党永富：科技为犁，减了化肥，绿了中国
党永富：科技为犁，减了化肥，绿了中国
27年前,河南省周口市一个20岁刚出头的青年农民,因为看到除草剂的副作用,走上了一条化肥农药双减量、节本增效、防治土壤污染的道路,发明8项相关专利技术及产品。他治理因过度施用除草剂造成的“癌症田”2100万亩,为农民挽回巨量经济损失。最近3年,在新疆维吾尔自治区和河南省援疆指挥部的大力支持下,他大力开展科技援疆,在巴里坤县等地推广化肥减量增效显著。
他就是2014年全国“十大三农人物”、河南省人大代表、今年5月刚刚当选联合国国际生态生命科学院院士的党永富。他不仅用自己的专利和技术推动土壤污染防治,还积极向国家和各级政府部门建言献策,先后提出决策建议近20条。他还把脚步迈向世界舞台,先后到十几个国家演讲、培训,推广中国的化肥农药双减量技术。在联合国可持续发展高级别政治论坛上,时任联合国秘书长的潘基文听取了他《拯救被化肥农药污染的耕地》的演讲后,称赞他将成为“人类的英雄”。
一份来自新疆的化肥减量增效报告
金秋十月,瓜果飘香。
提起新疆,人们首先想到哈密瓜和葡萄,但对当地果农而言,飘香的瓜果,带给他们的并不全是甜蜜。过往岁月,过度使用化肥,本想提高产量,增加效益,结果产量没提高,反而带来一些瓜果品质的下降。
但是,在最近两三年,这一切发生着历史性转变。
在哈密市伊州区花园乡,果农康文斌在专家指导下,今年按化肥减量技术种了20亩哈密瓜,化肥使用量大大减少,喷施一种叫做“奈安微蜜”的水溶肥,亩均收入显著增加。而且,喷施“奈安微蜜”的哈密瓜,个头均匀,成熟度一致,品相好,提前多日成熟,糖度相比对照田显著增加,口感纯正,在市场上明显更加抢手。
同样是在伊州区,南湖乡南湖村的张万富今年种了11亩酿酒葡萄做化肥减量试验,专门留2亩田作对照。新疆维吾尔自治区农业厅组织专家验收发现,在追肥减量的情况下,单粒数增加,单粒重增加,果粒整齐度提高,果粒直径增加,含糖量提高,糖酸比提高,干浸出物提高,单宁提高,出酒率提高,挥发酸降低,总二氧化硫降低,发酵分离时间缩短多日;提前成熟多日,增产显著。
2017年,全县整体推进“化肥减量增效技术”的巴里坤县,13万亩农作物化肥减量,减少了大量化肥使用,增收显著。
哈密市是河南省按照党中央、国务院指示,确定的对口援疆单位。河南省不仅在人力、财力、智力上援疆,而且注重开展科技援疆。今年年初,在河南省援疆指挥部大力支持下,巴里坤县委、县政府成立“奈安微蜜”项目工作领导小组,农业局同时成立技术领导小组,形成了“政府搭台、技术唱戏、项目支持、农民受益”的格局,探索出化肥减量提质增效与土壤污染防治的新模式。
巴里坤县的这次试验,涉及小麦11.1万亩,蔬菜1万亩,马铃薯0.6万亩,哈密瓜0.3万亩。2017年8月29日,新疆自治区土肥工作总站组织农业部耕保中心、中国农科院、新疆自治区农科院、哈密市农技推广中心专家成立验收组,进行实地测产显示:
11. 1万亩小麦、6000亩马铃薯、5000亩大白菜:在减少化肥使用量的情况下,成本大大减少,显著增收。
广袤的新疆大地,由于干旱少雨,土壤有机质含量低下,生态环境一直相对脆弱。在这样的情况下,农业发展需要更多的环境呵护,同时要着力解决部分地区无霜期短、积温不够导致的减产品质下降等问题。
对此,新疆维吾尔自治区党委、政府将其列入重要议事日程。2015年,自治区农业厅根据自治区党委、政府发展绿色农业、保护生态环境要求和农业部化肥减量安排,在全国范围内广泛征集可以实现化肥减量增效、又能治理土壤污染的新技术、新产品。在征集到的16种化肥减量技术中,“奈安微蜜”有机水溶肥产品及技术,脱颖而出。
事实上,这项“化肥减量增效和防治土壤污染”的绿色技术,早在3年前就已经在新疆开始了试验使用。
3年来,新疆塔城、博乐、昌吉、尉犁、新和、阿克陶、伽师、洛浦等16个县(市),在棉花、小麦、水稻、玉米、马铃薯、番茄、辣椒、葡萄、哈密瓜等作物上试验示范,不断取得令人瞩目的效果。
尤其是今年巴里坤全县在多种农作物上的大面积整体推进,把这项新技术、新产品的推广面积一下子提高到30万亩,不仅让人们领略了科学技术的无穷魅力,也得到了中国农科院的跟踪实测证实,并受到农业部耕地质量保护中心的高度肯定。
“微蜜”的密码
这究竟是一项什么技术?何以有如此神奇魅力?
发明人党永富介绍,“奈安微蜜”其实是一种有机水溶肥。它成本低,减肥增产、保护环境相对容易,可代替部分化肥缓解土壤污染问题;有很好的保水吸水性,能够提高土壤微生物多样性,改善土壤微环境。尤其是在新疆,土壤气候条件异常,干燥缺水、土壤生态环境较为脆弱。“奈安微蜜”可解决土壤水源不足难题,有利于恢复建立土壤生态环境,促进土壤良性循环。
“奈安微蜜”的主要成分是聚谷氨酸。这是由多种杆菌产生的一种胞外多肽,是微生物荚膜的主要成分。自上世纪三四十年代发明出来后,多应用于医药、化妆品与日化用品、食品、基因工程等方面。党永富被它的保湿功能所吸引,认为如在农业领域能起到保水作用,将是一个很好的生产资料。他反复试验证实,它不仅具有保水功能,还有改良土壤和减肥功能。但是聚谷氨酸生产成本高、收率低、遇阳光分解快、稳定性差等问题又接踵而来。这些问题,如果用在日化、医药等高附加值产品领域的生产上,也许不是问题。但用在效益本来就比较低的农业领域,党永富必须直面解决!他带领研发团队在文献调研、充分了解聚谷氨酸研发中存在的技术问题、以及对聚谷氨酸在农业方面应用的根本出路分析的基础上,研发炭吸附聚谷氨酸,又通过微生物发酵生产出炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥,最终开发出了可提高化肥利用率,化肥减量的“炭吸附聚谷氨酸”新材料,成功实现了炭吸附聚谷氨酸的产业化。
在自然环境下,炭吸附聚谷氨酸可完全降解成小分子氨基酸。绝大部分小分子氨基酸,能够直接被作物吸收,成为作物的直接营养源,既可以补充土壤有机营养,又可改善土壤结构。无论阳离子基团还是阴离子基团,被炭吸附聚谷氨酸高分子材料作用到,即可呈溶解态,先吸附贮存,再缓缓释放,从而促进作物对氮、磷、钾及微量元素的吸收。同时,还可避免因灌溉及下大雨剧烈冲刷导致的肥力流失,最终提高肥料利用率,实现化肥减量。
炭吸附聚谷氨酸高分子材料在非生物胁迫下,还可以通过提高作物自身酶活性和减少作物体内破坏细胞活性氧(ROS)含量,增强作物的抗逆性;且能在生物胁迫下诱导作物产生抗病性,提高作物生长过程中的叶绿素含量,增强POD酶活,提高根系活力,提高N、P、K含量,促进作物生长。
在取得河南省疾病预防控制中心检测证明该产品为无毒级的基础上,2015年10月,“奈安维蜜”炭吸附聚谷氨酸,取得农业部登记,2016年5月,被中国绿色食品协会认证为绿色生产资料。
2014年开始,河南省土肥站在禹州市和西华县进行夏玉米轮作使用炭吸附聚谷氨酸产品定点定位试验。
两年后,2016年5月,中国科学院动物所取土样对土壤菌群分类学组成分析,发现经过处理的土壤中,各样本纲、目、科、属、种各分类水平的微生物类群数均有增加,3个处理土壤中属和种的微生物类群数尤为显著,比对照组分别增加了36、40、52种群。处理田土壤中的微生物种群数量增加,意味着土壤活力增加,成为良性可持续使用的土壤。
中国科学院的这项分析还证实,3个示范田土壤中的磷、钾含量没有明显变化;但全氮含量均明显高出对照土壤的全氮含量,平均含量相比对照土壤也显著提高。这证明炭吸附聚谷氨酸可以增加土壤中微生物多样性,促进作物固氮,从而增加土壤固氮能力,提高土壤中的含氮量,使作物达到高产丰收。
在pH值、密度和总孔隙度方面,示范地土壤pH逐步趋向中性,土壤密度略有增加,总孔隙度比对照田平均水平高出不少。这证明炭吸附聚谷氨酸通过增加微生物的多样性,增加了作物固氮,一定程度上改善了土壤的pH值、使得土壤的总孔隙度增加,有利于作物根系生长发育,从而提高作物抗逆能力。
在土壤质地方面,也发现炭吸附聚谷氨酸示范田土壤比对照田土壤,小团粒结构减少、大团粒结构增多,可以有效改善土壤团粒结构,作物可以较好地吸收养分,促进生长。
评审委员会认为:该技术在生产技术工艺先进,经济效益、环境效益显著,符合国家减肥减药的产业政策,菌种筛选炭吸附交联技术方面居国际同类产品领先水平,建议加快在农业上推广应用。
二十七年治土路
党永富从发现除草剂副作用开始,走上研发“奈安微蜜”技术,进行化肥减量增效、土壤污染防治的农业环保道路。27年历尽艰辛,矢志不渝。
1988年,党永富还是河南省周口市的一个青年农民。在外地工作的哥哥怕他种田辛苦,特意买了除草剂寄给他。但是,在使用过程中,他发现除草剂在除掉杂草的同时,也严重损害了庄稼。这时,他决定亲自生产一种没有副作用的除草剂,可在具体生产过程中,他发现会污染地下水,便果断放弃了。
他放弃了生产,却并没有放弃对除草剂副作用防治的思考。1997年,通过不断的实验摸索,党永富首次提出了安全添加剂概念。从土办法到科学实验,终于在2005年,研制出了我国关于防治除草剂残留污染的技术产品——“奈安除草安全添加剂”,并获得国家发明专利。
也就是在这一年,除草剂副作用在我国开始大面积爆发,一些田块寸草不生,不仅不长草,也很难长庄稼,被农民们痛心地称为“癌症田”。从那时开始,年复一年,党永富南下北上,东奔西走,截至2015年,他运用自己的专利成果帮助农民治理因除草剂残留污染造成的“癌症田”,开展除草剂显性药害公益性救助800多万亩,预防除草剂隐形药害近一亿亩次,累计为农民挽回巨大经济损失。
早在2006年12月,河南省科技厅就邀请中国农科院植保所、黑龙江省植保站、河南农科院、河南省植保站等单位专家,组成以中国工程院院士李俊贤为组长的评审委员会,针对“奈安除草安全添加剂”的使用效果进行科技成果鉴定,认为“奈安除草安全添加剂”能有效解决除草剂副作用产生的药害和残留,把除草剂对农作物的抑制期大大缩短,显著提高农作物产量,填补国内空白,居国际领先水平。
在开展除草剂副作用污染防治时,党永富经常下乡和农民群众沟通交流,发现很多农民群众反映土壤板结,化肥投入成本逐年增加,而产量却不增加,甚至减少。通过调查分析研究,党永富发现土地的有机质明显下降,土壤对化肥产生了耐肥性。他自此又产生了化肥减量技术研究的想法。为此,他一方面向群众培训科技知识,另一方面积极向国家呼吁化肥、农药减量,预防土壤板结、预防土地污染。
在农田污染防治和土壤治理的这条道路上,党永富越走越远。经过潜心研究和反复试验,他又研发出炭吸附聚谷氨酸肥料减量技术、金不染重金属钝化技术、中草药替代化学农药的拌种剂,“奈安微蜜”有机水溶肥等系列产品和技术。
有关专家评价,这些新技术、新产品,既可防治土壤污染,又可以节本增效,提升农产品质量,实现农产品无害化、营养化。
党永富还结合自身长期的农业过程管理、农资次生灾害污染防治与修复的实践经验,撰写了《土壤污染与生态治理——农业安全工程系统建设》《农资次生灾害污染防治原理与应用》等专著(中英文两种版本),参与编著了《气候变化与影响学》,获发明专利6项,发表论文12篇。
上世纪30年代,美国发明并使用化肥,70年代引进中国;上世纪60年代,美国发明并使用除草剂,80年代引进中国。美国有农田休耕轮作制度,而中国农田一直处在高负荷的疲劳生产中,再加上连续几十年持续性过量喷药施肥,造成农药化肥功效衰竭、农田土壤贫瘠板结、有机质严重降低、污染加剧,生态链被严重破坏。党永富忧虑,若这种趋势不加以治理,农业环境和农民收入等问题不可想象。
2012年,党永富当选河南省人大代表,这给他的土壤污染治理提供了广阔的政治舞台。5年来,通过调研、思考,他提出了“加快农田土壤污染防治立法”“加快化肥农药双减量的建议”“加快化肥减量、预防化肥对农田土壤、水、大气立体污染的建议”“加强农资次生灾害防控的建议”等近20项关于化肥减量及绿色技术推广建议,并系统性地提供了农药残留降解、化肥减量、重金属钝化等多项土壤污染与生态治理的具体解决方案,受到了从河南省到国家有关领导的高度重视。农业部相继出台了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》,化肥减量正式被列入国家“十三五”规划。
鉴于党永富取得的优异成绩,河南省人大常委会办公厅专门发文,建议广泛宣传学习他的先进事迹,促进土壤污染与生态治理技术推广,为改善我国土壤状况和生态环境作出积极贡献。
与此同时,党永富的脚步迈上了世界舞台。2014年7月4日,作为中国的农民代表,党永富应邀参加联合国可持续发展高级别政治论坛,向世界介绍中国化肥减量、农田污染防治经验,受到时任联合国秘书长潘基文的高度评价,称赞他让世界了解中国过程农业的科学管理,化肥农药双减量技术和经验,为全球应对气候变化所作的贡献,将成为“人类的英雄”。此后,他应邀赴斯里兰卡、巴基斯坦、印度、柬埔寨等20多个国家开展国际土壤污染防治培训。2017年5月,党永富当选联合国国际生态生命科学院院士。
现实倒逼
从“化肥零增长”到“化肥农药双减量”,我国高度重视农业的绿色、健康发展。
眼前的现实让党永富感到非常急迫。他了解到,30年来,我国化肥施用量翻了6倍。2014年化肥施用量为5995.9万吨,比上年增长1.42%;2015年悄然上升到6022.6万吨,增长0.45%。过量施用化肥造成的环境污染问题日益突出!南京土壤研究所的一项研究表明,化肥中氮的利用率仅35%,40%以上污染了土壤和地下水,11%挥发后污染空气,其他13%去向不明。土壤酸化造成病虫害加重,特别是地下线虫,严重危害到食品安全。农民往往掉进一个怪圈,即“过度施肥—土壤酸化—线虫增多—加大农药使用”,长此以往将陷入“肥越施越多、地越种越薄、病虫害越来越严重”的恶性循环。
近年提出并实施的“有机肥替代化肥”,也逐渐暴露了不少弊端:其一是有机肥数量少,利用率低。目前中国有机肥资源总养分约7000多万吨,实际利用不足40%。其中,畜禽粪便养分还田率为50%左右,农作物秸秆养分还田率为35%左右;其二,有机肥成本高。目前每亩施用8方有机肥才能满足基本的生产需要,未腐熟的有机肥200—300元/方,腐熟处理过的有机肥700元/方左右。如果都施用有机肥,每亩地仅有机肥成本就需要2000元左右,对于农业生产来说成本过高,与农产品收入严重倒挂;第三,有机肥存在二次污染风险。尤其是规模化饲养的动物,所产生粪便中携带有重金属、激素、抗生素等。而且,有机肥替代化肥,至今还没有一个科学的技术方案,在实现化肥减量、防治农田土壤污染问题上不能真正做到“对症下药”。
他在思考:在精准施肥、调整化肥施用结构、改进施肥方式、有机肥替代化肥等途径之外,新的科技成果能否提供助力?作为河南省人大代表,在河南省第十二届人民代表大会第五次会议上,党永富提交了《关于加大绿色有机水溶肥等绿色技术推广的资金投入,防治化肥对农田土壤和大气污染的建议》,提出了一条化肥农药双减的方法。一方面可以解决传统农家肥量少、养殖场有机肥携带污染物、商品有机肥价格贵等问题,另一方面也充分发挥了新型材料、绿色有机水溶肥的作用,替代部分化肥、减少化肥投入量,提高化肥利用率、降低生产成本,增产提质,让农民受益。
任重道远
目前,化肥和农药双减量在全国各地如火如荼开展,“奈安微蜜”有机水溶肥作用凸显。
6年来,党永富发明的“微蜜”炭吸附聚谷氨酸技术,经过12省64个区域1000多万亩的应用检验,稳产保粮,可以有效降低化肥对大气、土壤、水的污染,农业部门组织全国30多位农业专家实打测产证明:该技术可使化肥使用量显著减少,小麦亩均增产量显著增加。
河南西华县农业局安排合作社负责人曹自堂,2015—2017年连续3年在小麦、玉米、大豆等作物上进行了2000亩化肥减量示范推广,在农作物生长关键生育期施用“奈安微蜜”,化肥使用量显著减少,成本显著降低,增产量明显。
2016年在山东省招远、郯城、滕州3县市进行试验示范,2017年在吉林洮南市大通乡双余村的试验,2017年在新疆石河子147团棉花种植基地、奎屯市农七师129团棉田的试验示范……均取得了良好的效果。尤其是2017年在新疆巴里坤的整县推进,显示了其蓬勃的生命力。
在“2017年自治区化肥减量增效互联网+现场会”上,新疆维吾尔自治区土壤肥料工作站副站长任力民说:“看到近3年来,‘奈安微蜜’在全疆16个县市的示范田中表现出的显著的减肥增效效果,我内心无比激动。农业新科技必将是农业可持续发展、绿色发展的最大助力,积极探索和推广绿色新技术,是我们技术人员的责任与担当。”
谈及未来前景,有关专家指出:“如果用有机肥替代部分化肥,或者化肥减下来,有机肥上去,有机无机配合使用,无论对培肥土壤地力还是保护农业环境,还是稳定地提高产量以及农产品的品质,都是一个非常重要的途径。”“奈安微蜜”技术的推广,有着重大的社会效益、经济效益和生态效益。通过技术服务继续探索,“奈安微蜜”在化肥减量与土壤污染防治方面还有潜力可挖。
目前,党永富正在新疆进行农业过程管理试点规划,研发和推广先进的化肥减量与土壤污染防治系列绿色技术。通过努力,他希望中国农田土壤污染防治缩短3—5年。
（原载2017年10月23日 | 作者:乔地 | 来源：科技日报）
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