高中研究性学习课题：探究使用农家肥料和化学肥料对植物-环境的影响

高一（12）班课题：探究使用农家肥料和化学肥料对植物，环境的影响指导老师：组长：组员：化学肥料农作物生长，需要多种营养元素。其中，需要较多量的是碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等元素，需要微量的是硼、锰、铜、锌、钼等元素。一般土壤中常缺乏的是氮、磷、钾三种元素。因此，农业上主要施用含氮、磷、钾元素的肥料。目前农业上一般施用化学肥料和农家肥。盐类物质中有许多种含有农作物所需要的营养元素，因此，在农业上被大量用作化学肥料。化学肥料简称化肥，是用空气、水和某些矿物为原料，经过化学加工制成的。经我组研究，化肥科分成以下几个种类1.氮肥氮是农作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要组成成分，氮肥能促进作物的茎、叶生长。常用的氮肥有碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、尿素[CO（NH2）2]等。2.磷肥磷肥能促进作物根系生长，增强抗寒抗旱能力，并能促进作物提前成熟、穗粒增多，子粒饱满。常用的磷肥有过磷酸钙（主要成分是磷酸二氢钙和硫酸钙）、重过磷酸钙（主要成分是磷酸二氢钙）、磷矿粉（主要成分是磷酸钙）、钙镁磷肥（主要成分是磷酸钙和磷酸镁）等。3.钾肥钾肥能促使作物茎杆粗硬，增强作物抗倒伏能力，并能促进糖分和淀粉生成。常用的钾肥有硫酸钾（K2SO4）、氯化钾（KCl）等。4.复合肥料复合肥料是含有多种营养元素的化肥。如磷酸二氢铵（H4H2PO4）、磷酸氢二铵[（NH4）2HPO4]、硝酸钾（KNO3）、磷酸二氢钾（KH2PO4）等。河北省的中阿化肥有限公司秦皇岛磷铵厂年产磷酸氢二铵4.8×105t（48万吨），产品已进入国际市场。5.微量元素肥料主要有硼肥、锰肥、铜肥、锌肥、钼肥等。施用量虽然很少，但是作物缺乏这些微量元素，生长发育会受到一定影响，减弱抗病能力。现代农业中，最常用的化肥是无机肥料，这些肥料是由工厂生产出来。就是化肥。化肥一般包含一种或多种植物所需要的营养，比一般自然肥料的营养要高。故对提高农业产量起着重大作用。化肥就是获得植物高产的重要措施之一。从化肥使用看，以黑龙江省垦区为例，2002年拥有耕地2045117公顷，每公顷土地大约使用300公斤。经试验证明，在大量使用化肥的情况下，玉米的单产可加倍增长，一般人认为只利用施肥这项技术，作物的单产可增长l00kg／亩。99年垦区的化肥使用量379807吨，到2002年化肥使用量为521503吨，随着人口的日益增长，根据农业增产的需要，具有增产作用的化肥已成为农业丰收的保证之一。除化学肥料外，我国农村还大量使用农家肥料（如厩肥、人粪尿、绿肥等）。农家肥大多是有机肥料。农家肥的种类繁多(如人粪尿、牧畜粪尿和厩肥、绿肥、堆肥和沤肥等)，而且来源广、数量大，便于就地取材，就地使用，成本也比较低。有机肥料的特点是所含营养物质比较全面，它不仅含有氮、磷、钾，而且还含有钙、镁、硫、铁以及一些微量元素。这些营养元素多呈有机物状态，难于被作物直接吸收利用，必须经过土壤中的化学物理作用和微生物的发酵，分解，使养分逐渐释放，因而肥效长而稳定。另外，施用有机肥料有利于促进土壤团粒结构的形成，使土壤中空气和水的比值协调，使土壤疏松，增加保水、保温、透气、保肥的能力。农家肥虽然含营养成分的种类比较广泛，但是含量比较少，而且肥效较慢，不利于作物的直接吸收。农家肥料的这些弱点却正是化肥的优点。化肥中的营养元素含量比较高，例如：1kg碳铵中的含氮量相当于25kg～30kg人粪尿；1kg普钙的含磷量相当于60kg～80kg厩肥；1kg硫酸钾所含的钾素相当于草木灰10kg左右。化肥大多易溶于水，施入土壤后能很快被作物吸收，肥效快而显著。如用氨水作追肥，能使黄瘦矮小的秧苗在很短时间内返青。另外，制造化肥的原料来源很丰富，例如，生产氮肥所需的空气和水是取之不尽的，其他原料像煤、石油等在我国的贮量也很多。因此，化肥可以大量生产并普遍推广、施用。与农家肥相比较，化肥含营养成分比较单一，不能满足植物生长所需的各种养分，而且成本也较高。因此一般在施用时，总是在增施农家肥料的基础上，配合使用化肥，这样可以起到缓急相济、互相补充的作用。只有这样才能达到合理施用化肥，提高作物单位面积产量的目的。虽然化肥对提高作物产量有显著的效果，但不可否认其对环境影响之大。下面介绍以下化肥的施用对生态环境的影响：1化肥对环境的影响随着科学技术的发展，人们对化肥的认识也逐渐深入而全面，化学肥料引人的非主要营养成份(如：硫酸铵的硫酸根，氯化铵的氯根等)对土壤、植物有一定不良影响。造成土壤板结；有机质缺乏；造成水体富营养化；造成硝酸盐在作物中积累；污染地下水等危害。垦区化肥使用中，氮肥占有比重最大，造成环境污染最严重。因此垦区化肥污染主要是氮肥污染。2化肥对大气的污染化肥对大气的污染主要是氮肥分解成氨气与反硝化过程中生成的N02所造成的。肥料氮在反硝化作用下，形成氮和氧化亚氮，释放到空气中去，氧化亚氮不易溶于水，可达平流层的臭氧层与臭氧作用，生成一氧化氮，使臭氧层遭到破坏，成为氧化亚氮放出。臭氧层集于离地面20公里以上的高空，对维持平流层能量平衡，掩护地球免遭太阳紫外线强烈辐射等方面有重要作用，臭氧层减少，紫外线加强的结果，不仅导致蔬菜、果树、大田、绿色植物的受害，而且使人畜的皮肤癌增加，致畸、致变，破坏平流层能量平衡，气候异常，造成大面积的自然灾害。3化肥对水体的污染随着进人环境中的氮、磷等营养物质增多，造成水环境污染，最严重的后果就是引起水体富营养化。农业生产中大量施用化肥，使氮、磷等营养元素进入水体，是造成人为水体富营养化的主要因素。胰大量藻类繁殖，水生植物的大量繁殖及死亡后的分解作用，要消耗大量的氧会降低水中溶解氧含量，从而形成厌氧条件，造成水质恶化，化肥施用造成另一个严重后果是污染地下水，化肥除地表流失外，还会随水淋失，化肥中的硝酸盐和亚硝酸盐随土壤内水流动，或透过土层经淋洗损失进入地下水。大量使用磷肥，也会引起地下水中镉离子等的升高。使用钾肥，则使地下水化学类型变得复杂化。4化肥对土壤的污染由于土壤种植各种作物，蔬菜和牧草，土壤受到污染直接影响动植物的健康。植物通过根部从土壤吸收的氮素，大部分为硝态氮，一部分为铵态氮，除水稻外，大多数植物以硝态氮为主要形式，含高浓度硝酸盐的植物被动物食用后，由于硝酸盐产生的亚硝酸盐对动物发生毒害。植物体内硝酸还原的速度与氮的供给相配合量，硝酸盐一般并不过多积累，而在供给氮素多时，就会发生硝酸盐积累，为此进行过有关施肥量，肥料种类及施肥时期的试验。牧草和菠菜试验结果表明，随着氮肥用量的增加，植物体内N03-N浓度相应增高。由于土壤的硝化作用，使土壤富有硝酸盐和亚硝酸盐，种植的各植物中硝酸盐含量大大增加，造成土壤污染。另外，制造化学肥料矿物原料及化工原料中，有的会有多种重金属、放射性物质和其它有害成份，它们随着施肥进入农田土壤造成污染。如磷肥的施用，不可避免地带给土壤许多有害物质有：镉、锶、氟等。施用磷肥过多会使土壤含镉量比一般土壤高数十倍、甚至上百倍，长期积累造成土壤污染。如氨水中往往含有大量的酚，特别是利用炼焦厂废气生产的氨水，含酚量超过千分之一，施用于农田后，造成土壤污染。生产出具有异味的农产品。5化肥对生物的危害在施用化肥过多的土壤，会使谷物、蔬菜和牧草等作物中硝酸盐偏高，蔬菜、牧草中的硝酸盐，在贮藏，煮及腐烂过程中，以及在动物胃中，在一些寄生菌还原的作用下，都可以形成亚硝酸盐含量增加，食用后会引起人畜中毒，例如近年常发生农畜因食用大量的甜菜叶及块根引起亚硝酸盐中毒事件。硝酸钾还原生成亚硝酸盐和氧化氮，对神经血管有毒害作用，家畜用后15—20min即可发病，发病率高，常因来不及抢救而大批死亡。农业是一个国家国民经济的基础，发达的农业是一个国家现代化的标志。历史的实践证明，正是有了发达的农业，世界人口才有了快速的增长，人类的文明才达到了如此空前未有的程度。然而，也正是人口的急剧膨胀和现代高度文明才对农业造成了巨大的压力，对农业环境造成了巨大的破坏。不考虑农业发展的环境代价的传统的发展方式所带来的世界范围的“环境危机”已经开始全面困扰人类的生存和发展，在现有的技术水平下，农业环境资源的承载力已不能承担农业发展对它的掠夺性使用。在这一背景下，人们开始重新审视自身的农业发展战略，如何加强环境生态建设，实现我国农业与生态环境协调发展，实现社会经济的可持续发展，成为摆在我们面前的一项十分艰巨而紧迫的任务。当代农业生产最重要的基本任务首先是发展人类赖以生存的绿色有机植物生产。1现代农业发展中的环境问题农业是影响陆地面积最广泛的产业，直到20世纪70年代，人们还普遍地认为环境问题是工业污染造成的，农业部门不过是环境污染的受害部门，然而，农业部门仅是环境问题受害者的看法，已经被科学证明是不准确的。我国在可持续发展道路上所面临的资源的掠夺、生态环境的破坏、水土流失与土地的退化等生态环境与社会经济方面的问题，都与农业生产密切相关。生态环境的恶化在很大程度上与我国工业化初期阶段追求农产品产量的发展目标直接相关。1森林资源减少且生物多样性受到威胁由于人口的迅猛增长和历年不断的大规模垦伐，原始自然植被几乎已荡然无存。传统的外延式扩大农业生产的路子使全国各地为了增加农产品产量，乱砍滥伐，毁林开荒，围湖围江造田，造成了严重的植被破坏和水土流失。2水土大量流失且水污染严重由于不合理垦殖，河流中上流开荒、森林砍伐过多，植被遭到破坏，造成大量水土流失，目前我国水土流失面积18266万hm2，年土壤流失量达50亿t。尽管目前已加大了对水土流失的治理力度，但仍存在边治理边破坏的问题。严重的水土流失，造成良田被冲，大量泥沙流入河川、水库，淤积河道和水利工程，使河道行洪能力下降，农业生产条件和生态环境恶化。同时伴随着水土流失而大量进入河道的氯、磷、钾等成为河流水体富营养化的严重隐患，造成生态恶性循环。这不仅影响当地的农业生产，构成农业继续发展中的重大障碍,还造成这些河流中下游地区河床抬高，水患加剧,造成中下游地区的河流水质严重污染。3农用化学物质导致污染近年来，中国的粮食产量出现了增产乏力的局面，缺水和过量使用化肥是其中的主要原因。化肥、农药等农用化学物质的大量使用，造成土地板结、农产品残毒过多，破坏生态平衡，对生态环境污染程度越来越大，使农区成为分布面广的一个重要面源污染源,影响了农业的持续发展。据农业部提供的资料，目前，全国累计遭受污染耕地面积已超过0.1亿hm2，且有不断扩大和加重的趋势，由此造成的粮食减产损失达150亿kg，直接经济损失125亿元。农用化学物质的大量投入，还致使水体、耕地和农产品遭受不同程度的污染，农畜产品有毒物质不断积蓄，通过食物链进入人体，危害人们的健康。据检测，城市郊区蔬菜中亚硝酸盐超标率达30%左右。食用亚硝酸盐超标的蔬菜，在人体内易形成致癌物质。不仅如此，农用化学物质还带来了严重的流域性问题，如我国太湖水体的富营养化，化肥贡献份额达60%以上，地下水硝酸盐超标现象也已在我国普遍存在。1.植物营养元素植物正常生长发育所需要的营养元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量(亦称常量)元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的植物营养元素。根据植物需要量的多少，必需元素又分为必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙；必需微量元素有铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯。大量元素与微量元素虽在需要量上有多少之别，但对植物的生命活动都具有重要功能，都是不可缺少的。必需元素的生理功能可概括为：构成植物体内有机结构的组成成分，参与酶促反应或能量代谢及生理调节。如纤维素、单糖和多糖中含有碳、氢、氧；蛋白质中含有碳、氢、氧、氮、磷、硫；某些酶中含有铁或锌；Mg2+和K+是两种不同的酶的活化剂；K+和Cl-对渗透调节具有重要作用，等等。有益元素指一些植物正常生长发育所必需而不是所有植物必需的元素。如硅、钴、镍、钠等。硅是稻、麦、甘蔗等禾本科植物所必需的，对番茄、黄瓜、菜豆、草莓等也有一定作用。缺硅会使植物生殖生长期的受精能力减弱，降低果实数和果重。钴是豆科植物固氮及根瘤生