褚清河：破解施肥領(lǐng)域“哥德巴赫猜想”

褚清河

■本報(bào)記者 程春生

土壤施肥與作物育種，作為兩個(gè)不同研究領(lǐng)域一直在農(nóng)業(yè)界“無任何往來”。

在土壤施肥問題上，國內(nèi)外學(xué)者至今仍把氮磷單施效果的好壞歸咎于土壤氮磷養(yǎng)分的最小因子，從未把施肥與作物營養(yǎng)遺傳特性聯(lián)系在一起。因此，作物品種產(chǎn)量潛力水平與作物最高產(chǎn)量施肥量、施肥比例等相關(guān)問題成為了施肥學(xué)研究領(lǐng)域的“哥德巴赫猜想”。

山西省農(nóng)科院研究員褚清河，經(jīng)過三十多年的刻苦攻關(guān)，破譯了土壤施肥與作物品種營養(yǎng)遺傳特性之間存在的密碼，首次創(chuàng)立了土壤施肥配比理論，并發(fā)明了現(xiàn)代數(shù)字化配套施肥技術(shù)，推動(dòng)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)施肥邁向了精準(zhǔn)、環(huán)保和高產(chǎn)高效的數(shù)字化時(shí)代，也使良種良法配套增產(chǎn)潛力進(jìn)一步得到發(fā)揮。

不忘初心 不斷追尋科技?jí)?/strong>

褚清河出生于山西省婁煩縣一個(gè)貧困農(nóng)家，少年時(shí)想通過掌握科學(xué)知識(shí)解決父老鄉(xiāng)親的吃飯問題就成為他的愿望。1977年，褚清河如愿考上了山西農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤農(nóng)化系，開始了追逐自己的夢想。

大學(xué)期間，他對(duì)土壤供肥和作物如何吸肥等知識(shí)表現(xiàn)出極大興趣。當(dāng)學(xué)習(xí)作物營養(yǎng)與施肥課時(shí)，他覺得最小因子理論不僅與植物生理學(xué)中主動(dòng)吸收、選擇吸收及離子相助作用的理論相悖，而且還與生產(chǎn)中用氮磷鉀做底肥的施肥方法相矛盾，因此，他認(rèn)為施肥最小因子理論并不成立。

既然最小因子理論是一個(gè)經(jīng)不起推敲的理論，為什么還流行了100多年，而且至今被我國專家學(xué)者推崇為經(jīng)典理論，這一問題一直縈繞在他的腦海。

1982年，褚清河大學(xué)畢業(yè)分配到山西省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所工作。他借到了李比?！痘瘜W(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的應(yīng)用》第七版原著翻譯本，通過反復(fù)研讀，終于知道最小因子理論是養(yǎng)分歸還學(xué)說的內(nèi)容，根本不是什么高產(chǎn)施肥理論，作物產(chǎn)量由土壤中相對(duì)含量最小的一個(gè)養(yǎng)分因子決定的理論，是李比希在原著中提出的。在李比希后來的修正著作中，最小因子理論也很不完善。

褚清河認(rèn)為，學(xué)術(shù)界長期推崇最小因子理論為經(jīng)典施肥理論，實(shí)際是一種盲從。為確立科學(xué)的施肥理論，褚清河走上了一條證明李比希最小因子理論正確與否的探索之路。

始于原理 創(chuàng)立新的施肥理論

2008年，褚清河取得南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位，回到單位后繼續(xù)進(jìn)行施肥理論的深入研究。他突破傳統(tǒng)思路和研究方法，深入研究了土壤養(yǎng)分相對(duì)最小和最大劑量下氮磷肥的增產(chǎn)效果，同時(shí)進(jìn)行了不同玉米品種氮磷單施和配施的增產(chǎn)效果對(duì)比研究，攻克了一個(gè)又一個(gè)難題，從而證明了土壤施肥是作物內(nèi)在營養(yǎng)遺傳特性的外在施肥表現(xiàn)形式，施肥的目的就是要從時(shí)間上協(xié)調(diào)作物品種特性要求的施肥比例和施肥量，而作物品種營養(yǎng)遺傳特性是決定氮磷單施還是配施的內(nèi)在因素。

據(jù)此，他還在《土壤施肥配比理論和方法的研究》專著中，提出了這樣的土壤施肥配比理論：土壤種植作物存在平衡與不平衡土壤養(yǎng)分類型，即土壤氮磷供應(yīng)滿足程度基本相同和氮高磷低、磷高氮低等形式，并具有相應(yīng)氮磷和氮磷鉀最佳施肥比例。最佳施肥比例的作用是調(diào)整作物苗期土壤供肥由不平衡供應(yīng)轉(zhuǎn)化為平衡供應(yīng)或保持土壤原有供肥的均衡性，而施肥量的作用則是提高作物苗期土壤養(yǎng)分的供應(yīng)強(qiáng)度。作物要獲得高產(chǎn)，氮磷在作物耐肥性允許的任何土壤養(yǎng)分含量水平下均需施用，而鉀只有在缺乏即為最低量營養(yǎng)物質(zhì)時(shí)才需與氮磷配合施用，否則就會(huì)降低作物產(chǎn)量水平。

“決定作物產(chǎn)量的，并非是經(jīng)典施肥理論所闡述的土壤中那個(gè)相對(duì)含量最小的有效植物生長因素，而是取決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種營養(yǎng)遺傳特性。”褚清河強(qiáng)調(diào)。

2013年，在山西省科技廳組織的成果鑒定會(huì)上，以中國科學(xué)院院士趙其國為首的專家組認(rèn)為，褚清河在施肥與邊際產(chǎn)量、鉀適宜條件下的氮磷配比施肥研究方面已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

不斷創(chuàng)新 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化施肥目標(biāo)

“國內(nèi)外隨著施肥量的增加，每公斤化肥增產(chǎn)糧食逐年在遞減，其原因主要是沒有或無法按最佳氮磷比例施肥?！瘪仪搴痈嬖V《中國科學(xué)報(bào)》記者，在最佳氮磷比例條件與最大施氮量范圍內(nèi)，不同作物邊際產(chǎn)量基本為一常數(shù)，在現(xiàn)行品種和栽培密度條件下，小麥、玉米的邊際產(chǎn)量基本在13公斤左右?！拔覈壳坝衩椎牡世寐试?0%左右，生理利用率僅12.8%，但在氮磷施肥比例合理的情況下，玉米氮肥的生理利用率可達(dá)到30.9%?！?/p>

土壤施肥配比理論的確立與施肥比例規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，為生產(chǎn)具有高科技含量的復(fù)合肥及數(shù)字化施肥提供了理論基礎(chǔ)和核心技術(shù)。褚清河根據(jù)土壤種植作物存在的氮高磷低、磷高氮低等10種養(yǎng)分狀況和特定施肥比例，發(fā)明了能標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的10種劑型復(fù)合肥，稱之為“調(diào)控肥”，同時(shí)研究成功依土壤主要肥力指標(biāo)直接計(jì)算土壤種植作物所需復(fù)合肥型號(hào)類別和用量的“數(shù)字化施肥技術(shù)”。

經(jīng)試驗(yàn)與推廣證明，氮磷畝總用量在23公斤左右，通過調(diào)整氮磷施用比例，可使旱地小麥畝產(chǎn)從408.5公斤提高到654.7 公斤，增產(chǎn)幅度為25.3%~42%。

記者了解到，褚清河發(fā)明的“調(diào)控肥”，已實(shí)現(xiàn)與數(shù)字化施肥計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相配套，并能通過土壤取樣，做出不同地塊種植不同作物所需復(fù)合肥劑型、用量的電子區(qū)劃圖，讓農(nóng)民看圖就可種莊稼。而且使用這種復(fù)合肥料，只需要播種前一次施用，以后不再追肥，這樣能減少用肥1/3，降低了生產(chǎn)成本和土壤污染，還可有效提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。尤其是避免了盲目施用氮磷鉀三元復(fù)合肥帶來的鉀素浪費(fèi)和環(huán)境污染。

目前，褚清河的相關(guān)研究成果已獲多項(xiàng)山西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)，相關(guān)論文先后在《土壤學(xué)報(bào)》《土壤通報(bào)》等雜志發(fā)表。他研究發(fā)明的數(shù)字化施肥技術(shù)以及“調(diào)控肥”已在山西省75個(gè)縣（市、區(qū)）推廣應(yīng)用，并推廣到山東、江蘇等地，累計(jì)推廣面積達(dá)283萬公頃，糧食作物增產(chǎn)幅度達(dá)到23%~48%。

“十年磨一劍”，褚清河解開了施肥研究領(lǐng)域的“哥德巴赫猜想”之謎，實(shí)現(xiàn)了他的科學(xué)夢想，使其技術(shù)成為農(nóng)業(yè)施肥發(fā)展史上的一大創(chuàng)舉。能盡快讓“數(shù)字化施肥技術(shù)”這一研究成果造福全人類，已成為他最大的心愿。