作者:程春生 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/6 16:40:35
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褚清河:破解施肥领域“哥德巴赫猜想”

褚清河在他的示范田

褚清河介绍他的研究成果

 

土壤施肥与作物育种,作为两个不同研究领域一直在农业界“无任何往来”。

在土壤施肥问题上,国内外学者至今仍把氮磷单施效果的好坏归咎于土壤氮磷养分的最小因子,从未把施肥与作物营养遗传特性联系在一起。因此,作物品种产量潜力水平与作物最高产量施肥量、施肥比例等相关问题成为了施肥学研究领域的“哥德巴赫猜想”。

山西省农科院研究员褚清河,经过三十多年的刻苦攻关,破译了土壤施肥与作物品种营养遗传特性之间存在的密码,首次创立了土壤施肥配比理论,并发明了现代数字化配套施肥技术,推动了传统农业施肥迈向了精准、环保和高产高效的数字化时代,也使良种良法配套增产潜力进一步得到发挥。

不忘初心 不断追寻科技梦

褚清河出生于山西省娄烦县一个贫困农家,少年时想通过掌握科学知识解决父老乡亲的吃饭问题就成为他的愿望。1977年,褚清河考上了山西农业大学土壤农化系,开始了自己梦想的追逐。

大学学习期间,他对土壤供肥和作物如何吸肥等知识表现出极大兴趣。当学习作物营养与施肥课时,他觉得最小因子理论不仅与植物生理学中主动吸收、选择吸收及离子相助作用的理论相悖,而且还与生产中用氮磷钾做底肥的施肥方法相矛盾,因此,他认为施肥最小因子理论并不成立。

既然最小因子理论是一个经不起推敲的理论,为什么还流行了100多年,而且至今被我国专家学者推崇为经典理论,这一问题一直萦绕在他的脑海。

1982年,褚清河大学毕业分配到山西省农科院农业资源与经济研究所工作。他借到了李比希《化学在农业和生理学上的应用》第七版原著翻译本,通过反复研读,终于知道最小因子理论是养分归还学说的内容,根本不是什么高产施肥理论,作物产量由土壤中相对含量最小的一个养分因子决定的理论,是李比希在原著中提出的。在李比希后来的修正著作中,最小因子理论也很不完善。

褚清河认为,学术界长期推崇最小因子理论为经典施肥理论,实际是一种盲从。为确立科学的施肥理论,褚清河走上了一条证明李比希最小因子理论正确与否的探索之路。

始于原理 创立新的施肥理论

2008年,褚清河取得南京农业大学博士学位,回到单位后继续进行施肥理论的深入研究。他突破传统思路和研究方法,深入研究了土壤养分相对最小和最大剂量下氮磷肥的增产效果,同时进行了不同玉米品种氮磷单施和配施的增产效果对比研究,攻克了一个又一个难题,从而证明了土壤施肥是作物内在营养遗传特性的外在施肥表现形式,施肥的目的就是要从时间上协调作物品种特性要求的施肥比例和施肥量,而作物品种营养遗传特性是决定氮磷单施还是配施的内在因素。

据此,他还在《土壤施肥配比理论和方法的研究》专著中,提出了这样的土壤施肥配比理论:土壤种植作物存在平衡与不平衡土壤养分类型,即土壤氮磷供应满足程度基本相同和氮高磷低、磷高氮低等形式,并具有相应氮磷和氮磷钾最佳施肥比例。最佳施肥比例的作用是调整作物苗期土壤供肥由不平衡供应转化为平衡供应或保持土壤原有供肥的均衡性,而施肥量的作用则是提高作物苗期土壤养分的供应强度。作物要获得高产,氮磷在作物耐肥性允许的任何土壤养分含量水平下均需施用,而钾只有在缺乏即为最低量营养物质时才需与氮磷配合施用,否则就会降低作物产量水平。

“决定作物产量的,并非是经典施肥理论所阐述的土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因素,而是取决于施什么肥料效果好以及以什么比例和用量施用才合理的作物品种营养遗传特性。”褚清河强调。

2013年,在山西省科技厅组织的成果鉴定会上,中国科学院院士赵其国为首的专家组认为,褚清河在施肥与边际产量、钾适宜条件下的氮磷配比施肥研究方面已达到国际领先水平。

不断创新 实现数字化施肥目标

“国内外随着施肥量的增加,每公斤化肥增产粮食逐年在递减,其原因主要是没有或无法按最佳氮磷比例施肥。”褚清河告诉记者,在最佳氮磷比例条件与最大施氮量范围内,不同作物边际产量基本为一常数,在现行品种和栽培密度条件下,小麦、玉米的边际产量基本在13公斤左右。我国目前玉米的氮肥利用率在80%左右,生理利用率仅12.8%,但在氮磷施肥比例合理的情况下,玉米氮肥的生理利用率可达到30.9%。

土壤施肥配比理论的确立与施肥比例规律的发现,为生产具有高科技含量的复合肥及数字化施肥提供了理论基础和核心技术。褚清河根据土壤种植作物存在的氮高磷低、磷高氮低等10种养分状况和特定施肥比例,发明了能标准化生产的10种剂型复合肥,称之为“调控肥”,同时研究成功依土壤主要肥力指标直接计算土壤种植作物所需复合肥型号类别和用量的“数字化施肥技术”。

经试验与推广证明,氮磷亩总用量在23公斤左右,通过调整氮磷施用比例,可使旱地小麦亩产从408.5公斤提高到654.7 公斤,增产幅度为25.3%~42%。

记者了解到,褚清河发明的“调控肥”,已实现与数字化施肥计算机系统相配套,并能通过土壤取样,做出不同地块种植不同作物所需复合肥剂型、用量的电子区划图,让农民看图就可种庄稼。而且使用这种复合肥料,只需要播种前一次施用,以后不再追肥,这样能减少用肥1/3,降低了生产成本和土壤污染,还可有效提高农产品品质。尤其是避免了盲目施用氮磷钾三元复合肥带来的钾素浪费和环境污染。

目前,褚清河的相关研究成果已获多项山西省科技进步奖,相关论文先后在《土壤学报》《土壤通报》等杂志发表。他研究发明的数字化施肥技术以及“调控肥”已在山西省75个县(市、区)推广应用,并推广到山东、江苏等地,累计推广面积达283万公顷,粮食作物增产幅度达到23%~48%。

“十年磨一剑”,褚清河解开了施肥研究领域的“哥德巴赫猜想”之谜,实现了他的科学梦想,使其技术成为农业施肥发展史上的一大创举。能尽快让“数字化施肥技术”这一研究成果造福全人类,已成为他最大的心愿。

 
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2016/9/6 20:30:34 Linzm
“数字化施肥技术”如何操作,这与“缓释肥”、“测土配方施肥”和“精准农业”有何差别?
2016/9/6 17:31:54 qims
http://blog.sciencenet.cn/blog-2649160-961118.html
Michio Morishima (森嶋通夫 July 18, 1923 – July 13, 2004) 的意见
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