仿生有機(jī)復(fù)合肥助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
——訪西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)學(xué)博士劉存壽副教授

◎ 文/謝 翔

仿生有機(jī)復(fù)合肥助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展
——訪西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)學(xué)博士劉存壽副教授

◎ 文/謝 翔

眾所周知，化肥的施用為解決世界人口的糧食問題作出了巨大貢獻(xiàn)。據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，化肥對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)貢獻(xiàn)率達(dá)50%-55%。其中，我國以占世界9%的耕地，產(chǎn)出了世界25%的糧食，養(yǎng)活了世界21%的人口，可以說是創(chuàng)造了世界農(nóng)業(yè)奇跡。

然而，隨著化肥施用時(shí)間的延長和施用量的不斷增加，無論是化肥工業(yè)起步早的發(fā)達(dá)國家（美國），還是起步晚的發(fā)展中國家（中國），無一例外地出現(xiàn)了化肥效益遞減、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)境污染及由此導(dǎo)致的食品安全等一系列化肥副作用問題。無疑，這些問題已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的障礙。

創(chuàng)新植物營養(yǎng)新理論，揭示化肥副作用

通常，人們將化肥副作用歸結(jié)為化肥施用比例不合適、農(nóng)民盲目施肥所致。但劉存壽不認(rèn)同這種觀點(diǎn)。那化肥副作用的形成原因是什么？

帶著疑問，劉存壽憑借多學(xué)科的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，另辟蹊徑，創(chuàng)新性地從植物營養(yǎng)自然循環(huán)、植物中礦物質(zhì)元素種類和化學(xué)形態(tài)研究入手，向土壤中加入不同天然有機(jī)物進(jìn)行培養(yǎng)，使有機(jī)物轉(zhuǎn)化成土壤腐殖質(zhì)，并在借鑒《中藥配位化學(xué)》新理論和研究方法的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)代大型分析儀器分離、測定有機(jī)組分、礦物元素種類、礦物元素化學(xué)形態(tài)等植物營養(yǎng)項(xiàng)目，得到了以下研究結(jié)果：

(1)土壤腐植酸中含有寡糖類、氨基酸及多肽類、植物內(nèi)源激素類、植物內(nèi)源抗生素類、維生素類、有機(jī)酸類、植物代謝中間產(chǎn)物類七大類2400余種有機(jī)活性物質(zhì)（首次測定）。

（2）土壤和有機(jī)肥能夠提高的礦物質(zhì)元素和植物需要吸收的礦物元素不僅僅只有16種元素，而是更多。

（3）植物中和土壤腐植酸中礦物質(zhì)元素均以有機(jī)態(tài)和無機(jī)離子態(tài)兩種化學(xué)形態(tài)存在，而不是僅以無機(jī)離子態(tài)存在，鈣主要以無機(jī)態(tài)存在；錳、鎂、銅等兩種形態(tài)基本各50%；鐵、鋅則70%以上以有機(jī)態(tài)存在，少量無機(jī)態(tài)；氮有機(jī)態(tài)為主，磷無機(jī)多于有機(jī)，鉀以無機(jī)離子為主。

（4）腐植酸中有機(jī)活性物能夠通過配位作用，活化土壤中難溶礦物質(zhì)，供植物吸收利用。

通過有機(jī)肥植物營養(yǎng)的系統(tǒng)研究，劉存壽又創(chuàng)新性地總結(jié)、提煉出了四大植物營養(yǎng)原理：1.植物能夠而且必須吸收有機(jī)營養(yǎng)；2.植物健康生長需要吸收多種礦物元素；3.植物礦物質(zhì)養(yǎng)分的有機(jī)配位化合物植物生物有效性更高；4.碳基是植物營養(yǎng)的中心。

因此完善了植物礦物質(zhì)營養(yǎng)理論。

劉存壽說，森林土壤養(yǎng)分循環(huán)能夠全面提供植物營養(yǎng)種類和高效的營養(yǎng)化學(xué)形態(tài)，并維持養(yǎng)分移出與補(bǔ)充間的平衡，而化肥均是無機(jī)鹽類，且僅提供氮磷鉀三種營養(yǎng)元素，營養(yǎng)種類和化學(xué)形態(tài)均不符合植物自然營養(yǎng)原理，長期單一施用化肥導(dǎo)致植物有機(jī)營養(yǎng)與礦物質(zhì)營養(yǎng)、大量營養(yǎng)元素與其它礦物質(zhì)營養(yǎng)元素雙重失衡。

“隨著失衡程度加深，化肥副作用也就逐一出現(xiàn)，并不斷加重?！眲⒋鎵蹚?qiáng)調(diào)。

突破技術(shù)障礙，創(chuàng)制仿生有機(jī)復(fù)合肥

探清了植物營養(yǎng)的原理，找到了化肥副作用的形成原因，劉存壽又馬不停蹄地帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行新技術(shù)及新肥料的研制與試驗(yàn)。且一投身，又是十余年。

劉存壽表示，傳統(tǒng)有機(jī)肥實(shí)際是天然有機(jī)物，在被土壤微生物降解過程中約70%有機(jī)碳被氧化成二氧化碳，12%形成微生物碳，15%形成土壤固定態(tài)碳，僅3%左右有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成水溶性腐殖酸，即土壤微生物在土壤肥力形成和植物營養(yǎng)供應(yīng)方面的媒介和橋梁。

如何提高天然有機(jī)物有機(jī)碳的利用率？劉存壽及團(tuán)隊(duì)通過從天然礦物活化技術(shù)研究、天然有機(jī)物人工降解技術(shù)研究、不同有機(jī)物料與土壤腐植酸組分及其功能研究及有機(jī)全營養(yǎng)復(fù)合肥制備技術(shù)研究四個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)突破，創(chuàng)制了仿生有機(jī)復(fù)合肥。

“所謂仿生有機(jī)復(fù)合肥，主要有兩層含義：一是模擬微生物降解天然有機(jī)物原理，二是仿照自然植物營養(yǎng)循環(huán)中測定的植物營養(yǎng)種類、礦物質(zhì)營養(yǎng)的化學(xué)形態(tài)制備復(fù)合肥料?！眲⒋鎵劢榻B道。

相較于傳統(tǒng)有機(jī)肥和化肥，其創(chuàng)新性體現(xiàn)在：

（1）測定了土壤腐植酸、植物營養(yǎng)元素中含有至少41種元素，其中礦物質(zhì)38種，測定了腐植酸中全部礦物質(zhì)種類；

（2）提高了有機(jī)肥料的植物營養(yǎng)功能；

（3）采用油母頁巖及天然礦物質(zhì)活化技術(shù)，制備仿生有機(jī)復(fù)合肥，減少了化學(xué)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(xué)方法使天然有機(jī)物4小時(shí)內(nèi)完全降解，且在提高速度的同時(shí)減少有機(jī)碳損失率（降解速度比微生物快120倍，有機(jī)碳損失率0.0012%）；

（5）集元素種類、化學(xué)形態(tài)、養(yǎng)分比例、全水溶于一體，且加工方法和成分具有獨(dú)特性。

不僅如此，仿生有機(jī)復(fù)合肥利用了自然有機(jī)-無機(jī)配合物的緩控釋原理，可提高氮素利用率近100%，磷素利用率200%以上。

總而言之，仿生有機(jī)復(fù)合肥克服了傳統(tǒng)有機(jī)肥（肥效慢、有機(jī)碳利用率低、養(yǎng)分不全）和化肥（氨揮發(fā)、硝態(tài)淋溶、磷化學(xué)固定、養(yǎng)分單一）的缺點(diǎn)，保留了二者的優(yōu)點(diǎn)。且經(jīng)近10年多地多作物試驗(yàn)、示范和大面積施用，實(shí)現(xiàn)了作物三個(gè)“相統(tǒng)一”，即高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)相統(tǒng)一，營養(yǎng)與抗性相統(tǒng)一，用地與養(yǎng)地相統(tǒng)一。

產(chǎn)業(yè)化方面，從小試到中試，克服重重困難，經(jīng)十年試驗(yàn)示范，除了在寧夏太白和乾縣分別建立了蔬菜和水果示范基地外，還建立起了兩條生產(chǎn)線，即10萬噸的內(nèi)蒙古鄂爾多斯生產(chǎn)線和60萬噸的陜西生產(chǎn)線。

“土壤是鮮活的生命體?！眲⒋鎵蹚?qiáng)調(diào)說?！拔覀儸F(xiàn)在農(nóng)業(yè)的根本問題就是長期大量施用化肥、合成農(nóng)藥使土壤‘病了’?；謴?fù)并保障土壤健康是我們的第一要?jiǎng)?wù)。土壤健康，植物能健康；植物健康，人類才能健康?！狈律袡C(jī)復(fù)合肥正是從土壤健康入手，以期達(dá)到農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境友好、人類健康的目標(biāo)。

“自然規(guī)律存在于自然過程之中，而自然又是多種因素影響的系統(tǒng)，故自然科學(xué)工作者必須深入自然實(shí)際，全面觀察、系統(tǒng)分析、嚴(yán)格驗(yàn)證，才可能發(fā)現(xiàn)其規(guī)律?！边@是劉存壽從近20年研究工作中得到的感悟。

這一感悟更激發(fā)出他勇于挑戰(zhàn)，敢于挑戰(zhàn)新課題和問題的性格特質(zhì)。由于從植物中發(fā)現(xiàn)了多種植物內(nèi)源抗性物質(zhì)，而且不同施肥對植物內(nèi)源抗性物質(zhì)種類和含量影響顯著，他主張通過全面植物營養(yǎng)、生物活性物的水平傳遞性及以害制害等方法，激活并強(qiáng)化植物自身免疫系統(tǒng)，達(dá)到減少、甚至不使用化學(xué)農(nóng)藥之效果。這一主張得到著名生物農(nóng)藥專家、西北農(nóng)林科技大學(xué)張興教授的贊賞，并聘請他到生物農(nóng)藥研發(fā)平臺指導(dǎo)“藥肥一體化”研究工作，目前已取得初步結(jié)果。

從自然中來，到自然中去，利用自然，服務(wù)自然，劉存壽深諳這一原理，并孜孜不倦地探索著、追求著。

因?yàn)槌錾r(nóng)村的關(guān)系，劉存壽對農(nóng)業(yè)有著特殊的情感。而這，也正是激勵(lì)和督促他一直“在路上”重要原因。