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生态环境恶化和不可再生资源快速耗竭是严重束缚我国农业长远发展的两道“紧箍咒”，农业部也提出了确保到2020年实现“一控两减三基本”的目标。
近日，《中国科学报》记者在杨凌农业示范区了解到，西北农林科技大学资源环境学院副研究员刘存寿为带头人的研发团队历经近20年的研究，其成果可为实现“一控两减三基本”的目标提供理论支撑和技术保障。
化肥为什么有副作用
人们通常将化肥副作用归结为化肥施用比例不合适、农民盲目施肥所致。但刘存寿不完全认同这种观点，“既然从化肥施用早的发达国家到施用晚的发展中国家，无一例外地都出现了化肥副作用，其中必有深层次原因”。
学科交叉融合、利用现代分析方法是他们取得理论突破的关键所在。为了明确水溶性腐殖酸的植物营养功能来源，植物营养、生物化学、植物生理和仪器分析专家们开始了联合攻关。
刘存寿及其团队用两年时间攻克了水溶性腐殖酸有机物质成分测定方法，从水溶性腐殖酸中测定到约2000种有机物质，按照这些物质的植物生理作用可划分为七大类；同时，还测定到其中含有38种矿物元素。借用中药配位化学研究方法，他们证明了水溶性腐殖酸中所有矿物元素均以有机配位态和无机离子态两种化学形态存在。
接着，刘存寿及其团队进行了土壤培养和植物测定验证。结果表明，向土壤添加天然有机物培养至腐殖化完成后，土壤水溶性腐殖酸有机成分种类、矿物元素种类和矿物元素化学形态与自然森林土壤完全一致；新鲜植物叶片中矿物元素种类及其化学形态与水溶性腐殖酸中元素种类和化学形态完全一致。
为了明确水溶性腐殖酸有机成分、矿物元素种类和矿物元素的有机配位化合物对植物营养的影响，该研究团队又继续进行了研究。研究结果表明，植物根系可以直接吸收不同结构的有机小分子；某些稀有元素和稀土元素具有很强的植物生理作用；水溶性腐殖酸不仅能够与外源无机铵态氮、磷、金属离子形成配合物，这些配合物以不同机理影响矿物元素的生物有效性。
至此，刘存寿从上述系统研究结果中提炼、验证了三条自然植物营养原理：（1）植物根系能够吸收多种有机营养；（2）植物健康生长需要吸收多种矿物质元素；（3）植物矿物质养分的有机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论上得到了揭示并阐明。由于化肥均是无机盐类，且仅提供氮磷钾三种营养元素，营养种类和化学形态均不满足植物营养需求，长期单一施用化肥导致植物有机营养与矿物质营养、大量营养元素与其他矿物质营养元素双重失衡。随着失衡程度加深，化肥副作用逐一显现并不断加重。
土壤要靠有机复合肥
土壤微生物在土壤肥力形成和植物营养供应方面具有媒介和桥梁作用，这种媒介的结果就是产生水溶性腐殖酸。
比如，传统有机肥在被土壤微生物降解过程中，约70%有机碳被氧化成二氧化碳，12%形成微生物碳，15%形成土壤固定态碳，仅3%左右有机碳转化成水溶性腐殖酸。因此，提高有机碳植物利用效率以及养殖粪便、城市污泥完全无害化处理一直是一些专家努力攻克的目标课题。
经过5年反复实验，刘存寿及其团队依据人工模拟微生物原理，利用物理化学方法使天然有机物4小时内完全降解，速度是微生物的180倍，有机碳水溶性转化率95%以上，有害微生物杀灭率100%，抗生素和合成西药无害化率98%以上。
按照自然植物营养原理，他们将水溶性腐殖酸与各种无机矿物离子和氮磷钾化肥进行配位反应，制备成仿生有机复合肥。
仿生有机复合肥利用了自然有机—无机配合物的缓控释原理，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。同时，其克服了普通有机肥和化肥的缺点，保留且强化了两者优点，实现作物高产、产品优质和土壤培肥三位一体，在保障作物产量和品质的前提下，大幅度减少化肥施用量。
肥效是检验创新成果的试金石
“仿生有机复合肥”进行了近10年的多地多作物试验、示范和大面积施用，结果表明，其可使作物高产与优质相统一，营养与抗性相统一，用地与养地相统一，实现标准化水肥一体化施肥。
据介绍，经在宁夏大米、太白蔬菜和干县苹果的使用试验，其均达到有机农产品质量标准，产量高于纯化肥对照。特别是乾县苹果示范园，连续5年施用有机全营养复合肥料，苹果产量提高42%，在化肥用量减少近50%，肥料投资减少26%的情况下，亩产高达6000公斤。
仿生有机复合肥现已规模化工业生产，分别于2009年和2013年在内蒙古鄂尔多斯和陕西建起10万吨和30万吨生产线。
4月16日~18日，中国科学院院士赵玉芬专程就绿色有机肥研究到西北农林科技大学调研，对刘存寿及其团队的研究表示高度肯定。（张行勇）
