化學農業

1.地表水及地下水污染

長期以來 ，化肥、農藥、除草劑等農業化學品的大量施用導致的地表水及地下水的污染一直是農業及環境科學家高度關注的一個問題。早在1971年，Commoner就指出，化學肥料，尤其是水溶性極強的氮素化肥，不僅可以通過地表徑流沖刷到江河、湖泊等地表水中，而且可以通過降雨及灌水等淋洗到泉水及深井水中。如果飲用水中硝酸鹽的含量過高，不僅會引起嬰兒的死亡，甚至對成年人的健康也會產生危害。為保證人類的健康，世界衞生組織規定飲用水中硝酸鹽的含量不能超過1Om g/L，但最近的幾十年間硝酸根離子對地下水的污染已經司空見慣。例如，根據美國維斯康星州的調查統計，22%的民用井的井水中硝酸鹽的含量超過了美國政府規定的飲用水的標準(1Omg/L)；23%的民用井井水中可檢測到阿特拉津(一種常用除草劑)；在該州的集中灌區，有60%的民用井井水硝酸鹽含量超標。即使在全球人口密度最小的加拿大，硝酸鹽對地表水和地下水的污染也已經成為農業生態系統中一個嚴重的問題。

2.地下水位下降，土地資源受損

為保證灌溉用水的需要，地下水的超量開採導致了地下水位的持續下降。Charles A等(2002)報道，由於灌溉面積的擴大和灌溉強度的增加，美國的得克薩斯、奧可拉河馬、新墨西哥及堪薩斯州等玉米產區的地下水位自1940年以來持續下降，到目前已經下降了30m。地下水位的下降導致提水成本與30年前相比增加了3倍。中國華北地區的情況更為嚴重，與加世紀70年代相比，農灌區的地下水位下降了40-60m，形成了包括河北、山東、河南在內的世界上最大的地下水漏斗區，並由此引發了地面沉降、海水倒灌等地質災害。據報道，山東省的萊州灣地區海水倒灌己達幾十公里，使原來大片肥沃的農田如今成為不毛之地。而要改造這片土地，則需投入大量的人力物力。

3.作物的抗逆性能下降，農產品品質降低

研究表明，化肥、農藥等農業化學品的大量施用可以顯著提高植物組織中硝酸鹽和氨基酸的含量，並使植物的細胞壁機械強度減弱，從而誘發植物病蟲害的發生；Huilian Xu的研究表明，氮素化肥的超量施用容易引起植物組織，特別是葉片中硝酸鹽、氨基酸等氮化物的積累，這是導致病蟲害爆發的主要誘因之一。不僅如此，農業化學品的超量施用還導致植物收穫物中維生素C、有機酸及可溶性糖等營養成分的降低，從而導致農產品品質下降(Huilian Xu，2001)。更為嚴重的是，植物吸收了殺蟲劑、除草劑等農業化學品後，會對人類的健康構成威脅。 ^[1] 

針對現代農業帶來的負面影響，世界各地的農學家一直致力於其適宜對策的研究，並提出了一系列解決措施。

1.積極推廣保護性耕作栽培技術

保護性耕作栽培技術的核心是少、兔耕技術及作物殘茬覆蓋技術。保護性耕作栽培技術不僅可以降低生產成本30%，而且可以提高土壤有機質含量、增加土壤水穩性團粒結構的數量、提高土壤的滲水性，減少雨季的地表徑流、提高土壤抗水蝕及風蝕的能力、增加土壤的蓄水量、提高水分利用效率，全方位培肥地力，提高土壤的生產能力。兔耕技術是一項高效低耗的先進農業生產技術，它不僅適合於水澆地，更適合於早地。該技術的推廣有利於農業的節本增效和可持續發展。保護性耕作技術在美國、巴西、阿根廷等國家的大面積推廣，不僅有效地解決了長期以來困擾上述地區的水土流失問題，而且使土壤不斷培肥，土地的生產能力不斷提高，為農業的可持續發展打下了良好的基礎。

2.合理施肥

合理施肥至少包含施肥量及施肥時期兩方面的內容。Jaynes等(1999)對一個面積為5200hm的集約化農場進行研究後認為，該農場通過地表徑流進入地表水的氮素為每年66kg/hm，如此大的損失主要是由於氮肥的超量施用造成的。Baker等發現，在玉米和不施肥的燕麥或大豆輪作時，若玉米的施氯量為112kg/hm純氮，則由玉米田排出的水中硝酸鹽含量可達21mg/L，每年由此損失的氮素約為30kg/hm。若玉米的氮肥施用量從100kg/hm純氮增加到250kg/hm純氮，則從該玉米田排出的水中硝酸鹽的含量就會從20mg/L增加到40mg/L，因施肥量增加而造成的氮損失翻了一翻。Gast等對連作玉米進行的氮肥試驗也得出了相似的結論。據聯合國糧農組織統計，1999年全世界穀類作物生產中氮索化肥的用量為51317730噸(FA0，2001)，而利用率僅為33%。

在經濟作物產區，由於超量施氮的現象更為普遍，因而，由此造成的氮素損失更為嚴重。對日本茶葉集中產區的研究表明閻，由水分淋洗而造成的氮素損失與施氯量呈正相關。watanabe連續3年在5種茶園土壤上的研究證明，在每年施純氮量為1000kg/hm的條件下，氮素的損失為421kg/hm。Tokunaga等(1996)估計，如果氮素化肥每年的施用量為1080kg/hm，則氮素的損失可達450kg/hm， kikou和Yuita報道，一般而言，茶園土壤水分中硝酸鹽的含量是臨近農田的6200倍。據研究，由於降水和灌水的影響，氮素化肥的下滲深度在沙壤土為20-23m，在壤土為10-12m，在粘土為6-8m(1997，個人通訊)，而一般作物根系的下扎深度僅為2m左右。可見不合理施肥所造成的環境污染和肥料浪費同時並存。

肥料的利用效率還受作物的生長狀況和施肥時期的影響。仍以小麥為例，中國的冬小麥全生育期近250d，其中自播種到返青(約150d)的需肥量僅為全生育期的17%-20%，而自返青至成熟的天數(100d)僅佔全生育期的2/5，但需肥量卻佔全生育期的80%以上。許多農民為方便起見，將全部或大部分氮肥在播種前或播種時作基肥一次施入，造成肥料的浪費和地下水的污染。國際玉米小麥改良中心Ken Sayre博士的研究證明，在氮素化肥的施用量一定（225kg/hm）的情況下，如果將全部氮肥在播種時作基肥一次施入，小麥的籽粒產量為6.497t/hm，籽粒蛋白質含量為12.9%；如果將1/3的氮肥在播種時施入，2/3的氮肥在拔節期追施，小麥的籽粒產量為7.272t/hm，籽粒蛋白質含量為13.1：如果將2/3的氮肥在拔節期追施，1/3的氮肥在抽穗時追施，則小麥的籽粒產量為6.655t/hm，籽粒蛋白質含量為13.5%。其它作物也有類似的規律。

以上研究表明，根據不同作物、不同土壤肥力基礎確定適宜的產量指標，根據產量指標及作物需肥規律進行合理施肥不僅可以大幅度降低生產成本，而且是環境保護和農業可持續發展的迫切要求。

3.大力推廣節水灌溉技術

①革新地面灌水技術，改大水漫灌為溝內滲灌

傳統的大田作物灌溉技術多為大水漫灌。這種潛溉方式1次灌水需水150mm左右，而小水溝內滲灌1次灌水需水100mm左右；故改大水漫灌為小水溝內滲灌不僅可節水30%以上，而且可以降低田間濕度，提高作物的抗倒伏及抗病能力，從而減少殺茵劑及殺蟲劑的用量，有利於環境保護。此外，改大水漫灌為小水溝內滲灌，不僅便於澆水管理，而且使灌溉水與土壤的接觸面積減少60%，從而減少了水蝕，保護了土壤。

②推廣非充分灌溉技術

面對灌溉水資源日益缺乏的現狀，美國科學家Charles.A等在美國大平原玉米帶進行了連續兩年的非充分灌溉試驗四，設不澆水、澆1水(灌水量150mm)和澆2水(灌水量300mm)3個處理。結果表明，澆1次水比澆2次水雖然減產6%-7%，但若考慮到玉米的價格及提水的成本，則澆1次水處理的經濟效益顯著高於澆2次水的處理。于振文等對高產小麥高效灌溉技術及其生理基礎進行研究後認為，在底墒充足的情況下，小麥生育前、中期適度灌溉，在保證適宜單位面積穗數和幼穗正常發育的前提下適當抑制營養生長，後期補充灌溉，延緩根系及功能葉片的衰老，保證穗粒數和粒重，就可以將傳統的3-5水減少為1-2水，從而使灌水效益顯著提高。

植物的根系在受到水分脅迫時會產生化學信號並輸送到葉片，葉片在感知根系受到水分脅迫的信號後會降低氣孔開度或關閉氣孔，從而減少水分消耗。根據這一原理建立起來的非充分灌溉技術是農業節水領域的一項新興技術。如控制性分根交替灌溉技術就是一例，該技術在嚴重缺水的地區完全適用於花生、壟作小麥等溝灌體系。

4.積極推廣有機農業生產技術

為了克服現代化學農業帶來的環境污染、土壤酸化、農產品的品質下降甚至威脅人們的健康等負面效應，自20世紀70年代，在英、美等國出現了以拒絕施用人工合成的化學肥科、化學農藥等為基本特徵的有機農業(Organic farming)。有機農業與現代化學農業的本質區別在於，現代化學農業栽培管理的直接目標是作物，如施用化學肥料的直接目的是為了滿足作物生長髮育的需要，而有機農業栽培管理的直接目標是土壤，栽培管理的直接目的是為了滿足土壤生物(土壤動物及土壤微生物等)的需要，通過土壤生物的活動達到創造健康土壤環境的目的，如使用有機肥的直接目的是為土壤生物提供營養，通過土壤生物的活動達到培肥地力的目的。

由於有機農業不施用化肥、農藥、殺蟲劑等人工合成的化學物質，不僅大大減少了農業生產活動對地表水及地下水的污染，而且消除了這些農業化學品工業生產過程中的能源消耗及其引發的大氣污。農產品的農業化學殘留明顯減少，農產品的品質顯著改善，口味更佳。據不完全統計，1972年英國的有機農業面積為6075hm，法國為20250hm，美國、日本等國的有機農業面積也在不斷擴大。為了推動有機農業的發展，美國、英國、日本等許多國家都先後成立了有機農產品的認證機構及有機農產品市場準入制度。

中國是農產品生產大國，發展有機農業，促進農產品出口不僅是農業增收、農民致富的戰略性對策，也是保護資源、保護環境，並增進人民身體健康的戰略性舉措。