化学技术与农业现代化发展.doc

化学技术与农业现代化发展摘要:在对化学技术、农业现代化概念的说明的基础之上，着重论述化学技术对农业现代化发展所产生的影响（包括积极影响和负面效应），并提出今后一段时期内，化学技术在农业发展方面应当重视和急需解决的问题，确立其发展方向，概述其发展前景。关键词：化学技术；农业现代化；物理农业；化学农业；化学肥料一、 化学技术与农业现代化的基本概念1、 化学技术：化学是自然科学中的一门基础学科，而化学技术，就是利用化学的理论与试验研究手段，实现在社会各个方面进行处理的一类技术。化学技术研究的内容主要包括：物质在自然界中的存在、人工合成和应用等。化学技术可以帮助我们更好的利用自然资源，提炼物质并合成新物质，进一步加工还可以制得医药、炸药、农药、化肥、染料等多种化工产品。随着科学的飞速发展，学科间的相互渗透，自然科学与社会科学的相互交叉，化学技术在农业中的应用越来越普遍和重要。2、农业现代化：从目前世界农业发展的大趋势和社会环境来看，中国的农业现代化，是指具备以下基本特征的农业发展水平： 1）生产技术科学化：科技，是农业向现代化进化的动力源泉。农业生产技术科学化，其涵义是指把先进的科学技术广泛应用于农业，从而收到提高产品产量、提升产品质量、降低生产成本、保证食用安全的效果。实现农业现代化的过程，其实就是先进科技不断注入农业的过程，不断完善农业的基础科研、应用科研及推广体系，不断提高科技对增产贡献率的过程。21世纪，是科技的世纪。新技术、新材料、新能源的出现，将使农业现状发生巨大的变化，科技将在对传统农业的改造过程中，发挥至关重要的作用。如果离开科技的注入，农业的现代化就会停滞不前2）生产过程机械化：生产过程的机械化，是指运用先进设备代替人力的手工劳动，在产前、产中产后各环节中大面积采用机械化作业，从而降低劳动的体力强度，提高劳动效率。所谓全过程的机械化，应包括选种、育秧、耕地、播种、施肥、除草、灌溉、收割、脱粒、烘干、仓储、加工、包装、运输等从种植到餐桌所有环节的机械操作。机械化不等于现代化，但它在现代化的构成中确实占有重要的地位，它是实现现代化的基础，或者说是充分的必要条件。没有机械化的支持，也就不可能有农业现代化。 3）增长方式集约化：由传统农业向现代农业的方向进化，一个基本的同步条件是农业增长方式要从粗放经营向集约经营转变，摒弃传统的粗耕简作，推广现代的精耕细作，在化肥、农药、灌溉等方面的投入边际效益递减，外延扩大生产余地变小的情况下，把增产的基点转到挖掘内部潜力，降低生产成本，提升产品档次，提高综合效益，提高劳动者素质的轨道上来。二、 化学技术在农业现代化中的应用1、化学肥料近二十年来，世界粮食增长一倍，主要是通过提高单产而获得的。其中施肥、用化肥的效果占30%40%。近年，化肥的新品种主要有复合肥料、高浓度肥料、液体肥料、长效肥料及增效剂等。复合肥料一般指含有氮、磷、钾三种或其中两种要素而由化学方法加工制成的化学肥料。复合肥料不仅可以增进吸收效果，而且可以减少施肥次数。不少国家使用复合肥料的比重不断增加。高浓度肥料取代低浓度肥料。由于肥料的浓度大，有效成分高，体积相对减小，节省了包装及运输和施肥的费用和劳力。最近在某些国家生产一些超高浓度的肥料含有效成分达94%以上。液体肥料和长效肥料产量逐年增加。液体肥料施用方便，作物易吸收，并可根据需要，调节氮、磷、钾比例，以及加入微量元素和农药等。特别是喷灌、滴灌时，可同时施肥，节省劳力。长效肥料又称缓效肥料，这类肥料既具有普通化学肥料的速效性，同时又具有缓慢释放（或缓慢溶解）养分的特点，可以在较长的时间内不断地给作物提供养分，从而使其逐步地被利用。研制的长效肥料有颗料尿素、缓效包膜尿素、尿素磷胺复合肥料、尿素缩合的缓效肥料、尿素与乙醛缩合的缓效肥料、长效碳铵、腐植酸类肥料等等。氮肥增效剂。土壤里的硝化和反硝化作用使氮肥损失达20%80%。为抑制硝化作用，防止氮肥的损失，可施用氮肥增效剂。氮肥增效剂能发挥肥效和延长肥效期。有的国家试验表明，在施氮量相同的田间，加施氮肥增效剂可使小麦增产40%，水稻增产10%，棉花19%，甜菜10%。当增效剂用量为氮肥含量的1%时，可使各种氮肥有效利用率提高一倍，并减少施肥次数。此外，还有施用二氧化碳肥料的，二氧化碳直接关系到植物的光合作用和有机物的合成，是光合作用产物不可缺少的来源。近年来，有的国家覆盖园艺中的黄瓜、西红柿、卷心菜等使用二氧化碳的面积已占70%，增产效果为30%左右。正在研究向作物撒施可缓慢释放二氧化碳的微粒胶囊，或在灌溉的水流中加入二氧化碳等气肥输用方法。2、植物保护重点发展高效低毒低残留农药。一些剧毒、高毒和稳定性农药正在被淘汰，对某些农药则规定了严格的使用制度。大力发展高效低毒性有机磷和氨基甲酸酯类农药。低毒有机磷农药品种最多，发展最快。这类农药在植物、动物及土壤中迅速分解成无毒物质，不会有害地累积于生物体内。推广使用低毒杀菌剂。某些铜、汞制剂对人、畜、植物有毒害作用，因此，近十多年来大力发展有机杀菌剂新品种，已部分取代铜，汞制剂。高速发展除草剂。激素防治虫害，人们仿照天然昆虫保幼激素，人工合成了上千种类似昆虫保幼激素的激素类似物。保幼激素类似物可用来扰乱昆虫的正常发育，使它们不能正常蜕皮而死亡；阻碍虫卵发育；促使幼虫提前蜕皮而死亡。3、植物激素植物激素有生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸五类。这些激素调节和控制着植物的生长和发育。由于植物体内的激素含量非常少，提取的方法也比较复杂，人们就人工模拟合成了许多植物激素类似物。它们具有植物激素相同的作用。例如，生长素的类似物萘乙酸和2,4-滴（2,4-D），细胞分裂素的类似物六苄基嘌呤，乙烯的类似物乙烯利等。脱落酸的类似物虽然合成了一些，但未广泛利用，赤霉素的类似物合成的极少。此外，还合成一些化学构造与已知的五类植物激素完全不同的物质。这些物质也有某些特殊调节和控制植物生长、发育的作用。例如，矮壮素、青鲜素等。以上这些物质一般叫做植物生长调节剂，并已在农业生产上广泛应用。4、塑料薄膜塑料薄膜用来建造温室，透光性能相当好，仅次于玻璃，在阴雨天仍能透过大量的光，特别是透过紫外线。在塑料里加入去雾剂，塑料薄膜就不会凝结水滴，保持透光性能。保温能力比玻璃强四倍，又薄又轻，成本低廉，具有一定牢度，又能用高频电焊或电烙铁加热焊接或修补。用塑料薄膜育秧，可使温度提高46以至更高，可使早稻早播10天20天，提早移栽10天以上，一般能增产2成3成。建造塑料棚育秧再可提高温度约23。还试制出红色、紫色、蓝色、绿色等各种彩色农用塑料薄膜。此外，化学还渗透到迅速发展的分子生物学、遗传工程学中，这些学科的研究对农作物病虫害的防治，植物激素跟农作物增产的关系，创造新的生物和新的品种等方面，开辟了以前所不能想象的广阔的前景，并且有的方面已经有了重要的应用。三、 化学技术在农业应用中所产生的负面影响1、施肥方面由于化学物质的不合理利用，如施肥结构不合理等，在重金属元素与微量元素的搭配上的不合理，造成大量的化学物质在土壤中流失，约70%的化学肥料散失于环境中，对我们的土地、水源和大气等造成严重的影响。再加上农民在化肥的施用上、追加等方面具有盲目性和随意性，长期滥施、偏施某些单质肥（如氮肥），会造成土壤的酸化、板结、地力下降，也是土壤沙化、次生潜育化、退化、污染和水土流失的主要原因。由此引起的氮磷等元素进入水体后，会引起水体的富营养化，对城市的生活用水也构成极大的威胁。植物吸取这些元素的唯一源泉就是土壤，土壤之所以丧失肥力，原因就在于土壤中储存的这些元素逐渐的被消耗掉了。为了土壤不致逐步贫瘠而导致作物产量下降，就必须及时补充这些元素，保持“土壤与植物”系统中营养元素的平衡。古时候人类发现通过“烧荒”来开垦的土地比较肥沃，长东西比较壮实；有动物粪便的地方，作物会长得更快。于是，人们在生产实际中学会了使用肥料，像秸秆还田、种植紫云英、苜蓿等豆科植物、施用各种动物代谢产生的有机肥等措施来改善土壤的肥力。而光靠施用绿肥、粪肥等天然有机肥料显然是不够的，最有效的办法是直接施用上述元素的无机盐类，随着化学工业的发展，人们开始利用化学合成品来做肥料，也就是化肥。“粮食一枝花，全靠肥当家”，很难想象现在如果没有化肥的话将是什么样子。化肥的种类繁多，按性质分为有机肥、无机肥和微生物肥料。按养分组成分为氮肥、磷肥、钾肥、复混肥、复合肥和微肥等。氮肥应用最多，据估计氮肥占世界化肥总消耗量的60%左右。19世纪以前，农业生产所需氮肥的来源，主要是有机物的副产物和动植物的废物，如粪便、种子饼、腐鱼、屠宰废料、腐烂动植物等。1847年，德国发生了农业危机，首都柏林爆发了抢夺粮食的“土豆革命”，引起了政府重视生产粮食，因而开展了对土壤的研究。德国的著名化学家李比希判断植物是通过吸收氨来获得含氮养料的。天然氮肥来自硝石，由于产量很有限，随着农业的发展和军工生产的需要，人们设想把空气中大量的氮气固定下来。于是开始设计以氮和氢为原料的合成生产氨的流程并由此合成硝酸。氨水可直接用作农业上的基肥，利用氨和其他物质反应可制得多种氮肥.磷肥通常有三种：磷矿粉经无机酸处理制得的可溶性磷肥，磷矿粉经高温处理制得可溶性磷肥，以及磷矿粉直接经机械粉碎制得的难溶性磷肥。常见的磷肥有过磷酸钙、重过磷酸钙、富过磷酸钙、沉淀磷酸钙、钢渣磷肥等等。其中过磷酸钙Ca(H2PO4)2+2CaSO4施世界上生产最早的品种之一，含磷量（以P2O5计）1618%，由于生产中有残余的酸，使用中呈酸性，腐蚀性较强，有吸湿性。可作基肥、追肥。生产钢渣磷肥是多、快、好、省、综合利用资源生产化肥的重要途径。我国的磷肥资源很丰富，发展磷肥有广阔的前景。钾肥主要有钾盐矿物和天然卤水等。目前钾肥生产主要集中在拥有丰富水溶性钾盐矿的国家如前苏联、加拿大、德国、美国、法国等。我国钾矿资源短缺，每年要耗费外汇从国外进口钾肥。近年来在积极加快对青海省盐湖提钾的开发，已建成由光卤石生产氯化钾年产量达20万吨的青海钾肥厂。此外我国海水提钾也在山东省沿海取得成功并通过国家鉴定。 目前，世界化肥正朝着高浓度、复合化、作物专用化、多品种方向发展，如复合和复混肥、营养液体肥料、微量元素肥料和微生物菌肥等。复合和复混肥是含两种以上营养元素的混合无机肥、无机有机混合肥，一方面追求高肥效，同时也希望减少由于单一肥料的使用而带来的负效应。微量元素肥料自70年代以后发展迅速，早期认为土壤一般能供给作物需求的微量元素，但随着研究的深入，人们发现微量元素对作物的生长也有重要的作用。我国有多 种单一微肥和复合微肥面世。90年代后，新剂型肥料成为各国研究的热点，如直接以营养元素配方的液体营养肥、日本的“空效肥”（CAFS）等。2、农药方面：以某市为例，1996年其的农药施用量为96吨，其后逐年上升，到2002年达到135吨，2003年为144吨，2004年达到最高的271吨。虽然施用量在逐年的上涨，但是效果却并没有明显的提高，甚至出现下滑。这其中的原因，不但有施药器械的简陋，施药水平的落后，药品配制的时间条件不合理等，还有由于农药长期过量使用对农作物本身生长所造成的影响，对当地土地及地下水层所造成的破坏，以及对生物链中的某些重要环节的毁灭性打击导致的失衡效应。农用化学品，在作为农业重要资源而被广泛利用和关注的同时，由其引发的农业面污染却备受冷落与忽视，这是一个极大的不和谐。从实践经验来看，农业化学品使用前所作的预防工作产生的效果，远比施用后的治理效果更佳。我国唐代曾发生过这样一场灾难，山东大面积的蝗灾致使颗粒无收，饿死者浮尸千里，人们颠沛流离。唐明皇亲临灾区，亲口吃下一粒蝗虫以激发人们与蝗灾搏斗。但人们尽了最大的努力，用原始的扑、打、烧的方式从蝗虫口中夺下的口粮真是微乎其微。类似的画面在世界农业的历史上已不知上演了多少幕，据估计这些潘多拉的匣子里放出的害虫使粮食平均每年减产近五成。在与这些自然灾害作斗争的过程中，人们逐步摸索出了一些防治病虫害的方法：16世纪用硫化砷杀虫灭鼠，17世纪用鲸油防治烟草虫害，18世纪，用氯化亚汞和硫酸铜溶液作种子的杀菌剂，19世纪用波而多液防治葡萄露菌病，用砷酸铅防治午午蛾，20世纪30年代末合成了一些有机农药，由于有机农药效果良好，因此发展迅速。农药是用来防治农作物病虫害，消除杂草、消灭动物体内外寄生虫和调节植物生长的药剂。农药很多种，现代有机农药经历了三代：第一代是六六六、滴滴涕（有机氯）和敌敌畏、敌百虫（有机磷）；第二代是氨基甲酸酯和甲脒类化合物（西维因、呋喃丹、杀虫威等）；第三代是拟除虫菊酯。无机农药中著名的是波尔多液和石硫合剂。波尔多液为天蓝色胶体，其有效成分是碱式硫酸铜 Cu2(OH)2SO4；石硫合剂是硫和氢氧化钙反应得到的。 化学农药的发明和广泛应用，大大降低了病虫害对农作物产量和品质的影响，但由于大多数的农药有毒，致使人类在农药的使用上处于两难的境地，一方面必须依赖这些高效的化学品来保证作物单产，另一方面又不得不时时担心农药残留对环境的污染，如何才能达到农业和环境和谐发展呢? 四、 化学技术在农业现代化应用中的发展新方向鉴于化学品在农业中产生的不可避免的负面效应，想要改善化学技术在农业中的应用，就应该结合更加广阔的自然科学知识，以物理农业来结合与改善化学农业，以使化学技术发挥更加合理和高效的作用。，并确保农业的可持续发展。所谓物理农业，就是以物理的方法来提高农作物产量与品质的一种技术手段。其涉及的技术包括：纳米技术、电磁干扰技术、材料与土壤学技术等多个方面。面对我国的人口、资源、环境现状，在21世纪，我们的农业要想有更大的发展，就必须大力推动物理农业与化学农业的相互融合发展，使其相得益彰。发展物理农业以适度改善化学农业，将更合理，更自然、更健康、更综合的方向来发展农业和种植业，永葆我们地球家园的青春。五、 化学技术与农业现代化的发展前景化学农业（以化肥和农药的应用为主要特征）极大地提高了农作物的产量，在解决粮食和饥饿问题上对人类社会做出了巨大的贡献。但随着化肥和农药的长期过量使用，造成地力衰退、农作物品质下降、环境污染，甚至严重危害人体健康，严重影响到农业的可持续发展。当前，农业正处于由化学农业向生态农业过渡时期，而现代物理农业则是实现生态农业的主要途径之一。发展农业化学的初级目标是为了满足人口增长对农产品的需求，而它的高级目标则是让人类与包括动物界、植物界在内的大自然和谐发展。综观农药的历史，就是不断提高药效、减少副作用的过程，化学防治的概念也从杀灭有害生物进步到控制有害生物种群。今天的农业有害生物综合治理(IPM)，要求所开发的农药必须具有选择性好、与环境相容、无公害、作用独特、活性高、使用方便且价格适宜的“绿色农药”。 在众多新型农药中，生物农药是绿色农药的首选品种。一般的生物农药是指有害生物自然天敌的活体农药，或某些生物代谢的次生物质作农药等，但此类生物农药对很多害虫的防治效果远不如化学农药，目前占总农药量的比例很小，对它的研究仍在进行。 植物性农药也是生物农药的一种，90年代以后，人们对高等植物体内所含的杀虫、抑菌的化学机理进行了深入研究，并以此为模板化学合成新型生理活性物质。如前所述的拟除虫菊酯农药的用量已占很大比重。目前我国已批量生产的品种有10多个，其中有烟碱制剂、鱼藤制剂、川柬素制剂、大蒜素、苦参碱制剂等。 另一种植物性农药是从几种有效植物的浸提液中按一定比例混合制得植物源农药，如西北农业大学系统筛选了700多种植物的杀虫活性成分，研制出有良好效果的“柬素杀