过去的30年，中国利用占世界9%的耕地，解决了占世界总人口20%的13亿国人的吃饭问题，而且到2012年已经保持了粮食连续9年增产，为中国经济增长和社会稳定提供了保障。但这30年间，化肥、农药的使用量不断提升，牲畜粪尿、秸秆等废弃物也大量增加，已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题，恶化了生态和城乡人民的生活环境。根据2007年中国污染普查的结果，全国农业排放的化学需氧量（COD）占全国排放总量的43.7% （1320万吨）；农田排放的氮、磷分别占总量的57.2%和67.4% （270万吨和28万吨）。因此，中国农业在未来发展中面临着既要保持高产，又必须减少面源污染的双重压力。针对这一问题，中国农业部及相关部门已经展开工作，推动发展清洁农业与循环农业。当务之急是，需要可行的技术方案来降低农业生产中对化肥、农药的依赖，提高其使用效率，从而构建起我国永续发展的生态与环境基础。
目前我国农业生产中存在两大问题
农业生产中，氮素养分是继水之后最大的制约因素。每生产一吨谷物等粮食，需要消耗土壤中20 到40公斤氮素。要保持粮食高产，必须向土壤中补充氮素及其他营养元素。从1981年至2008年的30年间，我国化肥用量占全球总量的35%。过量使用化肥造成了严重的环境问题。一是增加了温室气体的排放。最近几年，中国北方城市空气质量严重恶化，与过量使用氮肥直接相关。二是过量施用到田间的氮肥效率愈来愈低。三是增加了植物体内的游离硝酸盐。进入食物中的硝酸盐在一定条件下会被转化为亚硝酸，危及食品安全。四是引起土壤酸化。中国的土壤pH值（酸碱度）在过去的20年间下降了0.5个单位，过量施用氮肥为其主因。土壤酸化会直接影响植物和土壤微生物生长，加重植物真菌病害，加速土壤中重金属的溶解释放。另外，对化肥的过度依赖及有机肥施用量减少，造成土壤有机质含量下降、土壤结构被破坏，最终引起土壤板结，肥力下降。这种情况到了必须立即解决的时刻。
我国农业生产中的另一个问题是作物重茬，病虫危害，滥用农药。由此导致病原菌和害虫抗药性的提高。另一方面，残留农药进入水体和食物链，造成食品安全隐患，威胁到人民的身体健康。在自然界，动植物的病原菌、昆虫群体中都会有天然存在或基因突变产生的抗性基因。而农药的长期使用，会对具有药物（杀菌剂、杀虫剂）抗性的个体产生选择性富集，使病虫害群体的抗性逐渐提高，从而迫使人们提高农药的用量。其最后结果就是药物的用量越来越大，由此产生的环境污染也越来越重。我国已经发现的具有较高抗药性的昆虫有几十种，包括一些重要的农业害虫和卫生害虫。在植物病原微生物方面，真菌、细菌及线虫中都发现了抗药性。
根据研究和认识，要解决上面的我国农业生产领域的两大问题，最重要的途径是：1）重施有机肥，有机肥与化肥结合施用，即发展新型的无废弃物农业；2）发挥豆科植物根瘤菌的共生固氮作用；3）推行豆科与其他作物间套轮作种植体系。通过这些措施达到减少化学氮肥与农药用量，使土壤肥力常存、保粮食优质高产、环境日渐美好。
有机肥与化肥结合，种地与养地结合
土壤是作物赖以生长的基地，高肥力土壤必须具有良好的团粒结构，为作物调控适宜的水、肥、气、热，为作物转化、保存并持续提供所需营养元素。这主要依靠土壤中生活的、每克土以亿计的微生物的作用，而微生物生活主要靠有机质维持。自然生态系统中，植物是生产者，动物为消费者，微生物为分解者。地球表面有限的营养元素就靠微生物这个分解者，才能进行循环使用。这个分解作用，主要在土壤和水体中进行。所以最合理的措施是尽可能将动植物废弃物投入土壤中，促进微生物大量繁殖。微生物将有机质分解，释放出营养元素，供植物生长利用；同时，也合成它们自身的细胞，将营养元素在细胞中保存而不被流失。微生物死后，营养元素又可被矿化给植物利用。另一方面，微生物也不断将有机物转化为腐殖质。腐殖质与微生物分泌的大分子物质一起，使土壤矿质颗粒凝聚成团粒结构，营造适于植物保水、保肥、调温、通气的生长环境。所以土壤腐殖质的含量常用作衡量土壤肥力的指标。
20世纪初，欧洲和美洲均因人口增长而可开采的氮肥资源（智利硝石）用罄而焦虑。美国的农业局长来东亚，特别是在中国考察后，写了《四千年的农民》一书（F. H. King著，1911），惊叹中国的传统农业是“种养结合，精工细作，地力常新”的“无废弃物农业”。而今天，面对人口持续增长，需更多粮食，并要保护好生态环境，就必须在重新重视有机肥的基础上，适施化肥，实行有机无机结合施用。有机肥无机肥必须按适宜的碳氮比例（C/N约为25：1）混合。过去强调有机肥（秸秆加牲畜粪）必须先长期沤制，达到碳氮比为25：1时施用，而现在可加入化学氮肥调节碳氮比。因此只需短时间堆制，经过高温发酵，杀灭病菌、虫卵后即可施入土壤。
世界上已经广泛采用的秸秆加化肥免耕覆盖是个有效措施。我们曾在一块玉米、小麦一年两熟地上，比较研究过秸秆免耕覆盖和翻耕的效果。结果表明，秸秆覆盖表土，形成天然生态分解亚系统，主要功能在于微生物分解、固结和释放养分，并能缓冲外力对土壤的冲击，使养分再循环能力提高。
北大荒垦区自上个世纪90年代起，秸秆还田面积达到种植面积的46.7%，迄今已经使得有机质含量恢复到开垦初期的较高水平（4%~7%）。而且除速效钾外，其他土壤养分含量均有提高。2006年秸秆还田达到1300万亩，相当于投入肥料氮5.2万吨、磷2.4万吨、钾9万吨。所以，有机肥的使用是减少化肥依赖、培肥土壤的一条有效途径。如能将种、养业产生的废弃物变成有机肥料，既可养地，又可减少污染，是实现绿色农业的重要措施，这也符合自然界元素生物小循环的规律。目前在秸秆免耕覆盖中存在的某些问题，需在我国农业现代化进程中进一步研究解决。土壤是不可再生的宝贵资源，不仅要注意保量，也要保质，即保持其肥力水平。
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