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为农业发展注入“碳能量”

  • 发布时间:2015-06-03 01:31:05  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  我国是农业大国,用占世界7%的土地,养活了22%的人口。我国生产的粮食、棉花、油菜籽、烟叶、肉类、蛋类、水产品、疏菜、水果等九类农产品产量均居世界第一;谷物产量占世界总产量的1/4,肉类占1/3……但发展到今天,我国农业的可持续发展却面临着巨大问题。

  日前,农业部部署,将在全国范围内启动实施化肥、农药使用量零增长行动,力争到2020年,化肥利用率和主要农作物农药利用率均达到40%以上,分别比2013年提高7个百分点和5个百分点,实现农作物化肥、农药使用量零增长。

  “我们已站在生态农业、绿色发展的十字路口,我们不得不反思我们的过去,也不得不思考我们的未来。”中国三农生态产业技术创新战略联盟理事长冉超说。

  为形成最大合力来创新我国生态农业技术,推进生态农业在国内快速铺开,在中国高科技产业促进会等指导下,中国三农生态产业技术创新战略联盟2010年正式成立。联盟有中国农业大学规划设计院、三农生态产业集团、上海大宗农产品交易所、河南畜牧规划设计研究院、河南省肉牛工程技术研究中心等科研、种植和养殖会员单位600多家。

  谁是农药化肥残留的受害者

  据全国土壤污染普查发现,我国土壤污染总超标率为16.1%,其中耕地点位超标率19.4%,土壤镉超标率7%,重污染企业及周边土壤超标点位36.3%……地球上所有污染物中90%的最终“受体”都是土壤。无论是大气中的污染物沉降,污水灌溉和下渗,固体废弃物填埋,“受害者”都是土壤。

  为提高农业产量,人类发明了化肥;为消灭害虫,农药出现了。据计算,每投资一元钱的化肥和农药,即可获得8—16元的回报。可以说,农业生产获得高产的过程中,化肥和化学农药成了当之无愧的“功臣”。但随着广泛、超量使用化肥和化学农药,所产生的负面影响也越来越被人们所认识。

  我国化肥、农药生产和使用量均为世界第一。农业部副部长张桃林曾表示,我国农业目前的化肥、农药使用量总体较高,特别是果树和蔬菜,施肥量已超出安全水平。

  过量使用化肥、化学农药,虽然省工省力见效快,但致使大量植物残体、动物粪便遭遗弃,大多堆放在地头、路沟、河边等,经日晒、降雨分解,最终随雨水流入坑、沟、河、湖、海,造成水体富氮富磷。一旦气温升高,蓝藻就会大面积暴发,水体中的鱼类、浮游生物以及贝类等都会消失,生态平衡被打破,形成生态灾难,也成了污染治理“老大难”问题。

  公开的资料显示,化学农药在杀灭有害生物的同时,也杀灭了有益生物,如蛙类、鸟类等昆虫天敌;蜜蜂的大幅减少,植物授粉出现问题;各种病、虫、草害抗药性提高上百倍,其中蚜虫的抗药性居然高达1600倍,陷入了施药量越来越大,病虫害越来越严重的“怪圈”。

  “人是生态的一部分,对环境和生态的危害,人是无法逃离的。”冉超说,由于化肥和化学农药长期、大量使用,致使亚硝酸盐以及有害金属铅、砷、铬、汞、镉残留在土壤中,并随之进入农产品。据研究资料显示,癌症患者中,有80%是长期食用含超标亚硝酸盐、铅、砷、镉、汞等有害残留的食品。

  冉超强调,我国虽然是农业大国,但不是农业强国,更不是农产品贸易大国。我国农产品中化肥、化学农药的高残留影响了我国在国际市场上的地位,也制约了农产品的出口,严重阻碍了农民收入水平的提高。“只有生态农业的绿色发展,才是国家昌盛、农民增收、人民健康的根本保障。”

  碳能源,不施化肥也能高产

  发展生态农业因尊重太阳能为能源的生物链规律、持续发展的规律。冉超认为,“一切生命都要依靠以绿色植物为主的‘自养’生物,他们利用太阳能合成的生命物质,取得生命可使用的资源。农业是地球上最大的生态系统,它不只是为人类提供必需的生存、生活发展资料,而且提供生态环境。它也要遵循人与自然和谐相处、并可持续的发展规律。”

  根据植物生长规律,植物生长的“三要素”为阳光、空气和水;植物生长需要的三大元素是碳、氢、氧。也就是说,“碳元素是植物的粮食,碳是构成植物细胞的骨架”,碳元素的多少,才是决定植物高产的关键性因素。

  如何利用空气中的二氧化碳这个“能源宝库”,为农业生产服务,早已成为科技界专家研究的重点。为此,中国三农生态产业技术创新战略联盟发明并在全国示范性使用了“二氧化碳捕获富集(碳能源)技术”。

  二氧化碳捕获富集(碳能源)技术,遵循“以太阳能为能源的生物链规律”,确立“植物吸收空气中的二氧化碳,在阳光的照射下制造碳水化合物供植物生长积累,是生物孕育、生长、成熟的一个不可逾越的基本规律”。冉超解释说,利用空气中的碳、氢、氧三种植物生长所需的元素,捕获空气中已有的350-400PPM二氧化碳,富集到作物上达到550PPM以上,提高光合作用速率,以此达到不施化肥也能高产的目的。

  冉超说,二氧化碳捕获富集(碳能源)技术的应用,不但能保障国家粮食产量的安全,而且能保障食品安全,解决农产品中亚硝酸盐、铅、砷、镉、汞、铬等有害重金属高残留问题,让国民吃出健康来。

  富碳除氮给农业排放减负

  冉超认为,生态农业的发展,与当前公众非常关注的环境污染以及治理息息相关。冉超给记者描绘了农业上广泛使用的氮素化肥的生产工艺。即首先要通过能源消费,烧煤或烧油来“造气”,实际上就是制造气状的碳元素,再把氨元素导进碳元素内,最后的结晶成为“碳酸氢氨”化肥。然后在农业的实际生产中,农民把化肥撒入农田,由于氨元素是活泼元素,很快就挥发到空气中,剩下来撒到田地里的白色小颗粒,大部分是碳颗粒。

  “这也验证了‘植物高产靠的是碳元素,而不是氮元素’的道理。”冉超说。根据该原理,二氧化碳捕获富集(碳能源)技术也成为治理土壤污染的有效方法。即捕集空气中二氧化碳,富集在植物叶茎上,替代化学肥料实现高产;采用生态模式进行农业生产,利用“以草复草不长草”原理,不使用化学除草剂照样能不长草,或者利用生物多样性来以虫除草、以虫治虫等。

  据介绍,联盟中利用生态农业来治理水体污染的方法还包括,把作物秸杆、植物残体、动物粪便等废弃物,经处理后施入农田,续接自然生物链,以此达到生态平衡;运用二氧化碳捕集(碳能源)技术,捕集空气中的碳元素,并结合捕集剂中的碳元素,组成活性碳,利用活性碳杀灭水体水华中的微囊藻等,以此达到水体中氢氧元素的平衡。

  空气中二氧化碳浓度的升高会造成全球气候变暖,氨元素作为化肥中的一个重要元素,一在农业生产中使用,就会迅速进入大气,并与大气中的二氧化碳结合,形成重要的大气污染物——氮氧化物。所以农业对大气污染的“贡献”也不容忽视。中国科学院大气物理所研究员王跃思说,空气中约70%的氨来自于农业与养殖业。据初步估算,包括秸秆焚烧、化肥过量使用等在内,来自农业的大气污染物约占排放总量的10%—20%。

  “人们常说的是Pm2.5、Pm10,指的都是大气中颗粒物的直径,氮氧化物是雾霾、Pm2.5、Pm10的重要组成部分。”冉超说,如果在农业生产中大量减少使用化肥,利用二氧化碳作为农业生产“碳能源”,将会大幅减少空气中氨等污染物。

  冉超认为,经各示范区实践,二氧化碳捕集富集(碳能源)技术在治理土壤污染、农业生产中的增产结果是令人鼓舞的。但与化学农业理论相比,在理论方面尚有不完善的地方,特别是植物生长必须的碳、氢、氧三大元素无法计量,成为一直困扰生态农业的理论之处。

  “理论数据的欠缺,加上是新技术,以前没有可以借鉴等因素的制约,生态农业还没有像化学农业那样精确到斤两等数据。”他表示,热切希望联盟成员、学者等进一步研究和实践,完善生态农业的理论,推动其科技的创新和进步。

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