中国农业需破解资源和环境“紧箍咒”

文｜《农经》记者 杨雪 董静儒

中国农业需破解资源和环境“紧箍咒”

文｜《农经》记者 杨雪 董静儒

中国农业的问题不是生产不出来足够的农产品，而是生产这些农产品需要付出多高的资源环境代价的问题。产量保证，能源消耗和环境污染减下去就是一个基本要求。

张福锁教授在田间指导农户高效种植

中国农产品为何缺乏市场竞争力？普遍认可的答案是，成本过高。而这里的成本，不仅仅指的是土地、人工、生产资料的投入，还有最容易被忽视的资源环境成本。

“我是1960年出生的，从那时候开始我国的粮食持续增产对国家的贡献非常大。但是最近这些年，我们资源的投入增加速度比粮食增产速度要快得多，粮食产量的增长曲线跟我们资源投入增长的曲线不匹配。这意味着我们投入越来越多，资源消耗越来越大，但是粮食增产速度并没有同步。”

张福锁教授作为中国农业大学资源环境与粮食安全研究中心主任，从事了几十年农业资源环境研究，心里牢牢地记住了一个数——35.2%，这是我国氮肥的实际利用率。“也就是说，我们每年大量的氮肥用到土里，作物只吸收了三分之一多，剩下的要么残留在土壤里，另外20%—30%的氮就进入了水体和大气，成为了污染物。例如雾霾重要的构成物就是氮氧化物，我们的研究数据说明，大气里有2/3的氮氧化物是来自农业的。这一个例子就能看出我们农业生产的资源环境代价有多高。”张福锁说。

从减肥增效到提质增效

如何用更低的环境代价获得更高的作物产量，这就是张福锁和他的团队在二十多年前就开始的研究。而他们的研究成果，不仅成为国家减肥增效行动的技术支撑，更是在2014年就在国际顶级学术期刊Natrue刊发。时任杂志执行主编的尼克·坎贝尔博士表示，该成果是一项具有开拓性的农业科学研究，对于中国乃至全世界都是好消息，同时展现了中国的农业科学研究团体如何通过合作，达成了具有全球意义的成就。

根据张福锁团队建立的土壤—作物系统综合管理技术，水稻、小麦、玉米单产平均分别达到8.5、8.9、14.2吨/公顷，远远超出国内外所有的模型预测。到2030年，我国农业只要在保持2012年种植面积的基础上，实现这一产量水平的80%，就不仅能保证直接的口粮消费，而且保证不断增长的饲料粮需求。同时可减少活性氮损失30%、减少温室气体排放11%。

我国粮食生产靠大量消耗资源来支撑

“过去，我们土壤营养不够就只能靠施肥，所以那时我们施肥越多产量越多。但是现在作物的营养源变多了，大气里有，雨里也有，灌溉水里也有，作物秸秆和有机肥还田又提供了一大部分，整个营养就非常丰富了，完全可以把化肥减下来，这就是我们当年提出的养分资源综合管理—减肥增效的概念和原理。”张福锁说道。

张福锁研究团队第一个阶段做的工作，就是让农业生产减肥增效。

根据其研究出的技术，在作物不减产的前提下，肥料用量可以减少20%—30%。“当时我们的数据是平均可以增产8%。但是这个增长太小，要想让农民心甘情愿的用这个技术，至少要做到10%以上的增产，也就是说农民仅凭眼睛就能看到明显的效果。”张福锁说。

于是，张福锁团队第二个阶段就开始做作物减肥后增产增效的技术探索。“第二个阶段，我们的技术可以实现增产15%，节肥20%以上，减少污染30%以上，这个结果很漂亮。所以现在农业部主推的绿色增产增效技术模式正是这么一套新技术。”张福锁介绍。

虽然在减肥增效和绿色增产增效研究领域取得了巨大的成就，但引起社会关注的还是我国越来越突出的农业污染问题，特别是越来越严重的水体富营养化和雾霾等问题。张福锁坦言，大气里的氮氧化物2/3是来自农业源的，而不来自工业源和交通源等，仅此一例就能看出我国农业发展付出了很高的资源环境代价。

通过对氮素来源的研究，张福锁发现，我国每公顷土地面积上氮的沉降量每年大概就在90公斤左右，这是欧盟法律界限30公斤的3倍之多。大量的氮沉降除了对大气、水体的污染外，还会使得很多的开花植物难以存活，对于生物多样性造成严重影响，这也就是为什么欧盟等地区对此有严格法律约束的原因。造成我国这种现象的原因，除了化肥使用过量以外，还有有机废弃物排放多和化肥本身利用率低的问题。

张福锁教授告诉《农经》记者，之所以我国化肥利用率远低于国际平均水平的原因，一是我国农业生产没有形成高效的资源利用方式。“简单说，就是我们的施肥方法不合理，没有根据作物的生长周期去合理的使用肥料。”张福锁说，这是农业方面的问题。二是在工业层面上，我国生产的化肥产品很多也满足不了作物和土壤特性的要求。“我们一直在追求化肥产品见水就溶，农民甚至用这一特性来鉴别肥料好坏，但是大多数作物并不需要一次就供应那么多的活性营养，全溶不仅造成浪费，而且抑制作物生长，这样的产品就不能满足农作物生长的需要。因此工农业两端的技术都需要转型升级。农业端要改进农民施肥的技术，工业端化肥产业要根据农业生产的需求去升级产品。”

而在更长远的未来，是被张福锁称之为高产高效、提质增效的农业技术。“高产高效就是增产幅度很大，30%以上，增效在50%以上。为什么定了这个目标？因为我们如果全国能增产30%以上，那么我国现有的耕地就可以生产出足够全国人口需要的粮食还有牲畜的饲料，根本不需要依靠进口。如果我们能增效50%，意味着我国的农业生产效率可以跟国际上先进水平的相当，同时污染也降到最低水平。”张福锁说，这就是未来中国农业应该达到的目标。

所以，在张福锁看来，中国农业的问题不是生产不出来足够的农产品，而是生产这些农产品需要付出多高的资源环境代价的问题。产量保证，能源消耗和环境污染减下去就是一个基本要求。

而张福锁如今又把研究重点做了点调整，瞄准的是提质增效。“习总书记去年在人大会上对湖南团的讲话中提出农业供给侧结构性调整问题。大家都在说工业供给侧改革怎么农业也要？2016年12月的中央农村工作会议上说得非常清楚，农业供给侧结构不合理，简单来说就是老百姓需要的高品质的产品没有，低品质的在农民手里卖不掉。高品质高价格的产品还得从国外进口，这就是结构不合理。所以提高农产品质量就成了一个关键问题。”张福锁说。“当然提质的另外一个目的就是如果你产品质量高了就能卖个好价钱，农民单位面积可以多挣钱，增加农民收入，现在农民收入上不去，这是个大问题。当然你必须要增效，不但要增加效益，而且要增加资源利用效率，减少环境污染，实现绿色增长，所以提质增效是我们新的目标。”

20世纪90年代以来，化肥用量持续大幅增加，粮食增产缓慢

问题不在肥料本身而在于使用不当

化肥作为粮食的“粮食”，是现代科学技术带给我们的高效营养物质。如今，化肥的不合理施用带来了一些问题，导致一些负面影响被过分放大。而这些在张福锁看来多数都是源于对化肥本身的误解。

而其中最大的误解就来自肥料消费者。“过去农民都认为高产就要肥大水勤。实际上很多肥料就跟人一样，营养多了不仅没用反而造成负面影响，这是一个观念上的问题。还有很多农户把肥料能不能溶于水，溶水后有没有渣子作为分辨肥料好坏的标准，但全溶的肥料不一定是最好的肥料。”张福锁说。

另外一端的误解则是肥料的生产商。为了迎合市场需要，就生产很多高浓度的、易溶于水的肥料，而不是根据土壤和作物特点研制不同的肥料。例如酸性土壤上枸溶性磷肥的效果不错，石灰性土壤上“气肥”如碳铵和尿素的损失就多等，化肥生产应该考虑这些因素。

更严重的误解则是来自于社会各界。“有很多人认为现在农产品不好吃了是因为化肥的问题，实际这个概念是错的。因为任何一个农产品它都是由营养成分组成的，营养平衡的时候作物的营养代谢最好，它的代谢产物、次生代谢产物的含量就最合理，就能产生我们所说的风味最好的状态。而当作物营养不平衡的时候，就会出现这样那样的问题。比如说水氮多了，水果的果肉就会膨大得很快，果皮钙不足就会出现裂果的现象，口感自然也不好。所以我们老说的化肥使用以后口味不好的原因是因为我们使用的肥料养分不平衡，过量的使用了某些营养造成的。简单地说，不是因为化肥本身造成的，是因为不合理使用化肥造成的。”张福锁说。

对于公众对化肥使用造成的污染问题，张福锁也认为不应过度渲染。事实上合理施肥不仅不会造成环境污染，反而有利于生态环境保护。农业生产中施用的氮肥如尿素、碳铵和磷酸二铵等铵态氮肥等进入土壤后只有太多没有被作物吸收利用的部分才有可能以氨气和氮氧化物等活性氮形式排放到大气中，引起的大气污染如果采取深施覆土、分次施用、选用合理产品，这些损失可以降低到很小。

“近年来我国土壤健康问题引起了广泛关注，农户直观感觉土壤板结了、污染了，就简单归结为化肥的作用。其实土壤板结不是化肥的作用。”张福锁说，土壤板结主要是大水漫灌、淹灌、不合理的耕作等造成的。合理使用化肥尤其是与有机肥配施可以改善土壤结构。另外，化肥对土壤重金属污染的增强作用很小，因为我国磷矿含镉量较低，按照目前施肥量（50公斤/亩，按平均含镉量10 mg/kg计），每年带入的镉仅为0.5克/亩，而工矿业开采和污水灌溉带入的镉数量远高于肥料。

针对我国化肥使用过量、不合理施肥的现状，张福锁开出了“精、调、改、替”的药方，即推进精准施肥、调整化肥使用结构、改进施肥方式、有机肥部分替代化肥。

世界性的农业技术推广难题

1月的中国农大校园里学生大多都已放假回家了，而2015级农业资源利用研究生班的张江周却刚刚从广西隆安县回到校园。一年中，张江周大约要在设立在广西金穗农业公司的科技小院里工作服务300天。在那里2万多亩的香蕉地，让张江周所学的知识有了真正的用武之地，而知识带来的增产增收也给蕉农们带来了切实的收益。在张江周之前，他的师兄师姐们已经在那里驻扎了两三年，为当地蕉农解决了诸如土壤改良、作物营养方案、病虫害防治以及品种改良等问题。

从2008年开始，中国农大开始尝试建设科技小院为一线提供专业贴身的农业技术服务，如今已有81个科技小院遍布全国，来自农业大专院校的上百名学生直接下到田间地头，学以致用。

而之所以萌发出创办科技小院的念头，则是源于张福锁心里的一个疑惑。“从我读书时候起，就一直在做研究，我们做出了那么多的成果，也发表了很多文章国际上都有大影响，可是我们的这些成果能不能用到实际中去，用了之后能不能产生实际的成果？能给老百姓带来些什么？”

事实上，世界范围内农业技术推广落地一直都是一个难题。受知识不足、信息和资源缺乏、服务支撑不够、土地产权制约、抗风险能力差等一系列问题困扰，科技进步难以转化为农户的生产力和农民收益，这不仅是我国农业发展面临的巨大挑战，也是全球小农户生产转型的最大难题。

张福锁和他的团队在进入第二个科研阶段的时候就开始盘算着要“到农民身边去”。刚好赶上当时高校研究生培养机制改革，张福锁和同事们得到了一些专业硕士的指标，于是就把学生放到农村里做起了科技小院。“当时主要目的是想看我们的技术能不能有用，结果下去以后发现不但有用，还有大用。”张福锁说。

中国农业大学硕士生驻扎在广西金穗科技小院，为当地香蕉产业发展做出了贡献。

实验室里研究出的技术能否产生实际效果，这是张福锁团队最初想通过科技小院证明的东西。结果等老师和学生们真正下去以后，他们发现，农民需要的不仅仅是技术，还需要技术人员能在他们身边，有了问题有人能商量。“因为包产到户以后都是一家一户自己搞生产，农民天天到自己地里去，发现了一堆问题，对这些问题也没招儿，知识不够用也没有信息，也没有更多的社会联系，最后无可奈何回到家里。”“可是我们的老师和学生往那儿一住就不一样了，我们跟农民一块下地的时候，看到有虫子了，学生就回来上网查，他找不到原因还可以打电话找专门的老师问。一天出去以后可能碰到一批问题，十个八个问题记下来，慢慢地天天跟农民在一块儿，天天有信息，由于有了外面的帮助，农民就进步了。农民不但进步了，主要是农民对自己有信心了，他知道自己通过技术可以解决问题了，这个很重要。”张福锁说。

而这样的贴身服务，在被帮助的农民那里被总结成了“四个零”——零距离、零时差、零费用、零门槛。张福锁介绍，农民们都把这群孩子当成了亲人。

统计数据显示，河北曲周农户的作物产量和氮肥生产效率最初仅为高产高效试验基地的63%和57%，科技小院入住五年后，曲周农民农业知识水平大幅提高，高产高效技术采用率从2009年的17.9%提高到了53.5%，2009—2014年，全县粮食单产实现了试验基地产量水平的79.6%，全县粮食总产增长了37%，养分效率提高20%以上，农民收入增长了79%，曲周一跃成为全国粮食生产先进县。

自2009年在河北曲周建立第一个科技小院以来，中国农业大学资源环境与粮食安全研究中心以全国养分资源管理协作网为依托，已在全国21个省市建立了81个科技小院，探索不同区域、不同优势作物、不同经营主体条件下农业转型的技术、应用模式和区域大面积实现的途径，取得了丰硕的成果，引起了社会各界的高度关注。据不完全统计，科技小院已培养科技农民1000余人，集成适用性技术模式44个，直接服务2万多农户，推广新技术1000万多亩，支撑各类合作社60多个、服务大型企业6个。

2016年9月， Nature发表了《科技小院让中国农民实现增产增效》，让科技小院这一独特的农业技术推广模式受到了世界的瞩目。这种模式的成功，给了诸多发展中国家解决农业技术落地问题提供了一个可行的路径。

张福锁告诉《农经》记者，世界各地农业技术推广最大的问题就是下不了地，到不了农民手里，这是一个全球性的问题。在印尼，他难以置信地听说当地稻农一周要在稻田里打5—6次农药。“我都不敢相信。我问他为什么，他说因为他不清楚什么虫子应该用什么样的药，也不知道哪种药有效，所以就什么药都打。我问，你们没有农技服务人员吗？他说没有。我又问，企业不给你做技术服务吗？他说，企业卖哪个药就说他那个药，但一个药防不住所有的虫子。这就是印尼的情况。在非洲国家，农业技术服务更是基本为零。”

所以，像科技小院这样的组织就是针对这种科技水平接受能力比较差、种植又比较分散的小农户，张福锁称之为高强度的知识传播和贴身的技术指导。

但是这样的高强度和贴身服务的成本又该如何承担呢？根据张福锁团队的测算，一个小院一年的成本大约几万元。根据他们的设想，一个乡设一个科技小院，最少能覆盖周边3—5个乡，在种植结构相对单一的地方，基本上就能覆盖一个县。

然后，科技小院发展到一定程度，在规模化、集约化相对较好的地方，就可以培养优秀的农民做技术员，形成规模化服务组织，进一步推广技术。按照张福锁团队的测算，如果国家层面推广这种模式，拿出的资金并不多，只相当于每年农业综合补贴的百分之几，但却可以解决一系列的农业技术推广难题。

中科院李振声院士这样点评：科技小院既开创了引导农民致富的一条新路，又是中央提出的“精准扶贫”的一种新模式。而国际小农户研究专家K·Giller更是把科技小院扎根农村，助推小农户增产增效的创新模式称之为“全球最成功的典型案例”。