接增加有机肥量。统计表明,德国从
1850～1965年的115年间,化肥从无到有,直至平均使用量增至300kg/hm2,随着粮食增产和畜牧业发展,施用于农田的有机肥也从1.8～2.0t/hm增加到8～9t/hm2,增长达4.5倍。我国从1965～1990年,投入农田的化肥量增加14.7倍,有机肥实际投入量则增加1倍(见表7)。
表7 我国耕地的化肥投入量对有机肥投入量的影响
化肥养分投入量/
年份
万吨
[***********]90
176.0536.91269.41775.82590.3
%①[**************]72
有机养分投入量②/万吨798.41171.91218.21442.41536.8
%①[**************]
2
国家
小麦
品种
单产/
(t·h)
2
(kg·hm)
m(N)m(P2O5)m(K2O)
2
德国地方种
良种
印度地方种
良种
2.86.02.26.0
8416559168
36722975
7315567175
3.01.292.672.583.012.92
2.751.202.681.322.801.25
我国杂交稻的推广也与肥料投入量密切相关。据湖南农科院土肥所报告(1980),常规种晚稻随施肥量增加其单产增加不明显,而杂交晚稻(威优6号)则随施肥量增加而增产显著,单产提高约1.5t/hm,每公顷产量(稻谷加稻草)的养分吸收量,杂交晚稻较常规晚稻多吸收N21～54kg,P2O51.5～15kg,K2O19.5～67.5kg。因此,肥料投入水平成为良种良法栽培的一项核心措施。
2 补偿耕地不足·4
对农业增施化肥,实质上与扩大耕地面积的效果相似。例如,按我国近几年化肥平均肥效,每吨养分增产粮食7.5t计,若每公顷耕地的平均粮食单产也是7.5t,则每增施化肥养分1t,即相当于扩大耕地面积1hm2。因此,那些人多地少的国家,无一不是借助增加投肥量以谋求提高作物单产,弥补其耕地的不足。表6是几个国家的化肥投入与耕地利用之间的对比资料。
由表6可知,地少的日本、荷兰其施肥量是美国、前苏联的3～5倍,而粮食单产量则达到美国、前苏联的2～3倍。也就是说,日本、荷兰2国通过增加。
2
注:①以1965年为100%;②有机肥指投入农田量,而非全部产
量。
由此可见,农牧产品的生物循环必然将相当数量的化肥养分保存在有机肥中。有机肥成为化肥养分能不断再利用的载体。因此,充分利用有机肥源,不仅可发挥有机肥的多种肥田作用,也是充分发挥化肥作用,使化肥养分持续再利用的重要途径。2 发展绿色资源·6
化肥作为一种基本肥源,是发展经济作物、森林和草原等绿色资源的重要物质基础。据统计,我国在较充足的施用化肥,实现连年粮食丰收,人民温饱的条件下,经济作物也获得大幅度发展。1995年前的10年中,糖料、油料、橡胶、茶叶等作物增加50%～80%,瓜、菜增加150%～170%,水果增加250%,极大地丰富了我国城、乡市场和增进了农产品的出口能力。粮食和多种农副产品的丰足,也促进了退耕还林、还草的大面积实施和城乡的大规模绿化,为在宏观上治理水土流失,保护和改善生态环境提供了可
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我国有1.4222亿公顷森林(FAO,1990)长期在雨养的自然条件下生长,如能有重点地施用肥料(尤其对那些次生林),即可加速成材和扩展覆盖率;我国有3.1810亿公顷草原(FAO,1990),长期缺水少肥,载畜率极低,有的每公顷年产肉量不到15kg,如能对有一定水源的草原适量施肥,可较快地提高生草量和载畜率。一些发达国家,因其有相当数量化肥用于林业和草地,用于发展多种经济作物和实施城乡大规模绿化。使其农牧产品丰富,而且因其能充分开发和利用绿色资源而使其能保持优美的生态环境。3 化肥与生物能增值
农作物生产的本质,就是利用绿色植物所含叶绿素的光合作用,将太阳能转化为作物能贮藏的生物能,进而将贮藏生物能的农产品供人类和动物利用。由于适量施用化肥,作物生长旺盛,叶面积扩展快,叶绿素含量高,单位时间内光合产物和转化贮藏的太阳能就多。如此年复一年地施用化肥,作物产量及贮藏的生物能也将不断增值。根据笔者计算,1964年至1975年11年间,上海郊区化肥施用量(N)从115kg/hm增加到287kg/hm,相应的粮食产量由7.2t/hm提高到10.1t/hm,秸秆也随之增加,而每公顷农田收获的生物能总量也由278.8GJ(100%)提高到390.6GJ(140%)。
美国20世纪70年代以玉米计算的资料表明,每投入4.1868kJ化学形式的矿物能,可从玉米籽粒中回收6～8倍即25.4～33.5kJ的生物能,其能量的投入产出比为1∶6～8。如果计算化肥的连续后效,化肥增值生物能的效益将更高。由此可见,平衡和合理地施用化肥,实质上是一种利用矿物能以转化和增值生物能的有效手段,是发展现代农业的基本途径。因此不同的肥源发展阶段,具有不同的农业物质与能量的循环方式,具有不断发展的循环量。一旦年复一年地将化肥矿物能引入循环,不断增产农产品,则由农作物转化和贮存的化学能将不断增值,促使农业物质与能量的循环相应增大(见图2)
。
2
2
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很明显,在有机农业阶段,作物的单产主要受制于耕地土壤的自然肥力和有机物的还田量。因而,每年粪肥、绿肥等有机肥的使用量就显得特别重要。当有机肥量不足时,只能采用轮休或轮作豆科植物,赖以恢复和保持地力。而当发展到无机有机农业阶段,随着化肥投入农田量的增加,有机肥的供肥(养分)作用将不断为化肥所代替,作物产量不断提高,农业物质循环量迅速增大,直至相对稳定在较高的循环量水平,即在一定的作物品种、气候及水利等生产条件下能达到的较高水平。无机有机物质及其中能量的不断循环,也使化肥和有机肥的作用得到统一。这2种肥料都须通过土壤而为作物利用,都能促进作物增产,并随物质和能量的循环,相互发生形态的转化。前一年施入的化肥,增产了粮食(籽粒和秸秆),通过人和畜禽的利用,产生的有机废弃物(粪便,垫料等),将有相当部分变成下一年的有机肥。因此,施用化肥既是当季作物的直接肥源和增产手段,又可为下一季作物增加有机肥源。这也是我国农民通俗的称之为“无机”换“有机”的途径,或另一种形式的肥(化肥)多粮多粮多猪多猪多肥(有机肥)多的良性循环。由此可见,有机肥和化肥虽然形态不一,各具特点,但都是农业物质和能量循环中2种基本肥料形态。在循环过程中对立而统一,殊途而同归,共同促进农作物的持续增产和土壤肥力的不断提高。
诚然,化肥与世界上任何其他事物一样,也决不是完美无缺的。它同样具有值得人们充分重视的另一个侧面。大量连续地施用化肥,特别是在不平衡与不合理施用的状况下,化肥的一些负面影响或副作用,会日益显现出来。如对水体的富营养化,增加环境中硝态氮含量;对某些土壤物理性质(如结构性)的影响;对若干蔬菜、水果的口感品质影响等,都是现实存在的问题。由此需要促进人们对平衡施肥概念的认识和发展,对有机废弃物再循环和还田的高度重视,力求全面提高化肥在经济、社会和生态方面的综合效益。
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