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，不但損耗土壤基礎肥力、增加種糧成本，而且已危及到農產品質量安全和生態安全。

我國是人口大國，更是農業大國，用占世界8%的耕地養活著占世界21%的人口，土地是我們賴以生存的根本。然而這些年來，土地的質量每況愈下。化肥、農藥等化學物質的大量使用，使土壤生態持續惡化。因此，農業部及時作出了化肥農藥“雙減”計劃，以保證我國農業可持續發展。

西北農林科技大學資源環境學院植物營養學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和技術支持，開啟了天然有機廢棄物高效利用與植物自然營養配方時代。

探尋土壤的“病”因

為保持土壤肥力，肥料在農業產業中占據著重要的地位。“莊稼要好，肥料要飽”“春肥滿筐，秋谷滿倉”等諺語生動地描述了自古農家就認識到土壤培肥對農業生產的重要性。1840年德國化學家李比希提出的“礦物質營養理論”為化肥施用和化肥工業發展提供了理論依據，作物產量得以大幅度提高。但隨著化肥施用量的持續增加和施用時期的延長，化肥的副作用日益突出。化肥效益下降、土壤環境惡化、農產品品質下降、作物抗性降低、農業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。

關于化肥帶來的副作用形成的原因，通常歸結為化肥施用比例不合適、農民盲目施肥所導致，但劉存壽用他近20年的研究結果給出了不同的結論：即“無機化學肥料有悖于植物自然營養原理。”

回顧化學肥料施用歷史，無論是化肥工業起步早的發達國家，還是起步晚的發展中國家，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化肥效率遞減、土壤環境惡化、農產品品質下降、作物抗性降低和環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化過程、土壤中礦物元素種類比例及其與植物吸收的關系、土壤礦物元素賦存的化學形態及其與植物營養的關系、土壤水溶性腐殖酸的物質組成及其與植物營養的關系、培養土壤與自然土壤的差異性比較、自然植物營養原理的人工模擬與缺點改進等系統性研究，得到了以下重要結果：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，有機營養是植物不可或缺的營養成分。

值得介紹的是，上述重要結論的獲得與劉存壽獨特的設計思路和研究方法息息相關。首先，人類農耕文明起源于自然物質的循環利用，持續發展幾千年，現有化學肥料的副作用問題；完全自然營養循環的原始森林也不存在現代化學農業問題，故劉存壽選擇從森林土壤營養循環入手研究；其次，土壤是巖石風化產物，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應該可以與礦物離子生成配合物。借用《中藥配位化學》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）找到了物質實證，也為德國化學家范泰耶爾的腐殖質營養理論和我國植物生理與植物營養學家孫羲的有機—無機營養理論提供了依據。

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，但不知其物質組成，因此限制了對其科學利用。劉存壽組織植物營養、植物生理、生物化、儀器分析專家協同攻關，解決了這一難題，勢必對植物營養學、肥料加工工藝產生深遠影響。

“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成的生命體。長期大量施用無機合成化學肥料，無論從營養種類還是化學形態上，均不能滿足植物天然需求，同時破壞土壤生態，合成除草劑和殺菌劑頻繁施用，使之雪上加霜。”病根就是人類違背了自然原理。

解決之道——仿生有機復合肥

“病根”雖然找到了，但人類不可能回到原始自然農業狀態。正如許多學者感言：“化肥如此持續施用不得了，農業不可持續；不施用化肥了不得，會餓死人。”如何解決這一難題成為現代全社會關注的焦點。“再好的理論研究結果不能產生現實社會效益，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果技術化，轉化成技術產品。

他研究發現，雖然水溶性小分子有機物對土壤肥力和植物營養具有承上啟下的作用，但天然有機物轉化率很低，因為土壤微生物的首要功能，就是“負責”清理垃圾——將有機廢棄物轉化成二氧化碳和水。如何高效利用天然有機物，成為技術化的巨大障礙。他認為，既然天然有機物是植物將二氧化碳和水的合成產物，微生物能夠將其分解成二氧化碳和水，那么，微生物分解就是植物光合作用的逆反應，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，經過5年一次次反復試驗，他成功了！4小時之內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，水溶碳轉化率提高50倍。在此基礎上，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，種類與化學形態與森林土壤相一致，但總含量高出數倍。

為了彌補自然營養循環中植物大量營養元素不足的缺陷，他將無機大量營養元素按植物需要配入，控制條件促使其有機轉化，使化學形態與自然一致，但含量大幅度提高。

隨后，劉存壽在化工專家幫助下，設計出整套工藝將各項技術連接起來，形成全新的新型肥料生產工藝，該工藝已被陜西旺辰實業有限責任公司規模化實施。總投資1.2億元人民幣，年產60萬噸仿生有機復合肥系列產品，現已進入試車調試，產品不久將面世。

該肥料之所以定名為仿生有機復合肥，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、元素化學形態、有機營養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，但化學形態與自然保持一致。

經過長達10年的多地、多作物肥效試驗、示范、大面積應用，仿生有機復合肥在提高礦物養分利用率、增強作物抗性、抑制連作障礙和培肥土壤方面顯現出良好的綜合效應。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%；蔬菜發病顯著減輕；土壤保水能力大幅度提高。

仿生有機復合肥是按照自然植物營養原理，采用現代技術加工的新型肥料。其保留了有機肥和化肥的全部優點，克服了兩者的缺點，做到了高產與優質相統一、營養與抗性相統一、土壤利用與培肥相統一。

仿生有機復合肥的前景展望

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

我國是資源相對貧乏的國家，化肥生產已使磷資源難以為繼，鉀肥主要靠進口。與此同時，每年農業生產、農產品加工、養殖等產生約15億噸天然有機廢棄物，其中蘊含近7000萬噸植物大量營養元素、2000萬噸其它礦物營養元素和1.74億噸有機碳，如此大量自然化學能量物大多數成為環境污染物。“將這些珍貴的可再生自然資源科學利用，不僅能滿足作物高產需要的全部營養，而且使土壤持續肥沃，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，已開始植物營養的免疫調節研究工作。