趣味化学(农业类)

趣味化学(农业类)为农用化学品正名近年来，随着人们生活水平的提高，一些在农业生产中不使用化学合成的肥料、农药的绿色食品愈加受到人们的青睐。尤其是在自然农业思潮的影响下，有些人不但没有看到农用化学品在粮食安全保障方面的重要作用，甚至把环境污染、土壤退化、生态失调归罪于化肥、农药的使用，使得农用化学品的名声欠佳。众所周知，现代科学技术的辉煌之处就是让全世界首次实现了农产品的增长超过了人口的增长。这无疑要归功于现代科学技术（高产品种、化肥、农药、灌溉）+精耕细作，也就是以现代育种技术与农业化学技术为主要内容的绿色革命。70年代以来，绿色革命在发达国家、尤其是在发展中国家开花结果。可以说发达国家是在实现农业现代化的基础上，从绿色革命所提供的新品种获益的。由于对高肥土壤和水分反应良好的矮秆、半矮秆小麦和水稻品种的使用和推广，全世界粮食产量增加了2倍多，有18个粮食长期匾乏的国家改善了粮食的供应状况或基本上实现了粮食自给。我国也从这场绿色革命中受益，依靠倍统的精耕细作和现代科技产品相结合，让占世界不到7%耕地养活了占世界22%的人口。美国是当今世界农业发达国家之一。本世纪以来，美国人以先进的现代工业扶植农业、依靠科技增加投入，率先实现了农业现代化；再加上美国有一片得天独厚的肥沃大平原，使得美国在近十几年来，农作物产量成倍增长。因此，他们已把关注的焦点转移到环境治理和生态平衡上。而实际上世界上还有几亿人在忍饥挨饿，他们所需要的是如何提高粮食的产量，增加收入。近些年来，随着自然农业思潮（有机农业、生态农业、持续农业）的兴起，片面地夸大农用化学品所造成的环境污染的声音也随之高涨。这些指责主要集中在四个方面：一是食品污染。指责农用化学品是人类和地球的灾星，造成农产品残毒超标，影响人畜健康，招致癌症。倡导无公害农业，宣传绿色食品就是要抵制农用公演品；二是水土流失。增施化肥是水土流失、土壤沙化之源。垦荒植稼使植被破坏，森林减少、水土侵蚀；三是物种减少。高产农业使种质过分集中在少数几个农作物高产品种，造成种质狭窄。而森林面积锐减使野生动物无栖身之地。化肥、农药的残毒又使大批害虫天敌和有益生物逐年灭绝；四是环境恶化。化肥、农药造成土壤板结和水质污染。特别是施用氮肥，在农田和饮水中残留过量的亚硝酸盐沉积，对人畜造成严重危害。那么，究竟如何看待现代农业中化肥、农药的使用所带来的危害，中国农业科学院作物研究员佟屏亚，针对当前农用化学品使用的利弊提出了自己的观点。一、关于化肥污染水质问题。据国外的媒体报道，典型的与施用化肥有关的损害身体健康的疾病叫皱躯综合症，如果饮用井水的亚硝酸盐含量达到一定程度即可诱发此症。但调查表明，更多的发病因素是化粪池的渗漏，而不是化肥的残留。二、农药不是传播疾病之源。主张有机农业的人认为，农药杀虫剂残留超标，导致食品污染。事实上，残毒标准是根据动物的慢性毒物试验中最大无作用计量来计算的，此剂量再加上100倍乃至1000倍的安全系数最后得到的才是人体每日允许摄入量。所谓的农药残毒超标是在不正确地使用农药或滥用情况下才可能发生，并不是使用化肥、农药不可避免的结果。联合国粮农组织报告说，世界上1/4的谷物和油料种子被感染毒菌或者其它毒素（包括致癌物质），主要是通过昆虫和啮齿动物传播的。使用农药是消灭它们的最主要途径。人所共知，多吃营养丰富的蔬菜和水果可以增强人体健康，预防疾病。但是在今天科学技术水平之下，如果禁用农药防除害虫，全世界果蔬至少要减少50%；而且果蔬上寄生的菌类带给人类的致病率将增加2-3倍。三、高产农业给生物多样性带来危害，特别是野生动物濒临灭绝。事实上，农用化学品不大可能危及野生动植物，最根本原因是它们的栖息之地逐年丧失。农民在耕耘土地时，总希望成千上万的微生物乃至益虫在土壤里安全生存，有助于提供高出2-3倍的农作物产量。据有关专家测算，如果实行有机农业而在全世界禁用化肥、农药的话，就必须开垦出比现有耕地大出1倍的面积，到2050年为养活全世界100亿人口还需再扩大1-2倍的耕地面积。90年代以来，全世界每年施用化肥14亿吨和农药230多万吨，粗略估计，到2050年化肥需要量虽有所变化，但从某种意义上说，未来的高产农业实质上仍可以称之为化肥农业或化学农业。早在90年代，美国曾有100多位科学家联名公布了一份令人信服的调查报告，得出的结论的是：现在世界上绝大部分农产品是农化产品换来的，化肥是农业生产系统最主要的必不可少的物质投入。增施化肥可以免去开垦新荒、减少污染以及确保农业的可持续发展。农药为消灭农畜病虫草害立下了汗马功劳。人类每年从与病虫害做斗争中夺回占总产量1/3的农产品。防治病虫草害的同时也抑制了它们传播给人类的各种细菌和真菌病害。如果不是各类化学农药的广泛应用，全世纪的农作物将大幅度减产。著名的“绿色革命之父”勃劳格曾经告诫人们说：“就现有科学水平而言，农业化学产品的明智使用，尤其是化肥的使用，对满足世界53亿人口的生活是至关重要的。人们必须清醒地认识到，当今农民如果立即停止使用化肥和农药，世界必将面临悲惨的末日。这并非由于化学产品的毒害所致，而是由于饥寒所造成。硅肥应成为我国农业发展中的新肥种硅在化学周期表中系第四族主族（碳素）元素，化学性质比较活泼，在高温时能与多种元素化合。自然界中硅的分布极广地壳中约占27.6%，主要形式是二氧化硅的硅酸盐，硅化物也存在于植物中。在农业生产中，特别是大量使用氮、磷、钾肥料后，要使农作物健康生长，仅依靠自然循环供给硅素养份是不够的，必须重视硅肥的研究、开发和应用。1、硅肥发展概况早在1926年，美国加州大学农业研究人员提出水稻是喜硅作物，并研制了含硅肥料进行试验，效果明显，继而又在甘蔗等作物上试验，肯定了硅素的肥效。1935年日本开始硅素养份的研究，1954年开始生产和应用，1955年日本政府在肥料法中正式规定硅肥作为一种新型肥料，1957年成立日本硅肥协会。日本现有硅肥厂30多家，最大规模10万t/a，年总产量70～80万t，主要利用冶炼渣（主要是炼铁高炉炉渣）生产硅肥。1972年日本东交电力公司开发增钙粉煤灰硅肥，开辟了硅肥生产的新途径。东南亚地区的韩国、朝鲜、菲律宾、印度、斯里兰卡、泰国等先后引进日本硅肥技术，并迅速推广。据报道，硅肥在水稻上的增产效果已超过磷肥和钾肥，并积极推广氮磷钾硅的配方施肥。我国70年代中期开始研究硅肥，80年代后期才实现工业化生产。1977-1978年，水电部西安热工研究所与武昌电厂合作，在旋风锅炉上试制增钙粉硅肥，后在吉化公司动力厂正式投产。1986年广西磷酸盐化工厂利用黄磷炉渣生产硅肥；1988年江西高安化肥厂利用碳化煤球造气炉渣生产硅肥，贵州磷酸盐厂建成年产1万t硅肥装置。沈阳化工学院开发了立式旋风炉生产多元素硅肥技术，并相继在沈阳发电厂（1987年）、吉化公司动力厂（1988年）、山西晋宾新化工公司（年产3万t）和锦西化工总厂热电厂（年产2万t）建成生产装置。80年代末，河南省科学院信阳硅肥厂利用炼铁渣为原料生产硅肥成功，随后在该省原阳、南阳、平顶山、三门峡等地建成硅肥生产厂。最近，中日合资建成天津华田硅肥有限公司，近期规模年产1.2万t，远期规划年产2.4万t硅肥。河南省1995年成立河南省科学院硅肥工程技术研究中心，1996年成立河南省硅肥工程技术研究中心。1988年云南省昆明化工技术开发研究所与昆阳磷肥厂磷化工研究设计所共问完成了利用黄磷炉渣生产硅肥的小试，并于1988年建成昆磷多元素肥料厂，年产硅肥0.7～1万t，并制订了企业产品标准。云南省化工厅制订了“硅钙肥产品管理办法（暂行）”，成立了“云南省硅肥团体会筹备处”。至1998年，云南省已有硅肥生产厂近20家，年生产能力达到20万t。2000年6月，泰国正大集团下属的中国硅钾肥集团有限公司与山东张店钢铁总厂合资建立硅钾肥科技有限公司，生产含硅系列肥料产品，前期规模年生产能力为3万t，发展规模年生产能力为8万t。从事硅肥开发研究的单位还有江苏南京农业大学、江西大学、华中农业大学等。由于硅肥技术的辐射河北、山东、辽宁、湖北、浙江、广西、海南等地的一批硅肥厂正在建设，将陆续投产。据不完全统计，国内投产和在建的硅肥厂已在30家以上，年产硅肥能力在50万t左右。河南省科学院地理研究所根据河南省不同土壤类型和作物品种，进行了全面和系统的硅素养份基础理论和硅肥生产、应用的研究，并在原料配方、添加剂、生产设备、工艺流程及技术标准等方面进行了工程化工作，还组织方量对长江、黄河、淮河三大水系的地表水含硅量及河南省不同类型土壤的含硅木底进行了调查，为硅肥发展提供了科学依据。河南省人民政府十分重视这项工作，先后于1995年批准成立河南省科学院硅肥工程技术中心、1996年批准成立河南省硅肥工程技术研究中心。1995年国家科技成果推广办公室在郑州石开了全国硅肥生产及应用技术研讨会，标志着我国硅肥的研究开发和生产应用进入了一个新的阶段。2、硅肥的性质和质量硅肥是一种微碱性的枸溶性肥料，产品为粉末状，根据原料的不同，分别呈白色、灰竭色或黑色。硅肥无味、无毒、无腐蚀，具不吸潮、不结块、不变等特点。硅肥呈矿物形态，其主要为无定形的玻璃全，没有明确的分子式和分子量，主要代表为CaSiO3、CaSiO4、Mg2SiO4、Ca3Mg(SiO2)2。由于硅肥一般都以拘溶性硅酸钙为主的工业废渣制成，各国都根据各自资源的特点出发，制行本国的硅肥质量标准。日本规定商品硅肥的有效成份：SiO220%（0.5mol/LHCl提取），CaO+Mgo35%，但平炉炼铁渣中SiO2=16%也作硅肥施用；粒度要求全部通过2.15mm（10目）筛，60%以上能过500pm（30目）筛。朝鲜规定硅肥SiO215%，粒度要求，一级品85%以上通过150pm（100目）筛，二级品85%以上通过250pm（65目）筛。韩国规定硅肥有效硅含量～10%（以SiO2计）。我国还没有颁布国家硅肥专业技术标准。目前各生产厂根据生产原料的不同，制订了经地方政府批准的企业标准。我国5种硅肥的主要成份和有效硅含量见表1。表1我国硅肥的主要成份和有效硅含量（%）硅肥种类生产单位SiO2CaOAl2O3Fe2O3MgOP2O3K2O有效SiO2*28.5炼铁炉渣硅肥江宁钢铁厂36.4142.699.720.680.852.5828.5电炉钢渣硅肥南昌钢厂23.3363.033.435.410.4012.3增钙粉煤灰硅肥武昌电厂38.2429.6524.193.931.8326.5黄磷电炉渣硅肥南化公司38.2146.304.790.536.171.9118.5碳人煤球造气炉渣硅肥高安化肥厂20.7337.8713.232.033.050.150.3813.2硅肥中含有多种微量元素，如黄磷电炉渣硅肥中含有Mn540×10-6、Cu380×10-6、Zn438×10-6和Co10×10-6。我国除生产固体硅肥外，浙江省农业厅土肥站与萧山市特种水泥厂硅肥分厂开发了液态硅肥，可用作农作物的叶面追肥，并已通过推广验收。3、硅肥施用和效果日本在水稻上施用硅肥已有30年的历史，每年施用量达100万t以上。朝鲜每年硅肥的用量达75万t。中国台湾进行了20万亩水稻施用硅肥的示范和推广，其增产率达到12%，亩增产40kg。东南亚地区生产水稻的国家已将硅作为氮磷钾后的第四位营养元素。美国、澳大利亚已在甘蔗种植上普遍施用硅肥。近几年来，我国在河南、山东、浙江、安徽、湖北、广西、海南、河北、四川等省对喜硅作物和缺硅土壤施用硅肥，其增产幅度：水稻10%～20%，小麦10%～15%，花生15%～35%，大豆10%～20%，甘蔗10%～25%，玉米12%～20%，芝麻15%以上，棉花10%～15%，麻类10%~25%，竹类10%～20%，蔬菜15%～20%，草莓30%～50%，西瓜10%～25%。同时可提高产品的质量，如苹果的含糖量、着色率、耐贮性和运输性等都有提高。硅肥还起到防病作用，如水稻的稻温病、叶斑病、茎腐病、锈病、粪根病等。从经济上看，每亩投入16～20元，仅相当于其它