施用化肥真的導(dǎo)致土壤酸化和土壤板結(jié)嗎?通過大量的相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研,我們發(fā)現(xiàn)該結(jié)論沒有足夠的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。
自從有了化肥以來,我國糧食產(chǎn)量大幅提升。以水稻為例,解放前沒有化肥時水稻畝產(chǎn)不足100公斤,而今全國平均每畝水稻產(chǎn)量在500公斤以上,而華東太湖地區(qū)則能達(dá)到600公斤以上。根據(jù)試驗測算,化肥對我國糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)達(dá)40%以上,因此化肥在我國糧食安全中發(fā)揮了巨大的不可替代的作用。
然而,近三十年來,化肥大量或過量施用,在增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時,也導(dǎo)致了不可否認(rèn)的副作用,如資源浪費、水體富營養(yǎng)化等。所以,公眾對化肥產(chǎn)生了負(fù)面認(rèn)識,如化肥導(dǎo)致土壤酸化和板結(jié),并開始過度放大這種負(fù)面作用,甚至于憎恨化肥。然而,事實是這樣嗎?
施用化肥真的導(dǎo)致土壤酸化和土壤板結(jié)嗎?通過大量的相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研,我們發(fā)現(xiàn)該結(jié)論沒有足夠的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。
化肥主要是小分子或各種鹽,不會直接導(dǎo)致土壤酸化。所謂生理酸性化肥如氯化鉀,是指植物吸收大量的鉀而交換出氫離子,導(dǎo)致土壤變酸,同時植物也會分泌有機(jī)酸,所以化肥致酸的主要源頭是植物而不是化肥。換句話說,要穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn),植物就必須吸收相應(yīng)的養(yǎng)分同時產(chǎn)生相應(yīng)的酸。
中國科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站長達(dá)30年的定位施肥試驗表明,與不施肥料的處理相比,長期施用化肥令有機(jī)質(zhì)含量顯著提升,土壤容重顯著下降,而土壤酸度沒有顯著變化。也就是說,施用化肥的土壤不是變板結(jié),而是變得更疏松,且土壤生產(chǎn)力可持續(xù)。
同樣,美國密蘇里州于1888年設(shè)計的長期定位施肥試驗(SanbornField),已經(jīng)運行了130年,得到與封丘試驗站類似結(jié)果。
那為什么我國農(nóng)田土壤變酸了呢?
首先,由于鹽基離子的淋溶,土壤酸化是土壤發(fā)生演變的必然趨勢。例如,我國南方雨熱資源比北方豐富,鹽基離子的淋溶強(qiáng)度大,所以南方土壤酸化進(jìn)程更快、土壤更酸。
其次,我們再看一組數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)在年化肥施用量近6000萬噸(折純),其中約1/2~1/3來自尿素。施用的氮肥呈堿性,而施用的磷鉀肥呈中性或堿性,根據(jù)酸堿平衡原理,化肥的施用致堿,如何致酸?
再來看一下我國的干濕沉降,據(jù)不完全估算,每年我國硫氧化物沉降3000多萬噸,氮氧化物沉降約2000萬噸,這兩項加起來就達(dá)5000萬噸,干濕沉降保守估計在1億噸以上,主要進(jìn)入農(nóng)田。前者5000萬噸化肥只是中性或堿性,而后者1億噸干濕沉降是強(qiáng)致酸性物質(zhì),從化學(xué)的角度,如果土壤變酸,這5000萬噸強(qiáng)致酸的氮硫氧化物無疑發(fā)揮重要乃至決定性作用,而把土壤酸化歸罪于化肥顯然不科學(xué)。
近30年來,不施化肥的自然土壤如森林土壤的酸化比耕地更顯著,而化肥施用量顯著高于耕地的溫室大棚土壤卻出現(xiàn)鹽堿化,這些均表明化肥影響了土壤酸化,但不是土壤酸化的直接因子,更不是主導(dǎo)因子。
化肥是植物的“糧食”,沒有這些“糧食”,植物就無法生長,更不用談產(chǎn)量或品質(zhì)。所以,有植物生長的地方就有化肥,而不施化肥不等于沒用化肥。有機(jī)肥能提供一些礦物質(zhì)元素,但含量十分有限,很難滿足作物產(chǎn)量或品質(zhì)需求?;实闹饕δ苁翘峁┲参锉匦璧臓I養(yǎng)元素,而有機(jī)肥的主要功能是通過改善土壤組成與結(jié)構(gòu)以便作物能更好地吸收這些營養(yǎng)元素。因此,化肥與有機(jī)肥不是相互抵觸而是相互支撐的關(guān)系。
化肥的大量施用會導(dǎo)致利用率下降,這一方面浪費資源,另一方面會污染水體。這正如事物的兩面性,禁止施用化肥非常不科學(xué)且不符合實際生產(chǎn)需求。與其批評化肥,不如加強(qiáng)對人的約束,即如何高效施用化肥。所以國家出臺了減肥增效政策,也就是在穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的前提下,采用綜合的技術(shù)措施提高養(yǎng)分利用率,降低化肥用量,減少對環(huán)境的污染。
國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)項目“作物高產(chǎn)高效群體與關(guān)鍵生態(tài)因子的匹配及其調(diào)控”下的課題“支撐高產(chǎn)群體的關(guān)鍵土壤過程及動態(tài)調(diào)控機(jī)理”,就是通過相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與集成,使得營養(yǎng)元素的供給和作物需求相匹配,從而實現(xiàn)更高效施用。通過在太湖地區(qū)水稻生產(chǎn)中進(jìn)行的大面積示范應(yīng)用發(fā)現(xiàn),在水稻穩(wěn)產(chǎn)或增產(chǎn)的前提下,氮肥可以減施15%以上,有效支撐了減肥增效的國家需求。