為了糧食的“糧食”

祝傳海

化肥是糧食的“糧食”，為我國糧食連續(xù)豐收立下“汗馬功勞”，然而專家指出，我國化肥使用存在過量使用、盲目使用的問題，不但損耗土壤基礎(chǔ)肥力、增加種糧成本，而且已危及到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)安全。

我國是人口大國，更是農(nóng)業(yè)大國，用占世界8%的耕地養(yǎng)活著占世界21%的人口，土地是我們賴以生存的根本。然而這些年來，土地的質(zhì)量每況愈下?；?、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)的大量使用，使土壤生態(tài)持續(xù)惡化。因此，農(nóng)業(yè)部及時作出了化肥農(nóng)藥“雙減”計劃，以保證我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)學(xué)副研究員劉存壽用自己近20年的研究，為“雙減”計劃提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持，開啟了天然有機廢棄物高效利用與植物自然營養(yǎng)配方時代。

探尋土壤的“病”因

為保持土壤肥力，肥料在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)著重要的地位?！扒f稼要好，肥料要飽”“春肥滿筐，秋谷滿倉”等諺語生動地描述了自古農(nóng)家就認識到土壤培肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性。1840年德國化學(xué)家李比希提出的“礦物質(zhì)營養(yǎng)理論”為化肥施用和化肥工業(yè)發(fā)展提供了理論依據(jù)，作物產(chǎn)量得以大幅度提高。但隨著化肥施用量的持續(xù)增加和施用時期的延長，化肥的副作用日益突出?；市б嫦陆?、土壤環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、作物抗性降低、農(nóng)業(yè)面源污染和食品安全等一系列問題越來越嚴重，如果不能有效遏制，將會威脅人類生存。

關(guān)于化肥帶來的副作用形成的原因，通常歸結(jié)為化肥施用比例不合適、農(nóng)民盲目施肥所導(dǎo)致，但劉存壽用他近20年的研究結(jié)果給出了不同的結(jié)論：即“無機化學(xué)肥料有悖于植物自然營養(yǎng)原理。”

回顧化學(xué)肥料施用歷史，無論是化肥工業(yè)起步早的發(fā)達國家，還是起步晚的發(fā)展中國家，隨著化肥施用量增加和施用時期延長，無一例外地相繼出現(xiàn)化肥效率遞減、土壤環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、作物抗性降低和環(huán)境污染等化肥副作用，而且次序和形式完全一致。對此，其背后必然存在深層次原因。

1996年以來，劉存壽從森林自然土壤入手，先后進行了森林土壤轉(zhuǎn)化過程、土壤中礦物元素種類比例及其與植物吸收的關(guān)系、土壤礦物元素賦存的化學(xué)形態(tài)及其與植物營養(yǎng)的關(guān)系、土壤水溶性腐殖酸的物質(zhì)組成及其與植物營養(yǎng)的關(guān)系、培養(yǎng)土壤與自然土壤的差異性比較、自然植物營養(yǎng)原理的人工模擬與缺點改進等系統(tǒng)性研究，得到了以下重要結(jié)果：植物健康生長需要吸收多種礦物元素；礦物元素的有機配位化合物植物生物有效性更高；植物能夠且必要吸收有機營養(yǎng)，有機營養(yǎng)是植物不可或缺的營養(yǎng)成分。

值得介紹的是，上述重要結(jié)論的獲得與劉存壽獨特的設(shè)計思路和研究方法息息相關(guān)。首先，人類農(nóng)耕文明起源于自然物質(zhì)的循環(huán)利用，持續(xù)發(fā)展幾千年，現(xiàn)有化學(xué)肥料的副作用問題；完全自然營養(yǎng)循環(huán)的原始森林也不存在現(xiàn)代化學(xué)農(nóng)業(yè)問題，故劉存壽選擇從森林土壤營養(yǎng)循環(huán)入手研究；其次，土壤是巖石風(fēng)化產(chǎn)物，其中必有多種礦物元素。劉存壽不僅從土壤水溶性腐殖酸中測定到多達38種礦物元素，而且通過測定多種植物中礦物元素種類，證明了土壤提供與植物吸收的一致性；再次，既然土壤中均有水溶性小分子有機物，這些不飽和烴類物質(zhì)應(yīng)該可以與礦物離子生成配合物。借用《中藥配位化學(xué)》方法不僅證實了他的理論推理，進一步研究這種配位作用對植物營養(yǎng)的影響使其對化肥副作用成因有了更明確的認知；最具亮點的是，他首次完成了土壤水溶性腐殖酸物質(zhì)組成測定工作。這不僅為有機肥料能夠增強植物抗性（抗旱、寒、病、蟲）找到了物質(zhì)實證，也為德國化學(xué)家范泰耶爾的腐殖質(zhì)營養(yǎng)理論和我國植物生理與植物營養(yǎng)學(xué)家孫羲的有機—無機營養(yǎng)理論提供了依據(jù)。

土壤水溶性腐殖酸一直以來被看成是一個“黑匣子”，我們能夠感知其作用，但不知其物質(zhì)組成，因此限制了對其科學(xué)利用。劉存壽組織植物營養(yǎng)、植物生理、生物化、儀器分析專家協(xié)同攻關(guān)，解決了這一難題，勢必對植物營養(yǎng)學(xué)、肥料加工工藝產(chǎn)生深遠影響。

“我們賴以生存的土壤病了”！劉存壽博士感嘆道。“土壤是由土壤微生物、土壤有機物和土壤礦物構(gòu)成的生命體。長期大量施用無機合成化學(xué)肥料，無論從營養(yǎng)種類還是化學(xué)形態(tài)上，均不能滿足植物天然需求，同時破壞土壤生態(tài)，合成除草劑和殺菌劑頻繁施用，使之雪上加霜?！辈「褪侨祟愡`背了自然原理。

解決之道——仿生有機復(fù)合肥

“病根”雖然找到了，但人類不可能回到原始自然農(nóng)業(yè)狀態(tài)。正如許多學(xué)者感言：“化肥如此持續(xù)施用不得了，農(nóng)業(yè)不可持續(xù)；不施用化肥了不得，會餓死人。”如何解決這一難題成為現(xiàn)代全社會關(guān)注的焦點?！霸俸玫睦碚撗芯拷Y(jié)果不能產(chǎn)生現(xiàn)實社會效益，仍然是廢紙一張”，劉存壽就這么認為。因此，緊接著他便開始將理論研究結(jié)果技術(shù)化，轉(zhuǎn)化成技術(shù)產(chǎn)品。

他研究發(fā)現(xiàn)，雖然水溶性小分子有機物對土壤肥力和植物營養(yǎng)具有承上啟下的作用，但天然有機物轉(zhuǎn)化率很低，因為土壤微生物的首要功能，就是“負責(zé)”清理垃圾——將有機廢棄物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。如何高效利用天然有機物，成為技術(shù)化的巨大障礙。他認為，既然天然有機物是植物將二氧化碳和水的合成產(chǎn)物，微生物能夠?qū)⑵浞纸獬啥趸己退?，那么，微生物分解就是植物光合作用的逆反?yīng)，因而微生物分解原理可以用人工方法進行模擬。這種異想天開的想法通過向土壤微生物專家請教、查閱大量文獻，經(jīng)過5年一次次反復(fù)試驗，他成功了！4小時之內(nèi)使天然有機物完全液化成水溶性小分子活性物，速度是自然微生物的120倍，水溶碳轉(zhuǎn)化率提高50倍。在此基礎(chǔ)上，他將富含多種礦物元素的天然礦物同步活化，并使之與有機活性物生成配位化合物，種類與化學(xué)形態(tài)與森林土壤相一致，但總含量高出數(shù)倍。

為了彌補自然營養(yǎng)循環(huán)中植物大量營養(yǎng)元素不足的缺陷，他將無機大量營養(yǎng)元素按植物需要配入，控制條件促使其有機轉(zhuǎn)化，使化學(xué)形態(tài)與自然一致，但含量大幅度提高。

隨后，劉存壽在化工專家?guī)椭?，設(shè)計出整套工藝將各項技術(shù)連接起來，形成全新的新型肥料生產(chǎn)工藝，該工藝已被陜西旺辰實業(yè)有限責(zé)任公司規(guī)模化實施。總投資1.2億元人民幣，年產(chǎn)60萬噸仿生有機復(fù)合肥系列產(chǎn)品，現(xiàn)已進入試車調(diào)試，產(chǎn)品不久將面世。

該肥料之所以定名為仿生有機復(fù)合肥，首先是天然有機物降解模擬了土壤微生物降解原理，工廠化、精準化快速降解；其次肥料中礦物元素種類、元素化學(xué)形態(tài)、有機營養(yǎng)組分均依照自然土壤特性進行配置、加工，大量元素增加了含量，但化學(xué)形態(tài)與自然保持一致。

經(jīng)過長達10年的多地、多作物肥效試驗、示范、大面積應(yīng)用，仿生有機復(fù)合肥在提高礦物養(yǎng)分利用率、增強作物抗性、抑制連作障礙和培肥土壤方面顯現(xiàn)出良好的綜合效應(yīng)。氮素利用率提高1倍以上、磷素提高2倍；獼猴桃黃花、鴨梨“雞爪病”、蘋果腐爛病的連作障礙減輕40?85%；蔬菜發(fā)病顯著減輕；土壤保水能力大幅度提高。

仿生有機復(fù)合肥是按照自然植物營養(yǎng)原理，采用現(xiàn)代技術(shù)加工的新型肥料。其保留了有機肥和化肥的全部優(yōu)點，克服了兩者的缺點，做到了高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)相統(tǒng)一、營養(yǎng)與抗性相統(tǒng)一、土壤利用與培肥相統(tǒng)一。

仿生有機復(fù)合肥的前景展望

2014年，農(nóng)業(yè)部出臺了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，確保到2020年實現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標。“一控”，即控制用水總量；“兩減”，即化肥農(nóng)藥減量；“三基本”，即畜禽糞污、農(nóng)膜、農(nóng)作物秸稈基本得到資源化、綜合循環(huán)再利用和無害化處理。這是政府通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)部署為土地問題的解決提出的明確要求。而劉存壽的研究結(jié)果和技術(shù)化產(chǎn)品為農(nóng)業(yè)部的政策目標提供了技術(shù)保障。

我國是資源相對貧乏的國家，化肥生產(chǎn)已使磷資源難以為繼，鉀肥主要靠進口。與此同時，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、養(yǎng)殖等產(chǎn)生約15億噸天然有機廢棄物，其中蘊含近7000萬噸植物大量營養(yǎng)元素、2000萬噸其它礦物營養(yǎng)元素和1.74億噸有機碳，如此大量自然化學(xué)能量物大多數(shù)成為環(huán)境污染物?！皩⑦@些珍貴的可再生自然資源科學(xué)利用，不僅能滿足作物高產(chǎn)需要的全部營養(yǎng)，而且使土壤持續(xù)肥沃，大幅度減少二氧化碳排放”。劉存壽如是說。

“土壤健康，植物才能健康；植物健康，人類才能健康”。劉存壽為推進這一理念不懈努力著，已開始植物營養(yǎng)的免疫調(diào)節(jié)研究工作。