過量和不合理使用化肥導致我國土壤嚴重退化

中國是一個地少人多的發(fā)展中國家，擁有世界7%的土地，養(yǎng)活了世界22%的人口，同時也消耗了世界35%的化肥，中國農(nóng)業(yè)對化肥的依賴已達到不可取代的地步。

化肥的過量和不合理使用帶來了一系列不良后果。首先是土地資源的破壞。長期過度依賴化學肥料，加上不合理的施用N、P肥，有機肥和中微量元素肥料投入不足，長期規(guī)?；瘑我环N植模式致使土壤中某些中微量元素有效性下降，微生物多樣性減少，種群結(jié)構(gòu)失衡，土壤結(jié)構(gòu)惡化，養(yǎng)分失衡。土壤結(jié)構(gòu)破壞、酸化、鹽化，耕地退化，土傳病害猖獗又使得化學農(nóng)藥使用量猛增，蟲害抗藥性增加，土地資源遂進入惡化循環(huán)。土壤板結(jié)就是土壤退化最表觀、最顯著的特征。

從化學與生物學的角度看土壤的退化與修復

其次是能源和資源的巨大浪費。中國主要存在的問題是化肥利用率較低，如氮肥只有35%左右，比發(fā)達國家平均低10%以上。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2013年我國共生產(chǎn)化肥7153.7萬噸，能源消費總量折標準煤8841萬噸。

再次是環(huán)境污染使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危機嚴重。硝酸鹽、亞硝酸鹽嚴重累積。在北方某些農(nóng)業(yè)高度集約化的地區(qū)，氮肥的不合理施用導致地下水硝酸鹽超標，有些地區(qū)竟達到100%的嚴重超標程度。陜西某地“肥水井”的出現(xiàn)，也與氮肥大量施用引起的硝酸鹽污染有直接關系。在我國南方經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，氮磷肥過度施用導致地表水富營養(yǎng)化、湖泊嚴重污染。

此外，蔬菜中硝酸鹽超標，大氣中氧化亞氮排放量增加，沿海城市赤潮現(xiàn)象的發(fā)生以及厄爾尼諾現(xiàn)象在全球范圍內(nèi)肆虐等環(huán)境問題，也與肥料不合理施用對環(huán)境產(chǎn)生的負面影響密切相關。環(huán)境污染使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危機嚴重。農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)低下以及有害物質(zhì)超標，尤其是蔬菜中的亞硝酸鹽嚴重超標，對我國居民的健康構(gòu)成了巨大的潛在威脅。人大代表在人大會議發(fā)言中說“肉不香，魚不鮮，果不甜，菜無味，慢性中毒是人民、民族、國家的潛在殺手”。同時，由于化肥利用率降低，產(chǎn)量難于增加，而持續(xù)增長的人口、耕地的減少和自然災害的不可預見性，已嚴重威脅中國糧食安全。

土地資源破壞最顯著表現(xiàn)是土壤板結(jié)，造成土壤板結(jié)的主要原因有以下三方面：

一是不正確及過量施用磷肥。土壤中的陽離子以二價的鈣、鎂離子為主，以鍵橋形式將土壤微粒連接成大顆粒形成土壤團粒結(jié)構(gòu)。向土壤中施入磷肥時，磷肥中的磷酸根離子與土壤中鈣、鎂等陽離子結(jié)合形成難溶性磷酸鹽，即浪費磷肥，又破壞了土壤團粒結(jié)構(gòu)，致使土壤板結(jié)。

二是過量或濫施其它化肥。有機質(zhì)含量是土壤肥力和團粒結(jié)構(gòu)的一個重要指標，土壤有機質(zhì)是土壤團粒結(jié)構(gòu)的重要組成部分。土壤有機質(zhì)的分解是以微生物的活動來實現(xiàn)的。土壤中過量施入氮肥之后，微生物的氮素供應每增加1份，相應消耗的碳素就增加25份，所消耗的碳素來源于土壤有機質(zhì)。由于大量秸桿焚燒，有機質(zhì)補充受阻，加之碳素的消耗致使有機質(zhì)降低，反過來影響土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，導致土壤板結(jié)。

三是向土壤中過量施入鉀肥時，鉀肥中的鉀離子置換性特別強，能將形成土壤團粒結(jié)構(gòu)的多價陽離子置換出來，而一價的鉀離子不具有鍵橋作用，土壤團粒結(jié)構(gòu)的鍵橋被破壞了，也就破壞了團粒結(jié)構(gòu)，致使土壤板結(jié)。

所以化肥的過量或不合理使用，都是造成土壤板結(jié)和退化非常重要的原因。

如何修復土壤退化

土壤退化和修復有三個關鍵問題——肥料、有機質(zhì)、有益微生物，從這三方面著手，土壤修復應該不是很難的問題。

就肥料來說，應該大力應用生物堆肥發(fā)酵磷肥，這是解決土壤板結(jié)、節(jié)約資源的重大舉措。

我國磷礦類型主要是沉積磷礦，以中低品位為主，含雜質(zhì)多，采選難度大，富集成本高，在現(xiàn)有經(jīng)濟技術條件下，不適于用化學的方法加工生產(chǎn)。目前普遍使用的化學加工法使大量中低品位磷礦成為一種“雞肋”資源。國土資源部已經(jīng)將磷礦列為2010年后不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需求的重要礦種之一，發(fā)展低濃度磷肥產(chǎn)業(yè)已迫在眉睫。

實際上，農(nóng)作物大部分時間是在利用難溶性磷酸鹽。如何開發(fā)出一種新的磷肥生產(chǎn)工藝，以充分利用中低品位磷礦資源，同時改進產(chǎn)品的物理性狀，提高其在土壤中的抗固能力，增強有效性，對于保持磷肥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。一般磷肥利用率只10～25%，而70%左右的可溶性磷化鹽與土壤中的鈣離子結(jié)合，又變成難溶性的磷酸鹽。那么，我們?yōu)槭裁床豢紤]將大量中低品位“雞肋”磷礦直接作為肥料來用，而是耗費大量資源將難溶磷酸鹽變成所謂可溶性磷肥，同時把有用的巖礦粉扔掉呢?

我們現(xiàn)在做的工作是，把中低品位的磷礦原料與農(nóng)家肥等有機質(zhì)一起，經(jīng)多種有益菌包括解磷菌，發(fā)酵生產(chǎn)出生物有機肥。該類型高磷生物有機肥施入土壤后，一部分速效磷被植物吸收，而肥料中的解磷菌種繼續(xù)釋放磷，經(jīng)大田試驗效果良好，可以替代50%以上化學磷肥。微生物態(tài)高磷生物有機肥的研究開發(fā)，能很好地解決目前磷肥生產(chǎn)和田間施肥中存在的尤其是土壤板結(jié)和資源利用的各種問題，是我國磷肥生產(chǎn)和利用值得大力推廣的技術。但是，由于現(xiàn)有國家農(nóng)業(yè)部新修改的生物有機肥標準，大幅增加了有機質(zhì)含量，取消了對氮磷鉀養(yǎng)分的要求，致使我們在2008年已經(jīng)研發(fā)出來的高磷生物有機肥技術，至今推廣不了。

就有機質(zhì)和有益微生物來說，應該大力推廣以生物技術為基礎的生態(tài)農(nóng)業(yè)種植技術。但能不能不計成本地提高質(zhì)量和產(chǎn)量?我認為很難做到。例如，讓農(nóng)民施加大量的有機肥或生物有機肥，這樣的高成本投入，農(nóng)民是沒辦法接受的，也是不能推廣的。

就目前農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀來說，只有將生物、化學與先進農(nóng)藝結(jié)合起來才是正確方向。在這方面我們有成功的技術，可稱之為“大田糧食作物生物配肥技術”，可簡單概括為“種肥同穴、精準施肥、精量播種、節(jié)能種植”，其核心是高磷生物有機肥與種子同穴(溝)播施。該技術將生物有機肥直接作用于植物根際，不僅有利于有益菌在植物根系周圍的快速定殖與繁殖，構(gòu)建健康和高產(chǎn)土壤微生物區(qū)系關鍵結(jié)構(gòu)，而且有利于氮磷鉀的快速轉(zhuǎn)化與吸收，提高了化肥利用率。這樣一來，土壤中沒有吸收的、難溶解的包括加進去的磷酸鹽，通過菌種轉(zhuǎn)化，不僅減少板結(jié)(沒有鈣、鎂離子爭奪)，還節(jié)約資源，何樂而不為?同時，我們把微量元素加在生物肥中，可達到四兩撥千斤的效果。例如，硒是植物中的關鍵性的微量元素，還可以抗癌，如果種肥同穴，就能以較低成本種出富硒農(nóng)產(chǎn)品。

當然，“生物配肥技術”離不開現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械完成科技成果應用的最后一公里。采用秸桿還田或不處理秸桿的一次性免耕播種，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)低碳節(jié)約種植，可大大增加土壤有機質(zhì);實現(xiàn)種子-生物肥同穴播種和化肥深施、穴施、緩釋，可大幅度提高肥料利用率，減少化肥施用量。例如，我們研制的一種深松免耕種肥同穴玉米-豆類播種機，在山西聞喜縣進行了夏玉米種植示范。在不增加化肥的基礎上，每畝增施“沃豐生物有機肥”20斤(成本12元)，畝產(chǎn)達1450斤(此地采用傳統(tǒng)耕作的玉米畝產(chǎn)為1200斤)，增產(chǎn)幅度達20%。

從深層次上講，土壤修復還有政策或體制上的問題。在我國，有效的科技成果往往沒有用武之地，主要原因有三：一是農(nóng)業(yè)科技成果推廣涉及眾多部門,結(jié)果是誰都管誰也不管。二是對科技成果推廣缺乏有效支持,例如,政府農(nóng)業(yè)招標項目中,一般是不能將農(nóng)業(yè)科技成果作為招標條件優(yōu)先考慮的,常被解釋為這樣有悖公平。三是農(nóng)業(yè)科技項目的決策者常常被少數(shù)所謂“權威”把待,圈外人難以進入;重研發(fā)，輕推廣，科技成果推廣缺少有效支持，項目少之又少。例如，2016國家重點研發(fā)計劃專項“化學肥料和農(nóng)藥減施增效綜合技術研發(fā)”,要求申報必須覆蓋項目所有內(nèi)容，其中有一項是能夠通過航測測定土壤肥料含量。且不論該項申報入門門檻之高，僅就其化肥減量、大田作物增產(chǎn)這一項最重要目標來講，我們推廣的“大田糧食作物生物配肥集成技術”已經(jīng)超額完成了國家科技部2020年的提質(zhì)、節(jié)本、增效的目標。這還需花大錢研發(fā)嗎?為什么就不能多關注一下農(nóng)業(yè)科技成果推廣?我們認為農(nóng)業(yè)科技包括土地修復技術并不缺乏，缺乏的是農(nóng)業(yè)科技成果推廣的健康環(huán)境。