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农业化学发展的变革与探究

2012/10/17 阅读:

本文作者:李清波孙庆余刘陆媛单位:沈阳农业大学土地与环境学院辽宁省朝阳农业专科学校农学系

一、农业化学的发展史

回顾我国农业化学发展的百年历史,它经历了传统农业到现代农业的发展过程,从传统农业的发展来看,人们一直在探索增加植物生长量的动力因素,我国古代人民较一早地就认识到绿肥可以肥田,并且开始使用绿肥,在施肥方面总结出,应因时、因物、因土制宜。国外农业化学的发展起步较晚,它的发展经历了两个学派斗争。腐殖质学说认为,土壤肥力决定于腐殖质的含量,因此腐殖质是土壤中植物养分的惟一来源,矿物质不过起间接作用,以加速腐殖质的转化和溶解,使之变成易被植物吸收的营养物质;矿质营养学一说否定了当时流行的腐殖质营养学说,提出了矿质营养理论,腐殖质是有了植物以后才出现于地球上而不是在植物出现以前,因此植物的原始养分只能是矿物质,矿质营养学说是德国化学家李比希提出的,并同时提出养分归还学说和最小养分律,使农业化学发展进人了崭新的历史阶段。矿质营养学说的巨大成就在于它引出了一场巨大的化肥工业革命,相继诞生了磷肥工业、钾肥工业、合成氨工业。

李比希理论的提出促进了西欧各国农业化学的发展,而我国当时正处于鸦片战争时期,农业化学的发展处于停滞阶段,建国前我国化肥厂只有南京永利一家,建国后永利化肥厂相继在吉林和大连新建了化肥厂,这时在氮肥品种上只能生产硫钱和硝钱,20世纪60年代初我国又发展了许多县级小化肥厂,生产氨水和碳酸氢馁。20世纪70年代引进了13套尿素合成设备,开始尿素的生产。我国目前化肥年生产能力大约可以达到犯oo万吨,基本满足了国内市场的需要。总的来看我国化肥工业起步较晚,但发展较快,并在国民经济发展过程中起到了举足轻重的作用。现代农业越来越离不开化学肥料,美国著名育种学家Borlaljg博士在向国际土壤学会提交的一份关于世界粮食生产的报告中指出,20世纪世界粮食产量增加的一半以上是来自化学肥料,而且在21世纪这个作用还将继续增加。

二、农业化学所面临的困惑

我国农业化学经历了一个多世纪的发展,化肥工业在解决人口增长与粮食紧缺的问题方面发挥了重要的作用,但由于它的使用所带来的一系列环境问题却是无法回避的现实问题。现在看来,在一定程度上这是一种以牺牲环境为代价的农业生产模式。目前我国氮肥利用率平均只有35%,其余65%的氮素肥料进人了大气和水域,而残留于土壤中只占很少一部分,进人大气中的氮主要是由反硝化脱氮形成的氮氧化物,它是温室气体的主要成分;进人水体中的氮可以使江河湖泊发生富营养化危及水生生物,同时也会进入地下水和饮用水对人类的健康直接构成威胁;残留在土壤中的氮与碳结合成降解程度不同的有机态化合物。磷肥中的氟离子和钾肥中的氧离子以及经作物选择吸收后各种化肥剩余的阴阳离子,对土壤的自然平衡体系造成了破坏。施肥与土壤养分平衡体系的破坏。20世纪5O年代肥料试验研究表明土壤氮素供应不足,氮肥具有显著的肥效,磷肥只在南方有增产效果;20世纪60年代北方显示出磷肥的增产效果;20世纪70年代江南农田大部分显出缺钾,北方只有特殊地区缺钾,然而,目前北方地区大部分农田发生缺钾现象。近些年的施肥实践发现,越施肥土壤养分越不平衡,从全国范围看,20世纪50年代氮肥增产,20世纪6O年代磷肥增产,20世纪70年代钾肥增产,20世纪80年代氮磷钾增产,20世纪90年代氮磷钾加微量元素增产,目前,发现部分地区土壤钙镁硫严重缺乏。尤其近年来由于品种的改良,高产品种的应用面积不断扩大,土壤养分不平衡问题日趋严重,这些问题一直在困扰着农业化学的发展。如何解决施肥与环境协调发展问题以及土壤养分平衡问题,这是摆在农业化学工作者面前的重要课题。

三、精确农业技术将引发新的农业化学革命

1998年江泽民主席在接见我国两院院士代表时的讲话中指出:“当今世界,以信息技术为主要标志的科技进步日新月异,高科技成果向现实生产力的转化越来越快,初见端倪的知识经济预示人类的经济社会‘}毛活将发生新的巨大变化”。从世界科技发展趋势看,如果说,19世纪李比希提出的“三学说”推动了农业化学的产生和发展,并促进了人类社会的进步;那么,以地理信息系统(GIS)、全球定位系统(Cl名)和遥感技术(略)为核心技术的精准农业将使农业化学的发展发生重大的变革,必将解决农业化学发展所面临的困难,必将引发一场新的农业化学革命。精确农业〔Pl.e南ionAghcuhure)含义是按照田间每一操作单元的具体条件,精细准确地调整各项土壤和作物管理措施,最大限度地优化使用各项农业投人,以获取最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境,保护土地等农业自然资源。

精确农业技术在农业化学中的应用必将解决目前农业化学发展中所面临的困惑,提高肥料利用率、促进生态环境的良性发展。全球卫星定位系统(G玲)是利用地球上空的24颗通讯卫星和地面L的接收系统而形成的全球范围的定位系统,主要用于航海、航空、制图、定时、远洋捕捞、森林防火等民用日的。采用便携式差分G玲接受器(DG邢一diffe,ni诚glob公即sitiol五ng,)’steln)可以使分辨力达到l:。左右,也就是说它可以标定地球某一点位置的经纬度误差在1耐范围为内,这为研究较小单元土壤性质的空间变异性提供了可能。遥感技术(HS)就是通过传感器收集被测目标所发射电磁能量加以纪录,并形成影像以供有关专业信息的识别、分类和分析的一种技术。应用遥感技术可以评价土壤的生产力,并可获得生态系统中的营养循环,为及时诊断较小单元的作物生长状况成为可能。地理信息系统(GIS)是处理空间信息的软件系统,可用于组织、分析和图示同一区域内各种类型的空间信息资料。利用地理信息系统平台,可以处理由全球定位系统(以S)和遥感技术所获得有关土壤和作物的数据信息,;}:将这些信息进行加工而进行决策施肥。德国、法国等西欧国家,自20世纪80年代初,开始使用精确农业技术,尽管化肥用量逐年下降,但粮食作物总产和单产分别增加了57%和80%,基本解决了施肥与环境的矛盾问题,并提了高土地利用率。它已成为主要发达国家而向21世纪,为合理利用农业资源、提高农作物产量、降低生产成本、改善生态环境最富有吸引力的前沿性研究领域之一。“精确农业”技术的应用,已远远超出其技术系统应用发展的本身,它提供的技术思想和改造客观世界的认识思维方式,使人们对科学利用农业资源潜力和作物生产管理观念与模式方而发生着深刻变革,其影响将是更为深远。

应当特别强调指出,在开拓新的农业化学前沿应用领域研究中,我国与一些发达国家的距离正在拉近。建国以来,我国共进行了两次土壤普查,基本搞清我国各地区土壤养分状况,同时各地区相继进行了一些肥料效应试验,并建立了一些肥料效应函数模型,以辽宁省为例,第二次土壤普查中对237个土种进行了4万项次理化分析和养分测定,而后又进行了肥料田间试验。到目前为止,大约已建成2。以〕多个肥料效应方程模型和与其对应的土壤养分测定数据。其他省市也都有适合本地的肥料效应方程模型和大量土壤养分测定数据,这为建立土壤养分数据库和施肥模型库打下了良好基础。另外,2001年即将进行的第三次土壤普查将进一步丰富现有数据库的内容,这些都将为我国农业化学向数字化、信息化、网络化发展创造了良好条件。值得一提的是,我国在这方面已经取得了一定的成绩,中国农业科学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统平台的中国土壤肥料信息系统(SOFISC)。由北京市农林科学院主持的小麦生产管理决策支持系统已经研制成功,江苏省农业科学院主持研究的农用土地适宜型评价系统已经应用到生产实践。精确农业技术在农业化学及相关领域中的的应用正在以前所未有的速度发展,相信在21世纪必将引发农业可持续发展的科技革命,值得我们高度重视。

四、21世纪农业化学发展展望

1998年1月31日美国副总统戈尔在“数字地球—认识21世纪我们这颗星球”的报告中提出的一个通俗易懂的概念,它描绘出了信息时代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。目前美国已开始对我们生存的星球进行数字化处理,相信不远的将来我们都会进人数字地球时代。国内一些专家认为,在现代信息技术的发展过程中,技术为3分、管理为7分、而数据为12分;国外学者认为,3%硬件、5%软件而数据为92%。

农业化学的数字化,就是将在田间取得的作物生长发育的数据,应用计算机程序进行简单分类处理储存在数据库中的过程。农业化学的发展一开始就与数字结下了不解之缘。产量、施肥量、植物体内各种元素含量、土壤有机质含量、土壤各种养分含量等等,这些概念必须通过数字才能加以描述和表征。农业化学在经历的100多年的发展过程中,已经积累了大量的“地球”数据,这是我们的祖先为我们留下的宝贵财富。计算机技术的发展使这些数据实现数字化成为现实,目前许多省市已经建立起当地气象资料数据库、土壤普查数据库、作物品种数据库,并促进了当地经济发展。当务之急是要加快对已有的数据的处理,及时发现影响土壤养分管理的数字化技术问题,抓住第三次土壤普查的机会对尚缺项目进行及时补充观测,为而后的农业化学的数字化、信息化、网络化发展奠定基础。

农业化学的信息化,就是利用农作物管理平台对农作物生长数据库中的数据进行加工处理,对作物生长发育的有关信息进行反馈,通过精准施肥调节农作物生长,达到施肥与环境协调发展及优质高产的{〕的。对农作物生长发育规律的研究经历了一个半世纪,已经逐步认识了各种作物的需肥规律,利用1侣技术和一些现代的测试手段可以及时采集到作物生长的相关信息,并把这些相关信息集成在(;ls系统中,对施肥进行科学决策。农业化学的信息化要比数字化过程更为繁重,这是一个软体工程的建设,它需要一批专业化的队伍,进行多学科交叉研究,将农业化学、应用数学、计算机技术、精确农业技术进行有机的结合,从而实现农业化学的信息化。

农业化学的网络化,就是通过INrrERNET网对田间农作物的生长进行网络化管理,及时诊断作物营养状况和土壤养分供应状况,通过互联网及时发布有关施肥信息给农户。随着电子商务的发展,农业化学的网络化已成为现实,农户可以及时将有关作物生长的信息传给农业化学网络服务中心,农业化学网络服务中心对数据信息进行处理并及时作出决策发送给农户,这将是农业化学走向网络化的Bt。c的发展模式。

农业化学发展的变革与探究

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