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1、肥料对土壤环境的污染,肥料:作物生产最大的物质投入作物优质高产的物质基础农田可持续利用的基本保证,土壤:人类生存的根本作物生产的基础不可再生的资源,(一)肥料的概念肥料是植物的“粮食”。我国古代称肥料为粪,施肥则称为粪田。肥料一词意指肥田之物料也。确切地讲,肥料是直接或间接供给植物所必需养分,改善土壤性状,以提高植物产量和品质的物质。(二)肥料的来源根据肥料的性质和来源不同,可以将肥料分为有机肥料和化学肥料。通常把含有较多有机质,来源于动植物有机体及畜禽粪便等废弃物的肥料称为有机肥料,大部分为农家就地取材,自行积制的,它是我国有机肥料的主体,也称为农家肥料。化学肥料简称化肥,多是以矿物、空气、
2、水为原料,经过化学和机械加工制成的肥料。,常用的化肥,氨气(NH3H2O)碳酸氢铵(NH4HCO3)、硫酸钾(K2SO4)、磷矿粉主要成分磷酸钙Ca3(PO4)2、硫酸铵(NH4)2SO4、尿素CO(NH2)2、硝酸钾(KNO3)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4),分类,钾肥氮肥磷肥复合肥料,K2SO4,Ca3(PO4)2,氨气、NH4HCO3、(NH4)2SO4、CO(NH2)2,KNO3、NH4H2PO4,植物生长需要N、P、K等元素,观察:叶片发黄,生长缓慢,甚至早熟早衰。,原因:缺氮,结论:促进茎叶生长,使枝叶长得茂盛。,植物生长需要N、P、K等元素,观察:叶、茎呈现紫红色斑点,生长缓慢
3、。,原因:缺磷,结论:促进幼苗的发育和花的开放。多施磷肥能使果实、种子提早 成熟。,植物生长需要N、P、K等元素,观察:叶片边缘象火烧一样,生长不旺盛,最后干枯。,原因:缺钾,结论:使茎杆健壮,促进植物生长所需的有机物的形成和运输。,肥料,化学肥料:农家肥料:,通过化学加工生产的肥料牲畜的排泄物制成的肥料,化肥 优点:肥分含量高,见效快 缺点:肥分单一,使用不恰当会破坏土壤结构,甚至因流失而污染讲河湖泊,农家肥 优点:不污染环境,成本低 缺点:肥分含量低,见效慢,因此,要化肥与农家肥配合使用,促进农作物增产。,2004:“扩大沃土工程实施规模,不断提高耕地质量。”2005:“切实提高耕地质量,
4、努力培肥地力,推广测土配方施肥。”2006:“科学施用化肥,引导增施有机肥,全面提升地力。”2007:“提高土地产出率、资源利用率和农业劳动生产率。”2008:“加强耕地保护和土壤改良。加大力度改造中低产田。”2009:“扩大测土配方施肥实施范围。鼓励农民增施有机肥。”2010:“重视耕地质量建设,加大投入力度.。”,2004-2010年中央一号文件中关于土壤肥料工作的指示摘录:,人多、地少、耕地质量差的基本国情,决定了建国以来我们形成了我国特有的高投入、高产出、农田高强度利用的发展模式。,我国的基本国情,耕地整体质量偏低,环境恶劣或肥力低下、难于农林牧利用的土壤,总面积的1/4耕地土壤有机质
5、含量低于1%的面积达26%耕地中具有各种障碍因素的面积较大:盐碱化占4.24%、土壤侵蚀占38.7%、耕层浅薄占26.2%、渍涝占6.66%、干旱缺水占36.3%水土流失面积367万平方公里,中度以上侵蚀面积占到50%以上(2002年)荒漠化面积267.4万平方公里,发展速度有递增趋势酸雨面积已占国土总面积的40%以上,比80年代增加了一倍多,2023/2/21,我国与欧洲同类土壤有机质含量比较,国际上化肥发展和使用历史:,1842年,过磷酸钙在英国问世1861年,德国建成第一座钾肥厂1913年,德国合成氨成功四十年代末,氮肥用量渐高于钾肥19601961,氮肥用量首次超过磷肥我国五十年代才开
6、始使用氮肥,其后,开始磷肥和钾肥等使用,我国化肥生产起始于20世纪50年代,经过半个多世纪的发展,年化肥施用量及施肥水平得以迅速提高。施用量越来越多,在养分投入中所占比例也由新中国成立初期的l升至2000年的69.7,施用量已超过有机肥。2002年我国化肥消费量达4.339107 t(纯养分),占世界总消费量的13,成为世界上最大的肥料消费国。,我国肥料利用现状-化学肥料,化肥使用结构发生了变化,新中国成立初期以单一氮肥为主,20世纪60年代开始使用磷肥,20世纪70年代末期才开始使用钾肥,自20世纪80年代以来,磷、钾肥比例逐年上升,N:P2O5已达1:0.4以上,基本趋于合理。随着科学施肥
7、的大力推广,氮肥投入量所占比例有所下降,而磷、钾肥所占比例逐步上升。在施肥方法上也由多为撒施、表施改为底施、深施、与有机肥料配施等。化肥使用品种也越来越多样化,且有由低浓度向高浓度发展的趋势,我国肥料利用现状-化学肥料,我国肥料利用现状-化学肥料,农业部门调查,1980年以前,由于肥料尤其是化肥投入不足,我国农田养分都处于严重缺乏状况。当时,全国缺磷土壤(速效P含量5-10mg/kg)占耕地面积的74%,严重缺磷土壤(速效P含量5mg/kg)占耕地面积的40%;华南、西南、长江中下游的缺钾土壤(速效K含量70mg/kg)分别占耕地面积的73%、54.3%和43.2%(中国化肥区划,1986)。
8、,1我国肥料利用现状-化学肥料,2006年全国化肥产量5305万吨(折纯);化肥产量约占世界产量1/3,世界第一;2006年全国化肥消费5671万吨,自给率94%。2006年我国进口342.8万吨,出口化肥234.8万吨。化肥行业消费约占世界1/3,世界第一。2010年上半年,我国化肥产量3397.2万吨,同比增长6.4%。其中氮肥、磷肥、钾肥产量分别为2441.8万吨、783.7万吨、171.9万吨,分别同比增长2.3%、19.6%、14.7%。,多年复种指数平均160左右单位耕地面积化肥用量为世界平均水平的3.7倍(2005年)合理的轮作体系难以实行,大豆、棉花等多年连续种植引发土传病害,
9、形成连作障碍高经济价值作物和保护地栽培更为严重经营规模小而分散影响科学技术的推广应用,2023/2/21,形成了我国特有的化肥高量投入、农田高强度利用的高度集约化生产体系,由于化肥可以突破有机物质循环模式,不受气候条件、耕地面积限制而不断地向农田投入农作物必需的养分,再加之我国人口众多,人均耕地很少的国情,可以预见,今后我国的化肥施用量还将会不断增加。,化肥用量与粮食作物总产和单产的关系,2000年以前,化肥用量与粮食总产和单产同步增长,在面积持续下降下保证了粮食产量的稳定增长,2000年后,肥料用量继续增加,由于面积下降和施肥不合理等因素,粮食产量一度下滑。2004年后,由于政策保障和科技进
10、步,实现连续六年增产,我国与世界化肥消费量变化趋势,我国是世界第一化肥消费大国,我国以占世界的9%的耕地,用去了世界32%(2005)的化肥,单位面积用量是世界平均水平的3.7倍,我国肥料利用现状 有机肥,有机肥料在我国有着几千年的使用历史。新中国成立初期,党和国家就号召农村广辟肥源增积农家肥,使我国有机肥的施用数量逐年增多,以后随着化肥用量的不断增加,有机肥所占比例虽有所下降,但至今仍保持着30以上的比例。,八五”期间全国有机肥投入总量为141.5 t,年均投入量为28.3 t,年均增长3.5,比“七五”期间增长21。秸秆还田面积“八五”期间全国总计达1.4亿hm2,比“七五”期间增57,年
11、均还田面积2800万hm2。1993年以来,有机肥总量年递增5以上。发展绿肥种植、挖掘河塘泥资源、季节性积肥,建立“地力补偿制度”、开展“耕地增肥示范项目”等,均对广开有机肥源给予足够的重视。,有机和无机肥料资源的不合理应用影响环境质量和农田可持续利用,土壤酸化,土壤结构变差,土壤盐渍化,生物多样性下降,养分失衡,不合理施肥,水体富营养化,2我国肥料使用中存在的问题,(1)盲目过量施肥,肥料利用率普遍低下我国化肥施用量在1990年为2195万t,到1995年增至为2886万t,平均每公顷施用化肥302 kg,已高出世界平均水平。在我国许多地方都存在着盲目过量施肥现象,使化肥利用率普遍低下。我国
12、尿素氮利用率为2040,碳铵利用率仅为1530,普钙中磷的利用率为1530,钾肥和磷肥相当。发达国家氮肥的利用率为5060,磷、钾肥利用率可达35。据此推算,每年所施用2000多万t氮肥中,损失的数量约达900多万t,不仅其肥效没有得到充分发挥,造成严重的经济损失,提高了农产品的成本,而且还引起了农产品品质下降和环境污染。,我国肥料利用效率低,施肥效益下降,氮肥当季回收率30%-35,低于发达国家20个百分点每公斤养分所增产的粮食不及世界的1/2,美国的1/3,2005年玉米施肥量和产量比较,256,138,施氮量,化肥损失严重,资源浪费,每年我国农田氮素损失高达1300万吨,折合人民币约50
13、0亿元若将氮肥利用率由30提高到40,可减施1/4氮肥,(2)施肥结构不合理,养分施用不平衡,20世纪70年代中期以来土壤磷素开始积累,有所盈余;而土壤中钾素则因每年施用大量N、P化肥,产量不断提高,加上钾素投入少、产出多,相当一部分地区基本不施钾肥,土壤钾素呈下降趋势,目前N:K20为1:0.16,显然偏低。我国土壤中各种微量元素缺乏,而目前施用微肥的面积很少,仅为1700万hm2(1993)。由于最小养分限制其他养分吸收,造成化肥使用中的浪费和肥效的降低。,设施农业投肥水平明显偏高,远远高于适宜用量,尤其是氮肥严重超量,不仅影响了蔬菜的品质,而且对耕地、地下水等资源造成严重的破坏。施肥中忽
14、视后效是造成养分不平衡,肥料浪费的另一个方面。一般来说,氮肥后效会影响以后45茬作物,而磷肥的后效影响更长。研究发现:一季作物之后,土壤中残留的氮占施氮量的1530,而考虑轮作的特点,推荐施磷量要比单作施磷量少40。我国肥料品种结构不合理,还表现在优质肥料和新型肥料品种少,低浓度产品所占比例较大,高浓度的磷肥品种少,高效复合(混合)肥、控释缓效肥、腐殖酸类肥、生物菌肥品种少、数量小,(2)施肥结构不合理,养分施用不平衡,(3)地区间施肥不平衡,受技术、经济、交通等因素的影响,我国各地的施肥存在着较大的差异。东部沿海和中原地区肥料投入水平较高;西部地区肥料投入水平偏低,不能满足农业生产的需要。从
15、全国化肥平均用量来看,华东、华南、华北、华中四大区施肥水平高于全国平均水平,而西北、西南和东北三大区低于全国平均水平。一方面造成肥料富足地区肥料的流失,另一方面使大片中、低产田不能发挥生产潜力,这也是导致我国肥料利用总效益低下的重要原因。在无明显障碍因子情况下,向中低肥力土壤施用同等数量化肥,其肥效要高出高产土壤上氮磷肥的肥效50100,1 kg化肥可多增产45 kg粮食。,(4)有机物料收集利用率低下,我国有机肥在总养分投人中所占比例越来越小,而导致土壤有机质质量分数下降,土性变坏。据粗略统计,作物秸秆、人畜排泄物等有机肥源目前只收集利用了1413。,万头猪场氮、磷排污量预测,食入排出量 氮
16、(N)磷(P)总食入量(吨/年)164(153-248)40(27-44)总排出量(吨/年)107*(100-161)31*(20-33)其中:从粪中排出(吨/年)31(29-47)29(18-31)从尿中排出(吨/年)76(71-114)2(1-3)*相当于吨尿素,每亩施氮需万亩。*相当于吨过磷酸钙。*在喂给中等营养水平条件下。,有机废弃物每年48.8亿吨,含氮磷钾养分5316万吨(其中N 2176万吨,P2O5 870万吨,K2O 2270万吨)若将有机肥资源还田比率由34提高到60,相当于增施1380万吨养分,2006年中央一号文件:“科学施用化肥,引导增施有机肥,全面提升地力”,有机肥
17、料资源未能充分利用,肥料对土壤环境的影响,1肥料中的有毒有害物质对土壤环境产生的污染肥料对土壤环境最直接的影响是增加土壤中速效养分的含量,提高供肥力。原料、矿石本身的杂质以及生产工艺流程的污染,化肥中常常含有许多有害物质,如重金属元素、放射性元素、氟元素、有毒有机化合物和有机肥料中的有毒有害物质等,这些物质施人土壤后积累到一定程度就会对土壤环境产生污染。,(1)重金属污染,施肥引起的重金属污染主要来自磷肥以及利用磷酸制成的一些复合肥料。制造磷肥的主要原料为磷灰石,除了富含P2O5外,还含有铬、镉、砷等多种有毒的重金属元素,用其生产磷肥后施用,将会污染土壤。这是化肥污染土壤的一个突出问题。有些化
18、肥如硝酸铵、磷酸铵或复合肥中As含量甚至可达5060 mgkg。,世界各国磷肥中Cd含量有较大的差异,美国为7415.6mg/kg,加拿大为219.3mg/kg,澳大利亚为1891mg/kg,瑞典为2.030mg/kg。中国磷矿含Cd量为0.15.71mg/kg,大部分为0.22.5mg/kg,对55个主要磷矿的分析结果表明,其平均含Cd量为0.98mg/kg,与其他国家相比,我国磷矿中的Cd含量属中低水平。尽管从目前来看,我国的磷肥中镉含量还不至于引起严重的镉污染问题,但潜在的危险不容忽视。,国家或地区,美国西部,美国东部,摩洛哥,原苏联,中国四川,中国云南,中国贵州,中国宜昌,澳大利亚,美
19、国西部,美国东部,中国四川,澳大利亚,德国,测试样品,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,磷矿,TSP,TSP,SP,SP,SP,CD,含量,60340,315,1517,0.40.6,0.50.6,0.94.0,0.8,0.7,4109,50250,1020,0.40.6,3848,0.2117,资料来源,Auer,1977,USEPA,1974,Machelett,1984,Machelett,1984,四川农大,,1985,Fertilizer weed,1991,Fertilizer weed,1991,Fertilizer weed,1991,Williarms,1974
20、,Mortved,&Giordano,1977,Mortved,&Giordano,1977,四川农大,,1985,Williams&David,1973,Machelett,ect,.,1984,部分国家或地区磷矿,(,肥,),中镉含量,(mg/kg),(2)放射性污染,化肥中放射性物质主要存在于磷肥和钾肥中。磷矿石中常含有铀(U)、钍(Th)和镭(Ra)等天然放射性元素,磷肥是土壤中这些天然放射性重金属的污染源。我国成品磷肥中U含量一般为2.410-322410-2mgg,Th的含量为1.1X10-31.110-2mgg。我国浙江、福建一带的磷肥中放射性核素强度较高。但总的来说,我国磷肥中
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