有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的非化學原則思考

王志民++蔡光澤++陳開陸++楊紅++陳波++李小艷++曹芮++黃澤龍

摘要 本文通過分析國標GB/T 19630—2011對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的規(guī)定，總結出有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的非化學原則，得出非化學原則是建立在遵循自然規(guī)律、遵循自然界物質(zhì)循環(huán)理論；植物必需營養(yǎng)元素、含量高需量大理論；生物多樣性保護、有害生物控量調(diào)控理論等三大理論基礎上的。本文為進一步開展非化學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

關鍵詞 有機農(nóng)業(yè)；非化學原則；物質(zhì)循環(huán)；理論基礎

中圖分類號 S-01 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）20-0257-04

Thoughts on Non-chemical Principles of Organic Agricultural Production

WANG Zhi-min 1，2 CAI Guang-ze 2 CHEN Kai-lu 1，2 YANG Hong 2 CHEN Bo 1，2 LI Xiao-yan 1，2 CAO Rui 1，2

HUANG Ze-long 1

（1 Xichang Lvfeng Non-chemical Agricultural Technology Research Institute，Xichang Sichuan 615000； 2 Xichang College）

Abstract Based on the analysis of the provisions of GB/T 19630-2011 on agricultural production mode，this paper summarized the non-chemical principles of organic agricultural production.The non-chemical principle of organic agricultural production had three important theoretical basis.The first one was following the laws of nature and the natural material circulation.The second theory was that the requirement of high contentessential elements of plant was higher than low contentessential elements. The third was biodiversity protection and biological control regulation of harmful organisms. This paper had provided a theoretical foundation for further non-chemical agricultural production.

Key words organic agriculture；non-chemical principle；material circulation；theoretical basis

根據(jù)國標GB/T 19630—2011規(guī)定，有機農(nóng)業(yè)是遵照特定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原則，在生產(chǎn)中不采用基因工程獲得的生物及其產(chǎn)物，不使用化學合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑、飼料添加劑等物質(zhì)，遵循自然規(guī)律和生態(tài)學原理，協(xié)調(diào)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的平衡，采用一系列可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術以維持持續(xù)穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[1]。有機農(nóng)業(yè)的主要功能是在有機產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、流通、消費領域，維持和促進生態(tài)系統(tǒng)和生物的健康，包括土壤、植物、動物、微生物、人類和地球的健康。因此，有機農(nóng)業(yè)不使用化學合成的肥料、植物保護產(chǎn)品、獸藥和食品添加劑，與依賴使用化肥、化學農(nóng)藥、化學激素推動生產(chǎn)發(fā)展的化學農(nóng)業(yè)相對應[2]，發(fā)展有機農(nóng)業(yè)必須遵循不使用化學投入品的非化學原則。為探索有機農(nóng)業(yè)非化學原則的理論基礎及實踐意義，本文以有機農(nóng)業(yè)遵循的自然規(guī)律和生態(tài)學原理、植物必需營養(yǎng)元素的生產(chǎn)重要性差異分析、農(nóng)田生物多樣性保護特點為出發(fā)點，分析了有機農(nóng)業(yè)非化學原則是建立在遵循自然規(guī)律、遵循自然界物質(zhì)循環(huán)理論；植物必需營養(yǎng)元素、含量高需量大理論；生物多樣性保護、有害生物控量調(diào)控理論這三大理論基礎上的。

1 遵循自然規(guī)律，遵循自然界物質(zhì)循環(huán)理論

遵循自然規(guī)律，遵循自然界物質(zhì)循環(huán)理論是指在人類生產(chǎn)活動過程中，以自然規(guī)律、自然界物質(zhì)自然循環(huán)方式為核心指導各種生產(chǎn)活動，以維持生產(chǎn)系統(tǒng)中生物與生物、生物與環(huán)境間的均衡關系，維持生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。該理論指導在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，投入品的管理應遵循“同質(zhì)強化，異質(zhì)排斥”原則，即生物產(chǎn)品的生產(chǎn)，可強化生物質(zhì)材料的投入，但應排斥對生物繁育有害的化工物料。

遵循自然規(guī)律和生態(tài)學原理是有機農(nóng)業(yè)的基本原則，自然規(guī)律是指不經(jīng)人為干預，客觀事物自身運動、變化和發(fā)展的內(nèi)在必然聯(lián)系。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遵循自然規(guī)律的核心是人類的生產(chǎn)方式應遵循自然界物質(zhì)自身的循環(huán)變化方式。分析我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)差異，結果表明，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)遵循了自然界物質(zhì)循環(huán)的基本規(guī)律，推動了我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)4 000年的發(fā)展史。

1.1 我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)方式

考查我國歷史及現(xiàn)實的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，我國古代、近代采用的是不使用化工投入品的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式[3]，完全依靠系統(tǒng)中土壤自然養(yǎng)分—植物生產(chǎn)—秸稈還田（堆腐）—微生物分解轉化（動物轉化）—土壤自然養(yǎng)分實現(xiàn)動植物生產(chǎn)（圖1）。我國4 000多年的農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史表明，自然循環(huán)方式能保證土壤具有持續(xù)的生產(chǎn)能力，保護生態(tài)環(huán)境，生產(chǎn)健康的食物。

1.2 我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)方式endprint

20世紀30年代以來，我國逐漸進入使用或大量使用化肥、化學農(nóng)藥、化學激素等化工投入品的化學農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，在有機物料循環(huán)利用的基礎上，主要依靠系統(tǒng)中添加化肥、化學農(nóng)藥等化工投入品來實現(xiàn)動植物生產(chǎn)（圖2），而化肥、化學農(nóng)藥是自然界原來沒有的物料，大量進入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)會改變植物生長方式[4]，使植物碳-氮系統(tǒng)、土壤微生物生長、土壤養(yǎng)分失調(diào)（土壤碳素含量下降，氮、磷、鉀含量升高），部分化工投入品微生物難以分解轉化，造成環(huán)境中化工品積累，破壞土壤和生態(tài)環(huán)境，并改變食物營養(yǎng)素結構、比例[5]，殘留的化工品也將造成食物農(nóng)殘污染。

2 植物必需營養(yǎng)元素，含量高需量大理論

現(xiàn)代植物營養(yǎng)理論表明，植物的生長需要16種必需營養(yǎng)元素協(xié)調(diào)充足的供應，分別為碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、硫（S）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鉬（Mo）、硼（B）、氯（Cl）等16種。這16種必需營養(yǎng)元素又可分為大量營養(yǎng)元素、中量營養(yǎng)元素、微量營養(yǎng)元素。大量營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)含量為植物干重的千分之幾到百分之幾，有碳、氫、氧、氮、磷、鉀；中量營養(yǎng)元素有鈣、鎂、硫；微量營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)含量很少，一般只占干重的十萬分之幾到千萬分之幾，有鐵、錳、鋅、銅、鉬、硼、氯。

必需營養(yǎng)元素具有同等重要律和不可替代律，但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要性并不相同[6]，必需營養(yǎng)元素在生產(chǎn)中的重要性取決于作物的需要量與環(huán)境或土壤中存在量的差值，差值越大，生產(chǎn)重要性越大。當環(huán)境或土壤中必需營養(yǎng)元素存在一定基本量時，必需營養(yǎng)元素的需要量取決于其在作物體內(nèi)的含量，含量越高需量越大。因此，可得出必需營養(yǎng)元素含量高、需量大、生產(chǎn)中營養(yǎng)權重值大的結論。新鮮的植物體氧含量最高，碳次之，硼最低（表1）[6]。

植物必需營養(yǎng)元素、含量高需量大理論是指植物生長所必需的16種營養(yǎng)元素中，可依據(jù)其植物需要量與環(huán)境或土壤供給量的差值確定該元素在生產(chǎn)中的營養(yǎng)權重值，當生產(chǎn)環(huán)境中不絕對缺乏16種必需營養(yǎng)元素時，植物的生長受元素營養(yǎng)權重值的制約，隨其增減而升降。該理論指導在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應依次調(diào)節(jié)補充營養(yǎng)權重值大的元素，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。以必需營養(yǎng)元素植物體內(nèi)含量、需要量及其對生產(chǎn)重要性分析為指導，其生產(chǎn)重要性排序表現(xiàn)為氧>碳>氫>氮>鉀>鈣>磷>鎂>硫>鐵>氯>錳>鋅>銅>鉬>硼。

2.1 大量必需營養(yǎng)元素

2.1.1 氧、氫。植物吸收的氧、氫主要來自于水（H2O），氧部分來自于空氣中的氧氣（O2），對植物而言，水既是植物生長所需的環(huán)境要素，也是氧、氫的營養(yǎng)因子。因此，可將水分、空氣（包括含氧較高的土壤空氣）定義為植物第一營養(yǎng)因子，要使農(nóng)業(yè)高產(chǎn)，首先必須滿足植物充足適宜的水分需要和良好的土壤通氣能力。

2.1.2 碳。過去認為植物吸收的碳主要來自于空氣中的二氧化碳（CO2），但現(xiàn)發(fā)現(xiàn)另一重要來源是土壤小分子含碳有機物，包括水溶性糖類有機物、水溶性有機酸、有機物分解產(chǎn)生的其他中間產(chǎn)物等。當來源于大氣中的CO2不足時，土壤含C物質(zhì)的供應充足與否，將極大地影響植物的生長。

張世明[7]認為，以近地層空氣中CO2的平均濃度300～330 mg/kg評定，該濃度遠低于植物飽和吸收所需CO2需量。據(jù)其多年測定結果可知，草本植物CO2飽和需量濃度為10 000～20 000 mg/kg，木本植物飽和需量為20 000～40 000 mg/kg，大氣中CO2濃度為330 mg/kg，與植物需量相差30～120倍。長期以來，植物在C素嚴重饑餓狀態(tài)下生存。許多孕育能夠長大的果實，因饑餓早期夭折，或生長緩慢，或性狀發(fā)育不全，這就是人們平常看到的作物和果樹的落花落果、大小年、早衰、午休、晚熟、果實畸形等現(xiàn)象的根本原因。當滿足作物CO2需求時，以上現(xiàn)象就會消失[8]。研究證明，人們實際得到的產(chǎn)量中C素不足達到20%，還有很大的增產(chǎn)潛力待挖掘。因此，為實現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，必須生產(chǎn)出更多的“植物糧食”——C素營養(yǎng)，解決植物饑餓問題。

解決植物C素營養(yǎng)供應問題，一方面可提高近地層CO2的含量，包括使用大棚CO2發(fā)生器補充大棚C素；使用秸稈還田，在作物生長期使秸稈緩慢分解、釋放CO2供地上部植物葉片吸收等方式。另一方面，可提高土壤有機質(zhì)含量，提高土壤微生物含量，加速有機質(zhì)分解，釋放更多的小分子有機物供植物根系吸收，強化地下部C素營養(yǎng)供給。

在生產(chǎn)實踐中，當土壤水分、通氣條件良好時，植物最缺乏的是C素營養(yǎng)，植物所需C素是對氮和鉀元素需求量的60倍，是磷素需求的257倍，C素調(diào)節(jié)是決定植物產(chǎn)量最重要的因素?；瘜W農(nóng)業(yè)強調(diào)大量施用氮肥、磷肥、鉀肥，忽略作物體內(nèi)含量極高的C素需求作用，是違反植物必需營養(yǎng)元素含量高需量大理論的。

2.1.3 氮、磷、鉀。基于氮、磷、鉀3種元素在生產(chǎn)中作物需量較大、土壤較缺乏，常成為生產(chǎn)中的限制因素的狀況，過去學者們將其稱為“肥料三要素”，這是在滿足植物水、氣條件、忽略C素營養(yǎng)不足的狀態(tài)下提出的?？陀^分析，當環(huán)境水、氣條件良好，空氣及土壤中C素能持續(xù)供應，土壤氮、磷、鉀缺乏必將成為植物良好生長的限制因素。按照植物必需營養(yǎng)元素含量高、需量大理論，氮、磷、鉀含量僅次于氧、碳、氫，生產(chǎn)重要性也僅次于氧、碳、氫。由于地殼缺氮、磷，形成的土壤母質(zhì)、土壤也缺氮、磷，后期生產(chǎn)帶走大量的鉀素。由此，在水、氣、二氧化碳能持續(xù)供給的條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮、磷、鉀就常成為限制因素，成為化學農(nóng)業(yè)最重要的化學投入品，若過量施用，必將造成化肥污染。

植物氮、磷、鉀含量分別為0.30%、0.07%、0.30%，遠低于氧、碳、氫，但高于中量元素和微量元素，生產(chǎn)重要性處于第二層次。因此，有機農(nóng)業(yè)強調(diào)重視C素營養(yǎng)補充，足量、適量補充氮、磷、鉀素，不施用化學氮肥、磷肥、鉀肥，通過秸稈還田、有機肥、生物有機肥等生物質(zhì)材料滿足植物氮、磷、鉀的需求。endprint

2.2 中量必需營養(yǎng)元素

植物中量營養(yǎng)元素鈣、鎂、硫，其中鈣含量與氮、鉀相當，但這3種元素在一般土壤里含量較多，可以滿足農(nóng)作物生長的需要，生產(chǎn)重要性次于氮、磷、鉀。當鈣含量缺乏時，也需施用肥料給予補充。有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式推薦通過秸稈還田、有機肥、天然礦物鹽進行補充。

2.3 微量必需營養(yǎng)元素

由于作物對微量必需營養(yǎng)元素的需要量少，一般土壤含量已能滿足作物的要求，其生產(chǎn)重要性次于鈣、鎂、硫。隨著土地復種指數(shù)和作物產(chǎn)量的提高，加之長期有機肥施用不足，部分土壤微量元素的可供給量極速減少，與作物需要量差值增大，生產(chǎn)重要性也隨之增大，形成生產(chǎn)中的最小養(yǎng)分需人為補充。水稻“倒縮稻”（缺鋅）、棉花“蕾而不花，花而不鈴”（缺硼）、油菜“花而不實”（缺硼）、小麥葉尖干卷及穗不實（缺銅）、小麥“褐淺黃萎”（缺錳）、玉米新葉失綠發(fā)白（缺鐵）等，都是因缺少微量元素引起的。有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式推薦通過秸稈還田、有機肥、天然礦物鹽進行補充。

綜上所述，按照植物必需營養(yǎng)元素含量高需量大理論，必需營養(yǎng)元素生產(chǎn)重要性排序為氧>碳>氫>氮>鉀>鈣>磷>鎂>硫>鐵>氯>錳>鋅>銅>鉬>硼。有機農(nóng)業(yè)強調(diào)農(nóng)田水氣管理、秸稈還田、有機肥施用等措施，以調(diào)節(jié)水氣環(huán)境、輪間套作、有機質(zhì)生物循環(huán)補充全量養(yǎng)分（包括氮、磷、鉀），嚴禁化學投入品進入生產(chǎn)系統(tǒng)。

3 生物多樣性保護、有害生物控量調(diào)控理論

生物多樣性（biodiversity或biological diversity），又稱物種岐異度，是指在一定時間和一定區(qū)域所有生物（動物、植物、微生物）物種及其遺傳變異和生態(tài)系統(tǒng)的復雜性總稱，包括遺傳（基因）多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀生物多樣性4個層次。

物種多樣性是生物多樣性的核心。所謂物種，根據(jù)中國學者陳世驤所下的定義：物種是繁殖單元，由又連續(xù)又間斷的居群組成；物種是進化的單元，是生物系統(tǒng)線上的基本環(huán)節(jié)，是分類的基本單元。在分類學上，確定一個物種必須同時考慮形態(tài)、地理、遺傳學的特征。也就是說，作為一個物種必須同時具備如下條件：一是具有相對穩(wěn)定的而一致的形態(tài)學特征，以便與其他物種相區(qū)別；二是以種群的形式生活在一定的空間內(nèi)，占據(jù)著一定的地理分布區(qū)，并在該區(qū)域內(nèi)生存和繁衍后代；三是每個物種具有特定的遺傳基因庫，同種的不同個體之間可以互相配對和繁殖后代，不同種的個體之間存在著生殖隔離，不能配育或即使雜交也不能產(chǎn)生有繁殖能力的后代。

物種多樣性是指地球上動物、植物、微生物等生物種類的豐富程度，包括2個方面：一是指一定區(qū)域內(nèi)的物種豐富程度，可稱為區(qū)域物種多樣性；二是指生態(tài)學方面的物種分布的均勻程度，可稱為生態(tài)多樣性或群落物種多樣性[9]。多數(shù)生態(tài)學家認為，群落物種的多樣性是群落穩(wěn)定性的一個重要尺度，多樣性高的群落，物種之間往往形成了比較復雜的相互關系，食物鏈和食物網(wǎng)更加趨于復雜，當面對來自外界環(huán)境的變化或群落內(nèi)部種群的波動時，群落由于有一個較強大的反饋系統(tǒng)，從而可以得到較大的緩沖。從群落能量學的角度來看，多樣性高的群落能流途徑更多一些，當某一條途徑受到干擾被堵塞不通時，就會有其他的路線予以補充?？傊郝涞姆€(wěn)定性取決于物種的多樣性，一個群落中，物種越多，其抵抗外界的能力就會越強，恢復能力也越強。因此，對于相對脆弱的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，保護生物多樣性對于穩(wěn)定農(nóng)田生態(tài)平衡尤為重要。

利用生物多樣性理論指導農(nóng)田生物多樣性保護管理，我們必須重新審視對危害作物的“有害生物”的調(diào)控保護。按照生物群落物種多樣群落穩(wěn)定原理，對危害作物的“有害生物”不能用高毒化學農(nóng)藥殺滅，不能導致區(qū)域內(nèi)該物種消亡[9]，否則，將降低該區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，危害系統(tǒng)內(nèi)天敵生物繁育，降低抵抗其他“有害生物”侵染的能力。有機農(nóng)業(yè)強調(diào)采用生物措施、農(nóng)業(yè)措施、物理措施等非化學方法對其控量調(diào)控保護，將危害作物的“有害生物”控制在一定的數(shù)量規(guī)模范圍內(nèi)，不顯著影響作物正常生長即可。

綜上所述，生物多樣性保護、有害生物控量調(diào)控理論是指在一定時間、一定區(qū)域范圍內(nèi)，多物種構成其生物群落，群落的穩(wěn)定性取決于該群落的物種多樣性，群落中個體物種均有其生態(tài)位并貢獻各自的生態(tài)作用。因此，當群落物種間相互影響、相互制約時，不應消亡某一物種，應調(diào)節(jié)物種間的數(shù)量比來穩(wěn)定群落。該理論指導在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中，當主體生物（人類栽培作物）受群落其他生物（病蟲草）危害時，不應消亡對主體生物危害的物種，控制數(shù)量減小其危害程度即可。

4 結語

有機農(nóng)業(yè)的基本原則是在農(nóng)業(yè)能量封閉循環(huán)的狀態(tài)下進行生產(chǎn)，嚴格控制化學肥料、化學農(nóng)藥、化學激素等化學投入品的使用，與化學農(nóng)業(yè)對應，有機農(nóng)業(yè)在投入品的控制上有鮮明的非化學原則。

以有機農(nóng)業(yè)遵循的自然規(guī)律和生態(tài)學原理為出發(fā)點，有機農(nóng)業(yè)的非化學原則是基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應遵循系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)的自然規(guī)律，以維持土壤持續(xù)的生產(chǎn)能力?；瘜W投入品的使用，將改變物質(zhì)的自然循環(huán)規(guī)律，改變土壤碳與氮、磷、鉀的比例，阻礙土壤微生物繁育。隨著環(huán)境中化學投入品的積累，土壤養(yǎng)分結構比例失衡，土壤理化性狀惡化，環(huán)境污染、產(chǎn)品污染嚴重。遵循自然規(guī)律、遵循自然界物質(zhì)循環(huán)理論指導在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不能使用化學投入品，應依靠生物質(zhì)材料推動生產(chǎn)的發(fā)展。

以植物體構成元素及數(shù)量比例為出發(fā)點，有機農(nóng)業(yè)的非化學原則是基于植物所需的養(yǎng)分，以氧、碳、氫為顯著大量需量元素，以氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫為顯著較少需量元素，以鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬、氯為顯著極少量需量元素。因此，生產(chǎn)中應以補充氧、碳、氫為主，氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫次之，而氧、碳、氫的補充應以調(diào)節(jié)水氣和補充生物質(zhì)材料為主，大量施用化學氮肥、磷肥、鉀肥則無意義。生產(chǎn)中大量施用有機肥有調(diào)節(jié)水氣、大量補充碳素、適量補充氮磷鉀及微量元素的綜合效果[10]。

以農(nóng)田生物多樣性保護為出發(fā)點，有機農(nóng)業(yè)的非化學原則是基于保護農(nóng)田物種多樣性可提高農(nóng)田生物群落穩(wěn)定性的原理，對于危害作物的“有害生物”，不能用化學藥劑使其物種消亡，應用生物措施、物理措施、農(nóng)業(yè)措施調(diào)控數(shù)量使其不顯著危害作物即可。

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