化学肥料与生态健康

白由路

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业农村部植物营养与肥料重点实验室 北京 100081)

自化学肥料在农业生产中得到广泛应用以来，其在保障粮食安全供应方面发挥了不可替代的作用，避免了马尔萨斯所描述的人类场景[1]的出现。但是，随着化学肥料的过量施用，特别是随着人们对生态环境的重视，目前很多人把化学肥料推向了生态健康的对立面，基本上完全忽视了化学肥料在生态健康中的作用[2]。为了正确认识化学肥料在人类发展和生态文明建设中的作用，以化学肥料与生态健康的关系为题，深入探讨化学肥料在生态健康中的作用与地位，旨在引导正确认识化学肥料。

1 化学肥料是生态健康的基础

粮食与人口的矛盾一直贯穿在人类发展的历史长河中，1798年英国教士马尔萨斯提出了著名的“人口论”，20世纪60年代美国学者著书《饥饿1975》《人口爆炸》等。幸运的是，这些书中的预言都没有实现，其中重要的原因是1902年德国化学家哈博发明了合成氨技术[3]，后人在评价该项技术时认为它“养活了地球上48%的人口”[4]。如果没有氮肥供应，就需要增加1倍的耕地来养活全球的人口，这意味着生态灾难。历史的发展不能重来，更不能倒退，人类无法想象没有化肥的世界是否会出现马尔萨斯所描述的场景。

新中国成立后，我国化肥用量仅为6 000 t[5]，温饱问题一直困扰着我国政府。为了解决我国4.5亿人口的吃饭问题，中央政府于20世纪50年代拉开了开发北大荒的序幕，开垦土地3 500万亩(1亩=667 m2，下同)，大片湿地开发成了万亩粮仓。20世纪的农业学大寨运动，把坡度在50°以上的山坡改造成了“大寨田”。这其中的主要原因就是没有化学肥料，土地生产力不足以养活已有的人口，只能以破坏生态环境为代价，换来人类赖以生存的粮食。可以说，粮食是一切文明的基础，在充足的粮食供应下的生态环境建设才是可持续的。

新中国成立初期，我国粮食平均产量仅为68.6 kg/亩，至2018年达到408 kg/亩，是建国初期的近6倍。粮食单产的提高涉及多方面的因素，如品种改良、灌溉条件改善、植保技术提高等，其中化学肥料的作用不可低估。研究表明，目前作物产量对肥料的依赖程度在50%～60%，即不使用肥料(长期)作物产量仅能达到目前产量的一半[6]。正是由于化肥的使用，我国粮食产量得以大幅度提高，国家才有条件提出了还林还草政策。自1999年至2004年，国家安排的退耕还林任务共计19 165 500 hm2，其中退耕地造林面积为7 886 200 hm2。国家林业局副局长张永利在2012年表示：“巩固退耕还林成果、继续推进退耕还林工程建设正处在一个十分关键的时期。”目前，已经有四川、贵州、甘肃等十几个省区提出了重新启动退耕还林工程的要求，许多省区在遭受重大自然灾害后迫切要求扩大退耕还林面积。昔日的坡耕地变为秀美的山川，这与化肥的贡献是密不可分的。

由于化学肥料的应用、粮食产量的大幅度提高，我国才有条件进行城市化建设，才有条件进行退耕、休耕。2019年，我国计划休耕500万亩[7]，这也是以我国粮食供应能满足需求为前提的。

同时，化肥的使用也是减少CO2排放量的重要措施之一。据国际化肥工业协会估计，在合理施肥的范围内，与不施肥相比，1 hm2耕地施用170 kg氮肥可捕获相当于1.8 t标准煤的能量，除去氮肥本身需消耗的273 kg标准煤的能量，可净捕获约1.6 t标准煤的能量。所以，合理施肥有利于CO2的固定，减少CO2的排放[8]。

2 高度重视化肥的负面作用

近年来，由于大量施用化学肥料，给环境造成了巨大的压力。据估计，美国切斯比克湾的污染有一半来源于化肥，美国密西西比河流域因过量使用氮肥而形成了15 540 km2(6 000平方英里)的“死亡区”。由于施用化肥，我国每年从农田排放的氨约为5 430 kt，给大气环境造成了很大的影响。

近年来，人们对化肥的认识发生了很大的变化，甚至对国家的决策产生了一定的影响，究其原因是对化肥的不合理宣传。有一份报告这样表述：“连续大量施用化肥不仅浪费资源、增加农业生产成本，也带来水体富营养化、温室气体排放、土壤酸化和病虫害加重等一系列环境问题”。我国农业生产中的化肥施用量是否合理呢，笔者详细分析如下。

很多资料认为，合理的施肥水平是225 kg/hm2。按2014年的统计数据，农作物播种面积为24.82亿亩，茶园和果园面积分别为0.40亿亩和1.97亿亩，化肥施用量为59 959 kt，其中氮肥施用量为32 390 kt(复合肥含氮质量分数按40%计)，折合氮肥施用量不足180 kg/hm2，何来严重过量？某些人拿一些数字进行简单的比较，从不分析数字背后的具体原因，不仅误导群众，而且还会误导党和政府的决策。

2014年5月25日，中央电视台播放了一期焦点访谈节目，题为“被化肥喂瘦的耕地”。根据笔者了解，该节目的背景是中国农业科学院祁阳试验站一项30多年的长期定位试验，其中1个处理是连续30多年单施硫酸铵而导致土壤障碍的情况。试想，我国还有农田30多年只施硫酸铵而其他肥料一概都不施的情况吗？事实表明，近年来虽然大量施用了化肥，但土壤有机质含量在稳步提高，土壤中的速效氮、磷、钾含量也在增加，重要的肥力指标都呈现出上升的趋势。这种总体状况不去分析，而是拿一些试验中极端不合理的施肥方法来表述化肥的负面作用，这不仅误导了大众，而且对党和人民都是不负责任的。

我国确实存在土壤酸化的问题，其根本原因不是施用化肥所致。根据“植物酸生长理论”，植物在生长过程中会通过根系分泌H+而引起土壤酸化，且植物生长量越大对土壤的酸化作用越强。如果说土壤酸化与化肥有关的话，也是施肥使植物生长更旺盛，植物分泌的酸就更多，土壤酸化的速率就越快。解决土壤酸化的问题，施用石灰或其他碱性物质即可。有人认为采用石灰中和酸性土壤的成本太高，难道施用所谓的“土壤调理剂”改良土壤酸性就廉价了？这里不乏一些土壤调理剂生产企业的片面宣传，但如果所谓的“专家”也推波助澜，则十分令人遗憾。

目前，施用化肥的农产品往往被认为是不安全的。需要指出的是，化肥的作用是为植物生长发育提供必需的营养元素，植物通过吸收肥料中的氮、磷、钾等营养元素后才能转化合成各种营养成分，如蛋白质、氨基酸、维生素等，诸如“瓜不甜、果不香”的原因是没有合理施用化肥，而不是化肥造成了农产品品质的下降。

3 不施化肥的农业不是可持续农业

随着生活质量的不断提高，人们对食品安全越来越重视。国际有机农业运动联盟于1972年在法国成立，该联盟对有机农业思潮在世界范围内的兴起起到了推波助澜的作用。在我国，有机农业与有机肥料往往密切结合在一起，有人错误地认为施用有机肥而不施用化肥的农业就是有机农业。19世纪的西方学者认为腐殖质是植物营养的唯一来源，该理论被称为“腐殖质营养学说”[3]。德国科学家泰伊尔在《合理的农业原理》一书中提出：“土壤肥力决定于土壤腐殖质的含量，原因是基于它是植物养分的唯一来源”[9]。“腐殖质营养学说”被当时的学术界广为接受，但并未在土壤培肥或提高作物产量方面发挥作用。德国化学家李比希的《化学在农业和生理学上的应用》[10]于1840年出版，从而创立了现代农业三大理论基础之一的“植物矿物质营养学说”，其认为植物的原始养分只能是矿物质，因为地球上的腐殖质出现于植物之后而不是植物之前。这2个学说的根本区别在于植物所需的营养物质不是有机质而是矿物质。试想，被证明是错误的“腐殖质营养学说”在200多年后还能用于指导当前的农业生产吗？

英国非有机小麦的产量是8 000 kg/hm2，而有机小麦的产量为4 000 kg/hm2，如果欧洲国家采用有机农业满足对粮食的需求，农田面积需增加28 000 000 hm2，这相当于法国、德国、丹麦和英国森林面积的总和[11]。将森林改为农田，还能保持生态环境吗？美国从2002年开始实施有机认证，有机农业的年增长率从初期的15%降至2010年的7%，目前有机农业的产品在美国食品市场仅占4%，有机农产品在美国仍是少数[11]。人均耕地面积为66.46 hm2的美国尚无法大面积发展有机农业，我国人均耕地仅为0.098 hm2，有机农业不可能是发展方向。

笔者认为：现代农业离不开化学肥料，单纯施用有机肥料的时代已经远去；化学肥料在施用过程中确实产生了各种负面效应，但可以通过更科学、更合理的方法予以解决，为了回避化学肥料所造成的问题而回到原始的农业状态是不现实的；有机农业无法满足人类对粮食的需求，更不能把“有机农业”误认为是“施有机肥的农业”。

4 科学用肥，解决化肥的负面作用

化肥在保证粮食安全的同时，也给环境造成了巨大的压力，这是不争的事实。为了解决化肥的高效利用问题，农业部于2015年印发了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，一百多年来土壤肥料科技工作者已经从不同的角度在此方面开展了大量的研究工作。施肥零增长就是要实现减量不减产，这必须通过科技手段来提供支撑。在肥料生产技术或施肥技术没有实现突破的情况下，减量就意味着减产，想高产就要多施肥。

要减少施肥量，就必须提高肥料利用率，就需要合理施肥。合理施肥应把握4个“正确”，即正确的肥料、正确的用量、正确的时间和正确的位置。①正确的肥料。通过肥料技术的创新，生产出符合我国农业现代化要求的肥料，多利用、少损失，且便于施用。②正确的用量。我国在之前10年的测土配方施肥中一直在研究农作物生长

最合适的施肥量，肥料施用量超过了作物的需求就是浪费，因此，所说的减量就是要把不合理的过量部分减下来。③正确的时间。作物在不同的生长时间段内对养分的需求量不尽相同，如果时间不对，所施用的肥料不能被作物吸收而在土壤中长时间存留，通过挥发、淋溶，不但造成浪费，而且会污染环境。因此，在作物最需要的时候施肥，其效果是最好的。④正确的位置。比如肥料放在离农作物的根部近一点，吸收效果就非常好。

近年来，我国成功引进并研发出很多新的施肥技术，如精准施肥、灌溉施肥、测土配方施肥等[16]，也研制出了一批环境友好型的新型肥料品种，这些技术和产品的合理使用能大大减少化肥的用量，有些技术是很成熟的，但农民不愿意采用，一是操作麻烦，二是成本高。这就需要政策来引导，给予鼓励。因此，采用高效施肥技术，在保证粮食安全的前提下，把化肥对生态环境的影响降至最低程度，需要科技和政策的双重支撑才能逐步实现。