酸化的大地
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2012年，我國糧食生產實現“九連增”，堪稱奇跡；然而，伴隨糧食大豐收而來的是土壤的嚴重酸化：由於過量施用化肥——特別是氮肥，導致高達90%的農田土壤發生不同程度的顯著酸化現象。
氮肥對農作物增產起到了什麼作用？所謂“土壤酸化”是怎麼回事？是由於氮肥使用過量造成的嗎？如何能夠做到，既讓糧食增長，又不造成土壤酸化呢？帶著這些疑問，本刊記者對中國農業大學資源與環境學院教授劉學軍博士進行了專訪。
成也氮肥 敗也氮肥
《百科知識》：氮對植物生長發育有哪些重要作用？
答：氮對植物生長發育的作用主要有三個方麵：
一是生命結構物質如蛋白質、核酸、葉綠素等的重要成分。在植物必需的十幾種營養元素中，氮的作用居首位。蛋白質是生命的基礎，而氮在蛋白質中的含量占16%～18%，核酸是合成蛋白質和決定生物遺傳性的基礎，葉綠體（內含葉綠素）則是光合作用的場所。
二是生物催化劑的酶的主要成分。植物的生長代謝都需要酶的催化作用來幫助完成，酶是一種特殊的蛋白質。
三是多種維生素、植物激素以及生物堿等生命活性物質的組分。此外，含氮的離子，如硝酸鹽，是植物的滲透調節物質。
《百科知識》：農業生產中施用氮肥的原因是什麼？
答：施用氮肥的根本原因還是在於人口增加而對糧食的需求增大了。解決這一矛盾的辦法隻能是增加單位麵積上的糧食產量，因為耕地麵積歸根結底是有限的，所以氮肥對糧食增產的貢獻是我們必須首先肯定的，其正麵作用也是任何時候不能抹殺的。
1908年，德國的哈珀教授發明了合成氨工藝，1913年，氮肥投入工業化生產……統計表明，目前，由於氮肥的廣泛應用而養活了全球約48%的人口。也就是說，全球有一半的人口受益於氮肥的施用。我國的統計數字和這個數值差不多，為40%～50%。
施用氮肥可以增加土壤養分供應，提高作物產量。由於土壤缺氮，但有機肥的釋放非常緩慢，往往跟不上作物生長發育關鍵時期的氮素需要。氮肥（如尿素）在施入土壤後可以很快轉化成對作物有效的氮素形態（如銨態氮、硝態氮），從而被作物吸收利用。這就是人們施用氮肥最主要的原因。
《百科知識》：我國每年農業生產消耗的化肥數量有多大？這一數值在全球化肥消耗量中占多大比例？其中哪種化肥施用數量最多？
答：以2010年統計，我國化肥消費量為5200萬噸左右（按氮磷鉀養分計算，即N+P2O5+K2O），折合實物超過1億噸。這兩年的數量也差不多在這個水平。
從20世紀90年代以後，不管是從生產還是消費看，我國都排全球首位，占全球化肥用量的25%～30%。其中，最重要的氮肥消費量在我國為3200萬噸左右，約占化肥總用量的60%。
《百科知識》：化肥施用量和作物增產比率相符嗎？
答：通過比較國家糧食產量和氮肥的有關統計資料，我們發現二者並非呈線性關係。1981～2008年，中國糧食年產量從3.25億噸增長至5.29億噸，增長約6成。與此同時，氮肥消費量卻從1118萬噸增加到3292萬噸，增長了近兩倍。由此可見，作物產量增幅要遠遠小於化肥用量的增幅，即：化肥的農業增產效應隨著化肥用量的增加呈下降趨勢。
分階段看，自改革開放以來，也就是20世紀的70年代末到20世紀80年代，乃至1998年前後，這20年中，糧食增產比率和化肥使用量增加比率兩條線基本是吻合的。1998年之後，化肥使用量增長率比糧食增產的速率要快。盡管局部地區也有一些差別。
此外，大棚蔬菜每年投入的化肥和有機肥純養分是糧田投入量的10倍以上，遠遠超過蔬菜自身需要。這也導致全國化肥肥料效率不斷下降。
《百科知識》：我國化肥特別是氮肥的利用率有多高？國外的數值是多少？
答：我國科學家掌握的數字，我國大田中氮肥利用率在30%～40%，菜地、果園或者是種植經濟作物的田地，氮肥利用率低一些。曾有科研人員調查發現，在某些地區的設施蔬菜種植中，每公頃施氮量高達2000千克純氮（相當於300～400千克/畝），氮肥利用率不到10%。
至於發達國家，這個數值是50%左右。總體上，國外沒有像中國這樣不合理施用的情況。在整體施肥量較少的情況下，一般在50%～60%，很少超過70%～80%。因為氮肥的施用中，肯定會有一部分損失掉，不可能全部被利用。
《百科知識》：根據課題組刊發在《科學》雜誌上的論文，我國存在化肥濫用現象，並且造成了很多負麵效應，比如土壤酸化。什麼是土壤酸化？土壤酸化會對作物等產生什麼樣的影響？
答：我國確實存在化肥施用過多的情況，從而造成了土壤酸化。
簡單地說，土壤酸化是指土壤pH值（表示酸堿度的一個指標）出現下降的現象。各種導致土壤溶液中氫離子（H+）濃度升高的物理、化學或生物學過程都是引起土壤酸化的原因。農田土壤酸化主要是指過量氮肥尤其銨態氮肥在被作物吸收、土壤轉化、遷移過程中不平衡造成土壤中氫離子累積和鹽基離子損失從而使土壤酸度增加，使得土壤的“新陳代謝”變壞，或者說，對環境變化更敏感。
作為土壤最基本的性質，酸堿度是判斷土壤係統是否健康的標誌之一，也是對作物生長情況影響較大的一個重要因素。不同作物適合不同的酸堿度，大多數作物在中性或微酸性土壤，即pH值在6至7的條件下長勢較好。酸堿度過高或過低都會對作物的生長有影響，所帶來的病蟲害將阻礙作物的生長，強酸環境還會加速鋁和錳等有毒重金屬濾出，造成土壤生態平衡遭到破壞，土壤中微生物區係和結構也發生變化，作物根係受到抑製，整個生長環境變惡劣。最典型的就是線蟲數量和危害的大幅增加，線蟲會破壞作物根係，導致植株無法正常吸收養分，而且紮根不牢，容易倒伏，地上部分也無法正常生長。這是最大危害。
《百科知識》：我國土壤酸化的具體情況如何？有這方麵的具體數值或研究結論嗎？