仿生有機復合肥助力農業可持續發展
——訪西北農林科技大學資源環境學院植物營養學博士劉存壽副教授

◎ 文/謝 翔

仿生有機復合肥助力農業可持續發展
——訪西北農林科技大學資源環境學院植物營養學博士劉存壽副教授

◎ 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。據世界糧農組織（FAO）統計，化肥對現代農業貢獻率達50%-55%。其中，我國以占世界9%的耕地，產出了世界25%的糧食，養活了世界21%的人口，可以說是創造了世界農業奇跡。

然而，隨著化肥施用時間的延長和施用量的不斷增加，無論是化肥工業起步早的發達國家（美國），還是起步晚的發展中國家（中國），無一例外地出現了化肥效益遞減、土壤環境惡化、農產品品質下降、作物抗性降低和環境污染及由此導致的食品安全等一系列化肥副作用問題。無疑，這些問題已成為農業可持續發展的障礙。

創新植物營養新理論，揭示化肥副作用

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

帶著疑問，劉存壽憑借多學科的學習經歷，另辟蹊徑，創新性地從植物營養自然循環、植物中礦物質元素種類和化學形態研究入手，向土壤中加入不同天然有機物進行培養，使有機物轉化成土壤腐殖質，并在借鑒《中藥配位化學》新理論和研究方法的基礎上，利用現代大型分析儀器分離、測定有機組分、礦物元素種類、礦物元素化學形態等植物營養項目，得到了以下研究結果：

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

（2）土壤和有機肥能夠提高的礦物質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元素均以有機態和無機離子態兩種化學形態存在，而不是僅以無機離子態存在，鈣主要以無機態存在；錳、鎂、銅等兩種形態基本各50%；鐵、鋅則70%以上以有機態存在，少量無機態；氮有機態為主，磷無機多于有機，鉀以無機離子為主。

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

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

因此完善了植物礦物質營養理論。

劉存壽說，森林土壤養分循環能夠全面提供植物營養種類和高效的營養化學形態，并維持養分移出與補充間的平衡，而化肥均是無機鹽類，且僅提供氮磷鉀三種營養元素，營養種類和化學形態均不符合植物自然營養原理，長期單一施用化肥導致植物有機營養與礦物質營養、大量營養元素與其它礦物質營養元素雙重失衡。

“隨著失衡程度加深，化肥副作用也就逐一出現，并不斷加重。”劉存壽強調。

突破技術障礙，創制仿生有機復合肥

探清了植物營養的原理，找到了化肥副作用的形成原因，劉存壽又馬不停蹄地帶領團隊進行新技術及新肥料的研制與試驗。且一投身，又是十余年。

劉存壽表示，傳統有機肥實際是天然有機物，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，即土壤微生物在土壤肥力形成和植物營養供應方面的媒介和橋梁。

如何提高天然有機物有機碳的利用率？劉存壽及團隊通過從天然礦物活化技術研究、天然有機物人工降解技術研究、不同有機物料與土壤腐植酸組分及其功能研究及有機全營養復合肥制備技術研究四個方面進行技術突破，創制了仿生有機復合肥。

“所謂仿生有機復合肥，主要有兩層含義：一是模擬微生物降解天然有機物原理，二是仿照自然植物營養循環中測定的植物營養種類、礦物質營養的化學形態制備復合肥料。”劉存壽介紹道。

相較于傳統有機肥和化肥，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，制備仿生有機復合肥，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。

不僅如此，仿生有機復合肥利用了自然有機-無機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，仿生有機復合肥克服了傳統有機肥（肥效慢、有機碳利用率低、養分不全）和化肥（氨揮發、硝態淋溶、磷化學固定、養分單一）的缺點，保留了二者的優點。且經近10年多地多作物試驗、示范和大面積施用，實現了作物三個“相統一”，即高產與優質相統一，營養與抗性相統一，用地與養地相統一。

產業化方面，從小試到中試，克服重重困難，經十年試驗示范，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線，即10萬噸的內蒙古鄂爾多斯生產線和60萬噸的陜西生產線。

“土壤是鮮活的生命體。”劉存壽強調說。“我們現在農業的根本問題就是長期大量施用化肥、合成農藥使土壤‘病了’。恢復并保障土壤健康是我們的第一要務。土壤健康，植物能健康；植物健康，人類才能健康。”仿生有機復合肥正是從土壤健康入手，以期達到農業發展、環境友好、人類健康的目標。

“自然規律存在于自然過程之中，而自然又是多種因素影響的系統，故自然科學工作者必須深入自然實際，全面觀察、系統分析、嚴格驗證，才可能發現其規律。”這是劉存壽從近20年研究工作中得到的感悟。

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

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

因為出生農村的關系，劉存壽對農業有著特殊的情感。而這，也正是激勵和督促他一直“在路上”重要原因。