增氮固碳循环型高效生态农业模式研发与应用 (重大科研成果连载之一)

蒋高明1，刘美珍1，吴光磊1，李彩虹1，郭立月1，郑延海1，赵建设2，王秀娟3，谷仙1，刘海涛1,4

1中国科学院植物研究所；2河南中远有机农业研究所有限公司；3山东润竹山农业科技有限公司；4农业农村部国际交流服务中心

一、项目摘要

针对我国各地农田出现的不同程度的生态退化和食品安全问题，该项目利用生态 学原理，从大农业角度出发，围绕农业生态系统中土壤养分不足、元素循环阻断和病、 虫、草害防治等问题，开展了十余年的系统研究和技术攻关，取得了显著的科技进步 成果。 该项目揭示了我国生物质氮资源库及其替代化肥的潜力，创建了有机肥制作和元 素循环的关键技术体系；阐明了农田固碳、土壤养分和水分运移规律，揭示了土壤肥 力提高的关键技术和天然有机质养地规律；系统研究了虫害防治的关键技术体系，即利用物理+生物相结合的方法管理害虫物种，促进害虫天敌种群扩张，建立了害虫防治的“四道防线”集成技术体系，提出“六不用”生产和销售管理模式；建立了一整套从土壤肥力提升、作物生产、品质控制到产品销售的增氮固碳循环型高效生态农业模式的技术体系。 与合作单位山东润竹山农业科技有限公司、河南中远有机农业研究所有限公司合作，该成果已经在内蒙古、山东、河南、浙江、贵州等全国各地区 60 多个基地或农 场进行了技术推广，开展了高效生态农业种植技术的集成应用，累计推广面积达55万余亩。累计获得经济效益超过30亿元。该项目发表科研论文 59 篇，其中 SCI 论文 39 篇，出版专著 4 部；获得国家发明专利5项，实用新型专利3项。

二、项目简介

自上世纪八十年代以来，我国粮食产量得到显著提高，但农田大量使用化肥、农药、除草剂等化学物质，已经造成土壤肥力下降、地下水和空气污染、温室气体排放增加、元素不能有效循环、生物多样性丧失等环境问题，食品安全也受到严重威胁。在这一背景下，该项目开始探索可持续农业发展的道路，经过十多年研发与 田间大规模试验验证，创造性地开发和推广了增氮固碳循环型高效生态农业模式，集成了种养结合、改良土壤、增氮固碳、种地养地、作物产量提高和品质提升的综合技术体系，创立了“六不用”生产与销售技术体系，解决了一系列农业、环境、健 康与产品信任等难题。

 (1) 创新性地提出 “畜南下、禽北上”的大农业战略思路，构建了种养有机结合的循环型高效生态农业模式，充分利用农区作物制造的光合产物，实现农业资源高效利用和土壤元素良性循环的目标。将传统畜牧业向长城以南转移，利用农区废弃 的秸秆经过一定技术处理，发酵青储后养牛，利用牛粪经微生物加工生产有机肥还田，发展高效生态农业，增加粮食产量；将禽类（鸡、鹅等）养殖放在北方的草原，既可减少大型牲畜数量，又保证牧民经济收入不减少，同时促进退化草地的自然恢复。该成果为我国循环型高效生态农业提供了可复制的操作模式和样板。

(2) 创建了一整套有机肥生产技术体系，揭示了我国生物质氮资源库及其替代化肥的潜力，解决了生态农业生产中关键的制约因素有机肥来源问题，为生态种植 提供技术保障；揭示了农田土壤有机质和氮肥高效利用的关系，解决了土壤肥力提 高和种地养地的关键技术，3~4 年内可将低产田改良为高产田，实现了粮食高产、稳产、农田固碳减排的目标。阐明了中国 2009-2018 年间 12 种生物质资源的氮库潜 力，每年产生的固体生物质资源量(干重)约为 15.27 亿吨，动物尿液(湿重)约为 8.79 亿吨，共含 2553 万吨纯氮，是全国农业栽培植物实际吸收化学合成氮的 4.12 倍。通 过科学配比这些生物质，添加适量矿物质如磷矿石、虾蟹壳粉等，添加益生菌起到 抗生作用，堆肥 3 个月或经过蚯蚓处理，形成有机肥。该有机肥保温保墒，微生物 活性高，实现由低产田向高产吨粮田（小麦-玉米周年产量）转变。系统阐明了农田 土壤碳固定、释放规律，明确了固碳型生态农业模式的有机肥施用量，建立了精准 施肥固碳增氮技术，再加上深翻耕技术，暖温带农田耕地固碳潜力实现了11.5 吨/CO2 当量/公顷/年。该成果为我国退化农田恢复和土壤改良、生态农业产量提高和农田碳 减排等提供科学理论和可靠的技术保障。

(3) 创建了农业生产中害虫防治的技术体系，完全杜绝了生产链中有害化学物 质使用，净化了食物链。阐明了农田害虫的种类和活动规律，集成了害虫防治的“四 道防线”技术体系，结合机械+人工除草等措施，所产农产品不含农药残留、激素、 抗生素等。从源头杜绝有害化学物质进入农业生态系统，消除了面源污染，保护了 生态环境。为我国农田污染源头控制与食物安全保障提供强有力的技术支撑。 该项目获得国家发明专利 5 项，实用新型专利 3 项；出版专著 4 部，发表学术 论文 59 篇，其中 SCI 论文 39 篇；参加国际会议 4 次；在全国建立“六不用”高效生态农业基地 60 多处，累积推广面积 55 万余亩，累计经济效益超过 30 亿元，近三年 新增销售额 3.6 亿元；生态农产品的消费者分布于全国 30 多个省份。