運怡冰

2016年5月30日，全國科技創(chuàng)新大會在京召開。會上，習(xí)近平總書記指出，“縱觀人類發(fā)展歷史，創(chuàng)新始終是一個國家、一個民族發(fā)展的重要力量，也始終是推動人類社會進(jìn)步的重要力量。實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，是應(yīng)對發(fā)展環(huán)境變化、把握發(fā)展自主權(quán)、提高核心競爭力的必然選擇，是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、破解經(jīng)濟(jì)發(fā)展深層次矛盾和問題的必然選擇，是更好引領(lǐng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)、保持我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的必然選擇。我們要深入貫徹新發(fā)展理念，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，統(tǒng)籌謀劃，加強組織，優(yōu)化我國科技事業(yè)發(fā)展總體布局”。作為農(nóng)業(yè)大國，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)科技，打造綠色健康的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)成為當(dāng)代科研工作者的最大目標(biāo)。

他，是一個因強烈“饑餓感”而投身農(nóng)業(yè)的人；他，是一個對土地愛得深沉，視土地為生命的人；他，更是一個在喧囂時代時刻保持清醒頭腦的智者。為了破解我國農(nóng)業(yè)生態(tài)持續(xù)惡化，化肥副作用及環(huán)境破壞愈發(fā)凸顯的世界性難題，實現(xiàn)自己的綠色農(nóng)業(yè)夢，他慎思篤行，開拓創(chuàng)新，用坦蕩的情懷實現(xiàn)著對科學(xué)和真理的追逐。他就是西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)學(xué)教授劉存壽。

我國是人口大國，更是農(nóng)業(yè)大國，用占世界8%的耕地養(yǎng)活著占世界21%的人口，土地是我們賴以生存的根本?！扒f稼要好，肥料要飽”“春肥滿筐，秋谷滿倉”等諺語生動地描述了自古農(nóng)家就認(rèn)識到土壤培肥對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性。1840年，德國化學(xué)家李比希提出的“礦物質(zhì)營養(yǎng)理論”為化肥施用和化肥工業(yè)發(fā)展提供了理論依據(jù)，作物產(chǎn)量得以大幅度提高。但隨著化肥施用量的持續(xù)增加和施用時期的延長，化肥的副作用日益突出，化肥效益下降、土壤環(huán)境惡化、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降、作物抗性降低等一系列問題愈加嚴(yán)重，這些問題如果不能有效遏制，將會威脅人類生存。但身為植物營養(yǎng)學(xué)博士的劉存壽，在大半生的研究生涯中，并沒有像本領(lǐng)域其他專家那樣把研究的方向聚焦在植物本身，而是從土壤與植物的關(guān)系入手，通過理清關(guān)系鏈之間前因后果的邏輯順序，從而找到一個解決問題的方法。他提出了全營養(yǎng)有機(jī)營養(yǎng)學(xué)說，打破了在世界化肥工業(yè)統(tǒng)治170多年的李比希礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說，開拓了農(nóng)作物施肥的新理論。這一理論的提出不僅在本專業(yè)領(lǐng)域形成顛覆性的影響力，而且對全球資源保護(hù)、人類生態(tài)環(huán)境優(yōu)化起到跨時代的作用。

理念創(chuàng)新，視角獨到，道法自然尋根本

劉存壽為何要投身農(nóng)業(yè)？具體原因還要從他的經(jīng)歷說起。經(jīng)歷饑荒和“文革”動亂的他，因潛藏內(nèi)心深處揮之不去的“饑餓”感而考取了中專院校的農(nóng)學(xué)專業(yè)，只為實現(xiàn)人人吃飽飯的樸素理想。盡管畢業(yè)被分配到一個不錯的單位，但在工作中總是感覺學(xué)到的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，于是工作之余他繼續(xù)讀書學(xué)習(xí)，并順利考取陜西師范大學(xué)化學(xué)系。工作幾年后，他再次選擇讀書深造，并考取高級植物生理學(xué)博士學(xué)位。

正是在工作中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中工作，不斷的充實和完善自己的知識結(jié)構(gòu)，讓劉存壽形成了廣闊的視野和獨到的見解。他在看待植物學(xué)研究的時候，會從植物全生命周期出發(fā)，對農(nóng)業(yè)發(fā)展的整個體系進(jìn)行思考，還會研究化學(xué)物質(zhì)對植物的影響效應(yīng)?！爸袊诟母镩_放之后的發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的模式跟美國比較相似，都是以追求高產(chǎn)為主，大量施用化學(xué)農(nóng)藥。這種行為導(dǎo)致了土壤和海水的污染?！眲⒋鎵劢?jīng)翻閱大量國外期刊，充分研究了美國的相關(guān)發(fā)展和研究案例，給出了這樣的解釋。

根據(jù)研究的案例，劉存壽開始思考：為什么人類農(nóng)業(yè)文明發(fā)展了上千年，但是沒有出現(xiàn)土壤污染的問題，而且我們食用的蔬果等食物也保持了原汁原味，而現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展卻引發(fā)了一系列食品安全問題？施用化學(xué)農(nóng)藥和施用有機(jī)肥料這兩種情況之間，到底存在什么區(qū)別？“人法地、地法天、天法道、道法自然”，崇尚哲學(xué)思想的劉存壽決定展開研究，試圖從中找到問題的根源。盡管在研究經(jīng)費極度緊張的時代，也絲毫阻擋不了他的科研熱情，他決然拿出自己微薄的工資來支持自己的科研工作，就這樣，他在對有機(jī)全營養(yǎng)肥的研究和實驗中苦心堅守了二十多年。

理論創(chuàng)新，順應(yīng)自然，透過現(xiàn)象看本質(zhì)

學(xué)科交叉融合、利用現(xiàn)代分析方法是劉存壽博士取得理論突破的關(guān)鍵所在。為了理清現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)和原始植物生態(tài)，從1996年起，劉存壽團(tuán)隊從“未被人類化學(xué)工業(yè)污染的原始森林”自然土壤入手，先后進(jìn)行了森林土壤轉(zhuǎn)化過程、土壤中礦物元素種類比例及其與植物吸收的關(guān)系、土壤礦物元素賦存的化學(xué)形態(tài)及其與植物營養(yǎng)的關(guān)系、土壤水溶性腐殖酸的物質(zhì)組成及其與植物營養(yǎng)的關(guān)系、自然植物營養(yǎng)原理的人工模擬與缺點改進(jìn)等系統(tǒng)性研究。

為了明確土壤中水溶性腐殖酸的植物營養(yǎng)功能來源，劉存壽組織植物營養(yǎng)、生物化學(xué)、植物生理和儀器分析專家們開始了聯(lián)合攻關(guān)，他們用了兩年時間首次完成了土壤水溶性腐殖酸物質(zhì)組成測定工作，這不僅為有機(jī)肥料能夠增強植物抗性（抗旱、抗寒、抗病、抗蟲）找到了物質(zhì)實證，也為德國化學(xué)家范泰耶爾的腐殖質(zhì)營養(yǎng)理論和我國植物生理與植物營養(yǎng)學(xué)家孫羲的有機(jī)—無機(jī)營養(yǎng)理論提供了依據(jù)。他們從水溶性腐殖酸中測定到約2000余種有機(jī)物質(zhì)，按照這些物質(zhì)的植物生理作用可將其劃分為七大類；同時，他們還測定到其中含有38種礦物元素。借用中藥配位化學(xué)研究方法，他們證明了水溶性腐殖酸中所有礦物元素均以有機(jī)配位態(tài)和無機(jī)離子態(tài)兩種化學(xué)形態(tài)存在。

接著，劉存壽及其團(tuán)隊進(jìn)行了土壤培養(yǎng)和植物測定驗證。結(jié)果表明，向土壤添加天然有機(jī)物培養(yǎng)至腐殖化完成后，土壤水溶性腐殖酸有機(jī)成分種類、礦物元素種類和礦物元素化學(xué)形態(tài)與自然森林土壤完全一致；新鮮植物葉片中礦物元素種類及其化學(xué)形態(tài)與水溶性腐殖酸中元素種類和化學(xué)形態(tài)完全一致。

針對水溶性腐殖酸有機(jī)成分、礦物元素種類和礦物元素的有機(jī)配位化合物對植物營養(yǎng)的影響，該研究團(tuán)隊進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，植物根系可以直接吸收不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子；某些稀有元素和稀土元素具有很強的植物生理作用；水溶性腐殖酸能夠與外源無機(jī)銨態(tài)氮、磷、金屬離子形成配合物，這些配合物以不同機(jī)理影響礦物元素的生物有效性。

至此，劉存壽從上述系統(tǒng)研究結(jié)果中提煉、驗證了四條自然植物營養(yǎng)原理：①植物根系能夠吸收多種有機(jī)營養(yǎng)；②植物健康生長需要吸收多種礦物質(zhì)元素；③植物礦物質(zhì)養(yǎng)分的有機(jī)配位化合物能使植物生物有效性更高；④碳基是植物營養(yǎng)的中心。

“我們賴以生存的土壤病了！”劉存壽教授感嘆道，“土壤是由土壤微生物、土壤有機(jī)物和土壤礦物構(gòu)成的生命體。長期大量施用無機(jī)合成化學(xué)肥料，無論是從營養(yǎng)種類上還是從化學(xué)形態(tài)上，均不能滿足植物天然需求，同時破壞土壤生態(tài)，合成除草劑和殺菌劑頻繁施用，使之雪上加霜。”病根就是人類違背了自然原理。

技術(shù)創(chuàng)新，高效循環(huán)，科研成果產(chǎn)業(yè)化

如果說水溶性腐殖酸物質(zhì)組成的成功測定是劉存壽專家組研究工作的第一項突破，四條自然植物營養(yǎng)原理的提出是其理論研究成果，那么天然有機(jī)物人工快速降解就是劉存壽專家組研究工作的第二項突破，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)復(fù)合肥是技術(shù)化成果。

我們傳統(tǒng)施用的有機(jī)肥雖然是天然有機(jī)物，但在被土壤微生物降解過程中約70%有機(jī)碳被氧化成二氧化碳，12%形成微生物碳，15%形成土壤固定態(tài)碳，僅3%左右有機(jī)碳轉(zhuǎn)化成水溶性腐殖酸，利用率極低。

為了有效提高有機(jī)碳植物利用效率和養(yǎng)殖糞便、城市污泥完全無害化處理，讓植物吸收更多的營養(yǎng)，劉存壽教授帶領(lǐng)科研團(tuán)隊，經(jīng)過5年反復(fù)實驗，依據(jù)人工模擬微生物原理，利用物理化學(xué)方法使天然有機(jī)物4小時內(nèi)完全降解，速度是微生物的180倍，有機(jī)碳水溶性轉(zhuǎn)化率95%以上，有害微生物殺滅率100%，抗生素和合成西藥無害化率98%以上。同時，按照自然植物營養(yǎng)原理，他們將水溶性腐殖酸與各種無機(jī)礦物離子和氮磷鉀化肥進(jìn)行配位反應(yīng)，制備成水溶性全營養(yǎng)有機(jī)復(fù)合肥。

劉存壽教授介紹說，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)復(fù)合肥利用了自然有機(jī)—無機(jī)配合物的緩控釋原理，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。同時，其克服了普通有機(jī)肥和化肥的缺點，保留且強化了兩者優(yōu)點，實現(xiàn)作物高產(chǎn)、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)和土壤培肥三位一體，在保障作物產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下，大幅度減少化肥施用量，保證了土壤的健康，保證了生態(tài)環(huán)境的平衡。其創(chuàng)新性體現(xiàn)在：①測定了土壤腐植酸、植物營養(yǎng)元素中含有至少41種元素，其中礦物質(zhì)38種，測定了腐植酸中全部礦物質(zhì)種類；②提高了有機(jī)肥料的植物營養(yǎng)功能；③采用油母頁巖及天然礦物質(zhì)活化技術(shù)，制備水溶性全營養(yǎng)有機(jī)復(fù)合肥，減少了化學(xué)肥料的使用量，降低了成本；④采用人工模擬微生物降解，利用物理化學(xué)方法使天然有機(jī)物4小時內(nèi)完全降解，且在提高速度的同時減少有機(jī)碳損失率（降解速度比微生物快120倍，有機(jī)碳損失率0.0012%）；⑤集元素種類、化學(xué)形態(tài)、養(yǎng)分比例、全水溶于一體，且加工方法和成分具有獨特性。

肥效是檢驗理論研究和加工技術(shù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。多年、多地、多作物的肥效試驗、示范和大面積應(yīng)用，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)肥顯示出全面顯著的肥效。測定和觀察得到的肥效概況為：①蘋果百葉重提高50%～80%，葉片葉綠素含量增加40%～46.5%，光合速率提高45%；②促進(jìn)根系發(fā)育。施肥兩年后，蘋果和獼猴桃毛細(xì)根總量增加100%以上；③抑制果樹大小年，提高果實產(chǎn)量。連續(xù)6年水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)肥施肥示范蘋果園，沒有出現(xiàn)大小年現(xiàn)象。蘋果產(chǎn)量提高42%，在化肥用量減少近50%，肥料投資減少26%的情況下，畝產(chǎn)高達(dá)6000公斤；④防除早期落葉，葉片功能期延長30天以上。獼猴桃黃花、蘋果腐爛病的連作障礙減輕40～85%；蔬菜發(fā)病顯著減輕；⑤提高作物抗性。在同樣條件下，水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)肥施肥示范果園發(fā)病很輕；⑥改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。肥效示范生產(chǎn)的大米、馬鈴薯和蘋果，經(jīng)農(nóng)業(yè)部認(rèn)證檢測機(jī)構(gòu)按有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品項目檢驗，均達(dá)到有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品指標(biāo)。

2014年，農(nóng)業(yè)部出臺了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，確保到2020年實現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo)。“一控”，即控制用水總量；“兩減”，即化肥農(nóng)藥減量；“三基本”，即畜禽糞污、農(nóng)膜、農(nóng)作物秸稈基本得到資源化、綜合循環(huán)再利用和無害化處理。這是政府通過農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)部署為土地問題的解決提出的明確要求。而劉存壽的研究結(jié)果和技術(shù)化產(chǎn)品為農(nóng)業(yè)部的政策目標(biāo)提供了技術(shù)保障。

我國是資源相對貧乏的國家，化肥生產(chǎn)已使磷資源難以為繼，鉀肥主要靠進(jìn)口。同時，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、養(yǎng)殖等產(chǎn)生的大量自然化學(xué)能量物大多數(shù)成為環(huán)境污染物?！皩⑦@些珍貴的可再生自然資源科學(xué)利用，不僅能滿足作物高產(chǎn)需要的全部營養(yǎng)，而且使土壤持續(xù)肥沃，大幅度減少二氧化碳排放?！眲⒋鎵廴缡钦f。

劉存壽在化工專家的幫助下，設(shè)計出整套工藝將各項技術(shù)連接起來，形成全新的新型肥料生產(chǎn)工藝，該工藝已被陜西旺辰實業(yè)有限責(zé)任公司規(guī)模化實施。總投資1.3億元人民幣，年產(chǎn)30萬噸水溶性全營養(yǎng)生態(tài)有機(jī)復(fù)合肥系列產(chǎn)品，現(xiàn)已進(jìn)入試車調(diào)試，產(chǎn)品不久將面世。

劉存壽的研究成果得到了市場的認(rèn)可，也得到了上級領(lǐng)導(dǎo)和業(yè)界同行的高度關(guān)注。2014年，劉存壽應(yīng)邀參加了院士咨詢項目—“中國化肥問題與對策”研討會。2015年4月16—18日，中國科學(xué)院院士、俄羅斯國際科學(xué)院外籍院士、廈門大學(xué)教授趙玉芬專程就綠色有機(jī)肥研究到西北農(nóng)林科技大學(xué)調(diào)研，對劉存壽副研究員關(guān)于化肥副作用的系統(tǒng)研究表示高度肯定，認(rèn)為其研究結(jié)果集理論創(chuàng)新、方法創(chuàng)新與技術(shù)產(chǎn)業(yè)化于一體，符合香山會議宗旨，并邀請劉存壽在香山會議作“模擬自然植物營養(yǎng)原理生產(chǎn)綠色肥料技術(shù)研究”專題報告，結(jié)果受到與會專家的一致好評。

模式創(chuàng)新，創(chuàng)建聯(lián)盟，控制源頭保安全

“任何人工合成的化學(xué)物質(zhì)，對生物都是有害的。因為它造成了植物代謝的改變，所以人會生各種各樣的怪病。土壤健康，植物才能健康。植物健康，我們?nèi)祟惒拍芙】??！眲⒋鎵壅f。

食品安全問題近年來越來越成為大眾關(guān)注的焦點，但是現(xiàn)在社會上提出的有機(jī)農(nóng)業(yè)只是一個單純的概念，并沒有形成一個可實行的標(biāo)準(zhǔn)。為了從根源上解決食品安全問題，劉存壽及其團(tuán)隊準(zhǔn)備成立一個“中國生態(tài)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟”的互聯(lián)網(wǎng)平臺。首先這個平臺會向全社會承諾，提供優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。那么，通過平臺將實現(xiàn)肥料選取統(tǒng)一、種子類型統(tǒng)一、施肥技術(shù)統(tǒng)一、技術(shù)管理統(tǒng)一、產(chǎn)品采購統(tǒng)一、銷售品牌統(tǒng)一、售后服務(wù)統(tǒng)一，從而逐步完善所有農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。這個平臺就像一個種子工程，通過一波波項目推進(jìn)形成良性循環(huán)，從而真正實現(xiàn)土壤優(yōu)化和農(nóng)產(chǎn)品效能提升，進(jìn)而達(dá)到降低環(huán)境污染、提高食品安全的目的。

中國古代四大發(fā)明曾讓中國名揚世界。劉存壽教授心里有個夢想，就是要讓“水溶性全營養(yǎng)有機(jī)復(fù)合肥”這一“中國原創(chuàng)”走出國門，幫助世界各國走出農(nóng)業(yè)發(fā)展困局，擺脫生態(tài)災(zāi)難，走上良性發(fā)展之路。這不僅是他的綠色“農(nóng)業(yè)夢”，更是他的富強“中國夢”。