化肥工业技术与农业绿色革命（肥料农产品推荐）

饥荒肥料怎么获得 大国农情｜当农业遇见工业：伟大的化肥

世界三大农业起源中心，西亚、东亚和中南美洲，都曾把自己的文明之火燃烧到一定范围。然而白云苍狗、沧海桑田，等到工业文明之光点亮那一刻起，农业文明就开始退让了。工业生产的高效组织化、强大的机械力量、工业的命脉石油石化，都在深刻改造着农业这个古老的产业。

从此，新旧两大系统在碰撞中前行。农业越来越工业化，直到工业产品和思维理念激发出农业的巨大潜力。某种意义上说，现代农业就是现代工业的产物。这也是现代农业能够养活越来越多人口的秘诀。

接下来，“大国农情”专栏将用三篇文章，分别从化肥、农药和农业机械的角度，讲述工业和农业两大生产系统是如何相交发展的。

01 化肥的魔力

万物生长靠太阳，但光靠太阳还不够。如果不借助人工之力给农作物提供适当养分，“靠天收”的耕作方式可无力支撑人类社会的发展。

中国人很早就懂得施肥对庄稼的作用：

“人靠饭养，稻靠肥长”；

“肥田长稻，瘦田长草”；

“土肥长谷，猪肥长肉”；

“头年比肥、来年比粮”；

“种地不施粪，等于瞎胡混”；

“地靠人来养，苗靠肥来长”；

“种田不要问，深耕多上粪”；

“庄稼一枝花，全靠肥当家”；

“冬天积万担肥，来年收万斤粮”；

“人不吃饭饿肚肠，地不上粪少打粮”；

……

不过，为什么施肥会对庄稼有用？肥中的什么成份在发挥作用？这些问题要一直到十九世纪四十年代才有了科学的答案。

1840年，德国化学家尤斯图斯·冯·李比希之一次用实验 *** 证明：植物生长不仅仅需要碳、氢、氧，还需要磷、钾，以及少量的硫、钙、铁、锰、硅等元素，而植物吸收所有元素的唯一来源是土壤。

他通过对土壤肥力的研究提出，仅靠农家肥是不够的，使用人造肥料才能增加产量。作为之一个研制化肥的科学家，李比希也因此而被称为“农业化学之父”。

三年后，英国人劳伦斯建起之一个用 *** 分解磷矿生产过磷酸钙的工厂，这是世界上之一个化肥厂。作为工业文明的产物之一，化肥工业从此开始在欧洲兴起，逐渐成为一个独立的产业。

至今在很多人眼里，化肥仍是一种很神秘的实验室发明，但其实化肥和传统的农家肥对植物生长的作用原理大同小异——化肥中的氮肥主要原料来自空气，其它化肥的主要原料来自矿物，比如磷矿、钾矿、镁矿等，植物从环境中获取的营养也大体是如此路径。只不过，经过热分解、酸溶解等现代工业“魔力”提升后，化学肥料的肥效大大增强了。

如今的化肥，养分含量一般超过40%，是传统有机肥的10倍以上。如，尿素中的氮含量为46%，以1亩农田10公斤的氮素需求计，只需要25公斤左右的尿素就够了。这意味着一个劳动力用半天就可以完成施肥工作。如果是用有机肥，从收集、堆沤到运输、施用，需要许多人花费数月时间。

对农民来说，用化肥的施肥效率大大提高了。对农作物来说，由于化肥的养分主要为无机态、不需要经过微生物转化分解，能够被作物根系迅速吸收，这对植物在生长旺盛的时期尤其重要。如果通过灌溉甚至叶面喷施的方式，化肥更是会进一步提高农作物的养分吸收效率。

化肥为什么会对农作物有如此大的增产作用？换句话说，农作物需要化肥的什么元素呢？氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、硅等，都是必需的元素。这里仅以氮、磷、钾这三大类化肥为例——

氮是生命体蛋白质构成的主要元素，而蛋白质是细胞原生质组成中的基本物质。氮肥能促进蛋白质和叶绿素的形成，使叶色深绿、叶面积增大，从而增加产量。最常见的氮肥有 *** 铵、碳酸氢铵、尿素。

磷对于形成细胞 *** 白、卵磷脂等不可缺少，能加速细胞分裂，促使植物根系和地上部加快生长，提早成熟，提高品质。常用的磷肥有过磷酸钙、重过磷酸钙。

钾可以提高植物光合作用的强度，促进植物体内淀粉和糖的形成，增强作物的抗逆性和抗病能力，还能提高对氮的吸收利用。常用的钾肥有氯化钾、 *** 钾。

02 中国粮食产量的一半来自化肥

“中国粮食产量的一半来自化肥。”中国工程院院士、中国农业大学教授张福锁说，新中国成立前我国一直采用传统农业生产方式，即利用作物秸秆、人畜粪尿、绿肥等方式培肥地力，粮食产量长期处于较低水平。

“秦汉至清朝2000余年间，我国每亩小麦和水稻的产量仅从106斤和80斤增长到195斤和291斤。而新中国成立后至今的70余年间，我国小麦平均单产达到700至800斤，高产地区达到1500斤。其中，化肥的施用发挥了关键作用。”他说。

全国化肥试验网在上个世纪八十年代进行的5000多个肥效试验结果显示，在水稻、小麦和玉米上合理施用化肥比对照不施肥处理平均增产48%。

化肥不仅对中国人摆脱饿肚子的历史做出巨大贡献，还不断丰富着人们的饮食结构。水果和蔬菜增产主要是通过大棚、灌溉、化肥、农药等现代种植方式提高的产能，肉、蛋、奶的增长来自饲料供应的增加——这也是依赖化肥的作用。

再把坐标系拉大到全球和更长的时间视野：在过去的100年里，世界人口增长了4倍，全球范围内却没有出现大规模的大饥荒。其中的一部分原因归功于化肥的广泛应用。

美国著名育种家诺曼·E·勃劳格，曾因在之一次“绿色革命”中做出卓越贡献而获得诺贝尔和平奖。1994年，他在第十五届国际土壤学大会上全面分析了20世纪农业生产发展相关要素之后提出：“二十世纪全世界所增加的作物产量中的一半是来自化肥的施用”。若立即停止施用化肥，全球农作物将会减产40%至50%。

化肥，尤其是氮肥增加了土壤肥力，这也是亚洲粮食产量在绿色革命时期激增的主要原因之一。联合国粮农组织在上世纪八十年代在亚太地区31个国家通过大量田间试验得出结论：施肥可以提高粮食单位面积产量55%。

从化肥的施用结构变化，还可以看出我国农业种植结构基本格局的历史性变化——从以粮食为主到蔬菜水果等经济作物大行其道，成为农民增收的一个重要渠道，也折射出中国人的饮食结构变化。

东北农业大学资源与环境学院和农业农村部环境保护科研监测所的一项研究发现，全国农作物化肥使用量从1980 年的1269.4 万吨增长到2014 年的5995.9 万吨，增长了3.7 倍，年均增长率为4.67%。

在化肥总量快速增长的同时，化肥需求结构悄然变化：谷物的化肥用量占农作物化肥总用量的比重从1998年的60.02%降至2014年的49.75%，而同一时期蔬菜的化肥用量占农作物化肥总用量从13.38%增加到18.81%、水果从11.76%增加到17.82%。

03 化肥依赖症

在化肥越来越成为农业生产队伍中不可或缺的一员大将的同时，新的问题也浮现出来——农民种地的“化肥依赖症”越来越重。

“多施肥多增产”“水大肥勤不用问人”成了很多农民的种地新经验。由此导致的过量施用、盲目施用化肥问题日益显露，不仅增加了农业成本，也对环境造成面源污染，以及耕地板结、土壤酸化。

在上个世纪八十年代，每公斤化肥的增产效果可以达到1：20。到了本世纪以来，则降至1：5。同样数量的化肥所起到的增产效果大大降低了。

一些农民还发现，化肥用得多了，庄稼容易倒伏。而一旦出现倒伏现象，减产是肯定的——这就像过多的营养会导致人们“三高”和肥胖一样，抵抗力下降更容易导致疾病来袭。

另一个问题是容易发生病虫害。氮肥施用过多，庄稼的抗病虫能力就减弱了，由此容易遭到虫害入侵，这又增加了农药用量，对食品安全造成影响。

据国家统计局数据，2013年全国化肥生产量达7037万吨（折纯，下同），农用化肥施用量5912万吨。农作物亩均化肥用量21.9公斤，远高于每亩8公斤的世界平均水平，是美国的2.6倍、欧盟的2.5倍。

北京师范大学环境学院孙铖等人的一份研究报告显示，自1996 年至2015 年这20 年里，长江中下游的六省一市化肥施用量呈上升趋势，约占全国化肥施用总量的30%。

其中，湖南省是氮肥施用强度和流失强度更大的省份。湖南、湖北则为磷肥施用强度较高的区域。湖南、湖北长期以来都是水稻及其它一些重要农产品的生产大省。可以看出，这一地位与化肥增长的关系密切。

化肥增产的效果太有诱惑力了，农民早就算过这笔账：多花点钱买化肥，能够带来更大的产量。在农产品优质优价机制还没有建立的情况下，更大的产量可能就意味着更多的收益。即使化肥的作用遵循收益递减规律，但只要化肥足够便宜、算下来有利可图，就很难减轻对化肥的依赖症。

与此同时，化肥被农作物吸收的越来越少、流入河湖的越来越多，但这笔环境账却不在单个农民的投资收益账中。

事实上，化肥和产量的关系如此紧密吗？也不一定。欧盟从20世纪80 年代中期开始，肥料用量逐渐下降，但是农产品产量稳中有升。而美国则是从20世纪70年代开始，化肥用量基本不再增加，但是产量却在增长。其中的原因，主要是通过建立 *** 标准有机替代，使用绿色防控自动化、秸秆还田、健全法律法规、征收使用税等方式来实现化肥减量和增质增效的。

针对有人说中国粮食连年增产是“靠化肥喂出来的”的说法，原农业农村部部长韩长赋并不认可。他认为，化肥确实对粮食增产发挥了重要作用，但是不能说是化肥喂出来的。但他也承认，化肥确实用得多，要减量。化肥施多了，一方面增加成本，也会对环境产生影响。所以要提高肥效药效，减量使用。

业内人士普遍认为，化肥施用不合理问题和粮食增产压力大、耕地基础地力低、耕地利用强度高、农户生产规模小等相关，也和肥料生产经营脱离农业需求、肥料品种结构不合理、施肥技术落后、肥料管理制度不健全等相关。

中国多年来一直是化肥用量更高的国家——是全球平均用量的3.4倍、非洲的27倍。2015年这一年，中国化肥产业发展进入转折之年。原农业部启动“化肥使用量零增长行动”，提出2015年到2019年逐步将化肥使用量年增长率控制在1%以内，力争到2020年主要农作物化肥使用量实现零增长、主要农作物肥料利用率达到40%以上。

政策效应立竿见影。第二年，中国农业就“瘦身减肥”了：全国农用化肥用量为5984万吨（折纯）、比上年减少了38万吨——这意味着自1974年以来中国化肥用量首次负增长。

在提出化肥零增长目标和路径之前，中国已经开展了数十万个测土配方施肥的试验。结果证明，精确施肥可以实现每亩粮食作物减肥5公斤、增产5%至8%、增收100元的收效，而果菜茶等经济作物可以每亩减肥20至90公斤、增产10%至20%，增收则超过了2000元。

尽管化肥使用量实现了“刹车”，但长期以来形成的路径依赖要从根本上调整仍非易事。以农作物总播种面积计，在化肥使用量历史性地实现负增长的2016年，全国化肥使用强度为每公顷359.1公斤，比每公顷225公斤的国际警戒线仍高出59.6%，是世界平均使用强度水平的近3倍。分地区看，这一年全国有27个省份化肥使用强度超过国际警戒线。

在可预见的未来，随着中国人口的继续增长，为保障粮食安全，化肥依然是提高单产的必要工具。如何降低农业生产对环境的压力，建立起科学施肥的技术体系、应用体系，成为在追求绿色发展道路上中国农业的一个时代命题。

本文节选自《大国根基》一书，有删减

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