磷肥对环境的危害.docx

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磷肥对环境的危害

磷肥对环境的危害

一.磷肥

（一）磷肥简介

肥料是重要的农业生产资料，不仅提供农作物生长必需的营养元素，还能改善土壤，培肥地力。

增加肥料投入，科学施用化肥，仍然是当前和今后农业生产过程中的重要增产措施。

但是不合理施用肥料，不仅不能提高农作物产量和改善产品品质，还将对环境造成不同程度的污染。

氮肥、磷肥与钾肥是作物需要量最多的三大营养元素肥料，也称为肥料的三要素或大量元素肥料，其还需要补充较少的硫、铁、镁等称为中量营养元素肥料，极少的磞、锌、铁、锰、铜、钼等称为微量元素。

磷是组成原生质、核细胞的重要元素，它能促进作物开花结果，籽实早熟，并可提高籽实的质量。

磷肥根据来源可分为：

天然磷肥，如海鸟类、兽骨粉和鱼骨粉等；化学磷肥，如过磷酸钙、钙镁磷肥等。

根据所含磷酸盐的溶解能性可分为：

水溶性磷肥，如普通过磷酸钙、重过磷酸钙等，其主要成分是磷酸一钙，易溶于水，肥效较快；极容性磷肥，如沉淀磷肥、钢渣磷肥、钙镁磷肥、脱氟磷肥等，其主要成分是磷酸二钙，不溶于水而溶于2％枸橼酸溶液，肥效较慢；难溶性磷肥，如骨粉和磷矿粉。

其主要成分是磷酸三钙，不溶于水和2％枸橼酸溶液，须在土壤中逐渐转变为磷酸一钙或磷酸二钙后才能发生肥效。

根据生产方法又可分为湿法磷肥和热法磷肥。

作物吸收的养分必须是溶解状态的，即能够溶解于土壤的水中或作物根系分泌的弱酸中，呈离子或分子状态存在。

化肥进入土壤后，主要是呈离子状态别作物吸收的。

（二）磷肥的分类：

1.根据来源可分为：

（1）天然磷肥，如海鸟粪、兽骨粉和鱼骨粉等；

（2）化学磷肥，如过磷酸钙、钙镁磷肥等。

　　2．根据所含磷酸盐的溶解能性可分为：

（1）水溶性磷肥，如普通过磷酸钙、重过磷酸钙等。

其主要成分是磷酸一钙。

易溶于水，肥效较快。

（2）枸溶性磷肥，如沉淀磷肥、钢渣磷肥、钙镁磷肥、脱氟磷肥等。

其主要成分是磷酸二钙。

不溶于水而溶于水2％枸橼酸溶液，肥效较慢。

　（3）难溶性磷肥，如骨粉和磷矿粉。

其主要成分是磷酸三钙。

不溶于水和2％枸橼酸溶液，须在土壤中逐渐转变为磷酸一钙或磷酸二钙后才能发生肥效。

3．按生产方法分类可分为湿法磷肥和热法磷肥。

磷肥施用适量时，能促进作物分蘖和早熟，加强其抗寒能力，提高其产量和质量。

（三）磷肥的作用与用途：

磷是一切生物所必需的营养元素，是构成核蛋白磷脂和植素等不可缺少的组分，参与植物内糖类和淀粉的合成和代谢。

施用磷肥可以促进农作物更有效地从土壤中吸收养分和水分，增进作物的生长发育，提早成熟，增多穗粒，籽实饱满，大提高谷物、块根作物的产量。

同时，它还可以增强作物的抗旱和耐寒性，提高块根作物中糖和淀粉的含量。

（四）磷肥用法与用量：

磷肥最好在移栽时作基肥施入，这是因为作物磷肥营养临界期一般都在生育早期。

因此，用少量普钙等拌种，蘸秧根等，是充分发挥磷肥肥效一般用基肥时为50kg/亩，条施、穴施、撒施时一般在10-20kg/亩。

合理施用磷肥，可增加作物产量，改善产品品质，加速谷类作物分蘖，促进幼穗分化、灌浆和籽粒饱满，促使早熟；还能促使棉花、瓜类、茄果类蔬菜及果树等作物的花芽分化和开花结实，提高结实率，增加浆果、甜菜、甘蔗以及西瓜等的糖分、薯类作物薯块中的淀粉含量、油料作物籽粒含油量以及豆科作物种子蛋白质含量。

在栽种豆科绿肥时，施用适量的磷肥能明显提高绿肥鲜草产量，使根瘤菌固氮量增多，达到通常称之为“以磷增氮”的目的。

此外，还能提高作物抗旱、抗寒和抗盐碱等抗逆性。

   二、世界磷肥工业的发展简况

（一）、初创时期

早在1842年，Murray和Laws提出了生产普钙的专利。

1854年，世界上第一个普钙厂在英国Ipswich建立，不久即推广到许多国家，但是在丰富的磷矿资源被发现之前，生产的主要原料是兽骨。

大约在1867～1868年，美国Baltimore厂才开始改用磷矿。

湿法磷酸1850～1852年开始投入生产，原料也是兽骨，1870～1872年，德国首先生产肥料用酸。

1890年，西欧已有12家司生产磷酸供制重钙，原料也改用磷矿。

由于湿法磷酸采用间歇生产，故发展比较缓慢。

热法磷酸的生产则主要依赖于电炉制元素磷工业的发展。

（二）、初步发展时期

20世纪上半叶，大致在1900～1950年的五十年间，磷肥工业进入了初步发展时期。

首先是在磷肥生产中以连续法取代各种间歇法。

1915年美国Dorr公司在一组预分解槽中分解磷矿，在一组稠厚器中逆流洗涤石膏，实现了湿法磷酸的连续操作。

次年即有Rumford化学公司建厂投产，到1929年大约有31家公司建造了这种磷生厂。

1932年，Dorr在美国Trail厂进一步采用返浆技术，并用Oliver过滤机连续分离、洗涤石膏。

20世纪初，过磷酸钙也实现了连续生产主要采用回转式或者带式化成装置，得到的混合物一边固化，一边移入仓库熟化。

此类流程至今仍是过磷酸钙厂采用的传统工艺。

热法磷酸与磷肥在这一时期发展很快。

1917～1918，Ross和Cottrell电除雾器回收磷酸酸雾成功，实现了热法磷酸的生产。

不久，美国TVT、Monsanto和Victor化学公司陆续建厂。

以TVT为中心，先后研究并投产的还有脱氟磷肥、钙镁磷肥、篇磷酸钙和偏磷酸钾等。

这些肥料均采用热法加工，使磷矿在电炉或高炉中加热脱氟或和其他添加剂反应而转化为有效磷。

（三）、迅速发展时期

近年来世界磷肥工业逐渐复苏，生产能力增长较快，中国、美国及印度成为世界三大磷肥生产国。

中国磷肥工业经过20多年来的阶段性扩张升级，已经实现了由磷肥进口大国向磷肥制造大国的变革。

截止“十五”末期，中国磷肥产量和消费量已位居世界第一，磷肥消费基本摆脱依赖进口的局面；产品结构有了较大改善，磷肥产业集中度不断提高；大中型磷肥装置的技术装备达到世界先进水平；行业经济效益好转。

云、贵、川、鄂、豫、鲁等地磷肥产业发达，是中国磷肥的主要产区20世纪50年代是磷肥发展的全盛时期。

这一时期的显著特点是产量迅速增加，以磷铵为代表的高浓度磷复肥的新工艺、新品种、新技术不断涌现。

1、产生大幅度增加

19世纪40年代的100年中，磷肥年产量最高只到约300万吨万

。

而其后的60年中，世界磷肥年产量从1946年的275万吨

增加到2006年的3678万

。

2、以磷铵为代表的高浓度磷复肥发展迅速磷酸铵是一种适用于所有土壤和作物且增产效果显著的高浓度但磷复肥，是当今磷复肥工业的主导产品。

磷铵生产过程旧爱男单、产品浓度高、造粒效果好，而且所含磷绝大部分呈水溶性，故在20世纪50年代后发展十分迅速。

60年代初，美国TVT和英国SAJ分别开始用湿法磷酸生产磷酸二铵（DAP）和磷酸一按（MAP）。

2006年，世界磷铵产量达到2086万吨

，其中DAP为1265万吨

，占磷铵总量的60.6%。

MPA为821万吨

，占磷铵总产量的39.4%。

DAP由于含氮高，在20世纪50年代后发展很快。

1954年，打一个以湿法磷酸为原料的生产DAP的工厂在美国密苏里州投产。

1961年，美国TVT开发了预中和-转鼓氨化造粒工艺生产粒状DAP（18-46-0）产品并使其成为磷铵产品中最重要的品种。

3、品种结构进行了合理的调整世界磷复肥的品种结构是向高浓度方向发展。

（1）、作为最早生产的低浓度磷肥—过磷酸钙ＳＳＰ，由于20世纪50年代以来，高你哦你敏感度磷复肥的发展，过磷酸钙因有效成分低含有效

12%～20%，而逐渐失去在磷肥中的统治地位，比例逐年下降。

1956年以后的六年间，ＳＳＰ一直占世界磷肥产量的60%以上，1962年降至50%，1972年降为35%，1978年降为25%，1983年降为20%，1995年进一步降为19%。

显然比例下降幅度较大，但绝对产量却下降不多，如1966～1980年间，ＳＳＰ产量一致在（700～800）万吨

左右，而在1981～2000年间仍维持在（600～700）万吨

之间。

（2）、高浓度磷肥重过磷酸钙ＴＳＰ含有效

＞45%，已发展成为过磷酸钙最好的取代产品，在磷肥中所占比例逐年上升。

2005年，世界ＴＳＰ产量约占世界磷肥产品的8%。

（3）、热法磷肥　

如钙镁磷肥、脱氟磷肥、钙钠磷肥，虽然在磷肥中所占比例很少，但硫资源缺乏、磷矿质量较差的国家，近年来热法磷肥有一定的发展。

（4）、各种新型肥料开始研制和发展　　

近年来，各种含磷的新型肥料如缓释肥料（包括控制释放肥料），液体肥料，包膜肥料，微量元素肥料，稀土复合肥料，磁化肥料，生物活性肥料，有机复合肥料含有农药、除草剂的复合肥料等也开始研制并投入工业生产，使磷肥发展成为具有复合型、功能型等更具有特性和高利用率的专用复混肥料。

21世纪已经到来，世界磷肥工业面临着环境、节能减排、资源、技术、效益等一系列问题，因此必须努力开创新的发展战略，以便顺利进入可持续发展的新时代。

（四）、我国磷肥工业的发展和展望

1、从低浓度磷肥起步

从生产磷矿粉开始新中国建立时，由于受资源、技术和资金等条件的制约，尚不具备大规模建设磷肥工业的条件。

为了满足农业对磷肥的需要，国家决定在1953～1957年第一个五年计划期间，磷肥工业以发展矿粉为主，以代替当时供应不足的骨粉；同时增加过磷酸钙进口，1953年进口量曾达5.5万吨。

1951年，中国科学院土壤研究所开始进行磷矿粉的肥效试验；并于1953年在广东海南胶林大量使用。

1962年农业部又无偿调拨从摩洛哥进口的磷矿粉13.8万吨，在东北、华东、中南和四川、河北、北京等18个省市区进行了大面积的肥效试验。

2、重点发展过磷酸钙

1953年我国重工业部化工局决定以锦屏磷矿精选磷矿粉为原料，着手试验研究和工厂建设筹建工作。

1955年，上海建成了1万吨／年过磷酸钙中间试验厂。

1958年，先后在南京和太原采用立式搅拌、回转化成工艺，建成了40万吨／年和20万吨／年的小型过磷酸钙厂。

70年代，大冶、铜陵分别建成了20万吨／年过磷酸钙装置。

80年代末，甘肃金昌建成了40万吨／年过磷酸钙装置，加快了过磷酸钙的发展。

目前，我国有大、小过磷酸钙厂400个左右。

20世纪80年代以前过磷酸钙产量一直占我国磷肥产量的65%～75%。

突出的问题是产品品位较低，1997年全国重点过磷酸钙厂的平均有效含磷量为14.4%，硫量消耗为239ｋｇ／ｔ

。

80年代以来，由于磷铵为主的高浓度磷肥的迅速发展，过磷酸钙在磷肥总产量中的比例不断下降到40%以下。

2005年我国过磷酸钙产量约420万吨

，约占当年磷肥总产量的37%．

我国过磷酸钙技术发展主要在均化配矿，降低浆含水量及提高矿浆流动性，高铁、铝、镁杂质含量的生产技术，新型混合反应器，添加活化剂疏松防结块，缩短堆置熟化期，含氟废气处理、添加垃圾等含有机质过磷酸钙等。

无化成室法省去堆置熟化期的工艺由于对磷矿、磷酸质量要求较高，推广应用受到一定限制。

　　三.有机肥料与环境

（一）有机肥施用与环境

　　有机肥的原料来源较多，它除了含有农作物生长发育所需要的各种营养元素外，还含有各种副成分，如填料、残渣、杂质与其他不能作为营养物质的有机废弃物，如未经腐熟、用量过大、施用时间不适等，都可能导致某种生态风险，如地下水硝酸盐污染、蔬菜中硝酸盐含量超标以及增强农田甲烷、氧化亚氮等温室气体的排放等。

（二）有机肥自身生产与环境

　　有机肥料虽营养丰富，但来源复杂，农民简单堆制农家肥一般采用露天放置，在堆肥过程中，产生大量的氨、硫化氢、多胺、硫醇等致恶臭物质，影响环境质量。

同时料堆造成蚊蝇滋生，传染病害。

如人畜粪便中含有大量细菌、寄生虫和病原菌等污染物，如果堆放、沤制、处理不合理，就会使细菌总数超标，从而污染农产品。

另外，有些有机肥料本身可能含有砷等重金属，也会对水体和土壤环境造成污染。

　　（三）有机肥与养分富营养化

　　一般认为，当地下水质总磷大于20mg/t，无机氮大于300mg/t，就可以确定养分富集化。

而有机肥料过量施用、存放、堆积都易引起土壤和地下水资源污染。

在农村厩舍或堆肥场附近由于长年大量堆积厩肥，通过渗透，特别是夏季雨淋后使附近土壤造成富营养化。

在大型养猪场、鸡场附近井水中，硝酸盐含量都很高，副作用大。

四.氮肥与环境

（一）．氮肥对水源的污染

　　氮肥对水源的污染主要是硝态氮。

硝态氮进入饮用水源，含量超过允许标准（一般为10mg/L）将对人体健康造成危害。

硝态氮在还原条件下，硝酸根被还原成亚硝酸根后引起高铁血红蛋白症，特别对婴儿有害，硝酸根和亚硝酸根都可以形成致癌物质亚硝基化合物。

另外，氮素进入地表水源后会引起水体富营养化。

（二）．氮肥对大气的影响

　　氮肥对大气的影响主要是来源于氮肥中的NH3、反硝化过程中生成的氧化氮（NO、N2O、NO2等）进入大气后可能导致气候变暖、臭氧层破坏以及形成酸雨等。

施入土壤中的铵态氮肥很容易形成NH3挥发而逸出土壤中，特别是在碱性、石灰性土壤中，是氮肥损失的主要途径之一。

大气氨含量增加，可增加经由降雨等形式进入陆地水体的氨量，成为造成地表水体富营养化的因素之一。

而氧化亚氮（N2O）则是增温效应的温室气体，其增温潜势是二氧化碳的190~270倍。

另外，氧化亚氮还可以与臭氧作用而破坏臭氧层对地球生物的保护作用，增加到达地面的紫外线强度，破坏生物循环，危害人类健康。

　　（三）．氮肥对土壤及农产品污染的影响

　　氮肥施用不当或过量施用将影响土壤中硝酸盐的累积，对土壤的卫生状况产生影响。

氮肥引起农产品污染的因子是硝态氮和亚硝酸态氮。

硝酸盐本身对人体没有毒害，但在人体被还原为亚硝酸盐后，可与食品中二级胺作用合成强致癌物质亚硝酸胺。

蔬菜在人们日常生活中占有十分重要的地位，且易于富集硝酸盐，据报道，人体摄取的硝酸盐81.2%来自蔬菜。

因此，世界各国对食品及蔬菜硝酸盐的含量都有严格的规定。

2000年11月对郑州地区的17种蔬菜、水果进行检验，结果表明，亚硝酸盐检出率达42.3%，其中超标样品占16.7%，最高含量76.68mg/kg，超标18倍。

2000年对河南鸭河、板桥、陆浑、三义寨、濮清南、广利、大功7大灌区地下水监测，61个点铵盐年平均含量0.747mg/kg，检出率67.2%，超标率37.7%。

在蔬菜作物上施用硝酸磷肥是适宜的，并不一定会造成蔬菜硝酸盐的含量超标。

许多人对硝酸磷肥的组成、性状特点、适用性和蔬菜等作物中硝酸盐积累的原理与条件不太清楚，所以才有这些担忧。

　　硝酸磷肥属于化合成氮磷二元复合肥料，在生产过程中如添加钾肥后再造粒，就成为三元复混肥，是灰白色颗粒，有一定的吸湿性。

其养分的组成与形态较为复杂，一般含有硝酸铵、磷酸一铵、硝酸钙和磷酸二钙等几种氮磷养分。

主要特点是，所含的氮素形态有硝酸态与铵态两种，所含的磷素有水溶性与弱酸溶性两类。

具体的含量取决于制造硝酸磷肥所采用的生产工艺，不同工艺所制造的硝酸磷肥不仅总养分含量不同，其中磷素的水溶态比例也有差异。

一般而言，硝酸磷肥含N13%～26%；含P2O512%～20%；N∶P2O5比例在1∶1～2∶1之间。

例如，冷冻法生产的产品可能含N20%、P2O520%，其中水溶性磷占75%、枸溶磷25%；N∶P2O5=1∶1；即使同样冷冻法也可能生产出含N20%～28%，含P2O513%，N∶P2O5=2∶1的产品；至于采用混酸法（硝酸和硫酸）所制得的硝酸磷肥，一般含N12%～14%，P2O512%～14%；其中水溶性磷占30%～50%，枸溶性磷70%～50%；N∶P2O5比例为1∶1。

氮素成分中，除了硝酸铵还有一些硫酸铵，更适于十字花科作物。

　　作为一种复合肥料，硝酸磷肥的主要特点是所含的氮素既有硝酸态又有铵态，所含的磷素既有水溶态又有枸溶态，可以适用于多种作物包括各种蔬菜植物。

它适合在广泛的旱作土壤上施用，而不适合在水稻田等淹水条件下施用，以免发生反硝化作用而损失氮素。

在蔬菜地的施用方法上，可做追肥或基肥，少量施用也可作种肥。

　　那么哪些条件会促使蔬菜及各种农作物体内出现硝酸盐积累呢，硝酸盐和铵盐都是植物可直接吸收利用的两大主要氮源。

氨进入植物体后可以直接进行同化，植物根系吸入体内的硝酸盐既可通过木质部向上移动，也可贮存在根、茎、叶等器官中。

体内的硝酸盐只有还原成氨后，才可完成其营养生理功能。

所以硝酸盐的还原和同化是植物体代谢的重要过程。

硝酸盐的还原是靠酶进行的，而硝酸还原酶的活性受到多种内外因素的影响，如受铵盐的阻碍；在缺钼植物中硝酸还原酶活性是非常低的；当硝酸盐供应量较低时，它在根部还原的比例高；当仅仅供应硝酸盐而且数量又多时，地上部硝酸盐的积累量就增大。

再者，硝酸的还原需要能量，叶肉细胞是利用光能还原硝酸盐的，所以当光照不足时，硝酸盐的积累必然多。

还有，植物种类和年龄的差异会显著影响硝酸盐水平。

一般木本植物根部硝酸盐的还原能力强于草本植物；一年生植物中硝酸还原能力的大小顺序为：

油菜＞大麦＞向日葵＞玉米＞菠菜和生菜等，蔬菜中以菠菜和生菜等种类容易积累硝酸盐。

在低光照条件下，这些植物叶片中硝酸盐浓度能高达6000毫克/千克鲜重。

　　此外，根和叶还原硝酸盐需要大量的碳水化合物。

为此，将磷钾肥与氮肥配合施用有利于硝酸盐的还原和同化；供钾还可使硝酸盐的转移迅速。

从营养角度看，将两种氮源———铵和硝酸盐相结合，才可获得蔬菜的最大生长率。

降低蔬菜等作物中硝酸盐积累水平的有效方法：

首先控制氮肥用量，总氮施用水平要适当，最好是硝酸盐和铵态同时施用；注意氮肥与磷钾肥配合施用；选择适宜的收获时期可使硝酸盐保持低含量。

河南省常年化肥施用量为1500余万吨，据全省肥力监测点1998~2002年的统计，化肥施用氮、磷、钾比例为1∶0.45∶0.18，结构不合理，氮肥施用量过大，5年平均氮素盈余33kg/hm2。

氮肥的超量施用不仅造成资源浪费，而且造成蔬菜、水果品质下降，亚硝酸盐含量超标，对水体造成污染。

因此，选择适当的氮肥品种、适合的氮肥用量，投入足够的磷、钾和其他营养元素，分析植株和土壤中的氮，开展平衡施肥，推广配方肥，能够最大限度地提高肥效，使农业生产持续发展。

　　五.磷肥与环境

（一）磷肥生产与环境

　　磷肥生产对环境造成的影响，如磷石膏（生产1tH3PO3就要副产磷石膏5t）、污水处理、氟的污染及矿山复垦等问题。

其中磷石膏处理是一个重大问题，因为数量很大，而且含有放射性，存贮时也会对生物造成危害。

（二）磷肥与水体环境

　　近年来，磷肥对水体环境的影响在国内外引起了广泛关注。

水体中只要含0.02mg/kg的磷，将使水体开始富营养化。

我国的几大湖泊几乎都或轻或重地存在着水体的富营养化问题，有些达到了甚为严重的程度。

有报告指出，磷素经由水体被带入一些湖泊（如滇池、洱海、淀山湖和南四湖等）的总磷量中来自农田的约占14%~68%。

说明应当重视农田磷肥投入对水体环境的威胁。

大量的研究结果表明，进入水体的磷主要是通过径流带入，当然渗漏也会占有一部分。

而径流水溶磷的浓度必然和土壤有效磷水平有关。

　　（三）磷肥施入土壤中的重金属积累

　　由于磷肥是用自然界中磷矿石加工成的，磷矿石除含钙的磷酸盐矿物外，还含有相当数量的杂质，特别是中低品位磷矿，杂质更多，这些杂质直接影响磷矿和磷肥中镉、镍、铜、钴、铬含量。

但据中国科学院南京土壤研究所鲁如坤等对全国磷矿和磷肥中镉含量的研究表明：

中国主要磷矿的镉含量在0.1~2.9mg/kg范围内，平均为0.98mg/kg，远比其他国家磷矿中含镉量低。

国产过磷酸钙和钙镁磷肥的平均含镉量为0.60mg/kg，特别是钙镁磷肥，平均镉含量只有0.11mg/kg。

根据我国土壤、磷肥用量和含镉量以及土壤最大镉负荷量，鲁如坤认为，随磷肥进入土壤的镉量在相当长的（如数百年）时间内不会对生态环境造成大的冲击。

因此，为减少通过施肥对环境造成的负面影响，我们应依据科学的施肥原理，大力推广配方肥施用，做到施肥适时适量、科学合理。

只要按照施肥原理合理施用肥料，不仅会大大提高肥料的利用效率，减小施肥对环境的危害，而且对我国农业的持续发展也有着重要的作用。