氮肥滥用为氮污染的“罪魁祸首”

中国多数省份氮肥施用量超国际公认的上限

　　原子理论告诉我们,地球上所有的元素自诞生之日起便基本上不再变化,而是以不同的分子形式不断地循环往复,并逐渐达到某种动态平衡。人类的科技发展破坏了这种平衡,导致一部分地球生物短时间内无法适应,所谓“环境污染”就是这么来的。

　　今年4月中旬,欧盟的一个由200多名专家组成的研究小组发表了关于氮污染的研究报告,这份历时5年才完成的报告得出结论说,人类行为导致的氮平衡失调仅在欧洲就造成了每年高达700亿～3200亿欧元的经济损失,这相当于欧洲每年农业收益的两倍多。中国的情况同样不容乐观,而解决问题的方法则似乎与当前的国家农业政策产生了某些冲突。

　　氮循环与氮污染

　　英国大科学家牛顿晚年潜心研究炼金术,这件事一直被当做牛顿的一个历史污点。其实在牛顿的时代,人们还没有意识到世间万物都是由原子组成的,除非发生核聚变或者核裂变,否则无法相互转换。比如,占地球大气78%的氮气就没办法被炼金炉转化成氧气或者氢气。

　　事实上,氮气的化学结构极为稳定,科学家称其为惰性气体。正因为如此,地球上绝大部分氮元素都是以氮气的形式存在于空气中,只有在打雷的时候,雷电产生的强大能量才能将氮气分解,并和氧元素结合形成二氧化氮,溶在雨水中降至地面。

　　1907年,德国化学家弗雷兹·哈伯发明了一种廉价的氨气制备法,在高温高压和适当催化剂的条件下让氮气和氢气相结合,转变为氨气,从此开启了化学固氮的序幕。这一方法以消耗大量化石能源为代价,将惰性氮转变为活性氮,用于化肥和炸药的制造。这两个领域对活性氮的需求是如此旺盛,以至于在哈伯发明工业制氨法100年后,人类从大气中固定的氮就超过了自然界固氮的总量。

　　尽管工业氮肥养活了人类,但因此导致的氮污染却也成为一个严重问题。中国环保部去年发布的《第一次全国面源污染普查公报》指出,农业源排放的总氮占水系氮污染总量的57%,长江、黄河和珠江每年输出的溶解态无机氮达到97.5万吨,其中90%来自农业,而氮肥占了农业源的50%。自然水系中的过量活性氮使得水藻等简单生命大量繁殖,造成水体缺氧,直接导致鱼类大量死亡。近年来,中国的江河湖泊每年夏天都会曝出几起绿藻事件,这已经成了中国环境污染报道的热点。

　　中国的氮肥

　　虽然中国农民是全世界最早知道粪肥用处的人,但是,中国人一直没能明白粪肥为什么那么重要,这个秘密直到1840年才被一位名叫尤斯图斯·李必希(Justus　Liebig)的德国化学家弄清楚了。他在这一年出版了《有机化学在农业和生理学中的应用》一书,第一次把植物的“菜谱”写了出来,这就是连小学生都耳熟能详的“氮磷钾理论”。李必希的研究目的在于解决当时欧洲经常爆发的饥荒问题,他提出化学品完全可以代替农家肥,成为植物生长所需要的养分。因为欧洲的土地缺磷,李必希尝试用过磷酸钙当做磷肥,收到了明显的效果。这是人类使用的第一种化肥,李必希也因此被称为“化肥之父”。

　　氮肥很重要,尤其是中国的土壤普遍缺氮。不过,氮肥对粮食增产的作用毕竟是有限度的。中科院院士朱兆良在2006年发表的一篇论文指出,随着氮肥使用量增加,水稻产量渐增,但增势减缓,至最高产量后,继续增加氮肥施用量,则产量反而下降,而肥料成本却增加,农民的净收入减少。根据中华氮肥网提供的数据,中国氮肥生产在1997年开始盈余,而近10年氮肥产量更是以年均增长6.7%的速度发展,最终导致产能过剩。以氮肥中所占比例最大的尿素为例,2008年底,全国尿素年产能已达5900万吨,当年尿素年需求量为5000万吨左右,产能过剩900万吨左右。

　　多出来的氮肥都去了哪里呢?“国内粮食作物的碳铵平均利用率只有28%,用不掉的氮元素有三条出路,要么变成硝态氮渗入地下水,要么变成氨态氮进入空气,也有一小部分硝态氮经过反硝化作用变成氮气,重新释放到大气中。”专家刘立新解释,“‘土肥所’老一代科学家研究结果显示,施到土壤中的氮肥最多只有3个月左右的有效期,这就是为什么种地需要不断追加氮肥的原因。”

　　施肥是一项技术含量很高的农活,不正确的施肥方式导致中国粮食作物的氮肥吸收率非常低,大量氮肥被浪费掉了。抽样调查显示,山东省小麦的氮肥利用率仅为10%左右,江苏省水稻的氮肥利用率也仅为20%左右。中国稻田单位面积氮肥用量是日本的两倍,但两者的水稻亩产量却大致相当。农科院土壤与肥料研究所的调查显示,全国已有17个省的氮肥平均施用量超过国际公认的上限——225公斤/公顷。在经济效益较高的蔬菜、果树和花卉生产中,氮肥的用量更高,为普通大田作物的数倍甚至数十倍。氮肥的滥用,自然成为氮污染的“罪魁祸首”。

　　氮污染是悬在人类头上的一把利剑,随时都有可能掉下来。就在去年,瑞典斯德哥尔摩环境学院院长约翰·洛克斯托姆(Johan　Rockstrom)在咨询了全世界环境科学领域的28位最具影响力的专家学者之后,对地球的9个生命支持系统进行了评估,提出了“界线”这个概念。而氮元素就是这9个生命支持系统之一。洛克斯托姆博士的研究显示,地球每年所能承受的从空气中固定的氮不应超过3500万吨,否则就会出问题。而目前的水平是1.21亿吨,远超临界值。