農業化學發展的變革與探究范文
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本文作者：李清波孫慶余劉陸媛單位：沈陽農業大學土地與環境學院遼寧省朝陽農業專科學校農學系
回顧我國農業化學發展的百年歷史,它經歷了傳統農業到現代農業的發展過程,從傳統農業的發展來看,人們一直在探索增加植物生長量的動力因素,我國古代人民較一早地就認識到綠肥可以肥田,并且開始使用綠肥,在施肥方面總結出,應因時、因物、因土制宜。國外農業化學的發展起步較晚,它的發展經歷了兩個學派斗爭。腐殖質學說認為,土壤肥力決定于腐殖質的含量,因此腐殖質是土壤中植物養分的惟一來源,礦物質不過起間接作用,以加速腐殖質的轉化和溶解,使之變成易被植物吸收的營養物質;礦質營養學一說否定了當時流行的腐殖質營養學說,提出了礦質營養理論,腐殖質是有了植物以后才出現于地球上而不是在植物出現以前,因此植物的原始養分只能是礦物質,礦質營養學說是德國化學家李比希提出的,并同時提出養分歸還學說和最小養分律,使農業化學發展進人了嶄新的歷史階段。礦質營養學說的巨大成就在于它引出了一場巨大的化肥工業革命,相繼誕生了磷肥工業、鉀肥工業、合成氨工業。
李比希理論的提出促進了西歐各國農業化學的發展,而我國當時正處于鴉片戰爭時期,農業化學的發展處于停滯階段,建國前我國化肥廠只有南京永利一家,建國后永利化肥廠相繼在吉林和大連新建了化肥廠,這時在氮肥品種上只能生產硫錢和硝錢,20世紀60年代初我國又發展了許多縣級小化肥廠,生產氨水和碳酸氫餒。20世紀70年代引進了13套尿素合成設備,開始尿素的生產。我國目前化肥年生產能力大約可以達到犯oo萬噸,基本滿足了國內市場的需要。總的來看我國化肥工業起步較晚,但發展較快,并在國民經濟發展過程中起到了舉足輕重的作用。現代農業越來越離不開化學肥料,美國著名育種學家Borlaljg博士在向國際土壤學會提交的一份關于世界糧食生產的報告中指出,20世紀世界糧食產量增加的一半以上是來自化學肥料,而且在21世紀這個作用還將繼續增加。
二、農業化學所面臨的困惑
我國農業化學經歷了一個多世紀的發展,化肥工業在解決人口增長與糧食緊缺的問題方面發揮了重要的作用,但由于它的使用所帶來的一系列環境問題卻是無法回避的現實問題。現在看來,在一定程度上這是一種以犧牲環境為代價的農業生產模式。目前我國氮肥利用率平均只有35%,其余65%的氮素肥料進人了大氣和水域,而殘留于土壤中只占很少一部分,進人大氣中的氮主要是由反硝化脫氮形成的氮氧化物,它是溫室氣體的主要成分;進人水體中的氮可以使江河湖泊發生富營養化危及水生生物,同時也會進入地下水和飲用水對人類的健康直接構成威脅;殘留在土壤中的氮與碳結合成降解程度不同的有機態化合物。磷肥中的氟離子和鉀肥中的氧離子以及經作物選擇吸收后各種化肥剩余的陰陽離子,對土壤的自然平衡體系造成了破壞。施肥與土壤養分平衡體系的破壞。20世紀5O年代肥料試驗研究表明土壤氮素供應不足,氮肥具有顯著的肥效,磷肥只在南方有增產效果;20世紀60年代北方顯示出磷肥的增產效果;20世紀70年代江南農田大部分顯出缺鉀,北方只有特殊地區缺鉀,然而,目前北方地區大部分農田發生缺鉀現象。近些年的施肥實踐發現,越施肥土壤養分越不平衡,從全國范圍看,20世紀50年代氮肥增產,20世紀6O年代磷肥增產,20世紀70年代鉀肥增產,20世紀80年代氮磷鉀增產,20世紀90年代氮磷鉀加微量元素增產,目前,發現部分地區土壤鈣鎂硫嚴重缺乏。尤其近年來由于品種的改良,高產品種的應用面積不斷擴大,土壤養分不平衡問題日趨嚴重,這些問題一直在困擾著農業化學的發展。如何解決施肥與環境協調發展問題以及土壤養分平衡問題,這是擺在農業化學工作者面前的重要課題。
三、精確農業技術將引發新的農業化學革命
1998年主席在接見我國兩院院士代表時的講話中指出:“當今世界,以信息技術為主要標志的科技進步日新月異,高科技成果向現實生產力的轉化越來越快,初見端倪的知識經濟預示人類的經濟社會‘}毛活將發生新的巨大變化”。從世界科技發展趨勢看,如果說,19世紀李比希提出的“三學說”推動了農業化學的產生和發展,并促進了人類社會的進步;那么,以地理信息系統(GIS)、全球定位系統(Cl名)和遙感技術(略)為核心技術的精準農業將使農業化學的發展發生重大的變革,必將解決農業化學發展所面臨的困難,必將引發一場新的農業化學革命。精確農業〔Pl.e南ionAghcuhure)含義是按照田間每一操作單元的具體條件,精細準確地調整各項土壤和作物管理措施,最大限度地優化使用各項農業投人,以獲取最高產量和最大經濟效益,同時保護農業生態環境,保護土地等農業自然資源。
精確農業技術在農業化學中的應用必將解決目前農業化學發展中所面臨的困惑,提高肥料利用率、促進生態環境的良性發展。全球衛星定位系統(G玲)是利用地球上空的24顆通訊衛星和地面L的接收系統而形成的全球范圍的定位系統,主要用于航海、航空、制圖、定時、遠洋捕撈、森林防火等民用日的。采用便攜式差分G玲接受器(DG邢一diffe,ni誠glob公即sitiol五ng,)’steln)可以使分辨力達到l:。左右,也就是說它可以標定地球某一點位置的經緯度誤差在1耐范圍為內,這為研究較小單元土壤性質的空間變異性提供了可能。遙感技術(HS)就是通過傳感器收集被測目標所發射電磁能量加以紀錄,并形成影像以供有關專業信息的識別、分類和分析的一種技術。應用遙感技術可以評價土壤的生產力,并可獲得生態系統中的營養循環,為及時診斷較小單元的作物生長狀況成為可能。地理信息系統(GIS)是處理空間信息的軟件系統,可用于組織、分析和圖示同一區域內各種類型的空間信息資料。利用地理信息系統平臺,可以處理由全球定位系統(以S)和遙感技術所獲得有關土壤和作物的數據信息,;}:將這些信息進行加工而進行決策施肥。德國、法國等西歐國家,自20世紀80年代初,開始使用精確農業技術,盡管化肥用量逐年下降,但糧食作物總產和單產分別增加了57%和80%,基本解決了施肥與環境的矛盾問題,并提了高土地利用率。它已成為主要發達國家而向21世紀,為合理利用農業資源、提高農作物產量、降低生產成本、改善生態環境最富有吸引力的前沿性研究領域之一。“精確農業”技術的應用,已遠遠超出其技術系統應用發展的本身,它提供的技術思想和改造客觀世界的認識思維方式,使人們對科學利用農業資源潛力和作物生產管理觀念與模式方而發生著深刻變革,其影響將是更為深遠。
應當特別強調指出,在開拓新的農業化學前沿應用領域研究中,我國與一些發達國家的距離正在拉近。建國以來,我國共進行了兩次土壤普查,基本搞清我國各地區土壤養分狀況,同時各地區相繼進行了一些肥料效應試驗,并建立了一些肥料效應函數模型,以遼寧省為例,第二次土壤普查中對237個土種進行了4萬項次理化分析和養分測定,而后又進行了肥料田間試驗。到目前為止,大約已建成2。以〕多個肥料效應方程模型和與其對應的土壤養分測定數據。其他省市也都有適合本地的肥料效應方程模型和大量土壤養分測定數據,這為建立土壤養分數據庫和施肥模型庫打下了良好基礎。另外,2001年即將進行的第三次土壤普查將進一步豐富現有數據庫的內容,這些都將為我國農業化學向數字化、信息化、網絡化發展創造了良好條件。值得一提的是,我國在這方面已經取得了一定的成績,中國農業科學院上壤肥料研究所于1999年初首次研制出了基于地理信息系統平臺的中國土壤肥料信息系統(SOFISC)。由北京市農林科學院主持的小麥生產管理決策支持系統已經研制成功,江蘇省農業科學院主持研究的農用土地適宜型評價系統已經應用到生產實踐。精確農業技術在農業化學及相關領域中的的應用正在以前所未有的速度發展,相信在21世紀必將引發農業可持續發展的科技革命,值得我們高度重視。
四、21世紀農業化學發展展望
1998年1月31日美國副總統戈爾在“數字地球—認識21世紀我們這顆星球”的報告中提出的一個通俗易懂的概念,它描繪出了信息時代人類在地球上生存、工作、學習和生活的時代特征。目前美國已開始對我們生存的星球進行數字化處理,相信不遠的將來我們都會進人數字地球時代。國內一些專家認為,在現代信息技術的發展過程中,技術為3分、管理為7分、而數據為12分;國外學者認為,3%硬件、5%軟件而數據為92%。
農業化學的數字化,就是將在田間取得的作物生長發育的數據,應用計算機程序進行簡單分類處理儲存在數據庫中的過程。農業化學的發展一開始就與數字結下了不解之緣。產量、施肥量、植物體內各種元素含量、土壤有機質含量、土壤各種養分含量等等,這些概念必須通過數字才能加以描述和表征。農業化學在經歷的100多年的發展過程中,已經積累了大量的“地球”數據,這是我們的祖先為我們留下的寶貴財富。計算機技術的發展使這些數據實現數字化成為現實,目前許多省市已經建立起當地氣象資料數據庫、土壤普查數據庫、作物品種數據庫,并促進了當地經濟發展。當務之急是要加快對已有的數據的處理,及時發現影響土壤養分管理的數字化技術問題,抓住第三次土壤普查的機會對尚缺項目進行及時補充觀測,為而后的農業化學的數字化、信息化、網絡化發展奠定基礎。
農業化學的信息化,就是利用農作物管理平臺對農作物生長數據庫中的數據進行加工處理,對作物生長發育的有關信息進行反饋,通過精準施肥調節農作物生長,達到施肥與環境協調發展及優質高產的{〕的。對農作物生長發育規律的研究經歷了一個半世紀,已經逐步認識了各種作物的需肥規律,利用1侶技術和一些現代的測試手段可以及時采集到作物生長的相關信息,并把這些相關信息集成在(;ls系統中,對施肥進行科學決策。農業化學的信息化要比數字化過程更為繁重,這是一個軟體工程的建設,它需要一批專業化的隊伍,進行多學科交叉研究,將農業化學、應用數學、計算機技術、精確農業技術進行有機的結合,從而實現農業化學的信息化。
農業化學的網絡化,就是通過INrrERNET網對田間農作物的生長進行網絡化管理,及時診斷作物營養狀況和土壤養分供應狀況,通過互聯網及時有關施肥信息給農戶。隨著電子商務的發展,農業化學的網絡化已成為現實,農戶可以及時將有關作物生長的信息傳給農業化學網絡服務中心,農業化學網絡服務中心對數據信息進行處理并及時作出決策發送給農戶,這將是農業化學走向網絡化的Bt。c的發展模式。