有机全营养配方施肥技术研究

有机全营养配方施肥技术研究西北农林科技大学刘存寿一、现状与问题李比希(J.V.Liebig,1803—1873)于1840年发表了著名的“化学在农业和植物生理学上的应用”一书，创立了“植物矿质营养学说”，从而取代了泰伊尔(A.Van Thaer,1752—1828)的“腐殖质植物营养学说”。

至今一百六十多年间，矿质营养的研究发展很快,在植物营养学领域基本上处于统治地位。

“植物矿质营养学说”不仅为化肥工业奠定了理论基础，也是施肥技术的指南。

在李比希矿物质营养理论指导下，化肥工业得以迅速发展，化肥投入增加使农作物产量成倍增加，为解决日益增长的人口吃饭问题做出了不可磨灭的贡献。

然而，随着化肥使用时间延长和使用量不断增加，肥料效益递减、土壤环境恶化、作物抗性降低（病虫害多发）、农产品品质下降，肥料面源污染问题越来越严重，虽然人类采取了各种方法试图解决这些问题，推荐施肥、平衡施肥、配方施肥、测土配方施肥等施肥技术，仍不能全面有效地解决问题，相反，情况继续在恶化。

化肥在我国乃至全球农业增产中发挥了重要作用。

联合国粮农组织的统计资料表明，在提高作物单产的前提下，化肥对增产所起的作用占40％至60％，2006年，我国规模以上的化肥生产企业达1000多家，化肥总产量5304万吨（折纯），化肥消费量达到5100万吨以上，其中农用化肥施用量占4800万吨。

化肥总产量占全球产量的25％左右，化肥消费量占全球消费总量的30%。

其中氮肥产量居世界第一位，磷肥也首次超过美国，排名世界第一。

2005年，我国的施肥强度已达到383公斤/公顷，施肥强度跃居世界第4位，虽然仅为世界最高水平的41%，但却达到了全球平均水平的3.3倍以上，远远超过发达国家为防止水土污染而设置的225公斤/公顷的安全标准。

特别是我国福建、江苏、上海、广东施肥强度分别为818公斤／公顷、667公斤／公顷、642公斤／公顷、596公斤／公顷，都达到或接近世界最高水平。

至2009年，我国化肥生产量、消费总量和单位面积施肥量均排世界第一，以占全球的9%的耕地，消耗了世界化肥总量的35%，堪称化肥消耗超级大国。

我们在创造“以全球9%的耕地，养活了22%的世界人口”奇迹的同时，付出的代价非常巨大。

大量消耗自然资源仅氮肥一项，我国每年消耗3300万吨，制造这些氮肥需要消耗11000万吨标煤；我国磷资源丰富，经济储量占世界38.8%，但基础储量只占26%。

也就是说，含磷量高于30%的优级矿比例低。

据化工部测算，按2006年优级品磷矿开采量，我国优级磷矿只能维持20年；世界钾资源分布主要集中在加拿大，占世界的53%，俄罗斯第二，占22%，白俄罗斯和德国分别列第三和第四位，各占9%，上述四国合计占世界总储量的93%，另外，巴西占世界储量的3.61%。

我国钾主要缺乏，探明储量8291.6万吨（氧化钾），仅为世界总量1%。

即使长期大量施用化肥没有副作用，当资源耗竭时我们人类如何应对？化肥工业发展造成资源危机的同时，长期单一大量施用化肥带来的副作用如论是化肥工业起步早的发达国家，还是起步晚的发展中国家都是非常明确的。

表现在：化肥效率递减伴随化肥施用时间延长和施用量加大，养分利用效率逐步下降。

目前我国的氮肥利用率为30％-35％，磷肥为10％-20％，钾肥为35％-55％。

土壤恶化土壤是由矿物质风化产物、有机物在土壤动物、土壤微生物和植物根系长期作用下形成的具有一定结构、孔隙度和植物营养物质的自然系统。

化肥造成土壤恶化表现在土壤板结、酸化、盐化等，作为化肥无机盐的化肥大量施入土壤，由于交换作用和加速土壤有机质矿化，破坏原土壤结构体系，造成土壤板结；植物吸收化肥中阳离子成分多于阴离子成分，多余离子积累在土壤中，造成土壤酸化；化肥有效成分在10-60%之间，每一种化肥或多或少会带入土壤非养分盐分，这些盐分积累引起土壤次生盐渍化。

化肥造成土壤恶化在设施中表现更迅速，更严重。

最早发展设施蔬菜的山东寿光，许多土地已“经寸草不生”。

农产品品质下降一份由英国政府指导，对食物合成物的科研报告，其中一个用农业、渔业和粮食部(MAFF) Defra’s 处理器按年检验的报告显示：从1940年至1991年50年中，在英国生产的水果和蔬菜的微量元素有12-76%不同程度的大幅下降的趋势。

同样的状况也发生在美国，一份由美国德州大学生化研究院对43种蔬菜、水果营养成份从1950年至1999年的监测分析报告显示：经过了50年使用化肥农药后，蔬菜和水果中的维生素、矿物质和蛋白质大大下降。

其中下降最多的是核黄素（维生素）共38%，最低的是蛋白，共6%。

到了今天，用化肥生产的水果蔬菜营养成分的下降已到了警戒线的边缘，例如1950年的西兰花的钙含量为130mg ，今天，西兰花中的钙含量已大大降至48mg ，下降率为63%。

作物抗性降低如果把我国1978年-2008年每年化肥施用总量和农药施用总量作图，很显然，农药增长趋势与化肥增长趋势一致，农药增长强度高于化肥增长强度。

说明化肥使作物自身抗病虫能力降低，病虫害发生概率和强度增大，不得不施用大量农药以维持作物生长。

同样，作物对干旱、低温、水淹等极端环境胁迫的抵御能力也在下降。

污染环境、威胁食品安全实例证明，人类化肥农药是水源污染的来源。

1992年，美国发现在53州中的49州的地下水的主要污染物为氮肥，农药排行第二。

1994年美国环保署(US-EPA)总结：超过75%州的“石油农业”活动，严重危害地下水源，污染经地下水源流入河流、湖泊、河口到大海，导致河水、湖水及海水的污染以及湿地的退化。

这种从耕地经地下水到河流、湖泊和河口的污染是称为面源污染（non-pointed pollution）。

1996年统计显示：全球每年有500万人死于与水源污染有关的疾病，其中包括多种传染病和肿瘤、癌变等难治疾病。

科内尔大学的生态与农业科学专家戴维。

皮门特尔教授和他的科研组在他2007年发表的研究报告中显示污染所导致的死亡有大幅度的飙升。

报告指出：全球40%的死亡是由水、空气和土壤污染所导致的。

化肥和农药是一对连生兄弟，化肥施用量增加必然导致农药施用量增加。

我国南方，由于过量施用化肥引起河流、湖泊水体富营养化，使红藻、蓝藻、浮萍等恶性水生杂草爆发已不是新闻；高施肥地区癌症多发也时有报道。

农药施用量增加更加大了对人体健康的威胁。

化肥对食品安全的威胁，我个人认为还有重要一点，就是，施用化肥导致植物代谢的改变，这种改变的正效应是作物产量提高；这种改变的副作用是使作物代谢产生了许多在自然状态下不会产生的物质，这些物质作为食物进入人体后势必会改变人体代谢，从而导致肥胖、高血压、糖尿病等慢性病高发。

医学普查显示：我国1958年糖尿病发病率为万分之零点五八，2006年为万分之八点六，糖尿病人增加了近14倍。

二、化肥与施肥技术发展过程美国上世纪30年代开始施用化肥，80年代中期达到高峰。

在50多年中，化肥副作用逐步出现，从肥料效益下降、土壤环境恶化、农产品品质下降、作物抗性降低，最终到化肥造成的面源污染。

整个过程中伴随着土壤有机质还是降低了30%，从平均8-9%下降到5.5-6%。

为了抑制化肥副作用，先后推行了系列施肥技术，配合施肥、推荐施肥、平衡施肥、测土施肥、测土配方施肥等。

我国真正施用化肥起步于上世纪60年代中期，到本世纪初达到高峰，化肥生产量、施用总量、单位面积施用量均为世界第一。

在40多年中，我国化肥副作用表现形式、次序、施肥技术完全一致，同样伴随土壤有机质下降了50%。

从2-3%下降至1-1.5%.不管是以美国为代表的发达国家，还是以中国为代表的发展中国家，化肥发展过程、化肥副作用的表现形式、出现的次序、伴随土壤有机质下降和施肥技术的方法如出一辙，表明长期单一大量施用化肥必然会产生系列副作用。

更为一致的是，最终发现，以上调整化肥比例的施肥技术均不能全面而显著地解决化肥副作用问题，不得不回到自然农业状态——施用有机肥料。

美国于1995年，提倡施用有机或有机肥为主，配合化肥，单一施用化肥副作用很快减轻；2005年以来，中国将有机肥被提到施肥议程，提倡并推行有机肥，近年上海、北京等发达省市给予商品有机肥补贴，以利于有机肥推广速度。

纯施有机肥料或有机肥料为主，配合化肥施用，不但化肥利用率提高，而且农产品品质改善、作物抗性增强，使各种调整化肥比例方法的施肥技术难以解决的化肥副作用问题得到全面而显著地抑制，迫使人类不得不重新把注意力集中到曾经一度被冷落的传统有机肥料上。

更为紧迫的是，要求我们全面而深刻地认知有机肥料植物营养的作用形态、作用方式，以便用于现代科技手段使有机肥料得以科学高效利用，实现现代农业高产、高效、优质、可持续之目标。

三、有机肥料植物营养作用的再认识有机肥料既能提高化肥利用率，又能改善农产品品质、增强作物抗性，全面而显著地抑制化肥副作用，那么，有机肥料植物营养的作用形态、作用方式仅仅认为有机物通过改良土壤结构、激活土壤微生物和缓慢释放出氮、磷、钾、铁、锌、钙、镁、硼、钼等无机矿质营养元素不能够说明有机肥的作用机理，应该还有深层次的植物营养机理。

对此，我们从天然有机物直接施用入手，到微生物发酵后施用，直到天然有机物人工降解技术和有机全营养配方施肥技术。

在长达15年研究过程中，对有机肥的认知由表及里、由浅入深的过程；对有机肥施用由被动直接粗放施用到主动活化高效施用的过程。

这两个过程基于我们对有机肥植物营养作用研究的几点重要结果：1.有机肥为植物提供有机营养---植物能够而且必要吸收有机营养矿物质营养理论认为：矿物质营养是植物的生命基础（矿物营养基础）；植物以无机离子态吸收矿物质养分（无机态）；不同矿物质养分对植物生长作用同等重要（同等重要律）；一种矿物质的营养作用不能被另一种矿物质养分所替代（替代律）；作物产量由所能吸收的最少一种矿物质养分所决定（最小养分律）。

对有机肥料的植物营养作用解释为，有机碳改良土壤结构；有机物矿化释放出无机态矿物质养分供植物吸收。

显然，矿物质营养理论排斥植物有机营养的作用，自然不承认植物能够而且必要吸收有机营养。

实际上，人类对植物是否能够吸收有机营养，是否必要吸收有机营养的探索没有停止，争论也没有停止。

植物能够吸收有机物已被实践广泛证明：（1）早在李比希之前，范泰耶尔就提出了腐殖质营养理论，认为土壤腐殖质是植物营养的源泉；上世纪50年代，我国著名植物生理与植物营养学家孙羲经过研究提出了植物营养“有机—无机”理论，认为植物正常生长发育不但需要矿物质养分，同时需要有机养分，当时在国际上产生了较大影响，日本、法国等前来学习合作研究。

由于天然有机物的复杂性，加之对有机物分离、测试手段有限，特别是矿物质养分缺乏占主导因素，他的理论没有得到深入探索和广泛重视。