農業生(shēng)态環境

作物(wù)營養從有機肥到化肥的變化與反思

改革開(kāi)放(fàng)以來，我(wǒ)國化肥用量顯著增加，在提高作物(wù)産量、改善作物(wù)品質等方面做出了突出的貢獻，與此同時，我(wǒ)國也消費(fèi)了世界約三分(fēn)之一(yī)的化肥。長期大(dà)量施用化肥也帶來了諸多問題，因此，近年來出現了懷疑或否定農業生(shēng)産中(zhōng)施用化肥的思潮。爲此，有必要回顧植物(wù)營養學科的發展曆史，反思出現問題的根源，找出保證我(wǒ)國農業可持續發展的養分(fēn)資(zī)源利用的科學途徑。

1.1 有機肥的施用曆史

人類從事農業生(shēng)産并知(zhī)道施用肥料，最早可以追溯到尼羅河及兩河流域的古埃及和古巴比倫時期，人們靠富含養分(fēn)的河流沖積物(wù)補充地力。主動使用有機肥爲作物(wù)供應養分(fēn)最早的記錄，始于古希臘時期，之後，這一(yī)營養作物(wù)的方式持續了數千年，被稱之爲“有機營養”階段。

我(wǒ)國是世界上施用有機肥較早的國家之一(yī)。具體(tǐ)何時開(kāi)始施用有機肥，已難以考證，大(dà)約始于春秋時代，到戰國時期，肥料已經很受重視。在長期的農業生(shēng)産實踐中(zhōng)，我(wǒ)國勞動人民積累了豐富的施用有機肥的經驗與知(zhī)識，提出的地力常新論等對今天的農業生(shēng)産也具有重要的指導意義。中(zhōng)華文明一(yī)脈相承，由于長期施用有機肥未出現地力衰竭。我(wǒ)國傳統農業施用有機肥維持作物(wù)産量、培肥地力的做法受到了國外(wài)學者的關注，上個世紀初美國農學家金氏 (King) 來中(zhōng)國、日本和朝鮮考察農業後寫的《四千年農夫》一(yī)本書(shū)，極力贊揚這一(yī)傳統的培肥地力的方式。

長期施用有機肥雖然培肥了地力，但作物(wù)産量水平低。先秦時北(běi)方地區麥類産量爲824 kg/hm2，明清時爲1465 kg/hm2，近兩千年間作物(wù)單産僅增加了77.9%，相當于每經曆一(yī)個世紀，麥類單産僅增加幾十公斤，凸顯了有機農業的局限性。近代化學理論的飛速發展，爲文藝複興後期探索植物(wù)營養的機理提供了理論基礎，歐洲學者先後創立了不同學說或理論解釋植物(wù)營養的機理。

1.2 植物(wù)礦質營養理論的提出

十八世紀末至十九世紀初，腐殖質營養學說占據植物(wù)營養理論的主導地位，這一(yī)理論認爲，腐殖質是土壤中(zhōng)唯一(yī)的植物(wù)營養物(wù)質，而礦物(wù)質僅起間接作用，即加速腐殖質的轉化與溶解，使其變成易被植物(wù)吸收的物(wù)質。腐殖質營養理論由瑞典學者Wallerius (1709～1785) 最先提出，德國學者泰伊爾(Thaer，1752～1828) 爲這一(yī)理論堅定的支持者。

随後植物(wù)礦質營養理論的提出，否定了腐殖質營養理論，标志(zhì)着植物(wù)營養學科的創立。長期以來人們一(yī)直認爲，德國學者李比希 (Justus von Liebig)(1803～1873) 是植物(wù)礦質營養理論的創立人，他在1840 年出版的《化學在農業及生(shēng)理學上的應用》一(yī)書(shū)，否定了腐殖質營養理論，提出了植物(wù)礦質營養理論。實際上早在1826，李比希的同胞斯普林格爾(Carl Sprengel)(1787～1859) 就提出，土壤中(zhōng)的可溶性鹽是植物(wù)必需的營養物(wù)質，腐殖質的作用主要是培肥地力。1828 年，他提到：“當植物(wù)生(shēng)長需要12 種營養物(wù)質，缺乏其中(zhōng)的任何一(yī)種養分(fēn)，植物(wù)将不能生(shēng)長；其中(zhōng)的任何一(yī)種養分(fēn)供應不足，将會影響植物(wù)的正常生(shēng)長”，這就是我(wǒ)們今天熟知(zhī)的“最小(xiǎo)養分(fēn)律”，較李比希也早了10 多年。

二十世紀四十年代，一(yī)些學者開(kāi)始注意到斯普林格爾在植物(wù)營養理論創立過程中(zhōng)的貢獻，1950 年Wendt 通過較爲詳實的資(zī)料證明了斯普林格爾對植物(wù)礦質營養理論及最小(xiǎo)養分(fēn)律的貢獻。因此，自二十世紀五十年代起，德國一(yī)些學者呼籲，應肯定斯普林格爾對植物(wù)營養理論建立做出的貢獻，德國“農業試驗與研究協會”最早付諸行動，設立的一(yī)個獎項就以斯普林格爾與李比希的名字共同命名(Sprengel-Liebig Medal)。遺憾的是，不少文獻至今仍将植物(wù)礦質營養理論的創立歸功于李比希一(yī)個人的貢獻，而忽視了斯普林格爾的作用。

爲何後人将植物(wù)礦質營養理論的創立歸爲李比希，而忽視了斯普林格爾的工(gōng)作？一(yī)些學者認爲，相對于當時人們的認知(zhī)水平，斯普林格爾的理論當時過于超前，而李比希《化學在農業及生(shēng)理學上的應用》一(yī)書(shū)出版時，歐美農業生(shēng)産中(zhōng)土壤肥力退化問題引起人們的普遍關注。斯普林格爾提出這一(yī)理論時，礦質肥料的資(zī)源有限，難以大(dà)規模進行肥料試驗。還有，李比希當時是國際知(zhī)名的化學家，但對農業化學知(zhī)識的了解有限，書(shū)中(zhōng)存在一(yī)些有争論或錯誤的提法或觀點，更易引起人們的關注。回顧這段曆史，并不是否定李比希對植物(wù)營養學發展的貢獻，隻是作爲後人，我(wǒ)們應該知(zhī)道斯普林格爾對植物(wù)營養理論創立的貢獻，以尊重曆史。

植物(wù)礦質營養理論的提出，是植物(wù)生(shēng)理學及現代農業創立的标志(zhì)之一(yī)，顯著促進了農業生(shēng)産的發展。1842 年，英國的勞倫斯 (John B. Lawes) 獲得了用硫酸處理磷礦石加工(gōng)磷肥 (普通過磷酸鈣) 方法的專利，1843 年開(kāi)始生(shēng)産這種肥料，從此拉開(kāi)了化學肥料工(gōng)業的序幕。

雖然早在1830 年左右，一(yī)些國家或地區開(kāi)始施用以硝酸鹽礦物(wù)爲代表的無機肥料 (智利硝石)，但關于世界上化肥的生(shēng)産與施用，一(yī)般以1843 年英國勞倫斯生(shēng)産的過磷酸鈣算起。同一(yī)年勞倫斯在自己位于倫敦北(běi)部約40 公裏的莊園進行了有機肥及化肥施用的田間試驗，旨在比較施用化肥與有機肥的效果，發現施用化肥可以達到與有機肥相同的産量，這一(yī)試驗目前還在進行，這就是著名的洛桑試驗站。

1861 年德國建立了世界上第一(yī)座生(shēng)産氯化鉀的工(gōng)廠；1903 年發明了采用電(diàn)弧法生(shēng)産硝酸，生(shēng)産出了硝酸鈣肥料。而化肥生(shēng)産與施用真正改變世界農業面貌的當屬1909 年德國化學家Harber 發明的合成氨工(gōng)藝，1913 年巴斯夫公司的Bosch 實現了這一(yī)工(gōng)藝的工(gōng)業化生(shēng)産過程，當年合成氨産量就達800 噸。當初合成氨工(gōng)藝主要用于炸藥的生(shēng)産，第二次世界大(dà)戰結束後，合成氨的工(gōng)廠開(kāi)始轉向氮肥的生(shēng)産。因此，二十世紀中(zhōng)期後發達國家化肥施用量不斷增加，顯著地提高了作物(wù)産量。化肥施用是二十世紀六、七十年代世界綠色革命的重要物(wù)質保障之一(yī)。

化學肥料的施用雖僅有170 多年的曆史，但其對農業生(shēng)産的發展起到了不可忽視的作用。諾貝爾獎獲得者著名作物(wù)育種學家Borlaug 等 (1994) 在第十五屆國際土壤學大(dà)會上曾提到“二十世紀全世界所增加的作物(wù)産量中(zhōng)的一(yī)半是來自化肥的施用”。若立即停止施用化肥，全球農作物(wù)将會減産40%～50%。美國及英格蘭農産品約有一(yī)半是由于化肥的貢獻，熱帶地區化肥的貢獻更大(dà)。化肥也是我(wǒ)國農業取得舉世公認成就的主要貢獻者。合成氨養活了世界上近一(yī)半的人口，因此，該工(gōng)藝被認爲是二十世紀人類最重要的發明。

化肥的大(dà)量生(shēng)産與施用不僅消耗了大(dà)量的資(zī)源，由于被作物(wù)利用的養分(fēn)僅占施用肥料養分(fēn)比例的一(yī)小(xiǎo)部分(fēn)，相當比例的養分(fēn)進入了環境。以氮肥爲例，僅有約17% 的氮肥養分(fēn)通過農産品 (包括糧食、奶制品及肉類) 被人們最終消費(fèi)，大(dà)部分(fēn)殘留在土壤中(zhōng)，或進入水體(tǐ)及大(dà)氣，給生(shēng)态環境帶來巨大(dà)的危機，如水體(tǐ)富營養化、溫室效應及臭氧層破壞、生(shēng)物(wù)多樣性降低等。

我(wǒ)國化肥的施用從氮肥開(kāi)始，之後是磷肥及鉀肥。我(wǒ)國1949 年前，農業生(shēng)産中(zhōng)投入的養分(fēn)一(yī)直以有機肥爲主，之後化肥用量逐漸增加，有機肥提供的養分(fēn)比例則逐漸降低。在上世紀八十年代，化肥供應的養分(fēn)超過了有機肥，進入本世紀後，化肥養分(fēn)的供應比例超過70%，不少地區農田完全依靠化肥養分(fēn)，我(wǒ)國農業生(shēng)産進入以化肥養分(fēn)供應爲主的“無機營養”階段。目前，我(wǒ)國化肥總施用量和單位面積施用量已經處于世界高水平，其中(zhōng)蔬菜、果樹(shù)施肥量更高。過量施用化肥帶來了諸多問題，包括土壤養分(fēn)失衡，土壤酸化、鹽漬化，環境污染等。

從全球尺度看，大(dà)量施用化肥顯著改變了全球養分(fēn)的生(shēng)物(wù)地球化學循環過程。到上個世紀七十年代，全球合成氨工(gōng)藝生(shēng)産的氮素已超過自然生(shēng)态系統下(xià)生(shēng)物(wù)固氮的數量，成爲氮氣轉化爲活性氧的主要來源。2010 年，全球合成氨固定的氮素（N）達120 Tg，爲全球陸地生(shēng)态系統自然固氮量的兩倍之多。全球活性氮的增加，不僅影響了陸地生(shēng)态系統，而且影響海洋生(shēng)态系統，如進入大(dà)氣的活性氮沉降進入海洋後會導緻海水酸化。有專家用氮素階梯流動 (nitrogen cascade) 來描述人類活動對全球氮素循環影響所帶來的一(yī)系列問題。目前，全球通過施用磷肥及畜禽糞便等方式進入生(shēng)物(wù)圈的磷素也顯著改變了全球磷素循環，磷素進入水體(tǐ)引起了嚴重的富營養化問題。因此，施用化肥以及人類其他生(shēng)産及生(shēng)活活動對全球養分(fēn)循環影響帶來的問題無容置疑。

大(dà)量施用化肥帶來的問題使得農業生(shēng)産中(zhōng)産生(shēng)了限制甚至停止施用化肥的呼聲及做法，其中(zhōng)以有機農業 (organic farming) 的做法最具代表性。雖然各個國家及地區對有機農業的定義存在一(yī)定的差異，但從養分(fēn)投入看，都強調不施用化學合成的養分(fēn)，可以施用一(yī)些天然的礦物(wù)類肥料，主要依靠輪作、稭稈還田、施用有機肥、種植豆科作物(wù)及綠肥等方式爲農田提供養分(fēn)。

現代有機農業的概念于上個世紀四十年代起源于英國，從1946 年起英國土壤學會就開(kāi)始了有機農業生(shēng)産的認證工(gōng)作，當時主要關注的是化肥施用對土壤性質的不良影響。到上個世紀六七十年代，随着人們對化肥及農藥大(dà)量施用帶來生(shēng)态環境問題的擔憂，有機農業在西方一(yī)些發達國家引起了人們的關注。我(wǒ)國于上個世紀八十年代開(kāi)始了有機農業的研究與實踐，近年來的發展也較爲迅速。

自有機農業理論提出後，其與施用化肥的常規農業間孰優孰劣的争論就未曾中(zhōng)斷過。争論主要集中(zhōng)在兩種生(shēng)産方式對作物(wù)産量、環境的影響等方面。

有研究表明，有機農業可以達到與常規農業相同的産量水平。但多數研究發現，有機農業條件下(xià)作物(wù)産量較常規農業低，降低的幅度與作物(wù)類型有關，農作物(wù)一(yī)般減産20%～40%，蔬菜及果樹(shù)減産20%～50%。

在瑞士進行的21 年的試驗結果表明，有機農業處理的作物(wù)産量較常規農業平均低20%。美國加州大(dà)學戴維斯分(fēn)校9 年的定位試驗發現，與常規農業相比，有機農業栽培下(xià)玉米、小(xiǎo)麥産量顯著降低，而番茄産量二者無差異。

Seufert 等采用整合分(fēn)析的方法比較了全球不同地區有機及常規農業兩種系統下(xià)作物(wù)産量的差異發現，有機農業平均比常規農業作物(wù)産量降低25%，産量降低的幅度随作物(wù)種類、地點等存在較大(dà)的變化，減産幅度在5%～34% 之間；雨養地區的豆科作物(wù)及弱酸或弱堿土壤的多年生(shēng)牧草減産幅度較小(xiǎo)，禾谷類作物(wù)及蔬菜産量降低幅度大(dà)。

有機農業生(shēng)産條件下(xià)僅采用種植綠肥、輪作等方式，難以維持土壤養分(fēn)的平衡，這是其導緻作物(wù)産量降低的主要原因。從養分(fēn)循環角度看，由于收獲農産品從系統中(zhōng)攜出了大(dà)量的養分(fēn)，投入外(wài)源養分(fēn)是增加系統生(shēng)産力的有效手段。如撒哈拉以南(nán)的非洲地區，化肥用量比較低，僅爲8 kg/hm2。施用化肥，增加外(wài)源養分(fēn)的投入，是這一(yī)類地區增産的有效手段。

倡導有機農業的主要原因之一(yī)是，這一(yī)生(shēng)産方式的可持續性及其對生(shēng)态環境的良好效應。但關于有機農業對生(shēng)态環境等的影響，答案遠比想象的要複雜(zá)得多。如生(shēng)物(wù)多樣性方面，有機農業無疑具有明顯的優勢；但在養分(fēn)徑流損失以及向大(dà)氣排放(fàng)溫室效應氣體(tǐ)等方面，很難說出有機農業與常規農業二者的差異。

“有機農業是否是未來農業的方向”，若按純有機農業的定義看，可能不是如此。因爲就全球情況看，預計到2050 年，全球對食物(wù)的需要量将翻番，因此，對化肥的需要量還會增加。在貧困人口衆多的非洲地區，化肥施用量還很低，農業生(shēng)産還在消耗土壤養分(fēn)，增施化肥是解決這些國家及地區糧食供應不足的主要手段。但有機農業的一(yī)些理念，如資(zī)源循環利用、環境保護等正在被人們接受。将有機農業與常規農業相結合的有機–無機複合農業 (Integrated agriculture) 被認爲是未來世界農業發展的方向。

我(wǒ)國人口衆多，人均耕地少，保證充足農産品的供應是我(wǒ)國農業生(shēng)産的頭等大(dà)事。雖然我(wǒ)國農業過量施用化肥帶來的問題日益突出，農業可持續發展面臨重大(dà)挑戰，近幾年對我(wǒ)國農業的發展要擺脫對化肥、農藥的過度依賴的呼聲不斷高漲，但我(wǒ)們應該清醒地看到，不施用化肥，僅靠施用有機肥、種植豆科作物(wù)等傳統的方法難以滿足作物(wù)對養分(fēn)的需求，因此，我(wǒ)們應特别審慎地對待有機農業問題。

将有機農業與常規農業二者有機地結合，協調土壤有機、無機養分(fēn)平衡，以較小(xiǎo)的環境代價生(shēng)産更多的農産品是我(wǒ)國農業發展的方向。我(wǒ)國近來的一(yī)些研究表明，采用土壤–作物(wù)系統綜合管理技術，可以在大(dà)幅度增産的同時，大(dà)幅提高氮肥效率，減少活性氮損失30%、減少溫室氣體(tǐ)排放(fàng)11%。

世界人口還在不斷增加，預計到2050 年将超過90 億，對農産品的需要量将是2005 年的2 倍。同時，随着人們生(shēng)活水平的提高，農産品的人均需要量也會增加。因此，采取有效措施增加農産品的供應仍是世界各國特别是人口衆多的發展中(zhōng)國家面臨的巨大(dà)挑戰。由于全球可利用的耕地資(zī)源有限，所以增加單位面積産量是增加糧食總産的重要手段，化肥的施用無疑将繼續發揮重要的作用。同時，我(wǒ)們應該正視化肥過量及不合理施用帶來的問題。

我(wǒ)國農業生(shēng)産中(zhōng)過量施肥問題較爲普遍，尤其以果樹(shù)、蔬菜等經濟作物(wù)更爲突出。雖然對我(wǒ)國農業生(shēng)産中(zhōng)如何控制或減少化肥用量的認識尚存在差異，但我(wǒ)國肥料施用量高，養分(fēn)利用率普遍偏低是一(yī)個共識。爲此，我(wǒ)國提出了到2020 年“化肥零增長”的目标，對控制農業生(shēng)産中(zhōng)化肥過量施用問題提出了明确的要求。“十三五”期間科技部正在實施的“化學肥料和農藥減施增效綜合技術研發”重點研發計劃，将對改變我(wǒ)國目前農業生(shēng)産中(zhōng)過量施肥問題提供有力的支持。

但同時應看到，我(wǒ)國幅員(yuán)遼闊，解決不合理施肥帶來的問題不能簡單地采取“減肥”的措施，應通過多種措施，除挖掘作物(wù)對養分(fēn)吸收利用潛力、采用“4R”技術、繼續開(kāi)展測土配方施肥等技術研究與推廣外(wài)，筆者認爲尚需注意以下(xià)問題。

4.1 不能将作物(wù)營養僅僅看作是氮、磷、鉀等礦質養分(fēn)的供應，應考慮礦質養分(fēn)與有機碳間的平衡協調

植物(wù)礦質營養理論提出後，長期以來，以化學爲主導的思想在植物(wù)營養研究與應用中(zhōng)占有重要的主導地位；植物(wù)營養學科相當一(yī)段時間被稱爲“農業化學”。以化學爲主導思想導緻生(shēng)産實踐中(zhōng)不少人将作物(wù)養分(fēn)供應問題僅僅看作是氮、磷、鉀等礦質養分(fēn)的供應問題。生(shēng)産中(zhōng)大(dà)量施用化肥，導緻農田生(shēng)态系統碳、氮、磷等養分(fēn)的時空平衡失調，損失量增加。

國内外(wài)大(dà)量研究表明，有機與無機配合不僅提高了作物(wù)産量，還培肥了地力，其理論基礎已有不少論述。長期定位試驗結果表明，有機肥與化肥配施處理，氮肥用量減少了70%，獲得了與僅施化肥處理相近的産量，但提高了土壤有機質含量，改善了土壤肥力。

我(wǒ)們的研究表明，與施用相同量的氮肥相比，長期有機肥與化肥配施處理氮肥利用率高、損失量低，這不僅與有機肥配施化肥處理改善了土壤理化性質有關；也與氮肥與有機肥或有機物(wù)料配合，增加土壤微生(shēng)物(wù)對養分(fēn)的固持有關；還與作物(wù)生(shēng)長後期微生(shēng)物(wù)固持養分(fēn)的釋放(fàng)和協調氮素供應有關。從宏觀尺度對全球不同國家氮素利用效率的分(fēn)析發現，農業生(shēng)态系統生(shēng)物(wù)固氮比例高的國家或地區，其氮素利用效率也高。因此，應該改變施肥實踐中(zhōng)僅考慮氮、磷及鉀化肥養分(fēn)的供應問題，同時重視農田生(shēng)态系統碳、氮、磷、鉀等元素間的時空平衡。

20 世紀中(zhōng)期後歐美發達國家植物(wù)營養的研究重點轉向無機營養及化肥方面，也在一(yī)定程度上忽視了有機物(wù)質的營養作用。不論土壤還是有機肥，均含有一(yī)定的有機态養分(fēn)或生(shēng)理活性或刺激類物(wù)質，其對作物(wù)生(shēng)長也具有一(yī)定的營養及調控作用。以有機态養分(fēn)爲例，早在1881 年英國洛桑實驗站的測定就發現，土壤及其滲漏液、雨水中(zhōng)含有一(yī)定數量的有機态氮；但對其營養作用的研究由于受研究手段限制證據有限。上個世紀五十年代起，同位素技術的應用，爲植物(wù)吸收有機養分(fēn)提供了直接的證據。因此，有必要進一(yī)步挖掘有機養分(fēn)的調控及營養作用。

4.2 重視土壤、微生(shēng)物(wù)、作物(wù)間的關系在協調作物(wù)生(shēng)長及養分(fēn)供應中(zhōng)的作用

施用的化肥養分(fēn)被作物(wù)吸收利用取決于其與作物(wù)、土壤、微生(shēng)物(wù)及其環境條件相互作用的結果。以氮素爲例，化肥氮被作物(wù)吸收與土壤有效氮的供應有密切關系，土壤有效氮含量高，作物(wù)吸收肥料氮比例相對就低。土壤微生(shēng)物(wù)是有機質轉化與養分(fēn)元素循環的引擎，土壤中(zhōng)各種來源和形态的有機質最終都必須經過微生(shēng)物(wù)的分(fēn)解礦化過程才能重新參與土壤生(shēng)物(wù)地球化學循環。化學氮肥施入土壤後會發生(shēng)作物(wù)根系與微生(shēng)物(wù)競争氮素現象，短期内微生(shēng)物(wù)獲勝，導緻氮素固定；而微生(shēng)物(wù)生(shēng)命周期短，其死亡後分(fēn)解釋放(fàng)氮素，可爲植物(wù)利用，所以植物(wù)是最終的勝利者。因此，微生(shēng)物(wù)對養分(fēn)的固持與釋放(fàng)在植物(wù)養分(fēn)供應方面也具有重要作用。過量和不合理施肥，會影響土壤微生(shēng)物(wù)區系，進而抑制菌根侵染及固氮菌等有益微生(shēng)物(wù)的活性，導緻作物(wù)病害加劇，影響作物(wù)養分(fēn)吸收與利用。

可以采用不同方法調控、培育土壤微生(shēng)物(wù)區系，包括直接接種有益微生(shēng)物(wù)、使用殺菌劑、作物(wù)輪作、耕作等方法有針對性地幹擾土壤原著微生(shēng)物(wù)的生(shēng)長，以有利于接種微生(shēng)物(wù)的生(shēng)長。施用有機肥、稭稈還田以及作物(wù)根系分(fēn)泌物(wù)，可以爲土壤微生(shēng)物(wù)提供有效的碳源，是調控土壤微生(shēng)物(wù)區系的有效手段。以根系分(fēn)泌物(wù)爲例，有人粗略估計，一(yī)年生(shēng)植物(wù)生(shēng)長期間通過根系分(fēn)泌物(wù)或脫落物(wù)進入土壤有機物(wù)的數量約爲其成熟時根系有機物(wù)量的兩倍多。采用14C 标記試驗研究發現，根系分(fēn)泌物(wù)的數量可占其淨固碳量的5%～19%，這些根系分(fēn)泌物(wù)或脫落物(wù)在調節土壤生(shēng)物(wù)活性方面具有重要作用。

二十世紀90 年代後期，随着分(fēn)子生(shēng)物(wù)學和組學技術的發展，爲揭示農田生(shēng)态系統土壤、作物(wù)、肥料及微生(shēng)物(wù)間的關系提供了有效手段，使得土壤微生(shēng)物(wù)的研究由“黑箱”變成“灰箱”，甚至“白(bái)箱”。

在微生(shēng)物(wù)調控方面，近年來圍繞調控根際微生(shēng)物(wù)促進植物(wù)生(shēng)長和保持植物(wù)健康，增強有益菌根際定殖、調控根際微生(shēng)物(wù)群落結構、培育高生(shēng)物(wù)肥力及抑病型土壤微生(shēng)物(wù)區系等基礎科學問題方面開(kāi)展了一(yī)些研究。國外(wài)提出了根際工(gōng)程法 (rhizosphere engineering)，通過育種的方法，調控根系分(fēn)泌物(wù)特性，進而調控根際有益微生(shēng)物(wù)種群的構建，改善植物(wù)生(shēng)長環境。

近年來，以南(nán)京農業大(dà)學沈其榮教授爲首的團隊結合我(wǒ)國特有的集約化管理模式，開(kāi)展了構建和調控高生(shēng)物(wù)肥力及抑病型根際土壤微生(shēng)物(wù)區系工(gōng)作，利用外(wài)源有益微生(shēng)物(wù)與有機肥通過二次固體(tǐ)發酵制成的生(shēng)物(wù)有機肥，在調控根際微生(shēng)物(wù)區系、促進植物(wù)生(shēng)長和健康的研究方面取得了突出成果，展示了這一(yī)領域巨大(dà)的潛力。

4.3 最大(dà)限度地實現養分(fēn)資(zī)源的循環利用

與農藥等化學品不同，化肥養分(fēn)和有機肥養分(fēn)均可以循環利用。我(wǒ)國傳統農業屬自給自足的小(xiǎo)農經濟生(shēng)産方式，在很大(dà)程度上實現了養分(fēn)資(zī)源的循環利用，保證了我(wǒ)國農業幾千年來的持續發展。而随着社會的發展，農産品的流通範圍不斷擴大(dà)，使得從農田帶出的養分(fēn)難以還田。特别是現代農業生(shēng)産方式下(xià)，種植業與養殖業分(fēn)離(lí)問題突出，有機肥養分(fēn)難以實現就地還田。

有機肥特别是畜禽糞便是重要的養分(fēn)資(zī)源，全球畜禽糞便的全氮量與化肥氮的總用量相當，但由于養分(fēn)損失及還田比例低，實際施用到農田的數量僅爲化肥氮的30%。我(wǒ)國畜禽養殖每年産生(shēng)糞污38 億噸，折合氮1423 萬噸、磷246 萬噸，而目前綜合利用率不足60%，不僅造成資(zī)源浪費(fèi)，還成爲重要的污染源。養殖業糞污的處理與利用已成爲限制畜牧業發展的重要障礙，爲此，國務院辦公廳新近印發了《關于加快推進畜禽養殖廢棄物(wù)資(zī)源化利用的意見》，以推動我(wǒ)國畜禽養殖廢棄物(wù)資(zī)源化利用、破解畜禽養殖廢棄物(wù)環境污染治理難題。除合理利用畜禽糞便外(wài)，也應同時重視稭稈及其他工(gōng)農業有機廢棄物(wù)養分(fēn)的利用。

植物(wù)營養學通常關注的是肥料養分(fēn)在田塊尺度的吸收利用及損失，對養分(fēn)離(lí)開(kāi)田塊後的去(qù)向及利用關注不夠。實際上離(lí)開(kāi)一(yī)個田塊的養分(fēn)，可以進入另一(yī)田塊而被其他作物(wù)吸收利用。因此，養分(fēn)資(zī)源管理應以養分(fēn)流向及循環利用理論爲指導，從生(shēng)物(wù)地球化學循環的角度看待養分(fēn)的流向，實現從田塊向流域尺度的拓展，最大(dà)限度地實現養分(fēn)在農業生(shēng)态系統的循環利用。

4.4 綜合利用技術、經濟與政策等措施進行養分(fēn)管理

施肥實踐是一(yī)項人類生(shēng)産活動，不僅受研究及技術推廣的影響，也與經濟、社會等因素有關。僅采用其中(zhōng)的一(yī)項措施，難以有效引導生(shēng)産者科學合理地利用養分(fēn)。

西方發達國家解決化肥施用帶來的負面影響的實踐充分(fēn)證明了這一(yī)點。西方發達國家特别是西歐地區工(gōng)業化進程早，化肥施用曆史長，農業的集約化程度高，養分(fēn)過量投入帶來的生(shēng)态環境也較早出現。

爲此，1971 年西歐施肥量最高的荷蘭率先制定了控制過量施肥、保護土壤環境的法案。自上個世紀七十年代起，荷蘭氮肥用量不斷降低，目前已降至六十年代的水平，但作物(wù)産量卻翻了一(yī)番，氮肥利用率顯著增加。丹麥是西歐地區農産品的主要出口國，農業生(shēng)産中(zhōng)由于過量施用氮肥導緻的污染問題相當嚴重。

而在過去(qù)的30 年間，由于采用多種措施控制農田氮素投入量，氮素盈餘量顯著降低，而農、畜産品産量不斷增加，氮素利用效率 (農業 + 畜牧業) 增加了近一(yī)半，氮素淋溶損失、氨揮發、氮素沉降及氧化亞氮排放(fàng)顯著降低，其中(zhōng)的一(yī)個有效措施是采用有機肥代替化肥，并且設定氮素投入的上限等。歐盟提出的控制養分(fēn)過量投入污染水體(tǐ)等的政策與法規包括1991 實施的“硝酸鹽指令” (nitrates directive)、2000 年實施的“水框架指令” (water framework directive) 及2008 年實施的“海洋戰略框架指令”(marine strategy framework directive)，規定了向水體(tǐ)排放(fàng)有關養分(fēn)的限度及肥料施用的時期等，對超标排放(fàng)的生(shēng)産者采取經濟處罰。

由于采取了這些綜合措施，使得歐盟國家自上個世紀九十年代以來化肥用量逐漸降低。有機肥施用面積不斷增加，目前，歐盟施用有機肥的面積占農田面積的55%；歐美國家有機肥氮循環利用到農田的比例在75%～90% 之間。

我(wǒ)國當前農業生(shēng)産中(zhōng)果樹(shù)、蔬菜等經濟作物(wù)過量施肥問題較爲普遍，種養分(fēn)離(lí)導緻的農業面源污染問題突出。雖然我(wǒ)國國情與歐美發達國家存在一(yī)定的差異，但其采取的綜合利用技術、經濟與政策等措施控制養分(fēn)過量投入，促進養分(fēn)循環利用的做法值得我(wǒ)們借鑒。

上個世紀初美國的農學家King 曾感歎我(wǒ)國及日本和朝鮮三個東亞國家幾千年來的農業生(shēng)産中(zhōng)施用有機肥，在養活了大(dà)量人口的同時還培肥了地力的奇迹。但自上個世紀八十年代以來，我(wǒ)國農業大(dà)量施用化肥，種養分(fēn)離(lí)導緻畜禽糞肥難以農業利用，帶來了諸多生(shēng)态環境問題，我(wǒ)們需要反思大(dà)量施用化肥帶來的問題的根源以及解決這些問題的途徑與辦法。

無疑，過量及不合理施用化肥是出現問題的根源。除采取已有技術及措施外(wài)，應改變将植物(wù)營養内容僅看作是氮、磷、鉀等無機養分(fēn)的供應，重視碳、氮、磷及鉀等不同元素間的時空平衡關系；實踐中(zhōng)應避免陷入有機與無機營養的争論，以農業生(shēng)态系統養分(fēn)資(zī)源高效循環利用爲核心，采取不同方式實現有機–無機營養的結合。從生(shēng)物(wù)地球化學循環角度看待養分(fēn)利用與管理問題，關注養分(fēn)在田塊、流域及區域尺度的流向及對土壤、水體(tǐ)、大(dà)氣的影響。将技術與政策、法規等有效結合，提高養分(fēn)利用效率，減少養分(fēn)損失，保障我(wǒ)國農業的健康持續發展。