過去的30年,中國利用占世界9%的耕地,成功解決了占世界總?cè)丝?0%的13億國人的吃飯問題,而且到2012年已經(jīng)保持了糧食連續(xù)9年增產(chǎn)的成就,為中國經(jīng)濟(jì)的高速增長和社會(huì)穩(wěn)定提供了基本保障。但這30年間,化肥、農(nóng)藥的使用量不斷提升,牲畜糞尿、秸稈等廢棄物也大量增加,已造成了農(nóng)村和農(nóng)田的廣泛面源污染和土壤肥力下降等嚴(yán)重問題,惡化了生態(tài)和城鄉(xiāng)人民的生活環(huán)境。根據(jù)2007年中國污染普查的結(jié)果,全國農(nóng)業(yè)排放的化學(xué)需氧量(COD)占全國排放總量的43.7% (1320萬噸);農(nóng)田排放的氮、磷分別占總量的57.2%和67.4% (270萬噸和28萬噸)。因此,中國農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中面臨著既要保持高產(chǎn),又必須減少面源污染的雙重壓力。針對(duì)這一問題,中國農(nóng)業(yè)部及相關(guān)部門已經(jīng)展開工作,推動(dòng)發(fā)展清潔農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)。當(dāng)務(wù)之急是,迫切需要可行的技術(shù)方案來降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)化肥、農(nóng)藥的依賴,提高其使用效率,從而構(gòu)建起支撐我國人與自然和諧相處,永續(xù)發(fā)展的生態(tài)與環(huán)境基礎(chǔ)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,氮素養(yǎng)分是繼水之后最大的制約因素。每生產(chǎn)一噸谷物等糧食,需要消耗土壤中20 到40公斤氮素。要保持糧食高產(chǎn),必須向土壤中補(bǔ)充氮素及其它營養(yǎng)元素。從1981至2008年的30年間,中國的糧食產(chǎn)量增長了63%;同期氮肥用量則增長了近2倍,我國化肥用量占全球總量的35%。過量使用化肥造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。一是增加了溫室氣體的排放。1980至2010年間,中國與化肥生產(chǎn)及使用有關(guān)的溫室氣體的排放增加了3.45倍,平均每年增加1070萬噸CO2當(dāng)量。最近幾年,中國北方城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化,與過量使用氮肥直接相關(guān);二是過量施用到田間的氮肥效率愈來愈低。1961年,1公斤化肥可生產(chǎn)151公斤糧食,而至2005年1公斤化肥只生產(chǎn)9公斤糧食。作物吸收不了的過量化肥會(huì)隨水淋失,進(jìn)入地下水或江湖,引起水質(zhì)惡化(富營養(yǎng)化)。近年來太湖的藻華及青島的滸苔爆發(fā)都是這種富營養(yǎng)化的結(jié)果;三是增加了植物體內(nèi)的游離硝酸鹽。進(jìn)入食物中的硝酸鹽在一定條件下會(huì)被轉(zhuǎn)化為亞硝酸,危及食品安全;四是引起土壤酸化。中國的土壤pH值(酸堿度)在過去的20年間下降了0.5個(gè)單位,過量施用氮肥為其主因。土壤酸化會(huì)直接影響植物和土壤微生物生長,加重植物真菌病害,加速土壤中重金屬的溶解釋放。另外,對(duì)化肥的過度依賴及有機(jī)肥施用量大為減少,造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤結(jié)構(gòu)被破壞,并最終引起土壤板結(jié),肥力下降。這種情況日趨嚴(yán)峻,到了必須立即解決的時(shí)刻。
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的另一個(gè)問題是作物重茬,病蟲危害,濫用農(nóng)藥。由此導(dǎo)致病原菌和害蟲抗藥性的提高。另一方面,殘留農(nóng)藥進(jìn)入水體和食物鏈,造成食品安全隱患,威脅到人民的身體健康。2013年5月份爆出的山東濰坊農(nóng)民濫用神農(nóng)丹,生產(chǎn)毒姜的事件就是一例。在自然界,動(dòng)植物的病原菌、昆蟲群體中都會(huì)有天然存在或基因突變產(chǎn)生的抗性基因。而農(nóng)藥的長期使用,會(huì)對(duì)具有藥物(殺菌劑、殺蟲劑)抗性的個(gè)體產(chǎn)生選擇性富集,使得病蟲害群體的抗性逐漸提高,從而迫使人們進(jìn)一步提高農(nóng)藥的用量。這一惡性循環(huán)的最后結(jié)果,就是藥物的用量越來越大,由此產(chǎn)生的環(huán)境污染也越來越重。我國已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的具有較高抗藥性的昆蟲有幾十種,包括一些重要的農(nóng)業(yè)害蟲和衛(wèi)生害蟲,例如棉鈴蟲、棉蚜、二化螟、小菜蛾等。在植物病原微生物方面,真菌、細(xì)菌及線蟲中都發(fā)現(xiàn)了抗藥性。
根據(jù)我們的研究和認(rèn)識(shí),要解決上面所提到的我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大問題,最重要的途徑是:1)重施有機(jī)肥,將有機(jī)肥與化肥結(jié)合施用,即發(fā)展新型的無廢棄物農(nóng)業(yè);2)充分發(fā)揮豆科植物根瘤菌的共生固氮作用;3)推行豆科與其它作物間套輪作種植體系;通過這些措施以達(dá)到大幅減少化學(xué)氮肥與農(nóng)藥用量,使土壤肥力常存、保糧食優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、環(huán)境日漸美好。