追逐夢想 引領世界農業科技新革命
——記山西省農科院農業資源與經濟研究所研究員褚清河

文/張華

追逐夢想 引領世界農業科技新革命
——記山西省農科院農業資源與經濟研究所研究員褚清河

文/張華

制度之后，他為了早日實現自己的夢想報考了山西農業大學，并順利考取了土壤農化系土壤農化專業，開始了夢想的追逐。

篤學善思，斗膽質疑

像久旱的禾苗遇到了春雨，大學學習期間，褚清河對土壤供肥和作物如何吸肥的知識表現出了極大的興趣，學習非常刻苦和勤奮，沉浸在知識的海洋中奮力前行。當到最后一學期學習作物營養與施肥這門課程時，老師關于經典施肥理論最小因子律、報酬遞減律以及施肥量與作物產量的函數關系為拋物線關系的講解，則使他陷入了深深的思考和不解之中。他覺得經典施肥理論和報酬遞減理論并不成立，而施肥量與作物產量的函數關系為拋物線的結論，則是試驗不遵從單一差異原則下得出的錯誤結論。

施肥最小因子理論，于1843年由德國著名化學家李比希首次提出，其理論的核心是：作物產量是由土壤中相對含量最小的土壤養分決定的，增加最小因子以外的其他因子不再具有增產作用，至今仍被學術界稱之為經典施肥理論，100年來一直無人提出異議。但褚清河覺得，植物是有生命的生物有機體，具有主動吸收和選擇吸收土壤養分的功能。同時，土壤養分離子間存在相助作用，即增施某一養分有助于植物對另一養分的吸收。因此，在土壤相對最小養分因子的含量不為零的情況下，增施最小因子以外的其他養分因子不可能不具有增產作用，顯然，最小因子理論與植物生理學中主動吸收、選擇吸收及離子相助作用的理論相悖。最小因子理論把由生命有機體決定的主動吸收作用，看成是完全受土壤環境中養分含量支配的被動作用，把增施一種養分可促進植物對另一養分吸收的土壤養分供應，比作高低不同桶板組成的木桶與容水量的關系，顯然不是確切的科學的比喻。此外，他認為，即使土壤施肥存在最小因子，相對最小的養分因子也不可能僅為1個一種情況，應該還存在一個或幾個缺乏程度相同的情況。他同時覺得，在田間試驗設計中，既然施用底肥可以消除最小養分的限制作用，使增施土壤相對較高的養分起到增產作用，也就是說，作物施肥同時施用相對最大和最小的養分因子均具有增產作用，那么定義最小因子為1個，并推理增施最小因子以外的其他養分也不再具有增產作用，顯然相互矛盾，這使他無法相信老師講的最小因子理論是正確的。后來他把自己的看法說給了別的老師聽，老師聽后十分贊賞，沉思片刻后說：“我覺得你說的有道理，作物施什么肥料增產效果好，很可能是由作物品種特性決定的。你畢業后有機會研究去吧，這很可能是施肥學上的一個大突破。”有了老師的鼓勵和支持，褚清河更加堅信自己的觀點和看法，他要繼續去探索，下定決心把這一困擾自己的問題搞清楚，弄明白。

醉心科研，系統研究

1982年，褚清河畢業分配到山西省農業科學院農業資源與經濟研究所工作。單位是一個多學科進行資源調查、農業區劃及農業經濟研究的綜合研究單位。專業不對口并沒有使他放棄研究施肥理論的想法，他一有時間就跑省圖書館查找有關李比希施肥理論的資料，終于有一天托熟人從省圖書館借到了李比希《化學在農業和生理學上的應用》原著翻譯本，在不到一個月時間他不知看了多少遍，終于知道了最小因子理論的來龍去脈。最小因子律是養分歸還學說的一個具體內容，它以恢復土壤原有地力為目的，根本不是什么高產施肥理論。從此他更確信自己的認識是正確的，也更堅定了進行這項研究的決心。

李比希經典最小因子理論是不同地塊種植不同作物施相同數量廄肥產量不同得出的推論，因此，證明最小因子理論真偽不僅無前人的試驗方法可借鑒，而且試驗思路也不能局限于作物產量高低是由土壤養分最小因子及施肥量大小決定這一簡單認識，還需從氮磷單施與配施是由作物品種營養遺傳特性決定的施肥外在表現形式的角度進行考慮。因此，試驗研究內容和難度遠遠超過經典施肥理論。此外，由于一些與施肥技術相關的栽培技術如作物追肥技術，多是在不具有嚴密科學試驗方法下得出的結論，因此，證明最小因子理論正確與否，首先必須對作物的有效施肥期和最佳施肥期進行研究。因為以往的追肥試驗方法和報酬遞減律研究方法一樣，沒有考慮氮磷施用比例對試驗結論的影響，更沒有考慮總施氮量不同（過量、適量和小于適量）追肥結論各異的問題。1984年，褚清河與同事們有幸參加山西省科技廳三川河小流域治理課題，主持了黃綿土供肥規律及谷子高產施肥技術的研究項目。在不斷的實踐中，褚清河設計了單施磷肥處理和施磷肥基礎上不同氮用量共計6個處理、3次重復的氮肥用量田間試驗方案，磷肥施用量為山西省化肥網試驗確定的最大施肥量。從播種開始每隔17 d取土測定土壤和谷子植株的氮磷鉀含量。同時，在不同處理土壤0～2 m深度內每20 cm打鉆取土測定土壤水分含量。所有肥料均在作物播前一次施用，以后不再追肥。他從試驗發現，谷子植株氮含量以苗期最高，苗期以后谷子植株體內氮含量呈逐漸遞減規律，苗期植株體內氮含量高者，以后各生育時期也高，而苗期植株氮含量高者產量必然也高。由此得出結論，谷子吸收養分是由前一階段吸肥水平決定后一階段吸肥水平的系統連續過程，谷子的產量水平是由谷子苗期的氮素吸收水平決定的結論，而谷子苗期吸收氮素水平的高低又受土壤施氮量和氮磷施用比例的影響，這也是作物吸肥的普遍規律。為了驗證這一規律，他又在水稻、小麥上分別作了大量的試驗。試驗進一步證明，土壤肥力水平和養分對比關系決定著土壤的最大施肥量和最佳施肥比例，如果基肥施氮量達到土壤最大施肥量，追肥不僅不會增產，相反還會降低作物的產量水平。據此，褚清河提出了作物播種前一次施肥新理論。