书城童书科普知识百科全书——《农业园艺知识篇》(下)
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第27章 化肥增产

化肥的生产工艺解决了,农民也认识到施用化肥的增产效果。但怎样才能大规模地生产化肥呢?

土壤中含有一定数量的养分,但它满足不了农作物高产的需要。就拿氮素来说,土壤含氮量仅占千分之一,有机肥中含氮充其量不足1%,而农作物需氮量则要大得很多。科学家发现有一种可以作为氮肥来源的矿物质叫智利硝石,它的化学成分为硝酸钠,含氮量达到15%。但只有南美洲的智利才有储存和生产,而且储藏量很有限,很难供应全世界农田施肥之用。

社会在前进,科学在发展。

自然界的偶然现象常给人以启迪。科学家发现,在茫茫无际的空气中,80%的气体是氮气,在地球表面1平方米之上的空气中,就含有750万立方米氮。但出现的问题是,空气中的氮是氮气,在常温下它是一种惰性气体,活性极差。但在雷雨季节的雷鸣电闪、雨滴中经常夹杂着少量的氮素进入土壤。进一步观察发现,雷电产生的电火花温度很高,强迫“懒惰”

的氮气全部活跃起来,在氧气中燃烧变成二氧化氮。二氧化氮溶解在雨滴里,变成了硝酸,随雨滴进入土壤,硝酸再与土壤中的钠盐作用,生成了硝酸钠。这就是所说的硝石。科学家估算,雷鸣电闪,一个电火花通常长达几十公里,每年雷雨给大地带来的氮素多达4亿吨。

向大自然索取氮素,是科学家的研究课题。

随着电力工业的发展,1901年,科学家发明了“人造闪电”,即通过电弧迫使空气中的氮与氧化合成二氧化氮,进而获取氮肥——硝石。但是,用电弧法生产氮肥耗电多、成本高、效率低,不大可能进行工厂化生产。科学家进而研究,在高温高压环境下可以使氮气与氢气结合在一起,氮分子终于被拆散,生成一种新的氮氢化合物——合成氨。

1913年,德国建立世界上第一个合成氨装置,为发展氮肥工业奠定了基础。合成氨来源于氮和氢的化合。氮来自于空气,氢来自于水。水和空气又是自然界极为丰富的资源。在化肥工厂里,把矿石、煤、水、空气、石油等作为基本原料,先制成氨,再使氨与其他化学物质化合,生产出各类氮肥。化学肥料便于运输和机械作业,有效成分含量特别高,发挥肥效也特别快。例如100公斤尿素中就含有46%的氮素,施人土壤后5~7天即可溶解并为植物的根系吸收。

德国科学家后来发现了钾盐矿,并成功地从盐水中提取出氯化钾;19世纪初,德国建成了世界上第一座钾肥工厂。

现代化肥工业诞生了。它是从空气中的氮气制造氮肥,从磷灰石制成磷肥,从海(湖)水中提取钾肥。现今全世界已发展起丰富多样、品种齐全的“化肥世家”。举例来说:氮肥有尿素、硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵、氨水等,磷肥有过磷酸钙、钙镁磷肥、磷酸铵等,钾肥有硫酸钾、氯化钾、碳酸钾等。此外,还有名目繁多的微量元素肥料,如硼酸(硼肥)、硫酸锰(锰肥)、硫酸铜(铜肥)、氯化锌(锌肥)、钼酸铵(钼肥)等等。为了控制肥料养分释放速度,科学家又相继研制了长效肥料、复合肥料和缓效性肥料等。

在传统农业阶段,农业生产依靠自身的有机营养如秸杆、枯枝、残茬等返回土壤以维持再生产,即所说的封闭式物质能量循环系统;化学肥料的投入,大大增加了外部物质能量的投入,即所说的开放式物质能量循环系统,极大地提高了耕地的产出率。

20世纪初期,全世界每年大约生产化学肥料(主要是氮肥)不到500万吨,施肥面积很小;到20世纪之末,世界生产化肥(纯)已达1.4亿吨。其中氮肥9100万吨,磷肥3500万吨,钾肥2500万吨。每公顷耕地平均施用化肥约900千克;在农业发达国家,每公顷耕地施用化肥达1500千克以上。中国是世界上化肥生产大国之一,1998年施用化肥总量4000多万吨,居世界第三位。科学家估算,每施用1吨化肥(有效成分),相当于增加3~4公顷耕地农作物的产量。现在全世界约有1/2的粮食和其他农产晶,都是通过施用化学肥料转换而来的。