生態(tài)環(huán)境惡化和不可再生資源快速耗竭是嚴(yán)重束縛我國農(nóng)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的兩道“緊箍咒”，農(nóng)業(yè)部也提出了確保到2020年實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo)。
　　近日，《中國科學(xué)報》記者在楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū)了解到，西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院副研究員劉存壽為帶頭人的研發(fā)團(tuán)隊歷經(jīng)近20年的研究，其成果可為實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo)提供理論支撐和技術(shù)保障。
　　化肥為什么有副作用
　　人們通常將化肥副作用歸結(jié)為化肥施用比例不合適、農(nóng)民盲目施肥所致。但劉存壽不完全認(rèn)同這種觀點(diǎn)，“既然從化肥施用早的發(fā)達(dá)國家到施用晚的發(fā)展中國家，無一例外地都出現(xiàn)了化肥副作用，其中必有深層次原因”。
　　學(xué)科交叉融合、利用現(xiàn)代分析方法是他們?nèi)〉美碚撏黄频年P(guān)鍵所在。為了明確水溶性腐殖酸的植物營養(yǎng)功能來源，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)。
　　劉存壽及其團(tuán)隊用兩年時間攻克了水溶性腐殖酸有機(jī)物質(zhì)成分測定方法，從水溶性腐殖酸中測定到約2000種有機(jī)物質(zhì)，按照這些物質(zhì)的植物生理作用可劃分為七大類；同時，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。
　　為了明確水溶性腐殖酸有機(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)隊又繼續(xù)進(jìn)行了研究。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(qiáng)的植物生理作用；水溶性腐殖酸不僅能夠與外源無機(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、驗證了三條自然植物營養(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。
　　由此，化肥副作用形成在理論上得到了揭示并闡明。由于化肥均是無機(jī)鹽類，且僅提供氮磷鉀三種營養(yǎng)元素，營養(yǎng)種類和化學(xué)形態(tài)均不滿足植物營養(yǎng)需求，長期單一施用化肥導(dǎo)致植物有機(jī)營養(yǎng)與礦物質(zhì)營養(yǎng)、大量營養(yǎng)元素與其他礦物質(zhì)營養(yǎng)元素雙重失衡。隨著失衡程度加深，化肥副作用逐一顯現(xiàn)并不斷加重。
　　土壤要靠有機(jī)復(fù)合肥
　　土壤微生物在土壤肥力形成和植物營養(yǎng)供應(yīng)方面具有媒介和橋梁作用，這種媒介的結(jié)果就是產(chǎn)生水溶性腐殖酸。
　　比如，傳統(tǒng)有機(jī)肥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。因此，提高有機(jī)碳植物利用效率以及養(yǎng)殖糞便、城市污泥完全無害化處理一直是一些專家努力攻克的目標(biāo)課題。
　　經(jīng)過5年反復(fù)實(shí)驗，劉存壽及其團(tuán)隊依據(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。
　　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)，制備成仿生有機(jī)復(fù)合肥。
　　仿生有機(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(diǎn)，保留且強(qiáng)化了兩者優(yōu)點(diǎn)，實(shí)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。
　　肥效是檢驗創(chuàng)新成果的試金石
　　“仿生有機(jī)復(fù)合肥”進(jìn)行了近10年的多地多作物試驗、示范和大面積施用，結(jié)果表明，其可使作物高產(chǎn)與優(yōu)質(zhì)相統(tǒng)一，營養(yǎng)與抗性相統(tǒng)一，用地與養(yǎng)地相統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化水肥一體化施肥。
　　據(jù)介紹，經(jīng)在寧夏大米、太白蔬菜和干縣蘋果的使用試驗，其均達(dá)到有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)量高于純化肥對照。特別是乾縣蘋果示范園，連續(xù)5年施用有機(jī)全營養(yǎng)復(fù)合肥料，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。
　　仿生有機(jī)復(fù)合肥現(xiàn)已規(guī)�；�工業(yè)生產(chǎn)，分別于2009年和2013年在內(nèi)蒙古鄂爾多斯和陜西建起10萬噸和30萬噸生產(chǎn)線。
　　4月16日~18日，中國科學(xué)院院士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，對劉存壽及其團(tuán)隊的研究表示高度肯定。（張行勇）