過量使用氮肥造成嚴重環境污染，這是筆者早就預料到的，長期以來，土壤學家強調的化肥就是(shi)“氮(dan)(dan)、磷、鉀”等無(wu)機礦物質為主，很少考(kao)慮(lv)有機氮(dan)(dan)、有機質的貢獻。由于大量(liang)施氮(dan)(dan)，很少考(kao)慮(lv)有機質，土壤中(zhong)的碳氮(dan)(dan)比是(shi)嚴(yan)重失調的。因此筆者大膽預測，中(zhong)國的耕(geng)地(di)目前不是(shi)缺(que)氮(dan)(dan)而是(shi)缺(que)碳。
為(wei)了(le)(le)驗(yan)證上述假設，我(wo)帶領自己的(de)研(yan)究團隊在(zai)山東沂蒙山區正在(zai)研(yan)究治本的(de)措施，前期實驗(yan)令(ling)人(ren)振(zhen)奮。2009年(nian)，在(zai)10畝試驗(yan)田里，增施有機(ji)肥、減半化肥后，小麥畝產量達(da)到(dao)900多斤/畝。我(wo)們采取(qu)的(de)措施是生(sheng)態(tai)學的(de)辦法，就是充(chong)分尊重生(sheng)態(tai)學的(de)規律，讓元素循(xun)環起來。如(ru)果(guo)恢復了(le)(le)傳統的(de)“六畜興(xing)旺(wang)、五谷豐(feng)登” 式(shi)的(de)有機(ji)循(xun)環農業，則我(wo)國(guo)僅利(li)用(yong)一半的(de)化肥也能滿(man)足國(guo)家(jia)糧食安全需求。
我們的(de)實驗得(de)到中國科學院(yuan)應(ying)用生態研究所(suo)專家(jia)的(de)理論數據支持(chi)。2010年(nian)3月，筆者參加某國家(jia)重點(dian)試驗室的(de)學術研討(tao)會，應(ying)用生態所(suo)的(de)專家(jia)研究表明(ming)，由于土壤碳(tan)(tan)氮比下降，致使(shi)土壤氮肥(fei)(fei)(fei)(fei)效降低，氮素損(sun)失嚴重；而增加土壤碳(tan)(tan)含量后(hou)，耕(geng)(geng)地(di)(di)土壤對(dui)氮的(de)固持(chi)能力明(ming)顯提高。他們的(de)試驗有力地(di)(di)說明(ming)，中國耕(geng)(geng)地(di)(di)目前缺少(shao)的(de)是碳(tan)(tan)肥(fei)(fei)(fei)(fei)，而不(bu)是氮肥(fei)(fei)(fei)(fei)；或至少(shao)要增加氮肥(fei)(fei)(fei)(fei)的(de)有效性，必須(xu)保持(chi)耕(geng)(geng)地(di)(di)一定的(de)土壤碳(tan)(tan)氮比例。最近30多年(nian)來，政府加大對(dui)化(hua)肥(fei)(fei)(fei)(fei)行業補貼，農民(min)不(bu)積有機肥(fei)(fei)(fei)(fei)，每年(nian)補充以(yi)氮肥(fei)(fei)(fei)(fei)為(wei)主的(de)化(hua)肥(fei)(fei)(fei)(fei)，秸稈固定的(de)碳(tan)(tan)被(bei)就地(di)(di)焚燒還回了(le)大氣，這樣耕(geng)(geng)地(di)(di)因缺少(shao)有效的(de)碳(tan)(tan)源而喪失固持(chi)氮的(de)能力。
2010年(nian)1月(yue)5日，《第一(yi)財經日報(bao)(bao)》報(bao)(bao)道了(le)一(yi)則這樣的(de)(de)消息(xi)，云南省農科院進行了(le)一(yi)項新肥料試驗(yan)取得了(le)非常明(ming)顯甚(shen)至驚(jing)人(ren)的(de)(de)增產(chan)效果：9畝水稻增產(chan)幅度達(da)21.55%。所(suo)使(shi)用肥料的(de)(de)成(cheng)分構(gou)成(cheng)中，氮磷鉀含量不(bu)足10%，但有機質含量豐富，能起到很好(hao)的(de)(de)改良土壤效果。這項實驗(yan)說明(ming)，肥料的(de)(de)改進、土壤的(de)(de)改良在提升糧食產(chan)量上還有很大的(de)(de)潛(qian)力可挖。這也(ye)從另一(yi)個側面(mian)驗(yan)證了(le)我(wo)們關(guan)于中國耕地缺(que)少碳素的(de)(de)觀點。
上面提到的三個實驗，即筆者所在團隊、中科院沈陽應用生態所、云南省農業科學院的實驗都說明，增加耕地碳素，均能進一步發揮地力，固持氮素，減少環境污染，最終將溫室氣體埋葬在耕地中。那么，為什么增加耕地碳含量尤其是有機碳，地力就能得到維持，甚至高產呢？原因就在于，農民添加的化肥要充分發揮作用，必須得經過土壤微生物的作用，而碳是構成微生物的基本骨架；另外，生物代謝所需的能量也是儲藏在含碳有機化合物中被微生物所利用的。如尿素屬酰銨態氮肥，需要在土壤中尿素細菌分泌的脲酶作用下，轉化成銨態氮才能被植物根系吸收。除了土壤微生物，土壤動物也起到很好的作用。然而，遺憾的是，長期以來，我們只考慮了給植物增加氮、磷、鉀等化肥，過量化肥、農藥、除草劑降(jiang)低了土壤(rang)生物(wu)多樣(yang)性(xing)，化(hua)肥利用率不(bu)增(zeng)反降(jiang)，徒增(zeng)加對環境污染而已(yi)。
碳(tan)氮(dan)比(bi)例嚴重失調，尤其(qi)(qi)土壤(rang)有機質下降，是限制我(wo)國糧食產(chan)量的(de)客觀(guan)因(yin)素(su)；農民不(bu)(bu)愿意種(zhong)地(di)(di)，用地(di)(di)不(bu)(bu)養(yang)地(di)(di)是其(qi)(qi)主觀(guan)因(yin)素(su)。目前(qian)，有關部門置這兩個(ge)主要因(yin)素(su)而(er)不(bu)(bu)顧，盲目補貼(tie)暴利的(de)化肥行業，乃至(zhi)試圖通過轉基因(yin)技術(shu)改良(liang)作(zuo)物(wu)品(pin)種(zhong)而(er)實現增(zeng)(zeng)產(chan)，這都(dou)是“治(zhi)標(biao)不(bu)(bu)治(zhi)本”的(de)做法(fa)。那些打著增(zeng)(zeng)加糧食產(chan)量而(er)套取國家經費的(de)做法(fa)不(bu)(bu)能再(zai)繼續(xu)發展下去了。
由此看來(lai)，目前(qian)我(wo)國(guo)耕(geng)地嚴(yan)(yan)重(zhong)(zhong)缺(que)(que)碳(tan)而不缺(que)(que)氮。耕(geng)地有機質(zhi)平均小于(yu)1%，氮肥(fei)利用(yong)率僅為30%，這(zhe)些都(dou)是(shi)碳(tan)氮比例嚴(yan)(yan)重(zhong)(zhong)失調(diao)的重(zhong)(zhong)要信(xin)號。中國(guo)傳統的農業是(shi)世界上最先進(jin)的，我(wo)們(men)的耕(geng)地持(chi)續(xu)利用(yong)了5000多(duo)年(nian)沒有退(tui)化，而今(jin)實行現代化肥(fei)農業，短短三四十年(nian)就出現了耕(geng)地明顯退(tui)化。我(wo)們(men)必須重(zhong)(zhong)視這(zhe)個嚴(yan)(yan)酷(ku)現實，否(fou)則，我(wo)國(guo)糧食安全(quan)問題將受到因耕(geng)地質(zhi)量(liang)下降帶來(lai)新(xin)的挑戰(zhan)。
怎樣增加耕地(di)碳呢？其實自然界早(zao)就(jiu)有了答案，這(zhe)就(jiu)是(shi)讓植物(wu)固定的(de)光(guang)合(he)產物(wu)有效循環起(qi)來。秸稈(gan)中的(de)碳來自大氣，光(guang)合(he)作用(yong)和固氮作用(yong)就(jiu)是(shi)天然的(de)“化肥(fei)”合(he)成過(guo)程；秸稈(gan)過(guo)腹還田，既保(bao)持充足的(de)土壤碳源，又充分利用(yong)其中的(de)氮、磷(lin)、鉀(jia)以及各種礦質(zhi)元素，減(jian)(jian)少化肥(fei)投入，這(zhe)是(shi)一舉多(duo)得的(de)事情。今后(hou)，國家應當停止對(dui)化肥(fei)行業的(de)補貼，關閉一部分高污(wu)染、高排放(fang)的(de)化肥(fei)工廠，補助農民(min)利用(yong)有機(ji)肥(fei)養地(di)，逐(zhu)步減(jian)(jian)少化肥(fei)使(shi)用(yong)，實現生態(tai)循環型(xing)固碳農業。
