酸化的大地(1)
2012年，我国粮食生产实现“九连增”，堪称奇迹；然而，伴随粮食大丰收而来的是土壤的严重酸化：由于过量施用化肥——特别是氮肥，导致高达90%的农田土壤发生不同程度的显著酸化现象。
氮肥对农作物增产起到了什么作用？所谓“土壤酸化”是怎么回事？是由于氮肥使用过量造成的吗？如何能够做到，既让粮食增长，又不造成土壤酸化呢？带着这些疑问，本刊记者对中国农业大学资源与环境学院教授刘学军博士进行了专访。
成也氮肥 败也氮肥
《百科知识》：氮对植物生长发育有哪些重要作用？
答：氮对植物生长发育的作用主要有三个方面：
一是生命结构物质如蛋白质、核酸、叶绿素等的重要成分。在植物必需的十几种营养元素中，氮的作用居首位。蛋白质是生命的基础，而氮在蛋白质中的含量占16%～18%，核酸是合成蛋白质和决定生物遗传性的基础，叶绿体(内含叶绿素)则是光合作用的场所。
二是生物催化剂的酶的主要成分。植物的生长代谢都需要酶的催化作用来帮助完成，酶是一种特殊的蛋白质。
三是多种维生素、植物激素以及生物碱等生命活性物质的组分。此外，含氮的离子，如硝酸盐，是植物的渗透调节物质。
《百科知识》：农业生产中施用氮肥的原因是什么？
答：施用氮肥的根本原因还是在于人口增加而对粮食的需求增大了。解决这一矛盾的办法只能是增加单位面积上的粮食产量，因为耕地面积归根结底是有限的，所以氮肥对粮食增产的贡献是我们必须首先肯定的，其正面作用也是任何时候不能抹杀的。
1908年，德国的哈珀教授发明了合成氨工艺，1913年，氮肥投入工业化生产……统计表明，目前，由于氮肥的广泛应用而养活了全球约48%的人口。也就是说，全球有一半的人口受益于氮肥的施用。我国的统计数字和这个数值差不多，为40%～50%。
施用氮肥可以增加土壤养分供应，提高作物产量。由于土壤缺氮，但有机肥的释放非常缓慢，往往跟不上作物生长发育关键时期的氮素需要。氮肥(如尿素)在施入土壤后可以很快转化成对作物有效的氮素形态(如铵态氮、硝态氮)，从而被作物吸收利用。这就是人们施用氮肥最主要的原因。
《百科知识》：我国每年农业生产消耗的化肥数量有多大？这一数值在全球化肥消耗量中占多大比例？其中哪种化肥施用数量最多？
答：以2010年统计，我国化肥消费量为5200万吨左右(按氮磷钾养分计算，即N+P2O5+K2O)，折合实物超过1亿吨。这两年的数量也差不多在这个水平。
从20世纪90年代以后，不管是从生产还是消费看，我国都排全球首位，占全球化肥用量的25%～30%。其中，最重要的氮肥消费量在我国为3200万吨左右，约占化肥总用量的60%。
《百科知识》：化肥施用量和作物增产比率相符吗？
答：通过比较国家粮食产量和氮肥的有关统计资料，我们发现二者并非呈线性关系。1981～2008年，中国粮食年产量从3.25亿吨增长至5.29亿吨，增长约6成。与此同时，氮肥消费量却从1118万吨增加到3292万吨，增长了近两倍。由此可见，作物产量增幅要远远小于化肥用量的增幅，即：化肥的农业增产效应随着化肥用量的增加呈下降趋势。
分阶段看，自改革开放以来，也就是20世纪的70年代末到20世纪80年代，乃至1998年前后，这20年中，粮食增产比率和化肥使用量增加比率两条线基本是吻合的。1998年之后，化肥使用量增长率比粮食增产的速率要快。尽管局部地区也有一些差别。
此外，大棚蔬菜每年投入的化肥和有机肥纯养分是粮田投入量的10倍以上，远远超过蔬菜自身需要。这也导致全国化肥肥料效率不断下降。
《百科知识》：我国化肥特别是氮肥的利用率有多高？国外的数值是多少？
答：我国科学家掌握的数字，我国大田中氮肥利用率在30%～40%，菜地、果园或者是种植经济作物的田地，氮肥利用率低一些。曾有科研人员调查发现，在某些地区的设施蔬菜种植中，每公顷施氮量高达2000千克纯氮(相当于300～400千克/亩)，氮肥利用率不到10%。
至于发达国家，这个数值是50%左右。总体上，国外没有像中国这样不合理施用的情况。在整体施肥量较少的情况下，一般在50%～60%，很少超过70%～80%。因为氮肥的施用中，肯定会有一部分损失掉，不可能全部被利用。
《百科知识》：根据课题组刊发在《科学》杂志上的论文，我国存在化肥滥用现象，并且造成了很多负面效应，比如土壤酸化。什么是土壤酸化？土壤酸化会对作物等产生什么样的影响？
答：我国确实存在化肥施用过多的情况，从而造成了土壤酸化。
简单地说，土壤酸化是指土壤pH值(表示酸碱度的一个指标)出现下降的现象。各种导致土壤溶液中氢离子(H+)浓度升高的物理、化学或生物学过程都是引起土壤酸化的原因。农田土壤酸化主要是指过量氮肥尤其铵态氮肥在被作物吸收、土壤转化、迁移过程中不平衡造成土壤中氢离子累积和盐基离子损失从而使土壤酸度增加，使得土壤的“新陈代谢”变坏，或者说，对环境变化更敏感。
作为土壤最基本的性质，酸碱度是判断土壤系统是否健康的标志之一，也是对作物生长情况影响较大的一个重要因素。不同作物适合不同的酸碱度，大多数作物在中性或微酸性土壤，即pH值在6至7的条件下长势较好。酸碱度过高或过低都会对作物的生长有影响，所带来的病虫害将阻碍作物的生长，强酸环境还会加速铝和锰等有毒重金属滤出，造成土壤生态平衡遭到破坏，土壤中微生物区系和结构也发生变化，作物根系受到抑制，整个生长环境变恶劣。最典型的就是线虫数量和危害的大幅增加，线虫会破坏作物根系，导致植株无法正常吸收养分，而且扎根不牢，容易倒伏，地上部分也无法正常生长。这是最大危害。
《百科知识》：我国土壤酸化的具体情况如何？有这方面的具体数值或研究结论吗？
氮肥对农作物增产起到了什么作用？所谓“土壤酸化”是怎么回事？是由于氮肥使用过量造成的吗？如何能够做到，既让粮食增长，又不造成土壤酸化呢？带着这些疑问，本刊记者对中国农业大学资源与环境学院教授刘学军博士进行了专访。
成也氮肥 败也氮肥
《百科知识》：氮对植物生长发育有哪些重要作用？
答：氮对植物生长发育的作用主要有三个方面：
一是生命结构物质如蛋白质、核酸、叶绿素等的重要成分。在植物必需的十几种营养元素中，氮的作用居首位。蛋白质是生命的基础，而氮在蛋白质中的含量占16%～18%，核酸是合成蛋白质和决定生物遗传性的基础，叶绿体(内含叶绿素)则是光合作用的场所。
二是生物催化剂的酶的主要成分。植物的生长代谢都需要酶的催化作用来帮助完成，酶是一种特殊的蛋白质。
三是多种维生素、植物激素以及生物碱等生命活性物质的组分。此外，含氮的离子，如硝酸盐，是植物的渗透调节物质。
《百科知识》：农业生产中施用氮肥的原因是什么？
答：施用氮肥的根本原因还是在于人口增加而对粮食的需求增大了。解决这一矛盾的办法只能是增加单位面积上的粮食产量，因为耕地面积归根结底是有限的，所以氮肥对粮食增产的贡献是我们必须首先肯定的，其正面作用也是任何时候不能抹杀的。
1908年，德国的哈珀教授发明了合成氨工艺，1913年，氮肥投入工业化生产……统计表明，目前，由于氮肥的广泛应用而养活了全球约48%的人口。也就是说，全球有一半的人口受益于氮肥的施用。我国的统计数字和这个数值差不多，为40%～50%。
施用氮肥可以增加土壤养分供应，提高作物产量。由于土壤缺氮，但有机肥的释放非常缓慢，往往跟不上作物生长发育关键时期的氮素需要。氮肥(如尿素)在施入土壤后可以很快转化成对作物有效的氮素形态(如铵态氮、硝态氮)，从而被作物吸收利用。这就是人们施用氮肥最主要的原因。
《百科知识》：我国每年农业生产消耗的化肥数量有多大？这一数值在全球化肥消耗量中占多大比例？其中哪种化肥施用数量最多？
答：以2010年统计，我国化肥消费量为5200万吨左右(按氮磷钾养分计算，即N+P2O5+K2O)，折合实物超过1亿吨。这两年的数量也差不多在这个水平。
从20世纪90年代以后，不管是从生产还是消费看，我国都排全球首位，占全球化肥用量的25%～30%。其中，最重要的氮肥消费量在我国为3200万吨左右，约占化肥总用量的60%。
《百科知识》：化肥施用量和作物增产比率相符吗？
答：通过比较国家粮食产量和氮肥的有关统计资料，我们发现二者并非呈线性关系。1981～2008年，中国粮食年产量从3.25亿吨增长至5.29亿吨，增长约6成。与此同时，氮肥消费量却从1118万吨增加到3292万吨，增长了近两倍。由此可见，作物产量增幅要远远小于化肥用量的增幅，即：化肥的农业增产效应随着化肥用量的增加呈下降趋势。
分阶段看，自改革开放以来，也就是20世纪的70年代末到20世纪80年代，乃至1998年前后，这20年中，粮食增产比率和化肥使用量增加比率两条线基本是吻合的。1998年之后，化肥使用量增长率比粮食增产的速率要快。尽管局部地区也有一些差别。
此外，大棚蔬菜每年投入的化肥和有机肥纯养分是粮田投入量的10倍以上，远远超过蔬菜自身需要。这也导致全国化肥肥料效率不断下降。
《百科知识》：我国化肥特别是氮肥的利用率有多高？国外的数值是多少？
答：我国科学家掌握的数字，我国大田中氮肥利用率在30%～40%，菜地、果园或者是种植经济作物的田地，氮肥利用率低一些。曾有科研人员调查发现，在某些地区的设施蔬菜种植中，每公顷施氮量高达2000千克纯氮(相当于300～400千克/亩)，氮肥利用率不到10%。
至于发达国家，这个数值是50%左右。总体上，国外没有像中国这样不合理施用的情况。在整体施肥量较少的情况下，一般在50%～60%，很少超过70%～80%。因为氮肥的施用中，肯定会有一部分损失掉，不可能全部被利用。
《百科知识》：根据课题组刊发在《科学》杂志上的论文，我国存在化肥滥用现象，并且造成了很多负面效应，比如土壤酸化。什么是土壤酸化？土壤酸化会对作物等产生什么样的影响？
答：我国确实存在化肥施用过多的情况，从而造成了土壤酸化。
简单地说，土壤酸化是指土壤pH值(表示酸碱度的一个指标)出现下降的现象。各种导致土壤溶液中氢离子(H+)浓度升高的物理、化学或生物学过程都是引起土壤酸化的原因。农田土壤酸化主要是指过量氮肥尤其铵态氮肥在被作物吸收、土壤转化、迁移过程中不平衡造成土壤中氢离子累积和盐基离子损失从而使土壤酸度增加，使得土壤的“新陈代谢”变坏，或者说，对环境变化更敏感。
作为土壤最基本的性质，酸碱度是判断土壤系统是否健康的标志之一，也是对作物生长情况影响较大的一个重要因素。不同作物适合不同的酸碱度，大多数作物在中性或微酸性土壤，即pH值在6至7的条件下长势较好。酸碱度过高或过低都会对作物的生长有影响，所带来的病虫害将阻碍作物的生长，强酸环境还会加速铝和锰等有毒重金属滤出，造成土壤生态平衡遭到破坏，土壤中微生物区系和结构也发生变化，作物根系受到抑制，整个生长环境变恶劣。最典型的就是线虫数量和危害的大幅增加，线虫会破坏作物根系，导致植株无法正常吸收养分，而且扎根不牢，容易倒伏，地上部分也无法正常生长。这是最大危害。
《百科知识》：我国土壤酸化的具体情况如何？有这方面的具体数值或研究结论吗？