大道至簡 創(chuàng)新為本

運怡冰

2016年5月30日，全國科技創(chuàng)新大會在京召開。會上，習(xí)近平總書記指出，“縱觀人類發(fā)展歷史，創(chuàng)新始終是一個國家、一個民族發(fā)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(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，是應(yīng)對發(fā)展環(huán)境變化、把握發(fā)展自主權(quán)、提高核心競爭力的必然選擇，是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、破解經(jīng)濟發(fā)展深層次矛盾和問題的必然選擇，是更好引領(lǐng)我國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)、保持我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的必然選擇。我們要深入貫徹新發(fā)展理念，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，統(tǒng)籌謀劃，加強組織，優(yōu)化我國科技事業(yè)發(fā)展總體布局”。作為農(nóng)業(yè)大國，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)科技，打造綠色健康的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)成為當(dāng)代科研工作者的最大目標(biāo)。

他，是一個因強烈“饑餓感”而投身農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)生態(tài)持續(xù)惡化，化肥副作用及環(huán)境破壞愈發(fā)凸顯的世界性難題，實現(xiàn)自己的綠色農(nóng)業(yè)夢，他慎思篤行，開拓創(chuàng)新，用坦蕩的情懷實現(xiàn)著對科學(xué)和真理的追逐。他就是西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)學(xué)教授劉存壽。

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。“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(nóng)家就認(rèn)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，化肥效益下降、土壤環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、作物抗性降低等一系列問題愈加嚴(yán)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(yǎng)學(xué)博士的劉存壽，在大半生的研究生涯中，并沒有像本領(lǐng)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(guān)系入手，通過理清關(guān)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(yǎng)有機營養(yǎng)學(xué)說，打破了在世界化肥工業(yè)統(tǒng)治170多年的李比希礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說，開拓了農(nóng)作物施肥的新理論。這一理論的提出不僅在本專業(yè)領(lǐng)域形成顛覆性的影響力，而且對全球資源保護、人類生態(tài)環(huán)境優(yōu)化起到跨時代的作用。

理念創(chuàng)新，視角獨到，道法自然尋根本

劉存壽為何要投身農(nóng)業(yè)？具體原因還要從他的經(jīng)歷說起。經(jīng)歷饑荒和“文革”動亂的他，因潛藏內(nèi)心深處揮之不去的“饑餓”感而考取了中專院校的農(nóng)學(xué)專業(yè)，只為實現(xiàn)人人吃飽飯的樸素理想。盡管畢業(yè)被分配到一個不錯的單位，但在工作中總是感覺學(xué)到的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，于是工作之余他繼續(xù)讀書學(xué)習(xí)，并順利考取陜西師范大學(xué)化學(xué)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(xué)博士學(xué)位。

正是在工作中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中工作，不斷的充實和完善自己的知識結(jié)構(gòu)，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(xué)研究的時候，會從植物全生命周期出發(fā)，對農(nóng)業(yè)發(fā)展的整個體系進行思考，還會研究化學(xué)物質(zhì)對植物的影響效應(yīng)?！爸袊诟母镩_放之后的發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的模式跟美國比較相似，都是以追求高產(chǎn)為主，大量施用化學(xué)農(nóng)藥。這種行為導(dǎo)致了土壤和海水的污染。”劉存壽經(jīng)翻閱大量國外期刊，充分研究了美國的相關(guān)發(fā)展和研究案例，給出了這樣的解釋。

根據(jù)研究的案例，劉存壽開始思考：為什么人類農(nóng)業(yè)文明發(fā)展了上千年，但是沒有出現(xiàn)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(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展卻引發(fā)了一系列食品安全問題？施用化學(xué)農(nóng)藥和施用有機肥料這兩種情況之間，到底存在什么區(qū)別？“人法地、地法天、天法道、道法自然”，崇尚哲學(xué)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(jīng)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(yǎng)肥的研究和實驗中苦心堅守了二十多年。

理論創(chuàng)新，順應(yīng)自然，透過現(xiàn)象看本質(zhì)

學(xué)科交叉融合、利用現(xiàn)代分析方法是劉存壽博士取得理論突破的關(guān)鍵所在。為了理清現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)和原始植物生態(tài)，從1996年起，劉存壽團隊從“未被人類化學(xué)工業(yè)污染的原始森林”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、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。

為了明確土壤中水溶性腐殖酸的植物營養(yǎng)功能來源，劉存壽組織植物營養(yǎng)、生物化學(xué)、植物生理和儀器分析專家們開始了聯(lián)合攻關(guān)，他們用了兩年時間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、抗寒、抗病、抗蟲）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)。他們從水溶性腐殖酸中測定到約2000余種有機物質(zhì)，按照這些物質(zhì)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(xué)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(tài)和無機離子態(tài)兩種化學(xué)形態(tài)存在。

接著，劉存壽及其團隊進行了土壤培養(yǎng)和植物測定驗證。結(jié)果表明，向土壤添加天然有機物培養(yǎng)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(xué)形態(tài)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(xué)形態(tài)與水溶性腐殖酸中元素種類和化學(xué)形態(tài)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(yǎng)的影響，該研究團隊進行了深入研究。結(jié)果表明，植物根系可以直接吸收不同結(jié)構(gòu)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(tài)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(tǒng)研究結(jié)果中提煉、驗證了四條自然植物營養(yǎng)原理：①植物根系能夠吸收多種有機營養(yǎng)；②植物健康生長需要吸收多種礦物質(zhì)元素；③植物礦物質(zhì)養(yǎng)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(yǎng)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(gòu)成的生命體。長期大量施用無機合成化學(xué)肥料，無論是從營養(yǎng)種類上還是從化學(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。

技術(shù)創(chuàng)新，高效循環(huán)，科研成果產(chǎn)業(yè)化

如果說水溶性腐殖酸物質(zhì)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(yǎng)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(yǎng)生態(tài)有機復(fù)合肥是技術(shù)化成果。

我們傳統(tǒng)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(tài)碳，僅3%左右有機碳轉(zhuǎn)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(yǎng)殖糞便、城市污泥完全無害化處理，讓植物吸收更多的營養(yǎng)，劉存壽教授帶領(lǐng)科研團隊，經(jīng)過5年反復(fù)實驗，依據(jù)人工模擬微生物原理，利用物理化學(xué)方法使天然有機物4小時內(nèi)完全降解，速度是微生物的180倍，有機碳水溶性轉(zhuǎn)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(yǎng)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(yīng)，制備成水溶性全營養(yǎng)有機復(fù)合肥。

劉存壽教授介紹說，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機復(fù)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(yōu)點，實現(xiàn)作物高產(chǎn)、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)和土壤培肥三位一體，在保障作物產(chǎn)量和品質(zhì)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(tài)環(huán)境的平衡。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)，制備水溶性全營養(yǎng)有機復(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)方法使天然有機物4小時內(nèi)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(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特性。

肥效是檢驗理論研究和加工技術(shù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。多年、多地、多作物的肥效試驗、示范和大面積應(yīng)用，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)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(fā)育。施肥兩年后，蘋果和獼猴桃毛細(xì)根總量增加100%以上；③抑制果樹大小年，提高果實產(chǎn)量。連續(xù)6年水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機肥施肥示范蘋果園，沒有出現(xiàn)大小年現(xiàn)象。蘋果產(chǎn)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(chǎn)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(fā)病顯著減輕；⑤提高作物抗性。在同樣條件下，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機肥施肥示范果園發(fā)病很輕；⑥改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。肥效示范生產(chǎn)的大米、馬鈴薯和蘋果，經(jīng)農(nóng)業(yè)部認(rèn)證檢測機構(gòu)按有機農(nóng)產(chǎn)品項目檢驗，均達到有機農(nóng)產(chǎn)品指標(biāo)。

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(biāo)?！耙豢亍?，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(biāo)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。同時，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、養(yǎng)殖等產(chǎn)生的大量自然化學(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?！眲⒋鎵廴缡钦f。

劉存壽在化工專家的幫助下，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)?；瘜嵤??？偼顿Y1.3億元人民幣，年產(chǎn)30萬噸水溶性全營養(yǎng)生態(tài)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。

劉存壽的研究成果得到了市場的認(rèn)可，也得到了上級領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)界同行的高度關(guān)注。2014年，劉存壽應(yīng)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(xué)院院士、俄羅斯國際科學(xué)院外籍院士、廈門大學(xué)教授趙玉芬專程就綠色有機肥研究到西北農(nóng)林科技大學(xué)調(diào)研，對劉存壽副研究員關(guān)于化肥副作用的系統(tǒng)研究表示高度肯定，認(rèn)為其研究結(jié)果集理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新與技術(shù)產(chǎn)業(yè)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(yǎng)原理生產(chǎn)綠色肥料技術(shù)研究”專題報告，結(jié)果受到與會專家的一致好評。

模式創(chuàng)新，創(chuàng)建聯(lián)盟，控制源頭保安全

“任何人工合成的化學(xué)物質(zhì)，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?nèi)祟惒拍芙】怠！眲⒋鎵壅f。

食品安全問題近年來越來越成為大眾關(guān)注的焦點，但是現(xiàn)在社會上提出的有機農(nóng)業(yè)只是一個單純的概念，并沒有形成一個可實行的標(biāo)準(zhǔn)。為了從根源上解決食品安全問題，劉存壽及其團隊準(zhǔn)備成立一個“中國生態(tài)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟”的互聯(lián)網(wǎng)平臺。首先這個平臺會向全社會承諾，提供優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。那么，通過平臺將實現(xiàn)肥料選取統(tǒng)一、種子類型統(tǒng)一、施肥技術(shù)統(tǒng)一、技術(shù)管理統(tǒng)一、產(chǎn)品采購統(tǒng)一、銷售品牌統(tǒng)一、售后服務(wù)統(tǒng)一，從而逐步完善所有農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)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(huán)，從而真正實現(xiàn)土壤優(yōu)化和農(nóng)產(chǎn)品效能提升，進而達到降低環(huán)境污染、提高食品安全的目的。

中國古代四大發(fā)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(yǎng)有機復(fù)合肥”這一“中國原創(chuàng)”走出國門，幫助世界各國走出農(nóng)業(yè)發(fā)展困局，擺脫生態(tài)災(zāi)難，走上良性發(fā)展之路。這不僅是他的綠色“農(nóng)業(yè)夢”，更是他的富強“中國夢”。