第五章--现代农业与化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章_现代农业与化学,第五章_现代农业与化学第五章_现代农业与化学2010年世界粮食日的主题:团结起来，战胜饥饿2009年，全世界饥饿人口越过10亿大关，其部分原因:目的是表彰国家、区域和国际各级为战胜世界饥饿所做的努力。粮食价格高涨发生金融危机 用粮农组织总干事雅克迪乌夫的话来说，,“这是现代社会的一个悲惨结果”。2,2010,年世界粮食日的主题,:,团结起来，战胜饥饿,2009,年，全世界饥饿人口越过,10,亿大关，其部分原因,:,目的是表彰国家、区域和国际各级为战胜世界饥饿所做的努力。,粮食价格高涨,发生金融危机,用粮农组织总干事雅克,迪乌夫的话来说，,“这是现代社会的一个悲惨结果”。,2,据有关资料介绍,:,平均每年全球约有,2,千万人因饥饿而死亡,（总人口的,0.5,）,;,还有,5,亿左右的人处于严重营养不良状态,。,在世界饥饿人口空前的,2010,年这个世界粮食日上，让我们展望未来。只要有意志、胆略，坚持不懈，各方携手努力，相互帮助，就能够可持续地生产更多的粮食，让饥饿者吃上饭。,3,又据专家指出,:,近,30,年来世界人口翻了一番，粮食总产量也增长了一倍，其中化学的作用约占,50%,65%,。,“消灭饥饿”，仍然是摆在人类面前的一项重任。,也就是说，解决人类吃饭问题，一半要靠化学。,4,5,.1,两次世界农业革命,提出时间,20,世纪,50,年代开始由联合国提出,目的,针对当时的“粮食危机”而提出的,主攻方向,提高农作物的产量，以解决当时世界，尤其是第三世界人民的温饱问题。,结果,由育种技术,和农业机械、化学技术为主导,的第一次农业技术革命的带动，从,50,80,年代末，世界的主要农业产品增产超过,25,。,第一次世界农业革命,5,20,世纪,80,年代，科学家又发现了些新问题：,一些主粮,大米、玉米、小麦等的维生素和微量元素含量水平普遍不高；不能满足人体的需要，使世界人民患营养性缺乏症。,世界,60,亿人口中就有,50,的孕妇因缺铁而产生贫血症，至少有,15,亿儿童患缺铁症。,我国也有,60%,以上的儿童患有不同程度的缺锌综合症等。,我们日常生活中食用的许多动植物产品，如家禽、家畜、鲜奶和果蔬等，其微量元素含量及种类都普遍不符合或不能满足人体需要。,6,第二次世界农业革命,提出时间,：从,20,世纪,90,年代,目的,:,针对世界当时出现的“营养危机”，联合国科学界提出，将,以生物技术和信息技术为主导，,利用人体必需和有益的微营养素去全面优化各大农业品种，培育产量高而又富含维生素和微量元素的作物新品种,提高其营养质量，提高人类健康水平。,各大农业,:,指农、林、牧、渔、副等,.,要完成上述任务,需要,农业地球化学,方面的知识解决。,7,5,.2,农业地球化学,科技兴农,8,农业无机地球化学,农业无机地球化学是,研究化学元素与农业生态、作物的高产,的,密切关系,，,对发展优质高产高效的农业产,品,有着极其重要的意义。,研究内容：,（,1,）对化学元素进行农业生态的分类，合理利用化学元素为农业服务和防治有害元素对农业生产的不良影响；,（,2,）开展对那些与农业生态关系还不清楚的化学元素的研究。,9,农业生物地球化学,主要研究内容：,研究各大农业区本地背景中的地球化学因素,与,生物地球化学作用过程，对大农业影响和制约的学科；,也是开展各大农业区的区划布局，进行对大农业品种中营养因素含量水平的评价，以及开展品种人工优化的学科。,利用人体必需的和有益的微量元素，开展对大农业品种优化试验，提高其微营养素含量水平，为人类食物革命提供物质基础的研究,。,农业生物地球化学在第二次世界农业革命中必将发挥其重要作用。,10,5,.3,滥用农用化学品的副作用,化肥、农药和农膜,是当前我国用量最大的农用化学品，是不可或缺的农业生产资料，它们对提高作物产量、改善农产品质量起着举足轻重的作用。,我国在内的许多发展中国家，上述农用化学品的使用量呈急剧增加之势。,但部分地区还因使用量过大或使用不当等原因，对环境产生了一定的污染，且这种现象随农用化学品用量的不断增加而逐渐加剧。,11,一、我国农用化学品使用状况,1,化肥,早在,1840,年，农业化学的鼻祖，著名德国化学家李比希研制成功。,李比希指出：,每种植物的生长，都必需一定数量的可溶解的氮、磷、钾和钙等元素来保证。,这些重要元素没有任何东西可以替代，它们之间也不能互相代替。,12,李比希试验,把植物燃烧后剩下的灰作了详细的分析，发现植物除碳、氢、氧和氮之外，还含有许多其他元素。例如钾、磷、钙、铁、锰等等。,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地被消耗掉了。,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，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，也就是要生产“人造肥料”。,13,施肥实验：,研究发现，植物特别需要的一种元素是钾。,最便宜的钾盐是碳酸钾，但它的溶解度太大，容易随水流失，造成浪费，须把它转化成溶解度较小的状态。,李比希把仔细粉碎的碳酸钾与碳酸钠混合在一起，然后熔融，再把融化后的产物放冷、碾碎，效果很好。使用这种肥料后，大大提高了作物的产量。,因此获专利权。,钾肥的研制过程,14,氮肥的研制,天然的肥料远远满足不了农作物的需要，尤其是氮的需要，然而空气中,78,是氮气。,1898,年，威廉,克鲁克斯先生在布里斯托尔向全世界化学家发出呼吁，建议共同探索实际有效的空气固氮方法。,化学家们终于研究成功合成氨的方法。,到,1970,年氮肥的世界产量已近,3000,万,t,；,1975,年达,4500,万,t,；,目前已接近,1,亿,t,。,15,2,、农药,农药是一种特殊的工业品，往往含有各种毒素，因此，农药的销售和售后技术服务成为影响农民利益及农业成败的关键环节。,我国从,20,世纪,50,60,年代起，普遍使用,DDT,、六六六、艾氏剂与狄氏剂等有机氯农药。,发达国家从,70,年代起就相继禁用，我国从,1983,年开始停用。,16,“取代农药”：,有机磷与氨基甲酸酯类等。,特点：（,1,）在环境中的降解速度快；,（,2,）残留时间短；,（,3,）但毒性更强。,我国农药的使用总用量呈逐年增加的趋势，在很大程度上带有一定的盲目性。,17,大量使用农药的副作用：,对农业生态系统中的生态平衡带来严重影响；,对农产品带来严重污染；,环境带来严重污染。,特别是我国目前所使用的农药大多毒性很强，更应引起充分注意。,18,3,农膜,农膜覆盖技术自,20,世纪,70,年代从国外引进以来，其发展速度之快，应用作物种类之多，推广面积之大，社会经济效益之巨大，是我国乃至世界农业科技推广史上所罕见的。,据有关资料统计，我国农膜覆盖栽培面积:,1980年为,0.17,万,hm,2,，,1996,年为700万,hm,2,;,1997,年达774,.9,万,hm,2,；,农膜的使用量从1980年的5,.3,万,t,增加到1997年的101,.1,万,t,。,19,农膜的重要作用：,增加作物产量；,促进作物早熟；,提高农产品质量和农业综合生产能力,;,提高经济收入。,但由于局部使用量大、部分使用方法不当等原因，其所产生的环境问题也日趋严重。,20,二、,农用化学品对农业生态环境的影响,化肥的使用,1,、,对农产品质量的影响,（,1,）化肥对农产品质量的影响最为突出，其中最引人注目的是硝酸盐含量超标。,因为硝酸盐还原后形成的亚硝酸盐，可与人体内血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，使其失去带氧能力，导致患者出现紫绀等缺氧症状，严重时甚至可使人窒息死亡。,（,2,）化肥对其他农产品质量的影响也十分明显，其中以氮肥最大。,如过量施用氮肥，在使禾本科作物籽粒含氮量及蛋白质含量增加的同时，也将导致氨基酸含量比例发生变化，使其营养品质下降。,21,2,、化肥对土壤质量的影响：,（,1,）从对土壤物理性质的影响来看，单独施用化肥，将导致土壤结构变差、容重增加、孔隙度减少；,（2）施用化肥可能使土壤有机质上升速度减缓甚至下降、部分养分含量相对较低或养分间不平衡，不利于土壤肥力的发展。,22,化肥对土壤质量的影响：,（3）单独施用化肥将导致土壤中有益微生物数量甚至微生物总量减少；,（,4,）由于部分化肥中含有污染成分，过量施用（其中特别是磷肥）将对土壤产生相应的污染。,目前我国大部分耕地质量退化，对化肥的依赖性愈来愈强，主要是由于大量施用化肥的后果。,23,3,对水体环境的影响,（,1,）使水体富营养化,我国江河湖泊的富营养化十分严重，水体中氮、磷的含量超过规定标准几倍甚至更多，大多数湖泊均出现了不同程度的,富营养化,。,（,2,）水体硝酸盐含量超标,在北方地区，地下水的污染，特别是硝酸盐污染问题十分突出，部分地区硝酸盐含量超过饮用水标准的,5,10,倍，基本上不能饮用。,24,4,对大气环境的影响,化肥对大气环境的影响中最令人关注的是,N,2,O,与全球气候变暖，在氧化还原交替状态下，土壤中的硝态氮易被还原为,N,2,O,。,从已有的研究结果来看，,N,2,O,的排放量与氮肥施用量、温度、土壤水分状况等密切相关。,我国氮肥的当季利用率一般仅,30,50,，损失的氮素中无疑有相当部分要以,N,2,O,的形式排放到大气中。,温室气体：,CO,2,、甲烷（,CH,4,）、氧化亚氮（,N,2,O,）,25,农药的影响,两个方面：,（,1,）我国在,20,世纪,80,年代前主要使用毒性很强的有机氯农药，它们在土壤、植物乃至整个农业生态系统中的残留会持续很长时间，虽然,1983,年后已禁止使用，但至今仍可从部分地区作物中分析出残留的有机氯农药或其衍生物。,（,2,）使用的有机磷农药，虽然较易降解，但因其毒性强，加之部分地区施用量过大或施用方法不当，亦对农业生态环境产生较大污染。,据统计，我国目前受农药污染的耕地面积已超过,1300,1600,万公顷。,26,农膜的影响,相对而言，农膜对农产品质量的影响要小得多。,原因：,（,1,）因为农膜的使用较农药和化肥集中，使用范围相对较小；,（,2,）农膜本身又不能被作物所吸收。,27,农膜的影响,1,、,农膜中所含的微量环境荷尔蒙对人类健康的危害,由于生产技术等方面的原因，农膜中所含的微量环境荷尔蒙物质如联苯酚、邻苯二甲酸酯、聚乙烯、,PCB,聚氯联苯等也可能对农产品带来污染，并可能因此危害人类的健康，但我国相应的研究目前还是空白。,28,环境荷尔蒙物质的危害,1991,年，丹麦科学家综合了来自世界,20,多个国家的,61,份研究报告发现，世界男子的精子密度比,1940,年下降了,50,。,原因是环境荷尔蒙物质对人体激素的长期慢性干扰。而环境荷尔蒙物质主要存在于一些人工合成的化合物中，例如：多氯联苯、滴滴涕和二恶英。,29,环境荷尔蒙可能通过,干扰生殖系统和内分泌系统的激素分泌，,造成男性的女性化，比如精子数减少、精子质量下降、睾丸发育中断、永久性性功能障碍、性别的自我认知障碍等；,造成女性子宫癌变畸形、乳腺癌等。,还可能造成儿童的免疫能力、智力和运动能力的永久性障碍，比如多动症、痴呆、免疫功能低下等。,科学家们担心，人类进化是否会被这类物质终止。,环境荷尔蒙物质的危害,30,“惹不起，还躲不起吗？”,普通人面对化学品污染需要有一些基本的自我防护知识。虽不可能生活在绝对无污染的环境里，但可以尽量避免接触它，例如,:,不买用过农药的蔬菜,;,少吃用饲料添加剂喂养的肉类,;,少用塑料制品,;,减少家庭装修,年轻人不染头发,;,吃东西前洗手等等。,国家发改委,5月份,公布，“限塑令”实施一年来，塑料购物袋使用量明显减少，其中商场和超市最为明显，减少量在75%左右。,据有关协会调研测算，如按目前超市塑料袋的使用量减少2/3左右计算，每年可减少塑料消耗27万吨以上，相当于节约石油160万吨。,31,2,、农膜对土壤的影响,与化肥、农药对土壤的污染相比，农膜对土壤的污染主要是物理性的。,影响土壤的通气透水等物理性质；,使土壤中养分的迂移受到阻碍；,影响作物的生长发育和产量。,3,、农膜对水体的污染主要以物理污染为主,严重破坏水体的环境,。,残膜会导致水面污染。,残膜还可能堵塞排灌设施，使水利工程遭到破坏。,32,4,、农膜对大气环境的影响,（,1,）直接污染,。,薄膜残片在空中漂浮，便大气中固体残留物量增加。,（,2,）是来自农膜焚烧所产生的污染,。,农膜焚烧在我国多数地区均有发生，其所产生的化合物（焚烧时产生类似二恶英的物质）不仅污染环境，而且对人类健康的危害极大。,33,三、技术对策,农用化学品的污染在很大程度上是由于过量投入和不合理使用造成的。,加大宣传力度，引起全社会重视，让防止污染变成每一个公民的自觉行动。,进一步完善有关法律条款，从制度上防止农用化学品对环境的污染是很有必要的。,34,1,加强对农用化学品污染及其防治的研究,农用化学品对环境的污染包括,生产,和,使用,两个方面。,从生产方面来说,：,限制产品中污染物的含量；,在新产品（特别是新农药）的开发上应严格把关，对新产品应用可能带来的问题应进行全面、系统的研究和分析。,但目前我国在上述两方面的研究和监测都很不够。,单从技术上讲，采用以下对策,:,35,在使用方面：,必须大力加强对农用化学品施用与污染方面的研究。,在污染的途径、影响因素、控制及防治对策等方面，目前均缺少深入、系统的研究。,已有研究结果虽然可在一定程度上说明问题，但也只是局部性的，没有对全局起指导作用的研究,36,2,鼓励和积极开发有利于环境保护的化肥、农药农膜等新品种,目前我国在开发化肥新品种的方面力度不够。,市场通用的化肥品种较少；,复合肥虽然近年来有了较大的发展，但大多是混配复肥，真正适合不同地区土壤条件和作物生长需要的高浓度复合肥很少。,37,生物固氮新途径,大豆、苜蓿等豆科植物，它们根部寄生的根瘤菌，能直接从空气中吸收氮气，转化成氨，为植物提供氮肥；,实验证明，一般豆科作物中的氮素，约有三分之二是从空气中固定下来的。,种植一亩苜蓿，获得的氮素相当于,50,公斤硫酸铵,。,38,至今，科学家们已发现有,100,多种有根瘤的非豆科植物；,巴西科学家在马唐属的牧草根系里还发现一种螺旋菌，也能把空气中的氮转化为氮肥，后来在玉米根际也发现了这种细菌。,美国生物化学家把这种细菌给玉米和一些牧草接种，然后进行播种，试验小区不施氮肥，只施磷肥、钾肥，通过测定，发现细菌的活性随玉米的生长不断加强，到抽花丝时达到最高值。,实验证明，大多数接种的作物比未接种的产量高。,生物固氮新途径,39,国内外的科学家提出，用遗传工程的办法，把豆科植物根瘤菌的遗传基因，搬到水稻、小麦等庄稼的遗传物质上。这项试验如果成功，成本只要用化学方法生产氮肥的,12000,至,13000,。,现在已经能把根瘤菌中的固氮基因提取出来，转移到大肠杆菌里，使大肠杆菌也有了生产氮肥的本领，从而使这一科学设想有了良好的开端。,生物固氮新途径,40,目前在农药方面的问题：,虽然新品种不少，但部分产品并未经过严格的药效和毒理试验；,新农药的研制和开发以杀死害虫为目的，很少将环境效应考虑进去，故大多毒性很强，对环境的负面效应较大。,新的农药使用技术，目前尚未得到广泛的应用。,细雾喷洒技术、绷带施药法、注射施药法,41,3,、积极推广平衡施肥技术,配方施肥,像医生给病人开处方一样，按作物、土壤的状况，有选择地针对性施肥，而不是盲目施肥。,载体控释肥,载体控释肥是一种对养分释放速度进行调节的新型肥料。,42,近年来，国内外科学家已研制开发成功几种新型农膜,1,、,稀土转光农膜,2,、高效调光生态膜,3,、聚乙烯长效滴流膜,4,、多功能可降解液态膜,5,、新型环保液体农膜,6,、改性农用塑料大棚膜,7,、“玉米塑料”膜,8,、角蛋白农用地膜,9,、纳米多功能温室棚膜,10,、纸地膜,透光率高,防雾滴,屏蔽紫外线,可生物降解,具有一定的机械强度,等,43,近年来，国内外科学家已研制开发成功几种新型农膜,一、稀土转光农膜,该农膜是在高压聚乙烯中加人稀土螯合物（转光添加剂）吹制而成。与普通农膜相比，该膜能将日光中的紫外线转换成红橙光,，,从而使温室或大棚内植物光合作用强度提高88,，,寒冷季节棚温提高1-5、地温提高1,-,3,，,作物成熟期提早7,-,15 d,，,产量提高15-35。另外,，,该膜还具有在炎热季节降低棚温和地温,，减轻植物病虫害，降低果实中的硝酸盐含量等功能。,44,二、高效调光生态膜,该膜是在长寿无滴消雾膜的基础上添加高新材料制成。其突出优点,：,1,、在低温季节能增加棚内温度，,防止作物冻伤,，,高温季节可下调棚内温度,，,防止作物烧伤,；,2,、能够使棚内紫外线减少，抑制灰霉病、菌核病等病原菌的繁殖，,提高作物抗病力,，,减少农药用量,；,3,、能够增加蓝光或红光的照射，,提高作物光能利用率,，,进而提高作物产量。该膜适用于多种蔬菜栽培在水稻育秧上使用也有显著效果。,三、聚乙烯长效滴流膜,该膜在使用过程,，可有效降低表面活性剂迁移和流失的速度，,使棚膜的滴流期增加到12个月以上,，,有效解决了我国目前农用棚膜滴流期短（只有3-4个月）的弊病。另外，该膜抗老化、寿命长，还具有一定的防雾功能。,45,四、多功能可降解液态膜,该地膜是以褐煤、风化煤或泥炭对造纸黑液、海藻废液、酿酒废液或淀粉废液进行改性,，,通过木质素、纤维素和多糖在交联剂的作用下形成高分子化合物再与各种添加剂、硅肥、微量元素、农药和除草剂混合而成。该地膜的突出特点,：,一是以农作物秸秆为原料既解决了秸秆焚烧污染环境的难题又达到了资源综合利用之目的：,二是具有双重功效既有塑料地膜的吸热增温、保墒、保苗作用，还有较强的粘附能力可将土粒联结成理想的团聚体达到改良土壤之目的：,三是该地膜可腐化分解为腐殖酸不仅不会对环境造成污染反而增进了土壤肥力。,46,五、新型环保液体农膜,该农膜以甲壳素为主要原料,，对水后直接喷施于土壤表面，,其中的高分子与土壤颗粒结合后,，,可在土表及土表以下的土壤团粒表面固化成极薄的透气膜。对提高地温、减少土壤蒸发和养分流失,，,提高作物产量具有显著作用。,膜在田间可自行降解,，,不仅不会对土壤产生污染,，,反而可起到改良土壤的作用。,另外,，该产品还可用于叶面喷施、枝干涂抹或作为农药、化肥的添加剂使用。,六、改性农用塑料大棚膜,该膜将,5,-10,的改性超微细煅烧高岭土填充于农用塑料大棚膜中，使农用塑料大棚膜在保持其良好的机械力学性能的同时，可有效阻隔波长在,7,25um,的红外光辐射，将棚膜的红外光阻隔率提高,1,倍以上，进而有效地提高了塑料大棚膜的保温性能是目前极具发展前景的棚膜保温材料。,47,七、“玉米塑料”膜,玉米塑料”膜是从玉米中提取“液态乳酸”,，,再转化为“聚乳酸”颗粒后加工制成。,该材料为全降解生物环保材料,，,利用该材料制成的农用地膜（包括其他塑料替代品）,，,可有效解决传统的化学塑料农膜带来的白色污染问题,，,因而被视作继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”。,八、角蛋白农用地膜,该技术主要利用鸡毛中的角蛋白,，,通过重新排列角蛋白的分子结构生产出成任意长度和宽度的塑料地膜。与普通地膜相比用这种新材料制作的地膜不仅非常结实、轻便，而且可生物降解为有机氮肥，实用价值高。,九、纳米多功能温室棚膜,该膜是将事先制成的“纳米材料添加剂”添加到农膜生产原料中加工制成。农药和硫磺熏蒸对此种农膜影响甚微,，,透光率等下降很慢,，,使用寿命最长可达2,-,3年。此外该农膜还具有透光率高、防雾滴、屏蔽紫外线等性能,48,十、纸地膜,纸地膜完全由植物纤维制成。其突出优点,：,一是使用后不需回收可与肥料一起翻埋入土,；,二是制造成本低廉仅为塑料地膜造价的13：,三是保温性和透光性适当,，,即使是在盛夏高温季节,，,农作物也不会因为地表温度过高而灼伤幼苗有利于提高幼苗的成活率：,四是该膜既有蒸发功能又有吸水性干湿调节作用明显,，可有效抑制大棚中因过度潮湿而带来的菌核病和灰霉病等病害的发生因而在特殊环境中更有应用价值。,49,思考题,1,、两次世界农业革命的目的，解决了哪些问题？,2,、简述农用化学品的污染对生态环境的,影响。,3,、对于农用化学品的污染，应采取哪些技术策略？,50,谢谢！,