國內(nèi)耕地缺碳還是缺氮？

過量使用氮肥造成嚴重環(huán)境污染，這是筆者早就預(yù)料到的，長期以來，土壤學(xué)家強調(diào)的化肥就是“氮、磷、鉀”等無機礦物質(zhì)為主，很少考慮有機氮、有機質(zhì)的貢獻。由于大量施氮，很少考慮有機質(zhì)，土壤中的碳氮比是嚴重失調(diào)的。因此筆者大膽預(yù)測，中國的耕地目前不是缺氮而是缺碳。
為了驗證上述假設(shè)，我?guī)ьI(lǐng)自己的研究團隊在山東沂蒙山區(qū)正在研究治本的措施，前期實驗令人振奮。2009年，在10畝試驗田里，增施有機肥、減半化肥后，小麥畝產(chǎn)量達到900多斤/畝。我們采取的措施是生態(tài)學(xué)的辦法，就是充分尊重生態(tài)學(xué)的規(guī)律，讓元素循環(huán)起來。如果恢復(fù)了傳統(tǒng)的“六畜興旺、五谷豐登”式的有機循環(huán)農(nóng)業(yè)，則我國僅利用一半的化肥也能滿足國家糧食安全需求。
我們的實驗得到中國科學(xué)院應(yīng)用生態(tài)研究所專家的理論數(shù)據(jù)支持。2010年3月，筆者參加某國家重點試驗室的學(xué)術(shù)研討會，應(yīng)用生態(tài)所的專家研究表明，由于土壤碳氮比下降，致使土壤氮肥效降低，氮素損失嚴重；而增加土壤碳含量后，耕地土壤對氮的固持能力明顯提高。他們的試驗有力地說明，中國耕地目前缺少的是碳肥，而不是氮肥；或至少要增加氮肥的有效性，必須保持耕地一定的土壤碳氮比例。最近30多年來，政府加大對化肥行業(yè)補貼，農(nóng)民不積有機肥，每年補充以氮肥為主的化肥，秸稈固定的碳被就地焚燒還回了大氣，這樣耕地因缺少有效的碳源而喪失固持氮的能力。
2010年1月5日，《第一財經(jīng)日報》報道了一則這樣的消息，云南省農(nóng)科院進行了一項新肥料試驗取得了非常明顯甚至驚人的增產(chǎn)效果：9畝水稻增產(chǎn)幅度達21.55%。所使用肥料的成分構(gòu)成中，氮磷鉀含量不足10%，但有機質(zhì)含量豐富，能起到很好的改良土壤效果。這項實驗說明，肥料的改進、土壤的改良在提升糧食產(chǎn)量上還有很大的潛力可挖。這也從另一個側(cè)面驗證了我們關(guān)于中國耕地缺少碳素的觀點。
上面提到的三個實驗，即筆者所在團隊、中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)所、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的實驗都說明，增加耕地碳素，均能進一步發(fā)揮地力，固持氮素，減少環(huán)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(chǎn)呢？原因就在于，農(nóng)民添加的化肥要充分發(fā)揮作用，必須得經(jīng)過土壤微生物的作用，而碳是構(gòu)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(tài)氮肥，需要在土壤中尿素細菌分泌的脲酶作用下，轉(zhuǎn)化成銨態(tài)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(nóng)藥、除草劑降低了土壤生物多樣性，化肥利用率不增反降，徒增加對環(huán)境污染而已。
碳氮比例嚴重失調(diào)，尤其土壤有機質(zhì)下降，是限制我國糧食產(chǎn)量的客觀因素；農(nóng)民不愿意種地，用地不養(yǎng)地是其主觀因素。目前，有關(guān)部門置這兩個主要因素而不顧，盲目補貼暴利的化肥行業(yè)，乃至試圖通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良作物品種而實現(xiàn)增產(chǎn)，這都是“治標不治本”的做法。那些打著增加糧食產(chǎn)量而套取國家經(jīng)費的做法不能再繼續(xù)發(fā)展下去了。
由此看來，目前我國耕地嚴重缺碳而不缺氮。耕地有機質(zhì)平均小于1%，氮肥利用率僅為30%，這些都是碳氮比例嚴重失調(diào)的重要信號。中國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)是世界上最先進的，我們的耕地持續(xù)利用了5000多年沒有退化，而今實行現(xiàn)代化肥農(nóng)業(yè)，短短三四十年就出現(xiàn)了耕地明顯退化。我們必須重視這個嚴酷現(xiàn)實，否則，我國糧食安全問題將受到因耕地質(zhì)量下降帶來新的挑戰(zhàn)。
怎樣增加耕地碳呢？其實自然界早就有了答案，這就是讓植物固定的光合產(chǎn)物有效循環(huán)起來。秸稈中的碳來自大氣，光合作用和固氮作用就是天然的“化肥”合成過程；秸稈過腹還田，既保持充足的土壤碳源，又充分利用其中的氮、磷、鉀以及各種礦質(zhì)元素，減少化肥投入，這是一舉多得的事情。今后，國家應(yīng)當(dāng)停止對化肥行業(yè)的補貼，關(guān)閉一部分高污染、高排放的化肥工廠，補助農(nóng)民利用有機肥養(yǎng)地，逐步減少化肥使用，實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)型固碳農(nóng)業(yè)。
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