國(guó)內(nèi)耕地缺碳還是缺氮？

過量使用氮肥造成嚴(yán)重環(huán)境污染，這是筆者早就預(yù)料到的，長(zhǎng)期以來(lái)，土壤學(xué)家強(qiáng)調(diào)的化肥就是“氮、磷、鉀”等無(wú)機(jī)礦物質(zhì)為主，很少考慮有機(jī)氮、有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。由于大量施氮，很少考慮有機(jī)質(zhì)，土壤中的碳氮比是嚴(yán)重失調(diào)的。因此筆者大膽預(yù)測(cè)，中國(guó)的耕地目前不是缺氮而是缺碳。
為了驗(yàn)證上述假設(shè)，我?guī)ьI(lǐng)自己的研究團(tuán)隊(duì)在山東沂蒙山區(qū)正在研究治本的措施，前期實(shí)驗(yàn)令人振奮。2009年，在10畝試驗(yàn)田里，增施有機(jī)肥、減半化肥后，小麥畝產(chǎn)量達(dá)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(lái)。如果恢復(fù)了傳統(tǒng)的“六畜興旺、五谷豐登”式的有機(jī)循環(huán)農(nóng)業(yè)，則我國(guó)僅利用一半的化肥也能滿足國(guó)家糧食安全需求。
我們的實(shí)驗(yàn)得到中國(guó)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(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室的學(xué)術(shù)研討會(huì)，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?fù)p失嚴(yán)重；而增加土壤碳含量后，耕地土壤對(duì)氮的固持能力明顯提高。他們的試驗(yàn)有力地說明，中國(guó)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(lái)，政府加大對(duì)化肥行業(yè)補(bǔ)貼，農(nóng)民不積有機(jī)肥，每年補(bǔ)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(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》報(bào)道了一則這樣的消息，云南省農(nóng)科院進(jìn)行了一項(xiàng)新肥料試驗(yàn)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(dá)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(jī)質(zhì)含量豐富，能起到很好的改良土壤效果。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)說明，肥料的改進(jìn)、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(gè)側(cè)面驗(yàn)證了我們關(guān)于中國(guó)耕地缺少碳素的觀點(diǎn)。
上面提到的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，即筆者所在團(tuán)隊(duì)、中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)所、云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的實(shí)驗(yàn)都說明，增加耕地碳素，均能進(jìn)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(jī)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(chǔ)藏在含碳有機(jī)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(xì)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(dòng)物也起到很好的作用。然而，遺憾的是，長(zhǎng)期以來(lái)，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(duì)環(huán)境污染而已。
碳氮比例嚴(yán)重失調(diào)，尤其土壤有機(jī)質(zhì)下降，是限制我國(guó)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(gè)主要因素而不顧，盲目補(bǔ)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(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，這都是“治標(biāo)不治本”的做法。那些打著增加糧食產(chǎn)量而套取國(guó)家經(jīng)費(fèi)的做法不能再繼續(xù)發(fā)展下去了。
由此看來(lái)，目前我國(guó)耕地嚴(yán)重缺碳而不缺氮。耕地有機(jī)質(zhì)平均小于1%，氮肥利用率僅為30%，這些都是碳氮比例嚴(yán)重失調(diào)的重要信號(hào)。中國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)是世界上最先進(jìn)的，我們的耕地持續(xù)利用了5000多年沒有退化，而今實(shí)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(gè)嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)，否則，我國(guó)糧食安全問題將受到因耕地質(zhì)量下降帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。
怎樣增加耕地碳呢？其實(shí)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(lái)。秸稈中的碳來(lái)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(guó)家應(yīng)當(dāng)停止對(duì)化肥行業(yè)的補(bǔ)貼，關(guān)閉一部分高污染、高排放的化肥工廠，補(bǔ)助農(nóng)民利用有機(jī)肥養(yǎng)地，逐步減少化肥使用，實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)型固碳農(nóng)業(yè)。
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