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《中国生态环境危急》连载之十八：靠化肥养活人口
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蒋高明
一、来自《科学》的警告
2010年2月23日，国际著名刊物《科学》发表文章指出，由于过去30年，中国过度使用化肥，化肥正在酸化中国土壤。中国一直在为用地球上7%的耕地养活全世界1/5的人口而奋斗，如今，中国经济快速发展所带来的一些副作用也正在构成新的挑战：空气以及水质的污染，城市化对农田的蚕食，所有这些都在威胁着中国人的耕地。
《科学》文章指出，土壤的pH值对于植物生长是至关重要的。大多数农作物都会在中性——即pH值等于7——或微酸性土壤中茁壮生长。而一旦土壤的pH值下降，其所带来的疾病和害虫将阻碍植物的生长。并且强酸环境还会加速有毒金属向周围水体的滤出。因此当土壤pH值开始下降——就像如今在中国发生的情况一样，科学家便开始着急了。
中国农业大学土壤学家张福锁教授和他的同事对过量使用化肥引起的土壤酸化趋势进行了研究。他们对比上世纪80年代土壤测定结果与最近10年测量结果，同时还搜集了有关部门过去25年来中国农业地区严密监测所获得的数据。对上述数据进行认真分析，研究人员发现，从上世纪80年代早期至今，中国境内耕作土壤类型的pH值下降了0.13到0.80个单位。
而对于自然土壤，张福锁表示，这种规模的pH值下降“通常需要几十万年的时间”。
《科学》文章指出，这种大规模土壤酸化可能会威胁到农业生产的可持续发展，并会影响营养物质的生物化学循环以及土壤中的毒性成分。在中国，氮肥的使用率——特别是对于谷类作物和诸如在温室系统中生长的蔬菜类经济作物而言——与北美和欧洲相比都显得相当高。
在自然界中，酸性土壤占全球没有冰覆盖的土壤的30%，它们常常与生物多样性和生产力水平低下有关。人为引起的土壤酸化可能是由酸雨造成的，然而过度使用某种类型的氮肥则是另一个原因，后者被研究人员确认为造成中国土壤酸化的罪魁祸首。从上世纪70年代开始，为了获得更高的产量，中国农民越来越多地使用化肥。然而这种做法在提高农作物产量的同时，却也造成了水质及空气的污染，生产大量化肥还造成了严重的空气污染。如今，农业专家估计，在中国的部分地区，化肥利用率仅为30~40%，大部分都白白浪费掉了。
土壤pH值下降将会产生一些非常有害的影响，酸性土壤可造成土壤生物多样性下降，而那些破坏庄稼的线虫种群则趁机爆发。在中国南方，土壤变酸，有利于铝、铁、锰释放，从而对作物根系产生毒性。环境中增加的金属元素，尤其重金属，对地表水和地下水产生危害，最终危害人体健康。
针对《科学》报道的结果，中国科学院的土壤科学家张甘霖指出：“这是一项非常重要的工作。”他呼吁中国政府高度关注耕地土壤遭受氮肥污染后的酸化效应。中国大量使用化肥，必将导致土壤污染，即便是一个对中国知之甚少的土壤科学家，在看到这里大量的化肥使用后，也能够预测土壤酸化。张福锁教授的数据采用了“来自每个省份以及每个土壤系统的”大规模定点信息，论文反应的现实是严酷的，在中国应当采取有机肥还田的做法减少化肥使用。尽管酸性土壤能够通过添加石灰加以中和，但这对于并不富裕的中国农民来说有点过于昂贵，且进入到土壤中的重金属难以去除，一个更好的解决办法就是“停止过度使用化肥”。
二、“吃”化肥的时代
几乎与《科学》报道中国耕地因过量使用化肥造成土壤酸化的同时，中国人民大学农业与农村发展学院院长温铁军及其研究团队和国际环保组织绿色和平联合发布了他们的研究报告。2010年1月14日，课题组公布了《氮肥的真实成本》报告。该报告分析了氮肥生产、运输、使用环节所产生的和所造成的食品安全问题，还分析了氮肥行业的补贴政策所带来的社会经济成本。温铁军指出：“（氮肥的过量使用使得）农业现在已经变成立体交叉的污染，第二制造了多重负外部性，到目前为止，我们还没有看到有什么方式能够解决。”
氮肥使用量增加的初衷，是与粮食作物增产高度相关的。在人多地少的我国，为了保障国家粮食安全，政府采取了一系列措施来增加粮食产量，包括引进高产作物、提高复种指数、改善灌溉条件和使用化肥。大量使用化肥无疑减少了农民的劳动量，增加了产量，根据中科院南京土壤研究所朱兆良院士研究，1949年至1998年每年的粮食和氮肥年用量的线性相关系数达到0.977。然而，令人担忧的是，粮食取得高产的同时，氮肥的消耗量也逐年增加。1997年我国氮肥自给自足，到了2005年氮肥施用量已达到近3000万吨，约为1960年的55倍; 2007年氮肥过剩近1000万吨。中国是世界上使用化肥最多的国家，氮肥施用量是美国的3倍，法国的1.5倍，德国的1.6倍。
氮肥的过剩使用也没有提高氮肥吸收利用率。在温铁军及其团队的实地调查中，江苏省水稻的氮肥吸收利用率仅19.9%，山东省小麦氮肥利用率仅为10%左右。这样，中国每年因不合理施肥造成1000多万吨的氮素流失到农田之外，直接经济损失约300亿元。
氮肥工业是以煤、石油和天然气等不可再生资源为生产原料，生产过程需要消耗大量水和电，属于高耗能和高污染行业。2006年，氮肥行业年耗天然气、无烟煤、电分别占全国总量的18.7%，22.1%和2.28%。中国70%的氮肥生产以消耗煤炭为主，年均消耗能源约为1亿吨标准煤，而且正以每年接近1000万吨标准煤的速度增长。而这70%的氮肥生产依靠山西晋城的优质无烟煤，而利用低质煤炭生产氮肥的技术仍未达到大范围推广；剩余30%的氮肥生产依靠天然气，年消耗全国的近三分之一。
自1994年以来，温铁军及其研究团队在北京、山东、陕西等地的20个县600多个点位的抽样调查显示，在北方集约化的高肥用量地区，20%的地下水硝酸盐含量超过国家饮用水硝酸盐含量限量标准（每升硝酸盐含量89毫克），45%地下水硝酸盐含量超过主要发达国家饮用水相关限量指标。过量氮肥还引起湖泊，河流和浅海水域生态系统的富营养化，水藻疯长，鱼类等水生动物因缺氧数量减少甚至全部死亡，引发赤潮。
氮肥气态损失也造成温室气体排放。氮主要在土壤微生物的硝化和反硝化作用下，使部分氮肥变成氧化亚氮这样的温室气体，从而对大气臭氧层产生破坏。而2000年农业源排放氧化亚氮占我国此气体排放总量的90%以上。而报告还引述研究说，78%的氧化亚氮排放量来自山地，其中化肥氮的贡献率达到74%。
报告强调说，氮肥的过量使用将对长期粮食安全和食品安全造成威胁。氮肥过量使用排放的温室气体加剧了气候变化，气候变化又对长期粮食安全造成负面影响；氮肥的过量使用还会导致土质下降和土壤环境恶化，进而影响到作物的生长；过量使用同时还在一定程度上导致农药施用量的增加，而农药残留对人体健康的威胁巨大。
中国科学院土壤研究所朱兆良院士指出，我国化肥用量是40年前的55倍。笔者的估计是，我们每生产9斤粮食就需要消耗1斤化肥。如果每个人粮食定量按照30斤/月计算，那么每个人每年因为生产消耗粮食就消耗化肥40斤，因此，我们不得不“吃”化肥，我们尤其是我们的后代几乎都是“吃”化肥长大的。然而，这些化肥实际上被人吃得少，甚至被庄稼吃得也少，那么农民施加的那么多化肥哪里去了呢，首先是进入土壤、大气，然后是湖泊、河流等地表水，其次是地下水，最后进入海洋。因此，我们不但不得不“吃”化肥，还要“喝”化肥。这是第一次绿色革命带来的苦果，更是我们抛弃了传统农耕文明，追逐所谓美国现代农业造成的必然后果。
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