大道至簡 創新為本

運怡冰

2016年5月30日，全國科技創新大會在京召開。會上，習近平總書記指出，“縱觀人類發展歷史，創新始終是一個國家、一個民族發展的重要力量，也始終是推動人類社會進步的重要力量。實施創新驅動發展戰略，是應對發展環境變化、把握發展自主權、提高核心競爭力的必然選擇，是加快轉變經濟發展方式、破解經濟發展深層次矛盾和問題的必然選擇，是更好引領我國經濟發展新常態、保持我國經濟持續健康發展的必然選擇。我們要深入貫徹新發展理念，深入實施科教興國戰略和人才強國戰略，深入實施創新驅動發展戰略，統籌謀劃，加強組織，優化我國科技事業發展總體布局”。作為農業大國，創新農業科技，打造綠色健康的現代化農業成為當代科研工作者的最大目標。

他，是一個因強烈“饑餓感”而投身農業的人；他，是一個對土地愛得深沉，視土地為生命的人；他，更是一個在喧囂時代時刻保持清醒頭腦的智者。為了破解我國農業生態持續惡化，化肥副作用及環境破壞愈發凸顯的世界性難題，實現自己的綠色農業夢，他慎思篤行，開拓創新，用坦蕩的情懷實現著對科學和真理的追逐。他就是西北農林科技大學資源環境學院植物營養學教授劉存壽。

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。“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、作物抗性降低等一系列問題愈加嚴重，這些問題如果不能有效遏制，將會威脅人類生存。但身為植物營養學博士的劉存壽，在大半生的研究生涯中，并沒有像本領域其他專家那樣把研究的方向聚焦在植物本身，而是從土壤與植物的關系入手，通過理清關系鏈之間前因后果的邏輯順序，從而找到一個解決問題的方法。他提出了全營養有機營養學說，打破了在世界化肥工業統治170多年的李比希礦物質營養學說，開拓了農作物施肥的新理論。這一理論的提出不僅在本專業領域形成顛覆性的影響力，而且對全球資源保護、人類生態環境優化起到跨時代的作用。

理念創新，視角獨到，道法自然尋根本

劉存壽為何要投身農業？具體原因還要從他的經歷說起。經歷饑荒和“文革”動亂的他，因潛藏內心深處揮之不去的“饑餓”感而考取了中專院校的農學專業，只為實現人人吃飽飯的樸素理想。盡管畢業被分配到一個不錯的單位，但在工作中總是感覺學到的知識還遠遠不夠，于是工作之余他繼續讀書學習，并順利考取陜西師范大學化學系。工作幾年后，他再次選擇讀書深造，并考取高級植物生理學博士學位。

正是在工作中學習，在學習中工作，不斷的充實和完善自己的知識結構，讓劉存壽形成了廣闊的視野和獨到的見解。他在看待植物學研究的時候，會從植物全生命周期出發，對農業發展的整個體系進行思考，還會研究化學物質對植物的影響效應。“中國在改革開放之后的發展農業生產的模式跟美國比較相似，都是以追求高產為主，大量施用化學農藥。這種行為導致了土壤和海水的污染。”劉存壽經翻閱大量國外期刊，充分研究了美國的相關發展和研究案例，給出了這樣的解釋。

根據研究的案例，劉存壽開始思考：為什么人類農業文明發展了上千年，但是沒有出現土壤污染的問題，而且我們食用的蔬果等食物也保持了原汁原味，而現代化農業的發展卻引發了一系列食品安全問題？施用化學農藥和施用有機肥料這兩種情況之間，到底存在什么區別？“人法地、地法天、天法道、道法自然”，崇尚哲學思想的劉存壽決定展開研究，試圖從中找到問題的根源。盡管在研究經費極度緊張的時代，也絲毫阻擋不了他的科研熱情，他決然拿出自己微薄的工資來支持自己的科研工作，就這樣，他在對有機全營養肥的研究和實驗中苦心堅守了二十多年。

理論創新，順應自然，透過現象看本質

學科交叉融合、利用現代分析方法是劉存壽博士取得理論突破的關鍵所在。為了理清現代農業生態和原始植物生態，從1996年起，劉存壽團隊從“未被人類化學工業污染的原始森林”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、自然植物營養原理的人工模擬與缺點改進等系統性研究。

為了明確土壤中水溶性腐殖酸的植物營養功能來源，劉存壽組織植物營養、生物化學、植物生理和儀器分析專家們開始了聯合攻關，他們用了兩年時間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、抗寒、抗病、抗蟲）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。他們從水溶性腐殖酸中測定到約2000余種有機物質，按照這些物質的植物生理作用可將其劃分為七大類；同時，他們還測定到其中含有38種礦物元素。借用中藥配位化學研究方法，他們證明了水溶性腐殖酸中所有礦物元素均以有機配位態和無機離子態兩種化學形態存在。

接著，劉存壽及其團隊進行了土壤培養和植物測定驗證。結果表明，向土壤添加天然有機物培養至腐殖化完成后，土壤水溶性腐殖酸有機成分種類、礦物元素種類和礦物元素化學形態與自然森林土壤完全一致；新鮮植物葉片中礦物元素種類及其化學形態與水溶性腐殖酸中元素種類和化學形態完全一致。

針對水溶性腐殖酸有機成分、礦物元素種類和礦物元素的有機配位化合物對植物營養的影響，該研究團隊進行了深入研究。結果表明，植物根系可以直接吸收不同結構的有機小分子；某些稀有元素和稀土元素具有很強的植物生理作用；水溶性腐殖酸能夠與外源無機銨態氮、磷、金屬離子形成配合物，這些配合物以不同機理影響礦物元素的生物有效性。

至此，劉存壽從上述系統研究結果中提煉、驗證了四條自然植物營養原理：①植物根系能夠吸收多種有機營養；②植物健康生長需要吸收多種礦物質元素；③植物礦物質養分的有機配位化合物能使植物生物有效性更高；④碳基是植物營養的中心。

“我們賴以生存的土壤病了！”劉存壽教授感嘆道，“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，無論是從營養種類上還是從化學形態上，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。

技術創新，高效循環，科研成果產業化

如果說水溶性腐殖酸物質組成的成功測定是劉存壽專家組研究工作的第一項突破，四條自然植物營養原理的提出是其理論研究成果，那么天然有機物人工快速降解就是劉存壽專家組研究工作的第二項突破，水溶性全營養生態有機復合肥是技術化成果。

我們傳統施用的有機肥雖然是天然有機物，但在被土壤微生物降解過程中約70%有機碳被氧化成二氧化碳，12%形成微生物碳，15%形成土壤固定態碳，僅3%左右有機碳轉化成水溶性腐殖酸，利用率極低。

為了有效提高有機碳植物利用效率和養殖糞便、城市污泥完全無害化處理，讓植物吸收更多的營養，劉存壽教授帶領科研團隊，經過5年反復實驗，依據人工模擬微生物原理，利用物理化學方法使天然有機物4小時內完全降解，速度是微生物的180倍，有機碳水溶性轉化率95%以上，有害微生物殺滅率100%，抗生素和合成西藥無害化率98%以上。同時，按照自然植物營養原理，他們將水溶性腐殖酸與各種無機礦物離子和氮磷鉀化肥進行配位反應，制備成水溶性全營養有機復合肥。

劉存壽教授介紹說，水溶性全營養生態有機復合肥利用了自然有機—無機配合物的緩控釋原理，氮素利用率比化肥提高近100%，磷素利用率比化肥提高200%以上。同時，其克服了普通有機肥和化肥的缺點，保留且強化了兩者優點，實現作物高產、產品優質和土壤培肥三位一體，在保障作物產量和品質的前提下，大幅度減少化肥施用量，保證了土壤的健康，保證了生態環境的平衡。其創新性體現在：①測定了土壤腐植酸、植物營養元素中含有至少41種元素，其中礦物質38種，測定了腐植酸中全部礦物質種類；②提高了有機肥料的植物營養功能；③采用油母頁巖及天然礦物質活化技術，制備水溶性全營養有機復合肥，減少了化學肥料的使用量，降低了成本；④采用人工模擬微生物降解，利用物理化學方法使天然有機物4小時內完全降解，且在提高速度的同時減少有機碳損失率（降解速度比微生物快120倍，有機碳損失率0.0012%）；⑤集元素種類、化學形態、養分比例、全水溶于一體，且加工方法和成分具有獨特性。

肥效是檢驗理論研究和加工技術的唯一標準。多年、多地、多作物的肥效試驗、示范和大面積應用，水溶性全營養生態有機肥顯示出全面顯著的肥效。測定和觀察得到的肥效概況為：①蘋果百葉重提高50%～80%，葉片葉綠素含量增加40%～46.5%，光合速率提高45%；②促進根系發育。施肥兩年后，蘋果和獼猴桃毛細根總量增加100%以上；③抑制果樹大小年，提高果實產量。連續6年水溶性全營養生態有機肥施肥示范蘋果園，沒有出現大小年現象。蘋果產量提高42%，在化肥用量減少近50%，肥料投資減少26%的情況下，畝產高達6000公斤；④防除早期落葉，葉片功能期延長30天以上。獼猴桃黃花、蘋果腐爛病的連作障礙減輕40～85%；蔬菜發病顯著減輕；⑤提高作物抗性。在同樣條件下，水溶性全營養生態有機肥施肥示范果園發病很輕；⑥改善農產品品質。肥效示范生產的大米、馬鈴薯和蘋果，經農業部認證檢測機構按有機農產品項目檢驗，均達到有機農產品指標。

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。同時，每年農業生產、農產品加工、養殖等產生的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。

劉存壽在化工專家的幫助下，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1.3億元人民幣，年產30萬噸水溶性全營養生態有機復合肥系列產品，現已進入試車調試，產品不久將面世。

劉存壽的研究成果得到了市場的認可，也得到了上級領導和業界同行的高度關注。2014年，劉存壽應邀參加了院士咨詢項目—“中國化肥問題與對策”研討會。2015年4月16—18日，中國科學院院士、俄羅斯國際科學院外籍院士、廈門大學教授趙玉芬專程就綠色有機肥研究到西北農林科技大學調研，對劉存壽副研究員關于化肥副作用的系統研究表示高度肯定，認為其研究結果集理論創新、方法創新與技術產業化于一體，符合香山會議宗旨，并邀請劉存壽在香山會議作“模擬自然植物營養原理生產綠色肥料技術研究”專題報告，結果受到與會專家的一致好評。

模式創新，創建聯盟，控制源頭保安全

“任何人工合成的化學物質，對生物都是有害的。因為它造成了植物代謝的改變，所以人會生各種各樣的怪病。土壤健康，植物才能健康。植物健康，我們人類才能健康。”劉存壽說。

食品安全問題近年來越來越成為大眾關注的焦點，但是現在社會上提出的有機農業只是一個單純的概念，并沒有形成一個可實行的標準。為了從根源上解決食品安全問題，劉存壽及其團隊準備成立一個“中國生態農業創新聯盟”的互聯網平臺。首先這個平臺會向全社會承諾，提供優質農產品。那么，通過平臺將實現肥料選取統一、種子類型統一、施肥技術統一、技術管理統一、產品采購統一、銷售品牌統一、售后服務統一，從而逐步完善所有農產品的質量。這個平臺就像一個種子工程，通過一波波項目推進形成良性循環，從而真正實現土壤優化和農產品效能提升，進而達到降低環境污染、提高食品安全的目的。

中國古代四大發明曾讓中國名揚世界。劉存壽教授心里有個夢想，就是要讓“水溶性全營養有機復合肥”這一“中國原創”走出國門，幫助世界各國走出農業發展困局，擺脫生態災難，走上良性發展之路。這不僅是他的綠色“農業夢”，更是他的富強“中國夢”。