提供一种或一种以上植物必需的营养元素,改善土壤性质、提高土壤肥力水平的一类物质。农业生产的物质基础之一。中国早在西周时就已知道田间杂草在腐烂以后 ,有促进黍稷生长的作用.《齐民要术》中详细介绍了种植绿肥的方法以及豆科作物同禾本科作物轮作的方法等;还提到了用作物茎秆与牛粪尿混合,经过践踏和堆制而成肥料的方法。在施肥技术方面,《氾胜之书》中有详细叙述,强调施足基肥和补施追肥对作物生长的重要性。唐、宋以后随着水稻在长江流域的推广,施肥经验日益积累,从而总结出“时宜、土宜和物宜”的施肥原则,即施肥应随气候、土壤、作物因素的变化而定。随着近代化学工业的兴起和发展,各种化学肥料相继问世 。18 世纪中叶 , 磷肥首先在英国出现 。1870年德国生产出钾肥。20世纪初合成氨研制成功。随后 ,复合肥料、微量元素肥料和长效肥也先后出售。由于化肥数量和品种的增多及质量的提高,农业生产中的肥料总投入量日益增大,作物产量也相应提高。
肥料品种繁多,根据肥料提供植物养分的特性和营养成分,分为无机肥料、有机肥料、有机无机肥料三大类。无机肥料分大量元素肥料(N、P、K),中量元素肥料(Ca、Mg、S、)和微量元素肥料(Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl)。大量元素肥料又按其养分元素的多寡,分为单元肥料(仅含一种养分元素)和复合肥料(含两种或两种以上养分元素),前者如氮肥、磷肥和钾肥;后者如氮磷、氮钾和磷钾的二元复合肥以及氮磷钾三元复合肥。有机肥料包括有机氮肥、合成有机氮肥等。中国习惯使用的有人畜禽粪尿、绿肥、厩肥、堆肥、沤肥和沼气肥等。有机无机肥料即半有机肥料,是有机肥料与无机肥料通过机械混合或化学反应而成的肥料。由于一种肥料常有多种属性,除上述分类外,还有常见的其他分类方法:①按肥料物理状态可分为固体和流体肥料。固体肥料又分为粉状和粒状肥料。流体肥料是常温常压下呈液体状态的肥料。②按肥料的化学性质,可分为化学酸性、化学碱性和化学中性肥料。③按肥料被植物选择吸收后对土壤反应的影响,可分为生理中性、生理碱性和生理酸性肥料。④按肥料中养分对植物的有效性,可分为速效、迟效和长效肥料。
为适应农业现代化发展的需要,化学肥料生产除继续增加产量外,正朝着高效复合化,并结合施肥机械化、运肥管道化、水肥喷灌仪表化方向发展。液氨、聚磷酸铵、聚磷酸钾等因具有养分浓度高或副成分少等优点,成为大力发展的主要化肥品种。很多化学肥料还趋向于制成流体肥料,并在其中掺入微量元素肥料和农药,成为多功能的复合肥料,便于管道运输和施肥灌溉(喷灌、滴灌)的结合,有省工、省水和省肥的优点。随着设施农业(如塑料大棚等)的发展 ,蔬菜、瓜果对二氧化碳肥料的需求量将逐步增多。但是,长期大量地施用化学肥料,常导致环境污染。为了保持农业生态平衡,应提倡有机肥与化肥配合使用,以便在满足作物对养分需要的同时避免土壤性质恶化和环境污染。
肥料科学的发展
农业生产中种植业的发展离不开肥料。我国的农业已经有了1万年的悠久历史,古代称肥料为粪,施肥则成为粪田。我国的农田施肥大约开始于殷商朝代,主要根据出土文物中当时已有罱河泥的木制工具以及殷商甲骨文中已有表示屎、壅等字形记载,并有施肥可以增产的卜词。到战国时期已经重视并强调农田施肥了。我国古代最多是利用动物粪便作为肥料,到战国和秦汉又利用腐熟人、畜粪尿、蚕粪、杂草、草木灰、豆萁、河泥、骨汁等。在汉朝已很重视养猪积肥。《汜胜之书》已记述作物施基肥、种肥河特殊的溲种法。宋、元朝已开始使用石灰、石膏、硫磺、食盐、卤水等无机肥料。此时的农业书籍中已有粪壤篇各论,把肥料分为六大类。到18世纪杨灿又把肥料增为十类,施肥技术上提出了”时宜、土宜和物宜”的观点。在欧洲国家,整个中世纪经济发展很慢,农业技术停滞不前,如在《马耕农业》一书中提到,耕作碎土的作用是使土壤成为极细颗粒便于进入作物根系的小口。当时普遍流行的观点认为土壤供给作物的营养物质是”精”和”油”。燃素学说在中世纪后期也盛行一时。自文艺复兴时期的到来,随着经济的发展,欧洲国家中有人开始探素植物营养理论,在燃素学说之后出现了腐殖质营养学说,认为土壤腐殖质是农作物营养的唯一来源。
近代农业化学家李比希提出的无机植物营养学说,认为保持土壤肥沃,必须把植物摄取并移出农田的无机养分和氮素以肥料的形式还给土壤的归还学说等。1843年世界上第一个化学肥料一过磷酸钙研制成功。随着智利硝石和钾盐矿的发现,到合成氨的发明,在世界上建立起巨大的化肥工业。
据有关资料记载,我国进口化肥始于1905年,20世纪30年代开始组织全国性肥效试验,称为地力测定。测定结果表明,氮素极为缺乏,磷素养分仅在长江流域或长江以南各省缺乏,钾素在土壤中很丰富。新中国成立以后,1958年和1980年先后两次组织了全国性的土壤普查,对我国的土壤类型、特性、肥力状况等进行了系统的调查测定,促进了化肥的施用和农业化学研究工作。建国以前我国只有两座规模不大的氮肥厂和两个回收氨的车间,1949年氮肥年产量只有0.6万吨,1990年国产化肥产量已达1879.7万吨,跃居世界第三位,1998年化肥产量已达2956万吨,占世界总产量的19%,居世界第一位。化肥已成为我国一项重要的农用物资,在农业生产中发挥重大的作用。
化肥种类
磷酸铵类肥料
磷酸(包括多磷酸)与氨经中和反应并加工制成的氮、磷复合肥料。这是一类产量最大和最受欢迎的化肥,几乎适用于所有的土壤和作物,有效成分浓度高,不易吸湿结块。磷酸铵还可用作织物和纤维的阻燃剂、发酵工业中的培养液、食品添加剂和饲料添加剂、印染业的酸化剂和消防用的干粉灭火剂配料等。磷酸铵类肥料的生产过程,是磷肥生产过程和氮肥生产中氨加工过程的结合,经济上合理。
20世纪20年代磷酸铵开始工业生产,但是规模很小。60年代初期,湿法磷酸的生产技术趋于完善,磷酸铵有了比较便宜的原料,生产发展十分迅速,以美国发展得最快。1968年,美国磷酸铵类肥料的产量(以P2O5计)约为磷肥总产量的一半,1981年增加到74.1%。
品种 磷酸铵类肥料品种可以分为三类(见表)。①正磷酸铵类,是产量最大的一类,主要品种是磷酸二铵、磷酸一铵和两者的混合物。②多磷酸铵,是正磷酸铵和不同聚合度磷酸铵盐的混合物,它们多数用于制造流体复合肥料。③磷酸铵与其他氮肥配制成的复合肥料。
中量元素肥料
又称次要常量元素肥料,含有作物营养元素钙、镁和硫中一种或一种以上的化合物,并需标明含量的一类化肥。次要常量是与主要常量氮、磷、钾的生产和施用的规模相比较而言。中国习称中量元素肥料。这类肥料除提供作物养分之外,还可以调整土壤的物理性质,促进农业增产。中量元素肥料的生产在很长时间里,都不为人们所重视。原因是在一些常用的肥料品种中,特别是低浓度肥料品种中同时含有钙、镁或硫元素,大气中的二氧化硫通过雨水进入土壤,也是硫元素的来源之一。近30多年来,化肥品种结构中高浓度肥料逐步代替了低浓度肥料,使带入土壤中的钙、镁和硫元素减少,一些土壤出现了短缺中量营养元素,特别是短缺硫元素的现象,从而使中量元素肥料的生产和使用得到重视。
含钙、镁肥料 石灰石粉、白云石粉、熟石灰、贝壳粉和其他含钙、镁的工业废料,广泛用作土壤调理剂和提供钙、镁营养元素。其土壤调理作用是:①改善土壤中磷肥的有效性。在含铁、铝氧化物高的土壤中,由于磷酸盐与铁、铝化合物的反应,磷肥的有效性降低。施用钙、镁调理剂使土壤pH保持在6~7,可以阻缓上述反应进行。②有利于土壤中铵态氮转化为硝态氮的反应,多数硝化细菌需要钙素。③促进生物固氮的过程。④调整作物对微量元素的吸收量,土壤pH保持在6~7时,微量营养元素对作物保持一定的有效性。⑤改良土壤的物理性质,主要是改善土壤的粒度分布。常见的钙镁磷肥(见磷肥)也有上述作用。
含硫肥料 主要用于调整土壤的碱性和盐性(土壤含过多的氯化钠和碳酸盐)。大量的硫酸钙(石膏)用于改良盐碱地或被海水淹没过的土壤,有良好的效果。印度成功地用硫铁矿改良碱性土壤或石灰质土壤。对于一些pH较高的缺镁土壤,不宜施用白云石粉,可施用硫酸镁或无水钾镁矾,也可以使用蛇纹石类硅酸镁粉。近年来,发展了一种新的技术,把熔融的元素硫涂包在尿素颗粒表面,一方面向土壤提供硫元素,另一方面使尿素成为缓效氮肥以提高氮素的利用率。