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焚膏继晷 砥志研思
发表时间 2018-03-30 16:13 来源 本站原创

  ——记西北农林科技大学资源环境学院植物营养学教授刘存寿

  著名诗人艾青有一句名言:“为什么我眼中噙满泪水,因为我对这土地爱得深沉”。这句话也写出了西北农林科技大学资源环境学院植物营养学教授刘存寿的心声。

  刘存寿为何要投身农业?具体原因还要从他的经历说起。经历饥荒和“文革”动乱的他,因潜藏内心深处挥之不去的“饥饿”感而考取了中专院校的农学专业,只为实现人人吃饱饭的朴素理想。尽管毕业被分配到一个不错的单位,但在工作中总是感觉学到的知识还远远不够,于是工作之余他继续读书学习,并顺利考取陕西师范大学化学系。工作几年后,他再次选择读书深造,并考取高级植物生理学博士学位。后一直在从事西北农林科技大学资源环境学院植物营养学的研究。求学的曲折经历与长期博采众长的知识积淀让刘存寿形成了一个多元化的视角。他在看待植物学研究的时候,会从农业发展的整个体系出发进行思考,一切从解决生产实际问题出发。经过近10年的多地多作物试验、示范和大面积施用结果表明,仿生有机复合肥可使作物高产与优质相统一,营养与抗性相统一,用地与养地相统一,实现标准化水肥一体化施肥。刘存寿的这一科研成果,为我国2020年实现“一控两减三基本”提供了技术保障,极大推动了我国肥料产业的创新发展,获得了包括中国科学院院士赵玉芬教授在内的众多专家的高度肯定。

  精研覃思 心系肥料产业

  中国,这个世界闻名的农业大国,拥有着4000多年农耕文明史,农耕文明发展史也是用天然有机废弃物维持土壤肥力和提高粮食产量技术的发展史。中国有着非常丰富的土地资源,但土地生产率却相对低下。化肥的发明和施用对提高粮食产量,养活世界日益增长的人口世界做出了巨大贡献。然而,随着化肥试用期延长和使用量增加,无论发达国家还是发展中国家无一例外地遭遇化肥副作用问题,肥料效益递减、土壤环境恶化、农产品品质下降、作物抗性降低、面源污染、食品安全相继产生,使农业发展遭遇瓶颈。如何改变我国土壤目前的现状,实现实现农业生态可持续发展,成了目前我国农业研究的一个重要课题。

  浮躁的时代需要能沉下心来寻求解决办法的人,需要在喧嚣物欲时代保持清醒头脑的智者,刘存寿就是这样的一个研究者。他是一个对土地爱得深沉的人。身为植物营养学博士的他,在大半生的研究生涯中,并没有像本领域其他专家那样把研究的方向聚焦在一点上,而是从土壤与植物的相互关系入手,通过理清前因后果的关系,找到解决问题的方法。20年前他就提出中国的化肥副作用问题会比美国更严重。他认为现在凸显的化肥副作用问题,并不是农民不会施肥的问题而是由于化肥自身原因造成的。

  当前,我国农业面临资源短缺、经营粗放、污染加重、科技创新不足等问题。要破解这些难题,必须依靠新方法、新技术,创新发展理念。以物联网、互联网+等技术应用为代表的智慧农业理念,是解决当前难题的一条有效途径。土壤是农业生产的基础资源,而肥料是农业生产的基础资料,是农作物的“粮食”。因此,想要发展智慧农业就要重点关注肥料产业的创新发展。

  然而,无论是发达国家还是发展中国家,随着化肥施用期延长和施用量增加,特别是作物产量提高到一定程度后无一例外地出现了肥效益递减、土壤环境恶化、农产品品质下降、环境污染等一系列化肥副作用问题。人们通常将化肥副作用归结为化肥施用比例不合适、农民盲目施肥所致。但刘存寿并不认同这种观点,而是通过自己焚膏继晷地创新研究,终于寻求到“化肥副作用”的解决之道,创造性地研制出仿生有机复合肥。

  刘存寿很早开始思考一个问题。为什么中国农业文明发展了几千年,没有出现土壤退化的问题,而且我们食用的蔬果等食物也保持了原汁原味。而现代化农业短短几十年时间的发展却引发了一系列食品安全问题。但让他没想到的是,这一问题的提出在当时的植物学研究领域过于超前,在研究经费极度紧张的时代,人微言轻的他很难申请到科研经费。无奈之下,他唯有拿出自己微薄的工资来支持自己的科研工作。为了保证研究计划能够长久持续地进行下去,他又找来很多中小型企业进行合作。就在这样的艰苦条件下,一坚持就是二十年。

  为了搞清楚这一问题,刘存寿教授带领团队从腐殖质丰富的森林土壤入手,认真研究了原始森林土壤的植物营养循环过程和循环特性,希望从中找到化肥副作用形成的原因。通过仪器反复测试和验证,并得出土壤水溶性腐殖酸的物质组成。得出三个重要结论:

  首先,他通过测试证明植物在营养循环过程中所释放出来的有效矿物质多达几十种,这与土壤中所含有的矿物质种类保持高度吻合。而现代农业生产中使用的化肥只有氮磷钾三种元素,显然是不能供给植物生长需求的。其次,他通过分析证实所有元素均以无机离子和有机配合物两种化学形态赋存,而且以有机配合物为主。此外,他和团队成功测定出水溶性腐植酸中2000多种有机小分子物质,并证明植物是通过矿质元素与小分子有机物相互作用来获取营养的,长期单一施用化肥会消耗土壤里小分子有机物,长此以往土壤里有机小分子缺乏会使植物在生长过程中不能获得足够营养,而这种恶性循环作用就好像多米诺骨牌,会使土壤环境越来越恶化。

  他提出了植物碳基营养的新概念,完善了在世界化肥工业统治170多年的德国科学家李比希矿物质营养学说,从而开拓了农业施肥的新理论。这一理论的提出不仅在土壤肥料专业领域形成颠覆性的影响,而且对全球资源保护、人类生态环境优化起到跨时代的作用。

  有了全新的碳基理论的支撑,解决实际问题成为当仁不让的选择。刘存寿教授在理论创新基础上首创了天然有机物“仿生化学法”快速降解新技术,将天然生物大分子快速降解成全水溶小分子有机物的新工艺,解决了自然微生物堆肥降解慢、有机碳损失大的世界性难题,并和团队开发出碳基全营养肥,并且实现产业化。

  这种新型肥料,保留了传统有机肥和化肥的全部优点,又克服了二者的缺点,在高产优质、培肥土壤、促进植物根系生长、激活微生物等方面表现出显著优势。农民称这种肥料是一种像化肥一样方便使用的有机肥,用这种肥料种出的庄稼是有机的品质、化肥的产量。

  肥效是检验理论研究和加工技术的唯一标准。多年、多地、多作物的肥效试验、示范和大面积应用,碳基营养肥显示出全面显著的肥效。测定和观察得到的肥效概况为:①苹果百叶重提高50%~80%,叶片叶绿素含量增加40%~46.5%,光合速率提高45%;②促进根系发育。施肥两年后,苹果和猕猴桃毛细根总量增加100%以上;③抑制果树大小年,提高果实产量。连续6年水溶性全营养生态有机肥施肥示范苹果园,没有出现大小年现象。苹果产量提高42%,在化肥用量减少近50%,肥料投资减少26%的情况下,亩产高达6000公斤;④防除早期落叶,叶片功能期延长30天以上。猕猴桃黄花、苹果腐烂病的连作障碍减轻40~85%;蔬菜发病显著减轻;⑤提高作物抗性。在同样条件下,碳基营养肥施肥示范果园发病很轻;⑥改善农产品品质。肥效示范生产的大米、马铃薯和苹果,经农业部认证检测机构按有机农产品项目检验,均达到有机农产品指标。

  2016年7月10日,陕西省科技厅组织专家对刘存寿教授主持完成的“植物碳基营养机理与天然有机物料高肥效利用技术研究项目”进行成果鉴定,以赵玉芬为主任由4位院士3位专家教授组成的鉴定委员会一致认为,该项研究成果达到了国际领先水平。赵玉芬院士称其为“这是世界肥料界的一场革命”。这些研究成果在国际上处于领先水平,对于实现“肥药两减”,治理农业面源污染具有重大现实意义和示范作用。

  持之以恒 取得累累硕果

  能够被植物吸收利用,直接或间接影响植物生长发育的物质称为植物营养。同矿物质营养一样,我们把对植物生长发育直接或间接产生正效应的小分子活性有机物称为植物有机营养。植物生长受到土壤、植物遗传和生长外界环境三个生态系统的共同作用。植物有机营养连接土壤、植物和植物矿物质营养,是植物营养中心。

  刘存寿在研究中发现:植物有机营养缺乏导致土壤生境恶化、矿物质养分不足或不平衡,植物体生长不良,抗性降低,对环境胁迫反应敏感,表现为农业生产出现诸多问题——化肥效益递减、土壤恶化、作物抗性降低、农产品品质下降及化肥污染环境。

  通常情况下,传统有机肥实际是天然有机物,其被土壤微生物降解的速度和降解产物受到土壤湿度、温度、通气条件及无机元素含量(氮、磷等)的影响,自然条件下,最适宜的综合条件几乎不存在,有机营养源于天然有机物,但天然有机物不是有机营养,作为有机肥施入土壤的有机物只有被土壤微生物降解,形成小分子活性有机物才是植物有机营养。

  基于此,刘存寿经过5年的反复实验,采用人工模拟微生物原理,利用物理化学方法使天然有机物4小时内完全降解,速度是微生物的180倍,有机碳水溶性转化率95%以上,有害微生物杀灭率100%,抗生素和合成西药无害化率98%以上。

  刘存寿带领团队按照自然植物营养原理,将水溶性腐殖酸与各种无机矿物离子和氮磷钾化肥进行配位反应,制备成仿生有机复合肥。随后,他在化工专家帮助下,设计出整套工艺将各项技术连接起来,形成全新的新型肥料生产工艺,该工艺已被陕西旺辰实业有限责任公司规模化实施,总投资1.2亿元人民币,年产60万吨仿生有机复合肥系列产品。

  仿生有机复合肥利用了自然有机-无机配合物的缓控释原理,氮素利用率比化肥提高近100%,磷素利用率比化肥提高200%以上。同时也克服了普通有机肥和化肥的缺点,保留且强化了两者优点,实现作物高产、产品优质和土壤培肥三位一体,保障作物产量和品质前提下,大幅度减少化肥施用量。

  经过近10年的多地、多作物肥效试验、示范、大面积应用,仿生有机复合肥在提高矿物养分利用率、增强作物抗性、抑制连作障碍和培肥土壤方面显现出良好的综合效应。氮素利用率提高1倍以上、磷素提高2倍;猕猴桃黄花、鸭梨“鸡爪病”、苹果腐烂病的连作障碍减轻40%~85%;蔬菜发病显著减轻;土壤保水能力大幅度提高;做到了高产与优质相统一、营养与抗性相统一、土壤利用与培肥相统一。

  施用仿生有机复合肥,能够让土壤更健康。土壤健康了,植物自然健康,农药用量自然减少,人类才能更健康。

  刘存寿是一位执着、责任心特别强的人,二十多年来,他持之以恒,几乎把自己所有的心血都用于研究肥料,在醉心于肥料科研的同时,还心系我国肥料产业的发展现状及未来趋势。

  谈及未来肥料产业的发展,刘存寿认为水溶性肥料将会受到越来越广泛的应用。他说,随着世界农业的集约化、规模化发展和世界性水资源的进一步匮乏,以及大型农场的不断涌现,滴灌、喷灌等节水设施农业面积在迅速扩大,越来越多的国家和政府、专家学者、农业从业者已经认识到水肥一体化和节水农业的重要性。

  “我国的农民过量施用化肥,所以在长期的种植过程中,植物营养的平衡遭到破坏。大部分地区施用过量氮肥和磷肥,但钾肥施用不足,同时大量元素和微量元素施用过少。对我国农业来说,要精细农化服务的跟进,合理施用化肥、避免环境污染是重要的一步。这就需要政府加大农化服务,在测土配肥、提高农民知识水平等方面做工作。”刘存寿认为,我国发展水溶性肥料乃大势所趋。

  对于目前我国水溶性肥料产能迅速增长、生产企业规模迅速扩大的形势,刘存寿表示,国内企业确实会有竞争压力,但在国际上领先的本土企业还会继续保持一定的优势。“毫无疑问,我国的水溶性肥料企业在本土市场上将越来越重要,或许一些国外的产品还会被国产产品所取代。不管怎样,目前,我国水溶性肥料市场已经呈现出百花齐放的态势,国外领先企业正在通过成熟的生产技术和推广模式在我国肥料市场上占据一定的份额。这些企业不仅为我国本土市场带来优质的产品,同时也能够带来先进的施肥理念,本土企业与国外企业在合作与竞争的关系中互利同生。这将成为推动我国科学施肥长久发展的一股重要力量。”

  刘存寿深知我国水溶性肥料,甚至整个肥料产业的发展与发达国家相比还存有一定差距,但我国作为农业大国,对肥料的需求非常大,科技水平又在不断进步,他相信赶超发达国家是迟早的事。

  对刘存寿来说,研制出仿生有机复合肥只是消除化肥副作用的第一步,要想在全国实现解决化肥过量施用导致的系列问题就必须加大推广力度,进一步将技术产品全面推广应用,而这需要很长的一段路要走,但他会一直坚守下去。令他感到高兴和欣慰的是,他的团队得到了很大的发展,越来越多的人愿意跟随他一起,在实验室潜心钻研,在田间地头试验示范,在肥料厂躬身劳作……他们一起推动这项事业发展壮大,将这种创新精神和这份绿色希望延续下去。