原标题：刘存寿为中国生态农业铸就中国方案

在第25届杨凌农业高新技术博览会上，从专业洽谈A馆、现代农业专题B馆到特色精品农业C馆;从农业高新成果推介到成果路演，记者不仅听到关于碳基营养肥料的成果介绍，更能看到碳基肥料工厂模型、肥料样品、土壤改良、盐碱地改良、沙地治理效果，还能品尝用碳基肥料生产的各种风味浓郁的农产品。碳基营养肥料为何能引起如此大的返响?为此记者采访了碳基营养肥料发明者---西北农林科技大学刘存寿副研究员。

西北农林科技大学资源环境学院植物营养学博士刘存寿

神奇的碳元素

刘教授说;对于碳，大家并不陌生，甚至习以为常，因为碳无处不在。我们吃的食物、住的房子、用的家具，均是碳物质;我们欣赏的鲜花、种植的作物、养殖的动物、包括人类自己，均为碳生命。碳是地球上最廉价物质--枯枝落叶，也是最值钱的物质--钻石;是最软的物质--石墨，也是最硬的物质--金刚石。碳是地球上一切生命物体的基础元素。植物光合作用将太阳能转化成蛋白、脂肪、淀粉等生物质能储存起来，提供给包括人类在内的所有动物生命过程需要的能量，没有碳地球上就没有多彩多姿的生命现象。

碳元素的神奇性源于其特殊的原子结构。碳原子是唯一可以与另一个碳原子氢、氧、氮、磷、氯、氟原子及构成共价键的原子，因此不仅使碳链无限延长，而且结构多样，不同结构物的有序排列组合构成生命体的复杂性和生物多样性。

向自然过程中寻求自然原理

1996 年，美籍华人廖少云的《从美国现代农业问题看世界农业的未来》文章中一一列举了化肥、合成农药带来的一系列问题，预言化学农业必将威胁人类生存。在检索了德国、日本等化学农业起步早的发达国家相关资料后，他总结出“四个一致”，即施用化学肥料必然带来副作用;化肥副作用表现形式一致;各形式的出现次序一致;单一施用化肥使土壤有机质下降。这“四个一致”使他开始怀疑化肥本身可能造成副作用。

原始森林既不施肥也不打农药，植物生长良好，有害昆虫、致病菌随处可见，但鲜有爆发。因此，我就选择原始森林土壤为研究对象，以期找到自然自然植物营养原理并将其用于农业生产，解决化肥副作用问题。

开始研究森林土壤时，就沿用植物矿物质思维，测定水溶土壤水溶腐殖酸中的氮磷钾元素和中微量元素含量，用无机化肥配制成同样浓度的营养液进行肥效对比试验，结果表明，如论在等量氮磷钾还是等量氮磷钾和中微量元素下，土壤水溶腐殖酸的植物营养效果均优于无机化肥。至此，土壤水溶腐殖酸与化肥的唯一差异仅剩水溶有机物，水溶有机物是否具有植物营养效应，实验结果提出了这一问题。

另外，化肥工业发展与化肥施用技术基于1840 年德国化学家李比希提出的植物矿物质营养理论，该理论要点为：一、植物生长发育离不开矿物质营养;二、植物以无机离子吸收无机营养; 三、植物吸收各种矿物元素的量不同，但对植物的营养价值同等重要;四、一种营养元素的营养功能不能被另一种元素所替代;五、农业收获移出的矿物元素应当等量归还。植物矿物质营养理论中没有水溶有机小分子物质(土壤水溶腐殖酸)的植物营养作用论断，而实验中却因为其存在而表现出显著的肥效差异。大量研究文献资料表明，腐殖酸具有激活土壤微生物、提高矿物元素有效性、 改良土壤结构、刺激植物生长和增强植物抗性(抗寒、抗旱、抗病抗虫)等多重功能，但功能物质一直不明确。因此，腐殖中水溶有机小分子的物质组成测定成为我的首要研究课题。

刘存寿出席第586 次香山科学会议

植物营养学和土壤学教科书认为土壤腐殖酸构成极为复杂，因此，长期以来没有水溶腐殖酸物质组成的测定方法，也就不明确其物质组成。我总结了大量有关腐殖酸的研究文献后得出结论，水溶腐殖酸的物质组成应该能够知道，因为植物光合作用过程、光和产物已相对清晰，植物光合作用是合成反应，有机物被微生物降解就是分解反应，两者互为逆反应。按照化学原理，生成物与反应物必相关，如果说土壤腐殖酸物质组成不可知的话，那就违反了基本化学原理。

碳基营养肥料猕猴桃示范园

没有可供借鉴的方法，想到的未必能做到。为了明确腐殖酸的物质组成，我组织植物生理、生物化学、仪器分析和植物营养专家联合攻关。经过两年多不懈努力，终于从土壤水溶腐殖酸中测定到2400 多种有机物质。在研究这些有机小分子时，发现许多分子中含有氮、磷、硫等矿物元素，即氮、磷、硫等矿物元素在腐殖酸中以有机态存在。如此， 铁、锌、钙、镁等金属矿物元素是否有着同样的化学形态?结果证实了他的推论，所有金属矿物元素在水溶腐殖酸中均主要是有机配合物形态存在;土壤是岩石的风化产物，那么，水溶腐殖酸中到底有多少种矿物元素?经测定，所有土壤水溶腐殖酸中均至少含有38 种矿物元素。

至此，从土壤水溶腐殖酸研究取的三条自然植物营养特征。 (1)多种有机小分子物质;(2)多种矿物元素;(3)矿物元素主要以有机化合物或有机配合物形态存在。经过5 年对自然植物营养特征所代表的植物营养学意义逐条逐项研究，表明三条植物营养特征蕴含了三条自然植物营养原理：(1)植物能够且必要吸收有机营养;(2)植物健康生长需要多种矿物元素;(3)有机态矿物元素的植物生物有效性高于无机离子。

惊叹自然的神奇

“随着对自然了解的深入，你会越发惊叹自然的神奇”，刘教授如是说。土壤微生物在植物营养转化代谢过程中起着至关重要要的作用，微生物不仅将天然有机物聚合物降解成植物能够直接吸收利用的小分子，而且将有机碳转化成自身结构物，死亡后再释放出各种生物活性物。矿物质微生物转化与化学反应使有机物与矿物形成有机配合物，这种配合物同时解决了无机离子盐效应、稳定性、 离子拮抗吸收问题，同时有机配体承担了矿物元素“载体”作用;微生物为利用根系分泌的有机碳， 合成各种抗性物质和营养物质以保护植物根系健康生长。微生物为自身繁殖创造的具有良好透气、 保水的团粒结构也是植物根系生长最佳土壤条件。土壤微生物发挥着神奇作用，土壤微生物区系与活力是土壤健康的标志。

土壤微生物、矿物元素有机配体、植物有机营养和土壤团粒结构形成均以碳元素为核心，因此，我提出了“植物碳基营养理论”。

制备碳基营养肥料

在自然条件下，枯枝落叶首先被土壤微生物降解成水溶小分子成为自身的营养物质，同时为植物提供营养和土壤团粒结构材料，但这个过程相当缓慢，而且2/3 以上有机碳被转化成二氧化碳损失掉了。为了加快天然有机物降解速度，提高有机碳植物营养利用效率，根据微生物降解原理研究人工降解方法，经过5 年反复实验，实现了天然有机物工厂化快速降解，速度是微生物的120 倍，有机碳转化率高达98%。用降解而成的水溶有机物与包括无机氮磷钾化肥在内的多种矿物元素配位反应，制备成与自然植物营养特征一致，符合自然原理的碳基营养肥料。

内蒙古巴彦淖尔市五原县重度盐碱地改良示范

经过10 年的多地多作物试验、示范和大面积施用，这种新型肥料保留了传统有机肥和化肥的全部优点，又克服了二者的缺点，氮素利用率比化肥提高100%以上，磷素利用率比化肥提高200%以上， 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。

将研究发现的以碳基为核心的自然植物营养原理应用到盐碱地改良、沙漠治理、退化草场恢复等多个领域，成效极为显著。重度盐碱地当年改良，葵花当年正常生长;碳基改良剂改良的沙地上苏丹草长到2.3 米高，而且籽粒饱满。

铸就生态农业的中国方案

另外，作物秸秆、养殖场粪便、农产品加工废渣，甚至生活污水污泥，这些每年多达50亿吨的有机废弃物焚烧、倾倒、排放，使农业成为主要污染源。而在我眼里，这些全是相对闭蓄态生物质能，其中蕴含着4000 万吨的氮磷钾，700 万吨的多种矿物元素和10 多亿吨的有机物，利用现代技术将其无害化处理、资源化高效利用，既实现作物高产优质又能使土壤持续健康，对而实现中国农业可持续发展贡献自己的力量。