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《中国生态环境危急》连载之十九：中国耕地缺碳还是缺氮？
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蒋高明
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，长期以来，土壤学家强调的化肥就是“氮、磷、钾”等无机矿物质为主，很少考虑有机氮、有机质的贡献。由于大量施氮，很少考虑有机质，土壤中的碳氮比是严重失调的。因此笔者大胆预测，中国的耕地目前不是缺氮而是缺碳。
为了验证上述假设，我带领自己的研究团队在山东沂蒙山区正在研究治本的措施，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。2010年3月，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。
2010年1月5日，《第一财经日报》报道了一则这样的消息，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。这也从另一个侧面验证了我们关于中国耕地缺少碳素的观点。
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，徒增加对环境污染而已。
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“治标不治本”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。
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