为了粮食的"粮食"

　　化肥是粮食的“粮食”，为我国粮食连续丰收立下“汗马功劳”，然而专家指出，我国化肥使用存在过量使用、盲目使用的问题，不但损耗土壤基础肥力、增加种粮成本，而且已危及到农产品质量安全和生态安全。 　　我国是人口大国，更是农业大国，用占世界8%的耕地养活着占世界21%的人口，土地是我们赖以生存的根本。然而这些年来，土地的质量每况愈下。化肥、农药等化学物质的大量使用，使土壤生态持续恶化。因此，农业部及时作出了化肥农药“双减”计划，以保证我国农业可持续发展。 　　西北农林科技大学资源环境学院植物营养学副研究员刘存寿用自己近20年的研究，为“双减”计划提供了理论依据和技术支持，开启了天然有机废弃物高效利用与植物自然营养配方时代。 　　探寻土壤的“病”因 　　为保持土壤肥力，肥料在农业产业中占据着重要的地位。“庄稼要好，肥料要饱”“春肥满筐，秋谷满仓”等谚语生动地描述了自古农家就认识到土壤培肥对农业生产的重要性。1840年德国化学家李比希提出的“矿物质营养理论”为化肥施用和化肥工业发展提供了理论依据，作物产量得以大幅度提高。但随着化肥施用量的持续增加和施用时期的延长，化肥的副作用日益突出。化肥效益下降、土壤环境恶化、农产品品质下降、作物抗性降低、农业面源污染和食品安全等一系列问题越来越严重，如果不能有效遏制，将会威胁人类生存。 　　关于化肥带来的副作用形成的原因，通常归结为化肥施用比例不合适、农民盲目施肥所导致，但刘存寿用他近20年的研究结果给出了不同的结论：即“无机化学肥料有悖于植物自然营养原理。” 　　回顾化学肥料施用历史，无论是化肥工业起步早的发达国家，还是起步晚的发展中国家，随着化肥施用量增加和施用时期延长，无一例外地相继出现化肥效率递减、土壤环境恶化、农产品品质下降、作物抗性降低和环境污染等化肥副作用，而且次序和形式完全一致。对此，其背后必然存在深层次原因。 　　1996年以来，刘存寿从森林自然土壤入手，先后进行了森林土壤转化过程、土壤中矿物元素种类比例及其与植物吸收的关系、土壤矿物元素赋存的化学形态及其与植物营养的关系、土壤水溶性腐殖酸的物质组成及其与植物营养的关系、培养土壤与自然土壤的差异性比较、自然植物营养原理的人工模拟与缺点改进等系统性研究，得到了以下重要结果：植物健康生长需要吸收多种矿物元素；矿物元素的有机配位化合物植物生物有效性更高；植物能够且必要吸收有机营养，有机营养是植物不可或缺的营养成分。 　　值得介绍的是，上述重要结论的获得与刘存寿独特的设计思路和研究方法息息相关。首先，人类农耕文明起源于自然物质的循环利用，持续发展几千年，现有化学肥料的副作用问题；完全自然营养循环的原始森林也不存在现代化学农业问题，故刘存寿选择从森林土壤营养循环入手研究；其次，土壤是岩石风化产物，其中必有多种矿物元素。刘存寿不仅从土壤水溶性腐殖酸中测定到多达38种矿物元素，而且通过测定多种植物中矿物元素种类，证明了土壤提供与植物吸收的一致性；再次，既然土壤中均有水溶性小分子有机物，这些不饱和烃类物质应该可以与矿物离子生成配合物。借用《中药配位化学》方法不仅证实了他的理论推理，进一步研究这种配位作用对植物营养的影响使其对化肥副作用成因有了更明确的认知；最具亮点的是，他首次完成了土壤水溶性腐殖酸物质组成测定工作。这不仅为有机肥料能够增强植物抗性（抗旱、寒、病、虫）找到了物质实证，也为德国化学家范泰耶尔的腐殖质营养理论和我国植物生理与植物营养学家孙羲的有机―无机营养理论提供了依据。 　　土壤水溶性腐殖酸一直以来被看成是一个“黑匣子”，我们能够感知其作用，但不知其物质组成，因此限制了对其科学利用。刘存寿组织植物营养、植物生理、生物化、仪器分析专家协同攻关，解决了这一难题，势必对植物营养学、肥料加工工艺产生深远影响。 　　“我们赖以生存的土壤病了”！刘存寿博士感叹道。“土壤是由土壤微生物、土壤有机物和土壤矿物构成的生命体。长期大量施用无机合成化学肥料，无论从营养种类还是化学形态上，均不能满足植物天然需求，同时破坏土壤生态，合成除草剂和杀菌剂频繁施用，使之雪上加霜。”病根就是人类违背了自然原理。 　　解决之道――仿生有机复合肥 　　“病根”虽然找到了，但人类不可能回到原始自然农业状态。正如许多学者感言：“化肥如此持续施用不得了，农业不可持续；不施用化肥了不得，会饿死人。”如何解决这一难题成为现代全社会关注的焦点。“再好的理论研究结果不能产生现实社会效益，仍然是废纸一张”，刘存寿就这么认为。因此，紧接着他便开始将理论研究结果技术化，转化成技术产品。 　　他研究发现，虽然水溶性小分子有机物对土壤肥力和植物营养具有承上启下的作用，但天然有机物转化率很低，因为土壤微生物的首要功能，就是“负责”清理垃圾――将有机废弃物转化成二氧化碳和水。如何高效利用天然有机物，成为技术化的巨大障碍。他认为，既然天然有机物是植物将二氧化碳和水的合成产物，微生物能够将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应，因而微生物分解原理可以用人工方法进行模拟。这种异想天开的想法通过向土壤微生物专家请教、查阅大量文献，经过5年一次次反复试验，他成功了！4小时之内使天然有机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，水溶碳转化率提高50倍。在此基础上，他将富含多种矿物元素的天然矿物同步活化，并使之与有机活性物生成配位化合物，种类与化学形态与森林土壤相一致，但总含量高出数倍。 　　为了弥补自然营养循环中植物大量营养元素不足的缺陷，他将无机大量营养元素按植物需要配入，控制条件促使其有机转化，使化学形态与自然一致，但含量大幅度提高。 　　随后，刘存寿在化工专家帮助下，设计出整套工艺将各项技术连接起来，形成全新的新型肥料生产工艺，该工艺已被陕西旺辰实业有限责任公司规模化实施。总投资1.2亿元人民币，年产60万吨仿生有机复合肥系列产品，现已进入试车调试，产品不久将面世。 　　该肥料之所以定名为仿生有机复合肥，首先是天然有机物降解模拟了土壤微生物降解原理，工厂化、精准化快速降解；其次肥料中矿物元素种类、元素化学形态、有机营养组分均依照自然土壤特性进行配置、加工，大量元素增加了含量，但化学形态与自然保持一致。 　　经过长达10年的多地、多作物肥效试验、示范、大面积应用，仿生有机复合肥在提高矿物养分利用率、增强作物抗性、抑制连作障碍和培肥土壤方面显现出良好的综合效应。氮素利用率提高1倍以上、磷素提高2倍；猕猴桃黄花、鸭梨“鸡爪病”、苹果腐烂病的连作障碍减轻40?85%；蔬菜发病显著减轻；土壤保水能力大幅度提高。 　　仿生有机复合肥是按照自然植物营养原理，采用现代技术加工的新型肥料。其保留了有机肥和化肥的全部优点，克服了两者的缺点，做到了高产与优质相统一、营养与抗性相统一、土壤利用与培肥相统一。 　　仿生有机复合肥的前景展望 　　2014年，农业部出台了《农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，确保到2020年实现“一控两减三基本”的目标。“一控”，即控制用水总量；“两减”，即化肥农药减量；“三基本”，即畜禽粪污、农膜、农作物秸秆基本得到资源化、综合循环再利用和无害化处理。这是政府通过农业产业部署为土地问题的解决提出的明确要求。而刘存寿的研究结果和技术化产品为农业部的政策目标提供了技术保障。 　　我国是资源相对贫乏的国家，化肥生产已使磷资源难以为继，钾肥主要靠进口。与此同时，每年农业生产、农产品加工、养殖等产生约15亿吨天然有机废弃物，其中蕴含近7000万吨植物大量营养元素、2000万吨其它矿物营养元素和1.74亿吨有机碳，如此大量自然化学能量物大多数成为环境污染物。“将这些珍贵的可再生自然资源科学利用，不仅能满足作物高产需要的全部营养，而且使土壤持续肥沃，大幅度减少二氧化碳排放”。刘存寿如是说。 　　“土壤健康，植物才能健康；植物健康，人类才能健康”。刘存寿为推进这一理念不懈努力着，已开始植物营养的免疫调节研究工作。