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未来农业氮素来源：生物固氮和生物质氮再利用: 蒋高明 2020-10-9 06:53; 未来农业氮素来源：生物固氮和生物质氮再利用梁鸣早蒋高明氮对植物生长是至关重要的。植物体内各种蛋白质、核酸、磷脂都需要氮的参与才能合成。蛋白质 ( 含氮 16% ～ 18%) 是构成植物体内细胞原生质的基本组成，蛋白质丰富才能促进细胞不断地分裂、增长，使果实更饱满。核酸是脱氧核糖核酸（ DNA ）和核糖核酸（ RNA ）的总称，是遗传物质。磷脂是细胞膜的重要组成，是一种两性分子，一端为亲水端，含氮或磷的一极，另一端为疏水（亲油）。氮还是组成叶绿素，可维持生命活动，在提高农作物的产量改善品质方面，具有极其重要的作用。氮还是植物体内很多种酶的组成元素，酶是植物代谢的催化剂。一些氨基酸和蛋白质具有防御功能，如细胞分裂素和生长素等植物内源激素、病原相关蛋白、植物抗毒素等都需要氮参与才能够合成。细胞分裂素（ CTK ）细胞分裂素促进细胞分裂、消除顶端优势、促进侧芽的迅速生长、延缓植物衰老、抑制茎伸长；生长素（ IAA ）或称吲哚乙酸，其作用是保持顶端优势、植物向性、茎延长、形成层细胞分裂和根萌发。病原相关蛋白（ PRP ）是植物受到病原物侵染或非生物因子刺激后产生的一类水溶性蛋白，主要功能是攻击病原体，降解细胞壁大分子，降解病原物毒素，抑制病毒外壳蛋白与植物受体分子的结合等。 β- 葡聚糖酶、几丁质酶等为植物体内合成的一种具有生物催化活性的水解酶类，可增强杀虫效果、增强抗病性。氮的上述作用早在 150 年前科学家就开始关注了。德国人尤斯图斯 · 冯 · 李比希男爵（ Justus von Liebig ， 1803-1873 ），最早发现了氮对于植物营养的重要性，因此也被称为“肥料工业之父 ” 。李比希指出：土地肥力丧失的主要原因是，植物消耗了土壤里的生命所必需的矿物成分，诸如钠、钙、磷等。他第一个主张用化肥代替天然肥料进行施肥。他认为植物所必需的氮是从大气中直接吸收的，所以在他的化肥配料表中没有加入氮化物。这一点后来被纠正了，从而使农业生产发生了巨大的飞跃。氮肥已经发明出来，在农业上起到非常大的作用，第一次绿色革命成果的取得，很大程度上来自氮肥的贡献。我国从上世纪三四十年代引进化肥产业，经过七八十的发展，如今成为世界上最大的化肥生产国与使用国。截止到 2017 年，我国合成氨年产能超 30 万吨的企业 102 家，尿素年产能超 50 万吨的有 66 家。截至 2018 年底，全国合成氨产能合计 6689 万吨 / 年，全国尿素产能合计 6954 万吨 / 年。 1991 年，我国成为世界最大氮肥生产国， 2003 年成为净出口国， 2007 年成为世界最大出口国。遗憾的是，氮肥生产量远远超过实际使用量，而实际使用量又大大超过作物能够吸收量，盈余氮素造成了严重的环境污染。 2011 年中国农科院学者发表文章谈到，我国通过各种途径年输入农田的纯氮素量约为 4 916 万吨，化肥氮占各种肥料总量的 58.2% ，而作物真正吸收的氮只有 1 905 万吨。通过各种途径损失的氮 1 947 万吨，氮素盈余量 1 064 万吨，占总投入量的 61.2% 。 2010 年调查发现，全国有 17 个省氮肥平均量超过国际公认上限 225 公斤 / 公顷。在经济效益较高的蔬菜、果树和花卉的氮肥用量更高，为普通大田作物的数倍甚至数十倍。化学氮肥利用率低缘于其易挥发性和速溶性，尿素气态率高达 15% ～ 20% 。化学氮肥是全水溶性肥，施到土壤中瞬间溶解在土壤溶液中，有些被植物根系吸收；有些随着土壤水渗透到地下水；有些成为温室气体的组成；只有很少的部分通过硝态氮还原成氮气回到大气中。土壤中的氮最多只有 3 个月有效期，这就是为什么农民种地需要不断追氮肥的主要原因，然而过量施用氮肥造成土壤板结和酸化。中国农业大学张福锁院士团队发现，从上世纪 80 年代开始的大约 30 年间，我国的所有土壤类型都发生了土壤的酸碱度下降现象，平均下降了 0.1 到 0.8 个单位。在自然界，这种规模的土壤酸化通常需要几十万年的时间。土壤酸化的主因是氮素化肥的过量施用。植物根系可以吸收铵态氮和硝态氮。水稻以吸收铵态氮（ NH 4 + ）为主；旱地作物主要吸收硝态氮（ NO 3 - ）（幼苗期吸收铵态氮多，而主要生育期吸收硝态氮）。植物吸收的氮，无论是铵态氮还是硝态氮，都需要在根系中同化为氨基酸，再由韧皮部将氨基酸运输到植物体内。动物粪便和植物秸杆等有机物质进入土壤后，在一系列土壤微生物的作用下，经过一系列分解转化过程分解释放出氮素。当碳氮比小于 25 时，会释放出铵态氮，铵态氮在硝化细菌作用下，经过两步变为硝态氮。土壤温度、湿度、通气状况、 pH 值、微生物种群数量等条件决定其转化速率和数量。当碳氮比大于 30 时，有机质需要吸收一部分土壤氮，待碳氮比小于 25 后再释放氮。在自然生态系统中，每年新增加的，可为有机体所用的氮主要来源于生物固氮，如植物体内的氮约 80% ～ 90% 来源于生物固氮，其中约 80% 来源于联合固氮菌的内生固氮。如果⼈类⽣产活动能模拟自然⽣态模式，将不用化肥厂就能够提供足够的氮素。以往科学家认为只有豆科植物才能够固氮，后来发现了不少非豆科植物也有固氮的能力，其实是微生物发挥了重要作用。 1965 年，北京大学学者首先发现巨大芽孢杆菌具有固氮作用，后来该菌用于生产实践。中国农业科学院土壤肥料研究所国家菌肥质量检测中心登记的 3000 多家菌肥企业，注册的代表菌以芽孢杆菌属为主。高效固氮芽孢杆菌是从自然界筛选出来的，其固氮能力较强，竞争适应性也强，可广泛农作物品种，可为水稻、玉米、小麦、棉花、蔬菜、果树等非豆科农作物提供氮素养分。此外，中国农科院的学者还发现植物体内存在大量的内生固氮菌，玉米、水稻、小麦的内生固氮菌组成各有其特色，并建立了粮食作物内生固氮菌菌种资源库，库存资源 3 500 株， 62 属 256 种。中国内生固氮菌资源库在菌株数量、种群多样性等研究与英国方面居国际前列。我国主要粮食作物内生固氮菌包括，类芽孢杆菌属（ Paenibacillus ）和芽孢杆菌属（ Bacillus ），它们是作物根际和农田环境中自生固氮微生物的优势种群，广泛分布在多种作物和不同地区。假单胞菌属（ Pseudomonas ）、根瘤菌属（ Rhizobium ）和芽孢杆菌属（ Bacillus ）是水稻、小麦、玉米等作物可培养内生固氮菌的优势种群。在实际应用中，国内已有企业实现了规模化生产和应用，应用成本略低于化肥。如山西某企业生产的地力旺菌肥，其有益生物菌包括，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌（高固氮菌）、巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌（高解钾菌）、嗜酸乳杆菌、苏云金芽孢杆菌（占比 90% ）；侧孢芽孢杆菌、 5406 放线菌、光合细菌、鼠李糖乳杆菌等。其复合菌产品活菌数达 20 亿个 / 克，远高于国家标准 2 亿个 / 克。芽孢杆菌类和光合细菌有固氮作用。复合微生物菌群可为作物提供两种活性氮：一种微生物固氮为作物提供氨态氮、另一种微生物降解有机物生成的小分子高活性的有机氮， 100% 替代尿素。化学氮肥在土壤中只有三个月的有效期，而微生物与作物内生，可不间断地提供给作物活性氮，是真正的“化肥工厂”，且其作用是慢慢释放的，不存在环境污染问题。地球上所有的光合产物均可以作为有机肥，包括秸秆、畜禽粪便、生活垃圾、果园废弃物、蔬菜废弃物、园林废弃物、酒糟、菌棒、中草药残渣、屠宰场废弃物、渔业废弃物等，其最初的来源也是空气中的氮。据统计每年全中国这些生物质含纯氮 2553 万吨，远超过全国氮肥总用量。关于这个巨大潜力，我们将另文专门介绍。从上面的介绍来看，充分利用微生物固氮空气中的氮，循环城乡可获取的利用生物质氮，化肥是可以 100% 替代下来的，且产量不会下降，还有提升的空间。围绕这个重要课题，国内学者已经密集实验了几十年，成果领先国外同行学者。（梁鸣早为中国农业科学院土壤肥料研究所退休副研究员、蒋高明为中国科学院植物研究所研究员、中国科学院大学岗位教授）; 个人分类: 环保呐喊|5598 次阅读|0 个评论

通过氮响应的染色质调节提高绿色革命水稻品种产量: zhoutianshun 2020-2-11 11:20; 通过氮响应的染色质调节提高绿色革命水稻品种产量名称： Enhanced sustainable green revolution yield via nitrogen-responsive chromatin modulation in rice 期刊： Science 第一作者：吴昆博士通讯作者：傅向东研究员通讯地址：中科院遗传与发育研究所 DOI ： http://dx.doi.org/10.1126/science.aaz2046 水稻 sd1 和小麦 Rht-1 等位基因促进生长抑制 DELLA 蛋白的积累，造成了植物的矮化，抗倒伏能力显著提高，大大促进了作物产量的提高。正常条件下， GA 促进 DELLAs 的降解，促进植株生长。绿色革命水稻品种（ GRVs ）为了获得高产，需要高氮肥供应，而这与可持续发展的理念相违背。水稻产量主要由每株分蘖数、每穗粒数和千粒重决定，在高密植条件下提高分蘖能力有助于 GRVs 的高产，因此低氮条件下提高水稻分蘖数成为了未来农业可持续发展的一大目标。结果 1、氮肥通过 NGR5 促进水稻分蘖研究人员发现南京 6 号（ NJ6 ）的单株分蘖数、每穗粒数和单株产量随着 N 肥的供应而增加。南京 6 号的 sd1 近等基因系 NJ6- sd1 的分蘖数在不同氮肥水平下均高于 NJ6 ，且呈现为氮依赖型分蘖数增多，小麦中也有类似现象。当外源 GA 处理或过表达 GA 受体 GID1 时， N 促进的分蘖增加现象被抑制。进一步分析表明 N 诱导的分蘖增多不是由于测生芽数目的增多，而是由于出生芽数目增多和分蘖枝的伸长。通过氮响应的分蘖数增加模式变化的 EMS 突变体筛选，鉴定到分蘖数对 N 供应不敏感且减少的突变体 ngr5 。图位克隆和互补实验表明 NGR5 （ SMOS1,RLA1 ）编码一个 AP2 型转录因子。 9311 水稻的单株产量随着 N 供应增加而增加，而 ngr5 突变体中该现象却消失，且分蘖芽的形成不受 N 肥影响，而出初生分蘖芽的数目降低和分蘖枝生长较慢。这些表明氮响应的分蘖调控依赖于 NGR5 。进一步研究发现， NGR5 的转录和蛋白水平的丰度随着 N 肥的增加而增加， NGR5 正调控水稻分蘖数。总的来说，氮促进 NGR5 的丰度， NGR5 蛋白反过来又促进分蘖芽的生长；此外， NGR5 是 DELLA 蛋白促进 GRVs 分蘖增多所必须的。 2、 NGR5 抑制分蘖抑制基因的表达 RNA-seq 分析表明 ngr5 突变体中全基因组的 mRNA 均发生了癌变，多种基因的表达量上升。基因富集分析表明表达上升基因和 H3K27me3 型组蛋白甲基化标记基因正相关，这些结果表明 NGR5 可能参与 PRC2 复合体介导的表观抑制。表达上升基因中由大量和分支抑制和分蘖数抑制相关基因，如 D14 ， D3 ， OsTB1 和 OsSPL14 等。 qRT-PCR 分析表明高氮供应减少这些基因的表达，但是 ngr5 突变体中该现象消失。 D14 和 OsSPL14 对 NGR5 具有上位性，表明 D14 和 OsSPL14 是 NGR5 的下游基因，且 NGR5 介导的氮促进分蘖增多是通过抑制 D14 和 OsSPL14 等分枝调控基因的表达实现的。 ChIP-PCR 和 EMSA 实验表明 NGR5 可以结合到 D14 和 OsSPL14 上，且结合效应和 N 供应水平呈正相关关系。这些表明 NGR5 通过与分枝抑制基因结合，调控 H3K27me3 水平抑制其表达，从而促进 N 响应的分蘖增多。 3、 NCR5 招募 PRC2 实现 H3K27me3 为了探讨 NGR5 是如何调控氮促进的 H3K27me3 甲基化，利用 Y2H 、 Co-IP 及 BiFC 实验鉴定到 LC2 和 NGR6 互作，且 lc2 敲除突变体抑制由 p35S::NGR5 带来的分蘖增多，且 D14 和 OsSPL14 对 LC2 具有上位性。全基因组的 H3K27me3 甲基化组表明，氮介导的全基因组 H3K27me3 甲基化的重拍依赖于 NGR5 。 ChIP-seq 鉴定到 453 个 NGR5 和 LC2 共同识别的结合位点，大多含有 GCCGCC 基序。野生型中 D14 和 OsSPL14 的转录随着 N 增加而减少， H3K27me3 甲基化随着 N 增加而增加，但 lc2 突变体无这些现象，表明 NGR6 招募 PRC2 复合体（ LC2 为组成成分）， H3K27me3 甲基化修饰 D14 和 OsSPL14 等基因，抑制分蘖抑制基因的表达，促进芽生长和分蘖数增多。 4、 NGR5 是 GA 受体 GID1 的靶基因氮诱导的分蘖数在 GRVs 显著提高，且该效应被外源 GA 处理抑制。利用 RNA-seq 和 ChIP 分析 NGR5 和 GA 处理的共同调控基因，结果表明 GA 处理和 ngr5 均可以抑制全基因组的 H3K27me3 修饰模式，但是 PCA 处理可以部分恢复 H3K27me3 修饰模式，表明 N 和 GA 介导的分蘖效应之间存在一定的联系。 NJ6- gid1 突变体在高低氮条件下的分蘖均多于 NJ6 ，而 OE- GID1 分蘖数少于 NJ6 ，且 GA 处理不影响 NJ6- gid1 、 NJ6- ngr5 和 NJ6- sd1-OE - GID1 株系分蘖， GA 诱导或 GID1 介导的分蘖抑制作用与 ngr5 的作用相似，这些结果表明 GA-GID1 介导的分蘖抑制作用依赖于 NGR5 的氮调控作用。 NGR5 的丰度和 GA 水平呈现负相关关系，且 GA 对 NGR5 丰度的抑制作用可以被 MG132 处理缓解，表明 GA 促进 NGR5 的泛素化降解，而该降解过程在 NJ6-gid1 突变体中被抑制，表明 GA 促进 NGR5 的泛素化降解依赖于 GID1 的功能。 GA 响应一般是 GID1 激活 DELLAs 的降解，但是 GA 介导的 NGR5 降解在有无 DELLA 蛋白均可以发生， slr1-d6 突变体中 NGR5 的降解任然能够被外源 GA 处理所降解 , 表明 GA 促进的 NGR5 降解不依赖于 GA 诱导的 DELLAs 降解，也不是其下游。分裂素酶互补和 Co-IP 实验表明 GID1 可以和 NGR5 直接互作，互作强度随 GA 浓度升高而增强。 AP2-R2 结构域就能完成 GID1-NGR5 之间的互作， NGR5 也能和 GID2 互作。体外泛素化实验表明 NGR5 可以被 GID2 泛素化，表明 NGR5 是 SCF GID2 复合体的基质。 NGR5 的降解过程被 MG132 、 gid1-c1 和 gid2 突变体抑制。综上所述， GA 介导的 NGR5 的降解不是由于 GA 促进 DELLAs 的降解，而是由于直接互作，且 GA 促进 NGR5-GID1 互作，导致 NGR5 被 SCF GID2 复合体多聚泛素化降解。 5、 DELLA-NGR5 调节分蘖 N 响应研究发现 NGR5 可以和 DELLA 蛋白 SLR1 直接互作，且 LC-NGR5 互作在 SLR1 存在是没有被抑制，表明 SLR1-NGR5 之间的互作不直接干扰 LC-NGR5 互作（ NGR5 功能发挥）。 LHR1 基序是 NGR5 和 SLR1 互作的基序，且包含 LHR1 基序的 GRAS 蛋白 DLT 和 MOC1 （分蘖控制相关）也和 NGR5 互作。那么 SLR-NGR5-GID1 是否存在竞争关系呢？ FRET 分析表明 GID1 和 NGR5 的互作被 RHt-B1b 减弱，且 NGR5 降解速率下降。竞争实验表明 NGR5 的降解速率快于 SLR1 ，表明 NGR5 和 SLR1 的竞争性于 GID1 互作，使 NGR5-GID1 互作减少。 OE-NGR5 株系中的 NGR5-GFP 含量可以被 PCA 处理诱导上升，而 PCA 和 GA 一起处理时 NGR5 表达被抑制。那么 DELLA 促进水稻分蘖是否依赖于 NGR5 的功能？含 SD1 ， GID1 和 NGR5 等位基因的不同 NILs 表明 DELLA 介导的分蘖增多依赖于 NGR5 的功能。 9311- sd1 的 NGR5 丰度和分支抑制基因 D14/SPL14 的 H3K277me3 甲基化修饰程度高， D14/SPL14 表达量低。表明 sd1 赋予的 DELLA 蛋白功能增强提高了 N 供应响应分蘖，并抑制了分枝抑制基因的表达，促进了分蘖增加。 6、 NGR5 提高产量和 NUE 在 9311 中提高 NGR5 的表达是否在减少肥料投入的情况下提高分蘖和产量？首先，作者在自然群体中分析了 5 种单倍型的表达， Hap2 表达量相对较高，且含该单倍型品种的产量和产量高。研究发现，含 Hap2 单倍型或 OE-NGR5 的株系产量高，表明 NGR5 具有育种潜力。 GRF4 和 NGR5 的聚合可以进一步提高产量和 NUE 。总结： 1、氮肥引起的全基因 H3K27me3 甲基化修饰的改变依赖于 NGR5 的功能； 2、 GA-GID1 促进 NGR5 的泛素化降解 3、 DELLA 蛋白、 NGR5 蛋白和 GA-GID1 的竞争性互作，减少 NGR5 的降解，促进 NGR5 的功能 4、 NGR5 N 依赖性的招募 PRC2 抑制分枝抑制基因的表达，促进 N 供应增加的分蘖。; 个人分类: 论文阅读日记|5432 次阅读|0 个评论

中国耕地缺氮还是缺碳？: 蒋高明 2010-1-28 23:00; 蒋高明本文2010年1月29日发表于《科学时报》最近，一项由著名三农问题专家温铁军教授主持的研究表明：中国过量使用化学合成氮肥，不仅造成肥效急剧下降，导致严重的环境污染，还影响食品质量(南方周末，1月20日)。与此同时，中国科学院土壤研究所朱兆良院士也指出：我国化肥用量是40年前的55倍！在这个问题上，笔者的估计数据是，我们每生产9斤粮食就需要消耗1斤化肥。如果每个人粮食定量按照30斤/月计算的话，那么每人每年因生产粮食消耗化肥就达40斤。因此，我们的后代几乎都是吃化肥长大的。然而，这些化肥实际上被人吃得少，甚至被庄稼吃得也少。那么农民施加的化肥哪里去了呢？它们进入了环境，最终进入水体（湖泊、河流、地下水、海洋）。这样看来，我们不但要吃化肥，还要喝化肥。这是第一次绿色革命带来的后果，更是我们抛弃了传统农耕文明，追逐所谓美国现代农业造成的必然苦果。过量使用氮肥造成严重环境污染，这是笔者早就预料之中的。目前笔者带领研究团队在山东沂蒙山区正在研究寻找治本的措施，前期实验令人振奋。2009年，在10亩试验田里，增施有机肥、减半化肥后，小麦亩产量达到900多斤/亩。我们采取的措施是生态学的办法，就是充分尊重生态学的规律，让元素循环起来。如果恢复了传统的六畜兴旺、五谷丰登式的有机循环农业，则我国仅利用一半的化肥也能满足国家粮食安全需求。我们的实验得到中国科学院应用生态研究所专家的理论数据支持。上周一，笔者参加某国家重点试验室的学术研讨会，应用生态所的专家研究表明，由于土壤碳氮比下降，致使土壤氮肥效降低，氮素损失严重；而增加土壤碳含量后，耕地土壤对氮的固持能力明显提高。他们的试验有力地说明，中国耕地目前缺少的是碳肥，而不是氮肥；或至少要增加氮肥的有效性，必须保持耕地一定的土壤碳氮比例。最近30多年来，政府加大对化肥行业补贴，农民不积有机肥，每年补充以氮肥为主的化肥，秸秆固定的碳被就地焚烧还回了大气，这样耕地因缺少有效的碳源而丧失固持氮的能力。另据《第一财经日报》报道，云南省农科院进行了一项新肥料试验取得了非常明显甚至惊人的增产效果：9亩水稻增产幅度达21.55%。所使用肥料的成分构成中，氮磷钾含量不足10%，但有机质含量丰富，能起到很好的改良土壤效果。这项实验说明，肥料的改进、土壤的改良在提升粮食产量上还有很大的潜力可挖。上面提到的三个实验，即笔者所在团队、中科院沈阳应用生态所、云南省农业科学院的实验都说明，增加耕地碳素，均能进一步发挥地力，固持氮素，减少环境污染，最终将温室气体埋葬在耕地中。那么，为什么增加耕地碳含量尤其是有机碳，地力就能得到维持，甚至高产呢？原因就在于，农民添加的化肥要充分发挥作用，必须得经过土壤微生物的作用，而碳是构成微生物的基本骨架；另外，生物代谢所需的能量也是储藏在含碳有机化合物中被微生物所利用的。如尿素属酰铵态氮肥，需要在土壤中尿素细菌分泌的脲酶作用下，转化成铵态氮才能被植物根系吸收。除了土壤微生物，土壤动物也起到很好的作用。然而，遗憾的是，长期以来，我们只考虑了给植物增加氮、磷、钾等化肥，过量化肥、农药、除草剂降低了土壤生物多样性，化肥利用率不增反降，徒增加的环境污染而已。碳氮比例严重失调，尤其土壤有机质下降，是限制我国粮食产量的客观因素；农民不愿意种地，用地不养地是其主观因素。目前，有关部门置这两个主要因素而不顾，盲目补贴暴利的化肥行业，乃至试图通过转基因技术改良作物品种而实现增产，这都是治表不治本的做法。那些打着增加粮食产量而套取国家经费的做法不能再继续发展下去了。由此看来，目前我国耕地严重缺碳而不缺氮。耕地有机质平均小于1%，氮肥利用率仅为30%，这些都是碳氮比例严重失调的重要信号。中国传统的农业是世界上最先进的，我们的耕地持续利用了5000多年没有退化，而今实行现代化肥农业，短短三四十年就出现了耕地明显退化。我们必须重视这个严酷现实，否则，我国粮食安全问题将受到因耕地质量下降带来新的挑战。怎样增加耕地碳呢？其实自然界早就有了答案，这就是让植物固定的光合产物有效循环起来。秸秆中的碳来自大气，光合作用和固氮作用就是天然的化肥合成过程；秸秆过腹还田，既保持充足的土壤碳源，又充分利用其中的氮、磷、钾以及各种矿质元素，减少化肥投入，这是一举多得的事情。今后，国家应当停止对化肥行业的补贴，关闭一部分高污染、高排放的化肥工厂，补助农民利用有机肥养地，逐步减少化肥使用，实现生态循环型固碳农业。; 个人分类: 环保呐喊|5555 次阅读|2 个评论

化肥是把双刃剑？: FSD 2009-7-22 17:35; 国内一些有机农业、生态农业、循环农业的倡导者，不加分析地照搬发达国家里某些人的观点，到处宣扬不用或少用化肥。一些媒体记者更是捕风捉影，大肆渲染，人为地在使用化肥与环境污染、土壤退化（地力下降）之间建立必然联系，给大众造成化肥一无是处，使用化肥没有任何必要，使用化肥必然造成环境污染、农产品质量下降的印象。事实果真如此吗？　　一刀切、非此即彼、绝对化、一窝蜂是一些国人看问题、处理问题的传统。但是，科学要不得这样的传统。科学讲究的是实事求是、具体问题具体分析。那么，具体到国内化肥使用的多少上面，需要分析哪几个方面的具体问题呢？　　首先，化肥使多了还是少了，除了看一季作物之外，还有看全年。美国的种植指数（全年作物播种面积或收获面积占耕地面积的百分比）不到 100% ，中国的种植指数大约 170% ，二者生产力相差很大，因此不能把中国的化肥用量与美国的简单比较，何况两国的生态条件、生产条件、农业技术装备水平、化肥的质量有很大差别，怎能进行简单的类比！　　其次，施肥多少要与产量，也就是作物的实际需要相联系。生产一定量的经济产量和生物产量所需要的氮磷钾等各种矿质养分的数量对于特定的作物而言是有一定数量和比例要求的。供应多了是浪费，甚至造成减产和环境污染；供应不足则不能满足作物的需要从而达不到一定的产量。特定地点的产量潜力决定于气候、土壤等生态条件，而实际能够达到的产量水平和计划达到的产量水平则制约于管理技术措施、化肥与农产品的比价等因素。　　第三，某一元素的施用多少除了看它本身的用量之外，还要看各种养分的比例。就氮肥使用而言，不能笼统地说要减少或增加氮肥用量，而要具体分析什么作物、什么生态条件下、什么产量水平、其它养分的数量是否与氮素按作物需要的比例配合施用。这是由最小因子律所决定的。　　第四，施肥多少合理还有看与其它管理措施的配合（如施肥时期、施肥方法、播期、密度、植保、土壤耕作、品种、灌溉等等）。这些因素共同决定了实际产量水平，也就是作物队各种养分的实际需要。　　至于施肥是否会带来环境污染，要看施肥是否过量（也就是超过实际需要），气候和土壤条件是否容易造成化肥污染，使用的化肥种类和剂型、养分比例是否合理（即与作物和土壤条件相对应），使用时期和方法是否科学。科学合理的施肥措施是不应产生污染和土壤退化问题的。　　以特殊代替一般，以个别现象作为普遍规律，无异于盲人摸象，不是科学的态度和方法，科学工作者应该设法避免。不同国家、地区之间，由于生态条件、生产条件的和种植作制度的不同，没有可比性。上世纪 90 年代，农业部在全国推广吨粮田技术，当时曾在一些农学家和一些农业经济学家之间产生了激烈的争论：农业经济学家认为吨粮田不必要、不可能、不合算；而农学家则认为吨粮田既必要、也可能、又合算。现在看来，二者从各自的学科角度而言无疑都是正确的，但从实际情况所涉及的技术、社会和经济环境、生态条件等方面看又都是不全面的。因此，综合、系统、动态、辩证、相对（不同时间、不同地点、不同学科视角会得出不同结果）、跨学科（需要生态学、土壤学、植物营养学、技术经济学、农艺学综合起来看这个问题）地分析问题非常重要。　　因此，不能盲目提倡减少化肥施用，而应该是提倡科学合理地使用化肥（以及一切肥料，包括有机肥）。　　中国农业大学的刘巽浩教授有个形象的比喻：肥料是庄稼的粮食。化肥是庄稼的伙食，搭配合理、数量合适，庄稼就会茁壮成长，太多、太少或偏食庄稼就会营养不良。无论是有机肥还是化肥，在保护环境和土壤生产力的基础上养分供应合理、充足从而获得一定的作物产量是最终目的。化肥是没有好坏的，问题不在于化肥好不好，而在于用得好不好、合适不合适。吃饭可以撑死、噎死，使用化肥不当自然会带来一些负面的影响。　　就笔者在河北平原进行的多年研究结果来看，平均而言，在小麦 - 玉米一年两熟粮食生产中农民使用氮肥的数量与其小麦生产所达到的产量水平相比略有偏多，而与夏玉米所达到的产量水平和产量潜力比严重不足，同时磷肥和钾肥严重不足。通过试验和示范证明，合理调整施肥的比例和时期以及品种选用、播期、播量、密度、灌溉、植保等技术措施的配套，在不减少化肥投入的情况下（个别小麦上投入氮肥过多的农户需要减少氮素投入；玉米上增加化肥投入，包括氮肥），全年产量提高了 30% 以上，经济效益也大大提高。无论从提高土地生产、提高作物生产的经济效益还是养分利用效率从而减少污染的角度看，都不能片面强调减少化肥或减少氮肥投入。　　这一讨论涉及到的几个基本的原理罗列如下，有兴趣的读者可以参考有关书籍：　　 1 、最小因子原理（木桶原理）：参看植物生理学、植物营养学方面的著作；　　 2 、限制因子原理：参看生态学方面的著作；　　 3 、生产潜力原理：参看生态学、农学方面的著作；　　 4 、生产函数（响应函数）原理：参看技术经济学、植物营养与施肥方面的著作；　　 5 、因子间相互作用原理总生产函数：参看发展经济学方面的著作　　（农业出版社 1998 年出版的拙作《农业效益发展层次论》对上述几个方面都略有涉及。）　　　　最后用一句话概括本文的结论：减少化肥（包括氮肥）投入的说法不够科学严谨，应该讲合理投入─该减的地方减，该增的地方增；该减的作物减，该增的作物增；该减的养分减，该增的养分增。; 个人分类: 未分类|4065 次阅读|0 个评论

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