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数字化施肥技术的卓越先驱
2019/10/7 0:42:24  来源:  
由他领衔的科研项目两项达到国际先进水平,一项研究达到国际领先水平,一项研究被国内权威专家喻之为是攻克了土肥研究领域的“哥德巴赫猜想”。头戴桂冠的他是一个怎样的人,又付出了怎样的艰辛?
  作物施什么肥料增产效果好,主要是由作物品种的特性来决定;应用新的育种理论和方法,可较常规育种缩短一半左右的时间,选育出适宜在不同肥力农田相应土壤最大施肥量下种植的氮磷配合施用新品种……
  阳春三月,当褚清河把他近年来的研究成果,提炼成干货一古脑儿给记者“抖”出来时,记者震惊了。特别是土壤施肥与作物育种,在农业界“风马牛不相及”的两个领域,愣是让褚清河从中找到了“联系”。让报道农业近二十年的记者除了震惊!还是震惊!!39年醉心土肥研究,将足迹深深留在土壤深处。褚清河淡然地说,动机很单纯,只源于儿时就埋藏在心头的一个梦想。
  童年种了个科技增产梦
  褚清河,省农科院农业资源与经济研究所研究员,一位朴实的像一株红高粱的农业科研工作者。
  1957年,褚清河出生于娄烦县一个贫困农家,小时候贪玩得出奇,但上学后忽然变得乖顺,且学习成绩优秀。当父母举全家之力让他上乡办高中时,只是觉得对他以后掌握其他技能会有好处。但褚清河却不这么想,他只想通过掌握科学知识来解决自家或村里人的饥饿问题。事实上,当时他并不理解科学是什么。听说科学种地可以提高产量这档子事,是他上初中时,一次他的哥哥和父亲谈论本家一位“高人”,应用科学技术种土豆亩产比普通人多产了一倍,因此人家就没有挨过饿……
  说者无心,听者有意。哥哥和父亲的一席话,竟在少年时代的他的心中,“种”下了一个要用科学技术解决粮食增产的梦想。
  斗胆质疑施肥最小因子论
  1973年,褚清河高中毕业后回村务农。短时间内,他学会了耕、种、锄、犁等各种农活,但也深深明白,让粮食增产并不是一件容易的事。
  1977年,我国恢复高考制度。褚清河考上山西农大土壤农化系,开始追逐自己的梦想。像久旱的禾苗遇到春雨,他对土壤供肥和作物如何吸肥等知识如饥似渴地汲取,但在老师讲授作物营养与施肥时,他却对施肥最小因子理论百思不解。
  施肥最小因子理论,1843年由德国化学家李比希首次提出,被学术界称之为经典施肥理论。理论的核心是:作物产量是由土壤中相对含量最小的一个土壤养分来决定。
  一百多年来这一理论一直无人提出异议。而褚清河觉得,施肥最小因子理论,老师并没有讲出它经典在什么地方,课本中也没有叙述理论提出的背景和试验依据。他觉得植物是有生命的生物有机体,具有主动吸收和选择吸收土壤养分的功能,植物对土壤养分离子的吸收存在相助作用,即增施某一养分有助于植物对另一养分的吸收。因此,在土壤相对最小养分因子的含量不为零的情况下,增施最小因子以外的其他养分因子不可能不具有增产作用。显然,最小因子理论与植物主动吸收和选择吸收及离子相助作用的理论相悖。此外,他还认为,即使土壤施肥存在最小因子,相对最小的养分因子也不可能仅为一个一种情况,应该还存在一个或几个缺乏程度相同的情况。
  上大学以来,褚清河第一次陷入了迷惘中。从此,他走上了一条证明李比希最小因子理论正确与否的“不归路”。
  试验让作物不追肥,却更增产
  1982年,褚清河大学毕业分配到省农科院农业资源与经济研究所。工作之余,他借到李比希 《化学在农业和生理学上的应用》原着译本,短短一个月看了N遍,终于知道了最小因子理论的来龙去脉。
  在 《化学在农业和生理学上的应用》一书的论述中,李比希以施用厩肥为例,清楚地表明:施用厩肥的目的就是要把地力恢复到轮作开始的水平,而恢复地力最经济有效的方法,就是补充含量最小的土壤养分因子。
  显然,以恢复土壤原有肥力为目的的最小因子理论,根本不是什么高产施肥理论。通过学习和思考,褚清河对李比希最小因子理论有了更深刻的理解,更确信他自己的认识是正确的,更坚定了在这方面拓展研究的决心。
  然而,证明最小因子理论并不成立不是趴在桌子上解数学题。最小因子理论不是科学试验方法下系统试验研究的结果,证明其真伪也就不可能重复李比希的方法,它需要研究很多内容,其中最主要的就是靠大量的田间示范试验来“说话”。
  1984年,褚清河与同事一道承担了省科技厅三川河小流域治理项目,他一个人承担了二项研究任务:一是旱作土壤自然降水量下谷子生产潜力及农田土壤水分动态的研究;二是黄绵土供肥规律与谷子高产施肥期及最大施肥量、施肥比例的研究。
  在实践中,褚清河设计了单施磷肥处理和施磷肥基础上不同氮用量共计6个处理、3次重复的氮肥用量田间试验方案,磷肥施用量为山西省化肥试验确定的最大施肥量。从播种开始每隔17天取土测定土壤养分含量、谷子植株氮磷钾含量。同时,在不同处理0-2米深度内每20厘米打钻取土测定土壤水分含量。所有肥料均在作物播前一次施用,以后不再追肥。
  令他欣慰的是,在谷子抽穗后,试验田不同施肥处理间表现出了明显的差异。每个小区就像一个整齐的小型集装箱,叶片挺直向上,青翠欲滴,黄色的穗子从植株顶端探出了头,不同施肥处理好似层层叠叠的梯田,长得十分整齐漂亮,长势明显好于农民常规种植的谷子。更让他喜出望外的是,试验结果就是他所设想的结果。
  他从试验发现,谷子植株氮含量以苗期最高,苗期以后谷子植株体内氮含量呈逐渐递减规律,苗期植株体内氮含量高者,以后各时期也高,而苗期植株氮含量高者产量必然也高。由此得出,谷子的产量水平是由谷子苗期的氮素吸收水平决定的,而谷子苗期吸收氮素水平的高低又受土壤施氮量和氮磷施用比例的影响,这也是作物吸肥的普遍规律。为了验证这一规律,他又在水稻、小麦上分别作了大量的试验。
  据此,褚清河提出了作物播种前一次施肥新理论,认为土壤肥力水平和养分对比关系决定着作物的最大施肥量和最佳施肥比例。如果基肥施氮量达到土壤最大施肥量,追肥不仅不会增产,相反还会降低产量水平。由此及彼,他发明了依土壤主要肥力指标直接计算作物最大施肥量和最佳施肥比例的“数字化施肥技术”。
  他的这项研究成果于2002年获 “山西省科技进步三等奖”,相关论文先后在国家级杂志《土壤通报》和《山西农业大学学报》发表。农民种庄稼进行追肥,几百年来形成的传统技术,褚清河用科学的试验,证明其是一种错误的认识。
  一次性调控施肥技术一炮打响
  1987年,省农科院农业资源与经济研究所承担“全省土壤养分动态监测”项目。作为项目的第二主持人,褚清河没日没夜地学习和研究全国施肥方面的资料和成果,想尽办法进行氮磷肥料单施与配施的试验。
  机会总是垂青有准备的人。1995年,在土肥研究上已颇有造诣的褚清河,开始申报省科技攻关项目——《土壤作物量比线性极点一次性调控施肥技术》,并顺利上报省农院科研处,被认为是当时农业生产中急需的技术。
  在实践中,褚清河和他的课题组通过测定不同地域不同土壤的肥力水平,并进行大量的科学计算,一举确立作物的潜在产量主要由土壤养分供应比例、供应量和供应时间三项要素来决定;归纳总结出了土壤养分常见的四种状况,即氮磷平衡、氮多磷少、氮少磷多、缺钾,以及改变这四种状况的特定的施肥比例规律。
  此外,褚清河和他的课题组还研制出适合土壤四种状况的复合肥料,称之为“调控肥”。所谓“调”,就是调整苗期土壤养分供应比例;所谓“控”,就是控制作物苗期土壤养分供应强度。农民只要知道自己的土壤属于哪种状况,就可 “对号入座”选用适合的肥料。
  调控肥及其应用技术,经在我省娄烦、隰县、太谷、寿阳、垣曲等地的谷子、玉米、小麦、水稻、蔬菜等作物上试验,较传统施肥方式增产显着,肥料利用率提高20%-40%。由于讲求地力允许的最佳施肥量,施肥不超标,种出的农产品普遍品质上乘。山西省科学技术委员会对这一科技成果进行鉴定时认为:“达到了国际先进水平,能做到因土、因作物定比定量施肥”。2002年7月23日,温家宝总理在国内动态清样上看到“调控肥”的相关报道后,欣然作出重要批示。
  据统步统计,2001-2003年,褚清河领衔的项目组,三年间累计在我省推广 “调控肥”130多万亩,亩均增产幅度达30%以上,亩均增加纯收入152元。
  一时间,“调控肥”火了,褚清河火了,有省内知名企业主动找上门来寻求成果的落地转化。
  褚清河第一次感受到了自己的研究成果,距离儿时的梦想不再那么遥远。
  执着在土肥与育种间找寻“联系”
  “有时候,梦想就是冲动的魔鬼,没有魔鬼就很难做出正常思维不能做出的决定。”采访褚清河,说起他对土肥研究的“痴”,他这样诠释自己的执着。
  2008年,褚清河考取南京农大博士学位。回到单位后,他顺利申请到省农科院博士基金项目——《基于土壤养分供应强度和配比的施肥理论方法的研究》。从理论上找到施肥报酬递减的原因,进而找到粮食持续增产的奥妙和方法。
  在此基础上,他提出了土壤施肥配比理论,即土壤种植作物存在平衡与不平衡土壤养分类型,并具有相应氮磷和氮磷钾最佳施肥比例。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,这是施肥的基本原则。
  在省科技厅组织的项目鉴定上,由中国科学院院士赵其国领衔的鉴定委员会一致认为,该项研究达到国际先进水平,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达到国际领先水平。
  这之后,褚清河又结合自己在土肥方面的独特研究进一步提出,农业要实现质的突破,必须通过科学研究解决育种理论和方法的问题。在国内权威杂志上,他发表了《不同土壤养分供应下玉米品种产量潜力变异研究》《玉米品种产量潜力水平形成原理及其与施肥的关系》两篇颇具影响力的学术论文。
  2014年,再接再厉,他大胆申请《土壤氮磷施肥效应与作物品种营养遗传特性研究》这一省科技攻关项目。通过大量的科学研究,他得出了一个史无前例的结论:即不同玉米品种存在一个氮磷单施和配施的营养遗传特性及营养遗传特性决定的最大施氮量,而土壤也存在一个由土壤肥力水平和养分对比关系决定的施肥量和相应的氮磷配施比例,作物施肥的目的就是从时间上协调玉米品种的施肥比例和施肥量。
  由此,他推断出决定作物产量的,并非是土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因素,而是取决于决定施什么肥料效果好以及以什么比例施用和施多少合理的作物品种营养遗传特性。这一结论,较为系统地阐述了作物品种选育与数字化种植的理论方法和技术,成为农业科学研究上的一次重大突破,被国内权威专家喻之为攻克了土肥研究领域的 “哥德巴赫猜想”。
  好成果自然会有好效应。目前,褚清河的数字化施肥相关研究成果已在我省75个县(市、区)推广应用,累计推广面积达283万公顷,其中粮食作物增产幅度达23%-48%,同时在山东、江苏等省示范应用,取得显着增产效果。
  为农民着想,用科技说话。褚清河把自己最好的青春年华献给了土肥事业,谱写一曲坚定信念终不悔,淡泊名利志高远的开拓之歌。
  有一些科研工作者,一生或许会从事很多科研项目,因硕果累累、成绩斐然让人肃然起敬;而有一些科研工作者,或许只因做出一两个 “敢为天下先”的成果而使人仰慕。褚清河应该是这后者。 (山西农民报)(责任编辑:董艳雪)


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