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化学与社会课程报告——化学与农业姓名侯靖威学号20111000967专业应用化学指导老师王群英摘要化学在现代的生活和生产中发挥的作用越来越大，本文就是仅截取化学在农业生产中的作用，系统的说明化学在整个农业中从植物培育、施肥、施药中起的重要作用，以及化学在现代农业中的最新应用。同时向读者警示使用化学不当所造成的危害。AbstractChemistryismoreandmoreimportantinourdailylifenow.Theessayismainlyillustratingtheimportanceofchemistryinagriculture,systematicallyexplainingchemistryplayakeyroleinplantbreeding,fertilization,application.What’smore,wewilltalkabouttheapplicationofthechemistryinmodernagriculture,.Inaddition,IwillalertthereadertheharmcasuedbyImproperlyusethechemistry.关键词化学农业化肥农药污染1化学与农业化学是自然科学中的一门基础学科,而化学技术,就是利用化学的理论与试验研究手段,实现在社会各个方面进行处理的一类技术。化学技术研究的内容主要包括:物质在自然界中的存在、人工合成和应用等。化学技术可以帮助我们更好地利用自然资源,提炼物质并合成新物质,进一步加工还可以制得医药、炸药、农药、化肥、染料等多种化工产品。随着科学的飞速发展,学科间的相互渗透,自然科学与社会科学的相互交叉,化学技术在农业中的应用越来越普遍和重要。农业是个系统工程,必须从微观到宏观进行多层次、多方面、多学科的研究.化学与农业关系十分密切,,它能在许多方面与土壤学、生物学等知识结合,掌握农业发展规律,找出低耗高效的生产途径和措施.这里仅以氮素为例,说明土壤、肥料、植物三者间的相互关系,从而认识化学在夺取农业丰收,提高产品质量上的重要作用.2化学与肥料土壤中的常量营养元素氮、磷、钾通常不能满足作物生长的需求，千百年来，不论是欧洲还是亚洲，都把粪肥当作主要肥料。进入18世纪以后，世界人口迅速增长，同时在欧洲爆发的工业革命，使大量人口涌入城市，加剧了粮食供应紧张，并成为社会动荡的一个起因。化学家们从18世纪中叶开始对作物的营养学进行科学研究。19世纪初流行的两大植物营养学说是“腐殖质”说和“生活力”说。前者认为植物所需的碳元素不是来自空气中的二氧化碳，而是来自腐殖质；后者认为植物可借自身特有的生活力制造植物灰分的成分。1840年，德国著名化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质营养学说和归还学说，认为只有矿物质才是绿色植物唯一的养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用。李比希还指出，作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还土壤，否则土壤将日益贫瘠。从而否定了“腐殖质”和“生活力”学说，引起了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。1828年，德国化学家维勒（F.Wöhler，1800-1882）在世界上首次用人工方法合成了尿素。按当时化学界流行的“活力论”观点，尿素等有机物中含有某种生命力，是不可能人工合成的。维勒的研究打破了无机物与有机物之间的绝对界限。但当时人们尚未认识到尿素的肥料用途。直到50多年后，合成尿素才作为化肥投放市场。1838年，英国乡绅劳斯（L.B.Ross）用硫酸处理磷矿石制成磷肥，成为世界上第一种化学肥料。化肥一般多是无机化合物，仅尿素[CO(NH2）2]是有机化合物。凡只含一种可标明含量的营养元素的化肥称为单元肥料，如氮肥、磷肥、钾肥等。凡含有氮、磷、钾三种营养元素中的两种或两种以上且可标明其含量的化肥称为复合肥料或混合肥料。品位是化肥质量的主要指标。它是指化肥产品中有效营养元素或其氧化物的含量百分率。近20年来,世界粮食增长一倍,主要是通过提高单产而获得的。其中施肥用化肥的效果占30%～40%。近年,化肥的新品种主要有复合肥料、高浓度肥料、液体肥料、长效肥料及增效剂等。复合肥料一般指含有氮、磷、钾三种或其中两种要素而由化学方法加工制成的化学肥料。复合肥料不仅可以增进吸收效果,而且可以减少施肥次数。不少国家使用复合肥料的比重不断增加。高浓度肥料取代低浓度肥料。由于肥料的浓度大,有效成分高,体积相对减小,节省了包装及运输和施肥的费用和劳力。最近在某些国家生产一些超高浓度的肥料含有效成分达94%以上。液体肥料和长效肥料产量逐年增加。液体肥料施用方便,作物易吸收,并可根据需要,调节氮、磷、钾比例,以及加入微量元素和农药等。特别是喷灌、滴灌时,可同时施肥,节省劳力。长效肥料又称缓效肥料,这类肥料既具有普通化学肥料的速效性,同时又具有缓慢释放(或缓慢溶解)养分的特点,可以在较长的时间内不断地给作物提供养分,从而使其逐步地被利用。研制的长效肥料有颗料尿素、缓效包膜尿素、尿素磷胺复合肥料、尿素缩合的缓效肥料、尿素与乙醛缩合的缓效肥料、长效碳铵、腐植酸类肥料等等。氮肥增效剂。土壤里的硝化和反硝化作用使氮肥损失达20%～80%。为抑制硝化作用,防止氮肥的损失,可施用氮肥增效剂。氮肥增效剂能发挥肥效和延长肥效期。有的国家试验表明,在施氮量相同的田间,加施氮肥增效剂可使小麦增产40%,水稻增产10%,棉花19%,甜菜10%。当增效剂用量为氮肥含量的1%时,可使各种氮肥有效利用率提高一倍,并减少施肥次数。此外,还有施用二氧化碳肥料的,二氧化碳直接关系到植物的光合作用和有机物的合成,是光合作用产物不可缺少的来源。近年来,有的国家覆盖园艺中的黄瓜、西红柿、卷心菜等使用二氧化碳的面积已占70%,增产效果为30%左右。正在研究向作物撒施可缓慢释放二氧化碳的微粒胶囊,或在灌溉的水流中加入二氧化碳等气肥输用方法。3化学与农药3.1我国化学农药生产和使用现状1761年时期，人们首次应用硫酸铜处理种子防治小麦腥黑穗病。1800年PM．A．Millardet发明了波尔多液(硫酸铜+石灰)。1807年B．Prevost发现硫酸铜有杀真菌活性。1895年开始用于霜霉病、化学农药广泛的运用在农业生产之中。它有调控农业生产的虫害，调节动植物生长等作用。并于1761年首次运用于农业生产。枯萎病和叶斑病防治。我国化学农药的生产和使用经历了从20世纪50年代以有机氯、有机磷为代表的第一代农药→20世纪60年代以除虫菊脂、氨基甲酸酯类为代表的第二代农药→20世纪80年代后以超高效现代农药为代表的第三代农药的半个多世纪的发展历程。尤其是改革开放以来，全国农药产业迅速发展，包括原料和中间体配套、原药合成、制剂加工三大部分的较完整的工业体系已初步建成。从1990年开始，我国农药总产量已跃居世界第2位，仅次于美国，并一直保持至今。2004年，全国农药原药总产量达87万t，原药生产企业发展到634家，其中化学原药549家，生物农药85家，完成工业总产值（现价）473.2亿元。截至2002年，我国生产的农药品种已达771种，产品16000种，农药产业开始从过去以杀虫剂为主的单一结构逐渐向杀虫剂、杀菌剂和除草剂比例较协调、合理的方向发展。目前，我国农药除基本满足国内农业生产需求外，还有相当的份额用于出口创汇。2004年全国出口农药共39.1万（t实物量），进口2.8万t，贸易顺差10.4亿美元。农药产业的迅猛发展，为保障我国食物数量安全提供了强有力的技术支撑。随着农药产业的快速壮大和发展，化学农药的应用面积不断扩大，使用量持续攀升。据统计，我国农作物主要病虫害有1500多种，特别严重的有几十种，常年发生面积2.3亿～2.67亿hm2，迄今为止，化学防治仍然是我国有害生物治理中最主要的手段和措施。目前，我国农药使用量已位居全球榜首，2004年，全国农药施用量达138.6万t，较1991年增加近1倍（见表1）；单位播种面积使用量近15kg/hm2，是发达国家和世界平均水平的2倍；全国每年防治病虫草害面积约3.8亿hm2·次，其中95%以上使用的是化学农药，生物农药所占比例仅为2%～3%。从全国化学农药使用量的地区分布来看，东部＞中部＞西部，发达地区高于欠发达地区，坝区高于山区，农业集约化、规模化、专业化生产区域，尤其是蔬菜、瓜果等生产基地显著高于分散的农户小规模土地经营区域。据统计，2004年，我国东、中、西部地区的农药使用量分别为65.1万t、57.9万t和15.6万t；“九五”期间，上海市郊单位播种面积农药使用量高达42.3kg/hm2，是全国平均水平13kg/hm2（1998年）的3.25倍，位居全国第一。化学农药长期、大量、超常的不合理使用，严重污染和破坏农业生态环境，同时，致使农产品中有害物质含量超标问题凸显，进一步引发生态安全危机和农产品质量安全危机，严重威胁大众的身心健康，并阻碍农产品的对外贸易和农民增收，使我国农业可持续发展面临更加严峻的挑战。3.2化学农药的地位和作用3.2.1有效保障食物数量安全目前，全球农作物每年因病虫草鼠的危害损失产量约占总产量的1/3，如不采取以化学防治为主的植保措施，产量损失将成倍增加。据FAO估计，世界粮食生产因病虫草害常年损失高达35%，棉花损失高达33.8%。如不使用农药，世界粮食产量将大幅下降，稻谷将减产47.1%，小麦减产24.4%，玉米减产35.7%，人均占有粮食将减少1/3，全球粮食安全更显危机。美国农业部资料显示，美国一旦停止使用农药，农作物产量将降低30%，相应农产品价格提高50%～70%；而日本的秧苗稻如不使用农药，产量将减少40%；播种水稻减产90%。另据我国湖北省植保总站2005年的大型对比试验表明，如不使用农药，水稻产量损失高达80%以上，棉花产量损失达50%以上。据估算，近年我国使用农药平均每年挽回粮食损失约5845万t，棉花101万t，蔬菜4500万t，挽回直接经济损失约800亿元，农药的投入产出比可达1：（6～10）。由此可见，化学农药在提高农产品单位面积产量，保障食物数量安全方面起着至关重要的作用。因此，在现有植保水平下，预计至2050年前，使用化学农药仍然是有害生物治理和提高作物单产水平的最主要措施和手段。3.2.2有效提高农产品的外观品质由于化学农药能迅速、有效地预防和控制有害生物对农作物的侵染和危害，如果正确、合理地使用，它将在保障农产品产量的同时，还能够有效避免或减轻病虫草鼠的危害症状，大幅度提高作物各项经济性状指标，进而改善其外观品质，提高农产品产值。3.2.3在产后环节的作用在农产品收获后的储存、运输、保鲜、销售和加工等各产后环节，化学农药仍能发挥防虫、防腐、防霉变和消毒杀菌等重要作用，进一步降低农产品的损耗。3.2.4保护人类健康化学农药还能有效防除害虫和疾病传播，预防和控制人类传染性疾病的发生和流行，从另一个侧面维护公共卫生、保护人畜安全。4植物化学我国近代植物化学研究始于本世纪20年代末,由赵承嘏开创,先后参加的老一代化学家有黄鸣龙、朱任宏、高怡生、曾广方、朱自清等。他们对麻黄、延胡索、防己、贝母、常山等中药进行了大量研究。由于当时的条件限制,化学上深入研究不够,在活性研究上除麻黄碱等外由于同样原因也不够深入。但他们为建国后的植物化学发展作出了承前启后的卓越贡献,这将永远值得我们铭记。建国初朱自清等用化学降解研究了贝母碱。60年代梁晓天用近代技术如核磁共振谱研究了秦艽碱的结构,是一个良好的开端。应该指出的是在60年代黄鸣龙、梁晓天等编写、翻译和介绍了大量的波谱书籍,这为我国用近代波谱技术研究植物化学成分结构起了推动作用。在植物成分的分离技术上60年代蔡宪元应用自制层析硅胶开展了国际上才开始的玻璃板层析(现名薄层层析)研究樟科精油,是后来广泛应用薄层层析的良好开端。林启寿、周维善等在我国早期应用柱层析上也作出了大量有益的工作。1966年方起程改进了离子交换树脂技术提取分离生物碱,现仍广泛应用。这些早期