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佳木斯市科学技术情报研究所 王德政
前言 科学养地是世世代代维续人类生存，持续发展的永恒主题，是保护地球、保护生态、保护家园的核心问题。人类在长期农业生产中积累了丰富的经验，也有沉痛的教训，由肥沃土壤变成荒漠。现阶段全球耕地出现扩养脱节，用养脱节，循环污染，造成土壤质量严重恶化，危及人类生存与健康，有的区域土壤资源危机，粮食短缺，灾害频发。致使全球面临一个如何给后人留下青山绿水，沃土净地的共同责任和重大任务。 史实证明，生态功能是农业生产力的基本属性，只有符合生态功能的科技生产力结构才是合理的、科学的，破坏生态平衡必然破坏农业生产力本身，这是衡量农业科技生产力的科学标准。怎样实现科学养地，本文运用科学发展观，依据生态生物工程，生态位，食物链，养分循环，能量交换，整体平衡性原理对不同历史条件下产生的有机农业、生物农业、无机农业进行分析，汲取经验，探索科学养地新理念，新理论，新途径，新标准，加速我国现代生态农业的发展，造福后人，造福人类。 一、科学理念——三维合一合成体系 人类要世世代代牢固树立科学养地的理念。首先看我国传统农业，勤劳智慧的中华民族，在长期农业生产实践中将爱土、保土、养土的优良传统代代相传，并总结出“活之得宜，地力常新”的科学理念。不仅符合生态农业原理，而且将土地视为生存之本，生命之源。乃是中华传统农业文化的瑰宝和农业发展之魂。传统农业科学养地就是依据自然法则，针对不同气候、植被、母质条件下，在微生物生态系统作用下形成不同土类，被垦后土壤生态生物系统出现土体受损，碳能亏缺，功能减弱三个基本矛盾，逐步探索出三个工程体系： （一）因地制宜，建立完善生态生物维护工程体系 天然土壤垦后带来的第一个矛盾是土壤裸露，天然生态生物维护工程遭破坏，导致耕层土体受损(风失、流失)产生土壤代谢与外界气候条件之间的矛盾。据佳木斯地区1980年调查，开垦时土层厚度为30～40厘米，只余下15～20厘米。说明建立生态生物维护工程的必要性与重要性。我国各地运用护田林、防风沙、留茬播种防裸露，种草扩坡防流失以及兴水利、修梯田等措施，因地制宜形成三防(防水、防风、防灾)；三治(治沙、治水、治山)生态生物工程体系。并积累了在护养中耕种、在耕种中护养，在适应中治理，在治理中适应，顺天疏导，促进和谐，厚重后人，辨证施护(养)的科学理念。不断加强农田建设，提高防灾，抗灾能力，做到护养结合。 （二）因地制宜建立生态生物轮作、耕作、施肥、灌溉、栽培工程体系 垦后带来的第二个矛盾是枯枝落叶积累大量减少，产生土壤微生物生态系统代谢机制与碳能不足之间的矛盾。因地制宜建立了三轮(轮作、轮耕、轮施肥)生态生物工程栽培体系。处理好作物与作物、作物与土壤、作物与肥料、土壤与肥料、水分与肥料之间复杂关系。把周期性养地与年际间养地结合起来，据有“三年六料”，“三年一茬粪，年年都借劲”之说。总结出豆科（牧草）养地，防止重迎茬，切忌油料作物重迎茬等经验，以及巧用天时，利用光能，间套复种绿肥做到以田养田，充分利用杂草（枯枝落叶）等再生资源造肥实行“以山养田、以水养田”千方百计增加碳能，进行补养，做到养中用，用中养，用养结合。 （三）强化土壤生态微生物系统工程体系 垦后出现的第三个矛盾是土壤碳能补充不足带来土壤微生物生态系统物流、能源减弱，导致耕层土体质量恶化，不能全面地为作物构建一个蓄水库、营养库、贮能库，产生土壤供水、供肥、供能功能与作物生育要求之间的矛盾。所以早在区田法中强调基肥，其目的一是再补碳能，二是把有机物质与生物发酵技术结合，活化天然微生物生态系统功能。将枯枝落叶，农副产品的废料、畜、禽粪便等各种有机物利用厩肥、堆肥、沤肥等方法在有益微生物作用下提前熟化，使肥土相融，成为肥土（肥田引子）施入土中，继续强化土壤代谢机制，使田间成为一个天然有机生物肥料厂，把土壤构建成一个蓄水库、营养库、贮能库为作物创造必要生活条件。这就是以能养生，以生养土，以土养苗三养合一产生的物质循环，能量交换，土壤代谢机制的必然结果。 在施肥过程中，坚持三宜（宜时、宜土、宜物）与三合（护养结合、用养结合、调养结合）的原则，把养地的原则性与灵活性结合起来。当年施肥将三法（基肥、种肥、追肥）结合起来，种肥和追肥采用有机速效肥，如各种饼肥，油角，人粪尿发酵，苏子、麻籽炒熟等等方法，作为种肥或追肥。在追肥时本着看天，看地，看苗原则，以变应变，促控结合，达到保养、补养、调养相结合，相互平衡，实行天人合一，天地合一，天物合一，达到当年和持续增产的目的。在科学养地每个环节中都充满辨证施养的哲理，形成有机农业科学养地体系。 其次看生物农业，我国早在秦汉时期就把有机农业与生物农业结合起来，利用有机肥发酵技术及客土接种根瘤菌技术，生物防治病虫害技术。《诗经》中记载“以蓐萘蓼，萘蓼朽止，黍稷茂之”，说明应用绿肥养地并纳入养地体系。建国后由于科技进步，研制出生物肥料(磷细菌、硅酸盐细菌、固氮菌、沼气肥等)；生物饲料、生物药剂在生产中大面积应用，取得良好效果。由于微生物要求生活条件(水、温、气、营养、无害等)较严格，加之载体单一，方法不当，导致效果不稳。亟待对微生物生态系统功能深入研究，其前景广阔。 再次看现行无机农业。近一百多年来，化学农业理论一直引领世界农业发展。1909年化肥开始引入我国，1940年生产2．7万吨，建国后发展起来，现行年产近亿吨。并具有四化(机械化、自动化、信息化、商品化)，生产效率高，商品率高的优势，这是可学可用的一面；另一方面出现了土壤污染严重，质量恶化现象。据2010年9月27日德国《世界报》报道：由伊斯普拉欧洲联合中心提交的首部《欧洲土壤生物多样性地图集》表明，欧洲土壤质量严重恶化。其主因是由于大量施用化肥和化学农药的结果。特别是在高温高压下，人工合成氮和生产化肥、化学农药造成土壤、大气、水循环污染，同时浪费资源，消耗能源，加大成本，是可持续发展的最大威胁。由此说明，无机农业对破坏农业生产力的弊端一定要根除。 为了消除循环污染，维系人类生存，于1972年世界成立了有机农业联合会(IFOAM)，美国1984年立法建立再生农业，西欧称生物农业，日本称自然农业，我们称生态农业，强化了生态生物功能，有利于维护生态平衡，使科技生产力结构逐步符合生态功能的要求，发挥农业生产力长效机制，是今后农业生产发展的方向和目标，但科技相对滞后，影响发展。 从上述浅析中看出：将我国传统农业之精华与现代无机农业之优势相结合，再与现代高科技生态生物工程技术融于一体，形成三合一体新机制，既注入中国传统有机农业发展之魂，又融入生态生物工程技术之体，再配有无机农业先进之器，可谓优势互补，相得益彰。形成具有中国特色的顺天时、养地力、促和谐的三维合一生态生物工程体系(模式化、功能化、产业化、科学化)现代生态农业发展道路。 1、顺天时：就是依据生态法则，坚持三宜(宜时、宜地、宜物)三结合(护养结合、用养结合、调养结合)的原则，坚持防风，防水，防灾，生态生物维护工程体系建设，做到辨证施护，强根固本。 2、养地力：就是紧紧抓住养地的根本在于提高生物活性这一核心，实施三养(以能养生，以生养土，以土养苗)合一机制，形成三微生态微生物系统功能养地体系，做到辨证施养，地力生新。 3、促和谐：就是坚持科学发展，以人为本，厚重后人，促进人类与自然的和谐，使经济发展与自然资源相协调，形成三维生态生物工程体系，达到可持续发展的目的。 三维合一因为天时、地力、和谐三维空间称为三维合一，形成体系。实质就是生态气候规律，生态土壤规律，生态经济规律相结合，依据客观规律办事。突显具有中国现代生态农业的特点，符合科学发展的要求。 二、科学理论——三养合一合成机制 由于科学的发展，一个多世纪以来科学施肥(养地)学说在不断探讨中。19世纪德国学者泰尔为代表，形成腐殖质学说，肯定了腐殖质功能作用；1834～1866年由法国学者布森高等学者研究根瘤固氮菌，推动了氮素营养学说；1840年德国学者李比西发表了《化学在农业和植物生理学上的应用报告》，他强调了矿物质肥料的作用是绿色植物唯一营养，认为有机肥对植物生长是有机物质分解后的矿物质起作用，释放CO2被植物吸收利用；施用矿物质肥料使土壤消耗的物质，在归还之间达到平衡；1945～1948年俄罗斯农业化学家普里亚尼施尼柯夫按生物与环境统一观点将土壤、肥料、作物三者结合起来研究。化学农业理论对农业增产和植物生理学的发展起到巨大作用，做出突出贡献。可是化学农业理论未能明确有机肥和微生物系统功能的作用。“实践检验真理，历史见证是非”。由此看出，化学农业的理论存在片面性： 第一，由于片面强调矿物质唯一绿色植物营养而忽视了有机肥在土壤中的全面作用。 有机肥不仅是作物主要营养物质，又是土壤微生物的碳能主要来源，起到既养土又养微生物的双重作用。在有机质5％土壤中一克土中含有细菌1亿个左右，放线菌在5～6千万个，真菌5亿个左右；而在3％土壤中其数量下降50%左右，一方面说明微生物以能为源，另一方面说明土以生为力。就是说有机质在微生物分解过程中不仅制造营养，同时产生的腐殖质中含有胡敏酸和富里酸可粘着土粒，形成团粒结构，荒地团粒结构0．25mm以上占84％，而开荒十年后的耕地为66％；荒地饱和持水量为74％，而耕地为48％。足以说明在自然条件下由于碳能充足，显示了微生物系统功能，形成土体构造的作用。同时又调解了微生物自身生活条件，增强了活性，为作物根系生长，吸收营养创造了条件，起到了发根养苗作用。俗称“海绵田”，三乎田(埴乎、热乎、湿乎)。相反单一施用化肥造成土体板结，通透性差，土壤蓄水量减少，使地上水与地下水的水分循环受阻，是造成干旱加剧的主要原因之一。同时降低化肥本身的利用率。据新疆农科院用N.15及P.32测定，结果表明：小麦从土壤中吸引N15、P32占53％～80％，而化肥只占20％～40％。由此一方面说明：化肥利用率低，不仅有流失及反应过程中残留：另一方面凸显我国有机农业以能养生，以生养土，以土养苗三养合一机制符合生态土壤代谢性的必然要求。为作物不仅供养、供水、供气、供热、供能又孕育了作物种子生根、发芽、开花、结果的生命。彰显了三合一机制，在土壤供肥与作物需求之间建立一个有效的生态生物功能桥，才能产生“地力生新”功效，为作物提供了必要生活条件，说明“食以土为命”，这乃是作物生命之本。 第二，由于片面强调矿物质肥料而忽视了土壤微生物生态系统的功能作用。 在土壤中不同微生物菌种和生态系统有着不同作用；线虫可以改善土壤结构，异养细菌分解有机物，合成腐殖质；自养细菌转化成矿物质养分状态；真菌分解枯枝落叶起腐解作用；藻类光能自养能增加碳能总量；由自生、共生、互生等不同固氮系统估算每年可固氮100亿吨左右，其开发潜力巨大。由于生态生物与环境协同进化，形成整体生态微生物系统，可使有机碳、氮、硫、磷和其他有机化合物转化成N2；在物质循环、能量循环过程中表现出不同活动强度，可使碳水化合物和其他复杂碳水化合物变成CO2；使硫、磷化合物分别转化成硫、磷等。微生物的矿化作用，使地球上这些元素循环利用(物质循环)维持了地球上的生命，可以说是生命之源。由此说明，土壤的代谢性，而是生以能为源，土以生为力，食以土为命，生态微生物系统功能对土壤形成、进化、熟化起到主导作用，决定着土壤发育“地力生新”的方向。这是“万物源于土而汇于土”的道理所在。 第三，由于片面强调矿物质在作物消耗归还中平衡机制，而忽视了土壤供肥与作物需肥之间代谢平衡机制作用。 作物吸肥不单单是矿物质元素溶解吸收机制，同时吸收有机简构物质和吸收空气中游离态氮，通过能量交换，转化成协同互生，共生共荣的机制。致使土壤成为生物天然营养库、贮能库、蓄水库。所以说土壤是微生物的天然宜居地，也是天然肥料厂。只有把微观与宏观结合起来，形成“生以能为源，土以生为力，食以土为命”能量交换，物质循环代谢机制才能相依为命，才会实现民以食为天，这是土壤代谢的生命线。所以说微生物生态系统是植物生活条件的建设者、制造者和安全生育的维护者。但人们对生态微生物系统功能养土作用尚缺乏认知。可知化肥的作用转化也靠微生物，如氨转化成硝酸盐。但化肥只养作物有害微生物，导致土壤代谢功能减弱(退化)，其增产也是以破坏土体结构，降低微生物功能，消耗土壤基础肥力为代价。土壤肥力不足时再加大用量，我国刚开始亩施用化肥只有5公斤左右，而现在每亩施30～40公斤之多，亩用量越大对土壤基础肥力消耗越大，污染越重，这是一个恶性循环的大隐患。由此误认为“增”却产生“夺”，误以为“养”却产生“害”。史实证明，矿物质单一补给型养地必须向生态生物功能型养地转变，这是建立现代生态农业的核心，是维护人类生存命运之本。如果继续无限制的单一利用矿物质补给下去，土壤沙化会更快，一旦沙化尚需百年至千年才能恢复。我国正处于经济发展方式的转变时期，要尽快统筹规划，着眼未来，加速转型，推动我国经济发展走向可持续发展的轨道。 三、科学途径——三类合一合成工程 依据“三养合一”机制要求，就必须把护养、补养、调养形成一体，按生态位将有机肥、生物肥、矿物质肥料各置其位，各尽其能，因地制宜建立以增贮碳能为基础，以生态生物工程功能化养地为核心，以矿物质肥料为调节(辅助)三类合一的生态生物工程耕作栽培体系。 对于增贮碳能我国传统农业如前所述，不再赘述。 对于矿物质肥料，为了节能减排，防止污染，节省资源，降低成本，应充分利用三微工程和生态固氮工程将农田建成地下肥料厂。就是将矿物质肥料(磷矿粉等)按比例与有机肥共同发酵，制成有机生物肥或结合秸秆还田作为基肥施入，发挥以能养生，以生养土，以土养苗机制的作用或将有机速效肥及三微肥(生态固氮肥)为种肥：追肥时本着看天、看地、看苗原则可适量追肥或喷施矿物质肥料(微量元素)进行调养，以调解营养、Ph、N／C平衡。 其核心是合成工程。根据土壤微生物生态系统功能要求和作物所需生态条件及生理需求，本着种群相生，防止颉抗，条件共融，结构合理，功能互补，优化物料，物质再生的原则。我们首先合理配置成三微生态微生物系统工程体系，验证其效果。 1、以提高固氮为主的解磷、释钾，土壤生态微生物系统工程； 2、以提高光合效率为主的生理功能生态微生物系统工程； 3、以提高防治病虫害为主的免疫功能生态微生物系统工程。(三微工程于1992年黑科农委字34号鉴定) 三微生态微生物系统工程体系(简称为三微工程)是发展生态农业的基础工程。除整体生态功能外，其生态功能在于改土培肥，脱毒净土，改善结构，蓄水保墒，透气增温，协调作物生育、提质增产。在此基础上，从技术上又有新的突破： (1)改单一菌种为系统种群；(2)改单一功能为多种功能；(3)改单一载体为营养载体；(4)改单一固氮为生态固氮；(5)改单一效应为生态效应。从而实现三个结合：将土壤生物固氮、解磷、释钾系统功能结合起来；将生物营养、光合、免疫系统功能结合起来；将有机肥养土、养生物、养苗结合起来；从而活化以能养生，以生养土，以土养苗机制而产生肥效。并协调作物根系内外微生物活动与作物之间共生共荣的关系，促进土壤营养供与求；作物生长与发育；生长发育与生态条件之间的三个平衡，提升三微工程功能。三微生物颗粒肥已由黑龙江省农业厅主持鉴定《(97)黑科农委004号》，并获得推广正在全省推广。 实践证明，三微生态微生物系统工程体系生态功能体现在三个方面： 1、彰显三微工程促进生育，提质增产的主要生态功能。 运用三微工程研制的三微生物颗粒肥经1994～1995两年省中间试验。1996～1999年又经省土肥站、佳市农技总站在全省13个县、两个农场(50多个示范点次)六千余亩的大豆、蔬菜、水稻等作物上进行大面积示范；在大豆，特别是大豆重迎茬上与磷二铵等量(150公斤／公顷)条件下比磷二铵平均增产10％，有的增产20％之多；玉米、水稻、蔬菜等作物均表现增产10％以上；特别是三微生态固氮肥，1999年再经佳市科委多点试验，和专家鉴评玉米每公顷用三微生态固氮肥300公斤，化肥三元素(N、P、K)同样300公斤条件下，增产10％之多。越来越彰显出新一代三微肥的稳定效果。不仅增产而且提高品质，1996年经黑龙江省农垦科学院大豆检测中心分析：大豆应用三微肥比施用化肥(磷二氨)蛋白质增加0．23％，脂肪增加0．25％，西瓜增糖1%～2％。其生育主要表现是：根系发达，大豆单株根重后期增加10g左右；光合效率高，大豆株干重后期增加10g左右，早成熟3～7天；籽实饱满，大豆百粒重增加1g左右。玉米、水稻等作物也有同样作用，彰显三微工程主要生态功能作用。 2、突显三微工程防虫抗病，降解残毒的独特生态功能。 其主要表现：防虫抗病：据调查，连续三年大豆在重迎茬上根部病虫害减轻，未发现孢囊线虫、蚜虫，大豆食心虫下降30～50％，对白菜白斑等病害也具有抗性。 降解残毒：1996年经省农垦科学院大豆检测中心分析，大豆施用三微肥比施用化肥(磷二铵)能降解残毒。施用三微肥666未测出，而施用磷酸二铵的为0．0066％，DDT则下降10倍，含砷下降30多倍，为实现脱毒净土，消除土壤污染和生物防治病虫害，达到食品安全开辟一条新路。 3、尽显三微工程增贮能量，功能养地的突出生态功能。 经养分平衡法分析：大豆(包括重迎茬)亩供肥量连续三年在与磷二铵等量条件下，多供氮3斤左右，磷2斤左右，钾1斤左右；水稻连续三年亩供肥与化肥等量条件下，多供氮5～8斤，磷1斤左右，钾1～2斤。上述说明，三微肥的供肥功能强而稳定。 该肥的肥效稳定性和实效性来源于三微工程建立的三养合一机制起着主导作用，起到一个颗粒就是一个地下生物肥料厂的作用。说明建立起三微工程起到了强化与修复被化肥、农药破坏的土壤微生物系统的功能作用，达到了生态生物工程功能化养地的目的。 三养一体(护、补、调)三微工程的三养机制，尚需因地制宜，建立以护田保土为前提，以增储碳能为基础，以生物功能养地为核心，以蓄水保墒为关键，以脱毒净土为重点，以防灾抗灾为保障，以优质高产为目标的轮作、耕作、栽培、施肥、灌溉相结合的新的生态生物功能化养地新体系。 四、科学养地，三境合一合成标准 基于“生态生物功能化养地”新理论，新机制，对土壤肥力的标准要有一个新标准，新概念。以前仅仅以土壤养分(有机质N、P、K)多少看土壤肥力高低和水、肥、气、热四项指标是不全面的。我们不仅要看养分多少，同时要看土壤贮备碳能(焦耳)的多少，更要看土壤生态微生物数量、种类及其系统功能，把土壤“三境”(物理、化学、生物)合一，合成指标。就是综合土壤“水、肥、气、热、能、生”其六项性能指标进行评估土壤肥力才是全面而适宜的。因为土壤物质代谢过程中，生态生物功能是主导动力，增贮碳能是土壤代谢过程中生物能源的物质基础，化学营养是土壤代谢过程中的产物，起到营养作物的作用，因此土壤肥力标准应确立“能”——贮备能量的基础地位和“生”——微生物主导动力的地位这两项指标，既全面完整的说明民以食为天，食以土为命，土以生为力，生以能为源的生态能量交换及物质循环，命脉相连的关系，又形成土壤肥力的科学内涵。由于起步晚，这一科学标准具体化有待不断完善，应及早建立我国的新标准，引领实践，实现科学养地。 概括起来，科学养地——依据“生态法则”，辨证施养，因地制宜，合成体系的原则，通过强化三维体系，三养一体，三微工程，才能提高三养机制的土壤代谢能源，代谢活力，代谢功能的完整性、系统性、平衡性，促进土壤代谢发育向着进化方向发展，使之“地力生新”。只有“地力生新”才能“地力常新”。证实了传统“地力常新”生态理念与“科学养地”，“地力生新”的理论，因果相系，一脉相承又符合生态能量平衡原理的科学性，这是人类生存的生命线。这是对有机农业、无机农业、生物农业的有机融合；是对我国传统有机农业的传承与弘扬；是对无机农业的补充与改进；是对生物农业的提高与创新，形成具有中国特色的科学养地的新理论。只有科学养地新理念、新理论、新途径、新标准的统一才能加速现代生态农业的发展。因此人类只有不断探索，大自然内在与外在的规律性并遵守自然法则，才能获得大自然的恩惠。所以我们要坚持自主创新，大力挖掘中华民族传统农业科学文化的根脉，并世代相传，发扬光大。将我国有机农业用现代高科技武装起来，形成具有中国特色现代生态生物系统功能化科学养地新体系，加速我国现代生态农业进程。给后人留下蓝天、青山、绿水、沃土、净地生态家园，祥和天地。 |
