反思第一次绿色革命（连载之五）

蒋高明 中国科学院植物研究所研究员

生态农业的科学原理

针对第一次绿色革命出现的问题，生态农业应运而生。然而，长期以来生态农业被一些人斥为“会饿死人”，仿佛注定是小部分特权人士的专享，其实这是一个严重误区。生态农业不仅需要建构人与自然共生、循环关系，而且需要创造人与人的合作关系。经历一个多世纪的发展，生态学日益成熟，在我国已经成为与数理化并列的一级学科，一些基本原理应用到农业越来越发挥重要的作用。下面就简要谈谈生态农业的基本原理。

（一）水热耦合原理

农田生态系统由气候、土壤、生物等因子的共同作用所形成。其中, 大气温度和降水量占主导地位,对其它因子产生重大影响。农田是在改造自然生态系统而来的，不同植被地理背景下农田的生产力或产量受水热组合影响最大。自然界最高生产力是热带雨林，是在不打药、不施肥、不除草基础上实现的，因为热带雨林的水热条件最好，元素循环快。在农田中，光照、二氧化碳都不是限制因子，而水热条件，尤其水热组合，最能反应农田生态状况。我国即使有些农田面临季节性干旱胁迫，依然比真正的地中海荒漠区域的农田具有十分有利的条件。中国草原是雨热同期，而地中海附近、非洲部分草原，雨热出现的最佳时期是冬夏季分离的。

水利是农业的命脉，在不同气候带上水热组合决定了生态系统生产力。生态农田尽量利用天然降水，适度利用客水或地下水，做到“旱能浇、涝能排”。地球上的一切热量来自太阳，热对植物生长发育乃至群落分布有重要的作用。在阳光不缺少的地方，热量尤其与水的耦合对农业增产的作用大于化学肥料。生态农田利用自然界的热量，不搞反季节种植，充分利用我国水热同期优势，因地制宜发展适合的作物。高温的夏季杂草生长也很繁茂，如将杂草作为资源利用起来改良土壤，也是在生态农田利用热量资源的有效途径之一。

（二）土壤碳氮库增长原理

碳表现在土壤中即有机质。目前我国耕地有机质普遍很低。通过有机肥养地，大大幅度提高土壤含碳量。这里的有机肥，指自然界中的所有光合产物及其衍生物，不仅仅是传统理解的人粪尿和动物排泄物。高效生态农业中的有机肥将以植物源肥料如绿肥、秸秆肥、杂草肥为主。在暖温带湿润地区，当生态农田有机质提高到5%时，即使空白对照(不施肥)的作物产量，也能超过了吨粮（小麦玉米周年产量）。

氮是植物光合生长必须的元素。自然界可以利用的氮都来自空气。生物固氮、雷电固氮、干湿沉降都可以提供氮源。在种植过程中，用以上培育碳库的办法，培育土壤氮库，通过微生物活动固定空气中的氮，并活化土壤中的氮。氮与碳之间的比例约为1:10，当土壤含碳量增加到5%时，意味着每亩20厘米耕作层中有1.75吨纯氮，这些氮不会像化肥那样流失。因此，人类离开化肥厂，也能够提供作物需要的氮。由于土壤磷和钾基本不缺少，解决了氮的矛盾，磷、钾和其他元素缺乏的问题迎刃而解。

增加土壤碳氮库的办法有很多，除每年添加有机肥外，秸秆还田、种植或施加绿肥、利用杂草肥都是很好的办法。生态农田必须每年添加碳和氮，不能依靠化肥替代。我国农区使用了四五千年的农田没有退化，就是有机肥养地的结果。只不过过去动力不足，有机肥来源少，农田产量低。如今，这些问题都已基本解决，通过培育土壤碳氮库增产技术已非常成熟。