大道至简以民为本
运怡冰
2016年5月30日，全国科技创新大会在京召开。会上，习近平总书记指出，“纵观人类发展历史，创新始终是一个国家、一个民族发展的重要力量，也始终是推动人类社会进步的重要力量。实施创新驱动发展战略，是应对发展环境变化、把握发展自主权、提高核心竞争力的必然选择，是加快转变经济发展方式、破解经济发展深层次矛盾和问题的必然选择，是更好引领我国经济发展新常态、保持我国经济持续健康发展的必然选择。我们要深入贯彻新发展理念，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，深入实施创新驱动发展战略，统筹谋划，加强组织，优化我国科技事业发展总体布局”。作为农业大国，创新农业科技，打造绿色健康的现代化农业成为当代科研工作者的最大目标。
他，是一个因强烈“饥饿感”而投身农业的人；他，是一个对土地爱得深沉，视土地为生命的人；他，更是一个在喧嚣时代时刻保持清醒头脑的智者。为了破解我国农业生态持续恶化，化肥副作用及环境破坏愈发凸显的世界性难题，实现自己的绿色农业梦，他慎思笃行，开拓创新，用坦荡的情怀实现着对科学和真理的追逐。他就是西北农林科技大学资源环境学院植物营养学教授刘存寿。
我国是人口大国，更是农业大国，用占世界8%的耕地养活着占世界21%的人口，土地是我们赖以生存的根本。“庄稼要好，肥料要饱”“春肥满筐，秋谷满仓”等谚语生动地描述了自古农家就认识到土壤培肥对农业生产的重要性。1840年，德国化学家李比希提出的“矿物质营养理论”为化肥施用和化肥工业发展提供了理论依据，作物产量得以大幅度提高。但随着化肥施用量的持续增加和施用时期的延长，化肥的副作用日益突出，化肥效益下降、土壤环境恶化、农产品品质下降、作物抗性降低等一系列问题愈加严重，这些问题如果不能有效遏制，将会威胁人类生存。但身为植物营养学博士的刘存寿，在大半生的研究生涯中，并没有像本领域其他专家那样把研究的方向聚焦在植物本身，而是从土壤与植物的关系入手，通过理清关系链之间前因后果的逻辑顺序，从而找到一个解决问题的方法。他提出了全营养有机营养学说，打破了在世界化肥工业统治170多年的李比希矿物质营养学说，开拓了农作物施肥的新理论。这一理论的提出不仅在本专业领域形成颠覆性的影响力，而且对全球资源保护、人类生态环境优化起到跨时代的作用。
理念创新，视角独到，道法自然寻根本
刘存寿为何要投身农业？具体原因还要从他的经历说起。经历饥荒和“文革”动乱的他，因潜藏内心深处挥之不去的“饥饿”感而考取了中专院校的农学专业，只为实现人人吃饱饭的朴素理想。尽管毕业被分配到一个不错的单位，但在工作中总是感觉学到的知识还远远不够，于是工作之余他继续读书学习，并顺利考取陕西师范大学化学系。工作几年后，他再次选择读书深造，并考取高级植物生理学博士学位。
正是在工作中学习，在学习中工作，不断的充实和完善自己的知识结构，让刘存寿形成了广阔的视野和独到的见解。他在看待植物学研究的时候，会从植物全生命周期出发，对农业发展的整个体系进行思考，还会研究化学物质对植物的影响效应。“中国在改革开放之后的發展农业生产的模式跟美国比较相似，都是以追求高产为主，大量施用化学农药。这种行为导致了土壤和海水的污染。”刘存寿经翻阅大量国外期刊，充分研究了美国的相关发展和研究案例，给出了这样的解释。
根据研究的案例，刘存寿开始思考：为什么人类农业文明发展了上千年，但是没有出现土壤污染的问题，而且我们食用的蔬果等食物也保持了原汁原味，而现代化农业的发展却引发了一系列食品安全问题？施用化学农药和施用有机肥料这两种情况之间，到底存在什么区别？“人法地、地法天、天法道、道法自然”，崇尚哲学思想的刘存寿决定展开研究，试图从中找到问题的根源。尽管在研究经费极度紧张的时代，也丝毫阻挡不了他的科研热情，他决然拿出自己微薄的工资来支持自己的科研工作，就这样，他在对有机全营养肥的研究和实验中苦心坚守了二十多年。
理论创新，顺应自然，透过现象看本质
学科交叉融合、利用现代分析方法是刘存寿博士取得理论突破的关键所在。为了理清现代农业生态和原始植物生态，从1996年起，刘存寿团队从“未被人类化学工业污染的原始森林”自然土壤入手，先后进行了森林土壤转化过程、土壤中矿物元素种类比例及其与植物吸收的关系、土壤矿物元素赋存的化学形态及其与植物营养的关系、土壤水溶性腐殖酸的物质组成及其与植物营养的关系、自然植物营养原理的人工模拟与缺点改进等系统性研究。
为了明确土壤中水溶性腐殖酸的植物营养功能来源，刘存寿组织植物营养、生物化学、植物生理和仪器分析专家们开始了联合攻关，他们用了两年时间首次完成了土壤水溶性腐殖酸物质组成测定工作，这不仅为有机肥料能够增强植物抗性（抗旱、抗寒、抗病、抗虫）找到了物质实证，也为德国化学家范泰耶尔的腐殖质营养理论和我国植物生理与植物营养学家孙羲的有机—无机营养理论提供了依据。他们从水溶性腐殖酸中测定到约2000余种有机物质，按照这些物质的植物生理作用可将其划分为七大类；同时，他们还测定到其中含有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。
针对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，该研究团队进行了深入研究。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、验证了四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；④碳基是植物营养的中心。
“我们赖以生存的土壤病了！”刘存寿教授感叹道，“土壤是由土壤微生物、土壤有机物和土壤矿物构成的生命体。长期大量施用无机合成化学肥料，无论是从营养种类上还是从化学形态上，均不能满足植物天然需求，同时破坏土壤生态，合成除草剂和杀菌剂频繁施用，使之雪上加霜。”病根就是人类违背了自然原理。
技术创新，高效循环，科研成果产业化
如果说水溶性腐殖酸物质组成的成功测定是刘存寿专家组研究工作的第一项突破，四条自然植物营养原理的提出是其理论研究成果，那么天然有机物人工快速降解就是刘存寿专家组研究工作的第二项突破，水溶性全营养生态有机复合肥是技术化成果。
我们传统施用的有机肥虽然是天然有机物，但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，利用率极低。
为了有效提高有机碳植物利用效率和养殖粪便、城市污泥完全无害化处理，让植物吸收更多的营养，刘存寿教授带领科研团队，经过5年反复实验，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。同时，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，制备成水溶性全营养有机复合肥。
刘存寿教授介绍说，水溶性全营养生态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，保证了土壤的健康，保证了生态环境的平衡。其创新性体现在：①测定了土壤腐植酸、植物营养元素中含有至少41种元素，其中矿物质38种，测定了腐植酸中全部矿物质种类；②提高了有机肥料的植物营养功能；③采用油母页岩及天然矿物质活化技术，制备水溶性全营养有机复合肥，减少了化学肥料的使用量，降低了成本；④采用人工模拟微生物降解，利用物理化学方法使天然有机物4小时内完全降解，且在提高速度的同时减少有机碳损失率（降解速度比微生物快120倍，有机碳损失率0.0012%）；⑤集元素种类、化学形态、养分比例、全水溶于一体，且加工方法和成分具有独特性。
肥效是检验理论研究和加工技术的唯一标准。多年、多地、多作物的肥效试验、示范和大面积应用，水溶性全营养生态有机肥显示出全面显著的肥效。测定和观察得到的肥效概况为：①苹果百叶重提高50%～80%，叶片叶绿素含量增加40%～46.5%，光合速率提高45%；②促进根系发育。施肥两年后，苹果和猕猴桃毛细根总量增加100%以上；③抑制果树大小年，提高果实产量。连续6年水溶性全营养生态有机肥施肥示范苹果园，没有出现大小年现象。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；④防除早期落叶，叶片功能期延长30天以上。猕猴桃黄花、苹果腐烂病的连作障碍减轻40～85%；蔬菜发病顯著减轻；⑤提高作物抗性。在同样条件下，水溶性全营养生态有机肥施肥示范果园发病很轻；⑥改善农产品品质。肥效示范生产的大米、马铃薯和苹果，经农业部认证检测机构按有机农产品项目检验，均达到有机农产品指标。
2014年，农业部出台了《农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，确保到2020年实现“一控两减三基本”的目标。“一控”，即控制用水总量；“两减”，即化肥农药减量；“三基本”，即畜禽粪污、农膜、农作物秸秆基本得到资源化、综合循环再利用和无害化处理。这是政府通过农业产业部署为土地问题的解决提出的明确要求。而刘存寿的研究结果和技术化产品为农业部的政策目标提供了技术保障。
我国是资源相对贫乏的国家，化肥生产已使磷资源难以为继，钾肥主要靠进口。同时，每年农业生产、农产品加工、养殖等产生的大量自然化学能量物大多数成为环境污染物。“将这些珍贵的可再生自然资源科学利用，不仅能满足作物高产需要的全部营养，而且使土壤持续肥沃，大幅度减少二氧化碳排放。”刘存寿如是说。
刘存寿在化工专家的帮助下，设计出整套工艺将各项技术连接起来，形成全新的新型肥料生产工艺，该工艺已被陕西旺辰实业有限责任公司规模化实施。总投资1.3亿元人民币，年产30万吨水溶性全营养生态有机复合肥系列产品，现已进入试车调试，产品不久将面世。
刘存寿的研究成果得到了市场的认可，也得到了上级领导和业界同行的高度关注。2014年，刘存寿应邀参加了院士咨询项目—“中国化肥问题与对策”研讨会。2015年4月16—18日，中国科学院院士、俄罗斯国际科学院外籍院士、厦门大学教授赵玉芬专程就绿色有机肥研究到西北农林科技大学调研，对刘存寿副研究员关于化肥副作用的系统研究表示高度肯定，认为其研究结果集理论创新、方法创新与技术产业化于一体，符合香山会议宗旨，并邀请刘存寿在香山会议作“模拟自然植物营养原理生产绿色肥料技术研究”专题报告，结果受到与会专家的一致好评。
模式创新，创建联盟，控制源头保安全
“任何人工合成的化学物质，对生物都是有害的。因为它造成了植物代谢的改变，所以人会生各种各样的怪病。土壤健康，植物才能健康。植物健康，我们人类才能健康。”刘存寿说。
食品安全问题近年来越来越成为大众关注的焦点，但是现在社会上提出的有机农业只是一个单纯的概念，并没有形成一个可实行的标准。为了从根源上解决食品安全问题，刘存寿及其团队准备成立一个“中国生态农业创新联盟”的互联网平台。首先这个平台会向全社会承诺，提供优质农产品。那么，通过平台将实现肥料选取统一、种子类型统一、施肥技术统一、技术管理统一、产品采购统一、销售品牌统一、售后服务统一，从而逐步完善所有农产品的质量。这个平台就像一个种子工程，通过一波波项目推进形成良性循环，从而真正实现土壤优化和农产品效能提升，进而达到降低环境污染、提高食品安全的目的。
中国古代四大发明曾让中国名扬世界。刘存寿教授心里有个梦想，就是要让“水溶性全营养有机复合肥”这一“中国原创”走出国门，帮助世界各国走出农业发展困局，摆脱生态灾难，走上良性发展之路。这不仅是他的绿色“农业梦”，更是他的富强“中国梦”。
