第2章 食：化工带来营养健康
第1节 化肥——让沧海变良田
1. 化肥的前世今生
你知道化肥的来源吗？
提起化肥，人们只知道这是现代化工工业的产物，殊不知，它的发明与生产已有200多年的历史。而人类施用肥料的历史可以追溯到远古时代，根据古希腊传说，用动物粪便作肥料是大力士赫拉克罗斯首先发现的。赫拉克罗斯是众神之主宙斯之子，是一个半神半人的英雄，他曾创下12项奇迹，其中之一就是在一天之内把伊利斯国王奥吉阿斯养有300头牛的牛棚打扫得干干净净。他把艾尔菲厄斯河改道，用河水冲走牛粪，沉积在附近的土地上，使农作物获得了丰收。当然这是神话，但也说明当时的人们已经意识到粪肥对作物增产的作用。古希腊人还发现旧战场上生长的作物特别茂盛，从而认识到人和动物的尸体是很有效的肥料。在《圣经》中也提到把动物血液淋在地上的施肥方法。
化肥登上历史舞台是进入18世纪以后，世界人口迅速增长，同时在欧洲爆发的工业革命，使大量人口涌入城市，加剧了粮食供应紧张，并成为社会动荡的一个起因。化学家们从18世纪中叶开始对作物的营养学进行科学研究。19世纪初流行的两大植物营养学说是“腐殖质”说和“生活力”说。前者认为植物所需的碳元素不是来自空气中的二氧化碳，而是来自腐殖质；后者认为植物可借自身特有的生活力制造植物灰分的成分。1840年，德国著名化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质营养学说和归还学说，认为只有矿物质才是绿色植物唯一的养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用。李比希还指出，作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还土壤，否则土壤将日益贫瘠。从而否定了“腐殖质”和“生活力”学说，引起了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。
化肥的发展历程
1828年，德国化学家维勒（F.Wöhler，1800～1882）在世界上首次用人工方法合成了尿素。按当时化学界流行的“活力论”观点，尿素等有机物中含有某种生命力，是不可能人工合成的。维勒的研究打破了无机物与有机物之间的绝对界限。但当时人们尚未认识到尿素的肥料用途。直到50多年后，合成尿素才作为化肥投放市场。
1838年，英国乡绅劳斯（L.B.Ross）用硫酸处理磷矿石制成磷肥，成为世界上第一种化学肥料。
1850年，德国化学家李比希（J.Von Liebig，1803～1873）发明了钾肥。
1850年前后，劳斯又发明出最早的氮肥。
1909年，德国化学家哈伯（F.Haber，1868～1934）与博施（C.Bosch，1874～1940）合作创立了“哈伯-博施”氨合成法，解决了氮肥大规模生产的技术问题。两人先后获得“诺贝尔化学奖”。
20世纪50年代以来，化肥得到了大规模应用。据统计，在各种农业增产措施中，化肥的作用占大约30%。我国的化肥生产开始于20世纪30年代。
2. 化肥家族五朵“金花”
随着农业的不断发展，化肥投入量逐渐增加已表现为一种普遍的趋势。人们使用化肥的品种也由单一化向多元化、复合化等方面发展。就通常而言，化肥家族有氮肥、磷肥、钾肥、复合肥、复混肥五朵“金花”。
（1）氮肥 它是化肥家族的老大，在化肥家族中使用最普遍，用量最大。氮肥有明显的增产效果，其作用居磷、钾等肥料之上。氮肥不仅可以提高生物总量和经济产量，还可以改善农作物的营养价值，特别能增加种子中蛋白质含量，提高食品的营养价值。氮肥以可被植物利用的氮素化合物为主要成分，按其中所含氮化合物形态的不同，又可细分为以下几种，各具特性。
铵态氮肥 铵态氮肥是以铵盐或氨形态存在，主要有氨水、碳铵、硫铵、氯化铵等。其共同特点是施入土壤后氮元素可以被植物直接吸收，也会被土壤胶体吸附，不会轻易随水流失。但会因挥发而逸走，在碱性土壤及通气条件下，情况更严重。土壤中的微生物会将部分铵态氮转化成硝态氮，长期大量施用会导致土壤变酸。
硝态氮肥 硝态氮肥的氮以硝酸根离子的状态存在，主要有硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙等。硝酸根离子不被土壤胶体吸附，故移动性大，易随水流失。不宜作基肥施用，一般用作追肥。
硝铵态氮肥 同时含硝酸根和铵基的氮肥，主要有硝酸铵和硝酸铵钙。
酰胺态氮肥 以酰氨基形态存在的氮肥，主要有尿素。尿素作基肥和追肥都适宜，但肥效稍慢。尿素的施用不会导致残留物积聚在土壤中，也不会令土壤酸化或碱化。尿素是氮肥的主要品种，约占氮肥总量70%以上。
氰氨态氮肥 主要有石灰氮。施用在酸性土壤中时，可以降低土壤酸性，改良土壤。但在碱性土壤中施用时，石灰氮分解缓慢，氰氨还有可能聚合成难以分解的双氰氨，对作物有害，故一般不宜施用。
（2）磷肥 磷肥以植物可利用的无机磷化物为主要成分。磷肥可增加作物产量，改善作物品质，加速谷类作物分蘖和促进籽粒饱满；促使棉花、瓜类、茄果类蔬菜及果树的开花结果，提高结果率；增加甜菜、甘蔗、西瓜等的糖分；油菜籽的含油量。根据其溶解性质细分为水溶性磷肥、枸溶性磷肥和难溶性磷肥。
（3）钾肥 以含可溶性无机钾化物为主要成分。钾元素的营养功效可以提高光合作用的强度，促进作物体内淀粉和糖的形成，增强作物的抗逆性和抗病能力，还能提高作物对氮的吸收利用。在生产上常用的钾肥有氯化钾、硫酸钾等。
（4）复合肥 指在成分中同时含有氮、磷、钾三要素或只含其中任何两种元素的化学肥料。它具有养分含量高，副成分少，养分释放均匀，肥效稳而长，便于贮存和施用等优点。主要有磷酸铵、氮磷钾复合肥、磷酸二氢钾等。
（5）复混肥 它是根据生产需要，将若干种营养元素，经过机械加工而制成的肥料。
3. 化肥家族新成员——新型肥料
什么是新型肥料?
当今还没有统一的标准。首先，无论是新型肥料还是常规肥料，其本质必须是肥料，离开肥料，则无从谈起所谓的“新”与“旧”。
微量元素肥 具有一种或几种微量元素标明量的肥料。这类肥料中含有一种或数种对作物生长发育所必需的，但需要量甚微的营养元素，包括锰、硼、锌、钼、铁和铜等。主要的品种有：硫酸锰、硼砂、硫酸锌、钼酸铵、硫酸亚铁、硫酸铜及各种微量元素混合的叶面肥。
微生物肥料 由一种或数种有益微生物、培养基质和添加剂培制而成的生物性肥料，通常也叫菌剂或菌肥，包括固氮菌类、解磷类和解钾类细菌。市场上主要的肥料品种有：硅酸盐菌剂、复合菌剂和复合微生物肥料。
调节剂类 用于改善土壤的物理、化学性质和植物生长机制的物质，统称为调节剂类。主要类型有土壤酸碱调节剂、土壤结构改良剂、植物生长调节剂。市场上主要肥料品种有：土壤保水剂、云大-120等。
氨基酸肥料 能够提供各种氨基酸类营养物质的物料统称为氨基酸类肥料。
腐殖酸肥料 富含腐殖酸和一定标明量无机养分的肥料。以泥炭、褐煤、风化煤等为主要原料，经过不同化学处理或再掺入无机肥料而制成。有刺激植物生长、改善土壤性质和提供少量养分作用。主要肥料品种：腐殖酸铵和腐殖酸复合肥。
添加剂类（大量元素） 指含有用于改善肥料性能的物质的肥料，主要包括含有防止或减少肥料吸湿结块的添加剂和抑制氨态氮挥发，减少氮损失的添加剂。含有添加剂的肥料品种主要有：长效碳铵、肥隆等。
4. 化肥的是是非非
（1）化肥让我们“足食”
中国是一个人口众多的国家，粮食生产在农业生产的发展中占有重要的位置。通常增加粮食产量的途径是扩大耕地面积或提高单位面积产量。根据中国国情，继续扩大耕地面积的潜力已不大，虽然中国尚有许多未开垦的土地，但大多存在投资多、难度大的问题。这就决定了中国粮食增产必须走提高单位面积产量的途径。施肥不仅能提高土壤肥力，而且也是提高作物单位面积产量的重要措施。化肥是农业生产最基础、最重要的物质投入。据联合国粮农组织（FAO）统计，化肥在对农作物增产的总份额中约占40%～60%。中国能以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口，可以说化肥起到举足轻重的作用。
（2）化肥与环境：能否和谐共处
水、土壤、大气是人类生存不可缺少的环境条件和资源。“没有水就没有生命”，“万物土中生”，大地是人类的母亲。同样，粮食对人类也是不可或缺的，合理地使用肥料，不仅能增加农产品的产量，而且还能改良与培肥土壤，固碳减排，防止水土流失的发生。随着科学技术的发展，人们对化肥的认识逐渐深入而全面，测土施肥、科学施肥等方法大力推广。但事物也有两性，化肥的施用对环境也有某些不利的影响。
化肥对大气的污染。化肥对大气的污染主要是氮肥分解成氨气与反硝化过程中生成的NO2所造成的。肥料氮在反硝化作用下，形成氮和氧化亚氮，释放到空气中去，氧化亚氮不易溶于水，可达平流层的臭氧层与臭氧作用，生成一氧化氮，破坏臭氧层。
化肥对水的污染。随着大量施用化肥，使氮、磷等营养元素进入水域，造成人为水体富营养化。大量藻类和水生植物繁殖及死亡后的分解作用，要消耗大量的氧，降低了水中的溶解氧含量，从而形成厌氧条件，造成水质恶化。化肥施用造成的另一个严重后果是污染地下水，化肥除地表流失外，还会随水流失，化肥中的硝酸盐和亚硝酸盐随土壤内水流动，或透过土层经淋洗损失进入地下水。大量使用磷肥，也会引起地下水中镉离子等的升高。使用钾肥，则使地下水化学类型变得复杂化。
化肥对土壤的污染。首先，重金属和有毒元素有所增加，直接危害人体健康，产生污染的重金属主要有Zn、Cu、Co和Cr。从化肥的原料开采到加工生产，总带进一些重金属元素或有毒物质。另外，化肥的不当使用也会引起土壤板结，耕作性能变差等后果。
那么，有没有办法可以打破化肥与环境的僵局，让化肥与环境和谐共处呢？
强化环保意识，加强监测管理。加强教育，提高群众的环保意识，使人们充分意识到化肥污染的严重性，调动广大公民参与到防治土壤化肥污染的行动中。注重管理，严格化肥中污染物质的监测检查，防止化肥带入土壤中过量的有害物质。制定有关有害物质的允许量标准，用法律法规来防止化肥污染。
增施有机肥，改善理化性质。施用有机肥，能够增加土壤有机质、土壤微生物，改善土壤结构，提高土壤的吸收容量，增加土壤胶体对重金属等有毒物质的吸附能力。可根据实际情况推广豆科绿肥，实行引草入田、草田轮作、粮草经济作物带状间作和根茬肥田等形式种植。另外，作物秸秆本身含有较丰富的养分，推行秸秆还田也是增加土壤有机质的有效措施，绿肥、油菜、大豆等作物秸秆还田前景较好，应加以推广。
普及配方施肥，促进养分平衡。根据作物需肥规律、土壤供肥性能与肥料效应，产前提出施用各种肥料的适宜用量和比例及相应的施肥方法。推广配方施肥技术可以确定施肥量、施肥种类、施肥时期，有利于土壤养分的平衡供应，减少化肥的浪费，避免对土壤环境造成污染。
应用硝化抑制剂，缓解土壤污染。硝化抑制剂又称氮肥增效剂，能够抑制土壤中铵态氮转化成亚硝态氮和硝态氮，提高化肥的肥效和减少土壤污染。据河北省农科院土肥所贾树龙研究，施用氮肥增效剂后，氮肥的损失可减少20%～30%。由于硝化细菌的活性受到抑制，铵态氮的硝化变缓，使氮素较长时间以铵的形式存在，减少了对土壤的污染。
多管齐下，改进施肥方法。深施氮肥，主要是指铵态氮肥和尿素肥料。据农业部统计，在保持作物相同产量的情况下，深施节肥的效果显著；氮铵的深施可使利用率提高31%～32%，尿素可提高5%～12.7%，硫铵可提高18.9%～22.5%。磷肥按照旱重水轻的原则集中施用，可以提高磷肥的利用率，并能减少对土壤的污染。还可施用生石灰，通过调节土壤氧化-还原电位等方法降低植物对重金属元素的吸收和积累，还可以采用翻耕、刻土深翻和换土等方法减少土壤重金属和有害元素。