導(dǎo)語(yǔ)

今年以來(lái)，全球多地出現(xiàn)的高溫?zé)崂藢?duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅。歐盟旱情觀測(cè)站圖顯示，由于極度高溫和大面積干旱，歐盟的47%的土地處于紅色預(yù)警狀態(tài)。而我國(guó)西北、西南、華北及華南都發(fā)生了大范圍持續(xù)性高溫干旱天氣，8月21日水利部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，四川、重慶、湖北、湖南、安徽、江西等9個(gè)省（市）耕地受旱面積已經(jīng)達(dá)到3299萬(wàn)畝，246萬(wàn)人、35萬(wàn)頭大牲畜因旱供水受到影響。面對(duì)這樣的極端氣候，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式是否急需做出調(diào)整呢？帶著這樣的關(guān)切，人民食物主權(quán)網(wǎng)絡(luò)和心?田計(jì)劃于2022年9月2日聯(lián)合主辦了《全球氣候變化與農(nóng)業(yè)應(yīng)變之道》的專(zhuān)題研討會(huì)。

此次研討會(huì)上，既有來(lái)自一線生產(chǎn)者的觀察、實(shí)踐和體會(huì)，也有長(zhǎng)期關(guān)注和研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的專(zhuān)家學(xué)者發(fā)言。今天的推文是來(lái)自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院王小芬教授在會(huì)上的分享。王老師分享的主題是“農(nóng)用酵素管理的有機(jī)農(nóng)業(yè)潛力巨大”。王老師從城鄉(xiāng)廢棄物資源和農(nóng)田生產(chǎn)結(jié)合的必要性出發(fā)，結(jié)合微生物工程這項(xiàng)重要的技術(shù)，試圖從源頭系統(tǒng)化提出解決方案，以構(gòu)建微生物工程支撐的種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)田健康調(diào)控模式。這是王老師帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和多個(gè)地方農(nóng)戶(hù)聯(lián)合實(shí)踐數(shù)十年的成果，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果明顯，實(shí)踐和學(xué)術(shù)成果豐碩。

非常高興有這樣的機(jī)會(huì)和大家來(lái)分享我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)做的工作。今天看到了非常多的大學(xué)生來(lái)參加我們的會(huì)議研討，我感到特別高興。

我這次分享的題目是“農(nóng)用酵素管理的有機(jī)農(nóng)業(yè)潛力巨大”。我將從以下三個(gè)方面和大家交流：

1、城鄉(xiāng)廢棄物資源和農(nóng)田生產(chǎn)結(jié)合的必要性；

2、構(gòu)建微生物工程支撐的種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)田健康調(diào)控模式——從源頭系統(tǒng)化解決方案；

3、構(gòu)建有機(jī)種植技術(shù)集成體系。

01、城鄉(xiāng)廢棄物資源和

農(nóng)田生產(chǎn)結(jié)合的必要性

我們現(xiàn)在經(jīng)常在農(nóng)村看到這樣一些現(xiàn)象：大量的蔬菜瓜果廢棄物、大量的廢棄農(nóng)膜、大量的除草劑和農(nóng)藥廢棄包裝物，還有大量農(nóng)作物秸稈和畜禽的糞便。這些廢棄的資源給我們生活工作帶來(lái)巨大的環(huán)境壓力。

那么我們以前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是什么樣的呢？通過(guò)下面這張圖我們來(lái)了解一下以前農(nóng)業(yè)廢棄資源是怎么利用的。

土壤通過(guò)種植植物，吸收太陽(yáng)能后提供谷物、水果、蔬菜等碳水化合物，供人類(lèi)生存。其中廢棄的秸稈、果皮、麩糠，以及食物加工廢棄物、雜草和廚余進(jìn)入到養(yǎng)殖環(huán)節(jié)，從而獲得肉蛋奶。通過(guò)這樣兩條途徑人們獲得了谷菜果和肉蛋奶。在這個(gè)系統(tǒng)里面人和動(dòng)物糞便通過(guò)堆肥重新回到了土壤中，又開(kāi)始了新的一輪的種植。這是我們傳統(tǒng)農(nóng)耕條件下，人類(lèi)和自然和諧相處必要的循環(huán)，是健康的生態(tài)系統(tǒng)。

那么現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是什么情況呢？現(xiàn)代農(nóng)業(yè)追求成本最大化，生產(chǎn)中大規(guī)模種植和養(yǎng)殖，做不到種養(yǎng)循環(huán)。在這個(gè)系統(tǒng)中，1、2、3、4等環(huán)節(jié)都發(fā)生了斷裂（見(jiàn)圖4）。這些斷裂導(dǎo)致大量的廢棄物資源和糞便等有機(jī)質(zhì)沒(méi)有循環(huán)到土壤，使得農(nóng)田產(chǎn)出的質(zhì)和量下降。此外，包括陳能場(chǎng)老師在內(nèi)的研究者也證明，這些廢棄物資源如果沒(méi)有通過(guò)循環(huán)回到土壤中，土壤的質(zhì)量就會(huì)逐年下降。

土壤質(zhì)量下降后，作物就會(huì)生病，就需要使用大量的農(nóng)藥。農(nóng)藥的大量使用會(huì)嚴(yán)重影響食品的健康，食品通過(guò)土壤吸收的養(yǎng)分嚴(yán)重不足，也會(huì)威脅人體健康。這就是當(dāng)前種養(yǎng)模式下種養(yǎng)分離的不良后果（見(jiàn)圖5）。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)校外實(shí)踐基地研究生導(dǎo)師劉小平老師分享了今年南方高溫干旱背景下土地的現(xiàn)狀（見(jiàn)圖6）。在下圖中，我們明顯看到，現(xiàn)在的不可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式使我們農(nóng)田系統(tǒng)越來(lái)越脆弱了。一方面，碳排放導(dǎo)致高溫、干旱這樣的極端氣候越來(lái)越頻繁；另一個(gè)方面，很多農(nóng)民還沒(méi)有重視將廢棄物資源循環(huán)利用到農(nóng)田。

既然原因找到了，我們能做的工作有哪些呢？

02、構(gòu)建微生物工程支撐的種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)田健康調(diào)控模式

——從源頭系統(tǒng)化解決問(wèn)題

我們團(tuán)隊(duì)當(dāng)前研究的主要內(nèi)容是構(gòu)建微生物工程支撐的種養(yǎng)循環(huán)、農(nóng)田健康調(diào)控模式，也就是從源頭系統(tǒng)化的一個(gè)解決方案。圖7描述了從種植到人的消費(fèi)，最后到各類(lèi)廢棄物再循環(huán)整個(gè)的環(huán)節(jié)，它涉及和我們?nèi)祟?lèi)緊密相連的種植和養(yǎng)殖環(huán)節(jié)。這個(gè)系統(tǒng)在產(chǎn)前、產(chǎn)后，以及餐前、餐后都會(huì)出現(xiàn)大量的廢棄物資源。這些資源通過(guò)微生物發(fā)酵，例如沼氣發(fā)酵、堆肥發(fā)酵、酵素發(fā)酵、飼料發(fā)酵等環(huán)節(jié)，重新又循環(huán)到養(yǎng)殖和種植中去。

這其中有個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)就是微生物發(fā)酵。這個(gè)過(guò)程需要大量的微生物，所以微生物工程就是非常重要的關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)用酵素是有科學(xué)支撐的技術(shù)，酵素生產(chǎn)可結(jié)合堆肥和沼氣等發(fā)酵工藝，提高發(fā)酵體系的效率，是一項(xiàng)有機(jī)農(nóng)業(yè)的實(shí)用技術(shù)。我們中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)專(zhuān)注農(nóng)用酵素技術(shù)多年，在利用廢棄物通過(guò)微生物發(fā)酵、微生物工程和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合上取得了非常多的研究成果，并發(fā)表了一系列的論文，論文涉及微生物菌劑、篩選肥料、飼料以及沼氣發(fā)酵等方面。五六年前我們發(fā)現(xiàn)了農(nóng)用酵素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的潛力，特別是在四川瀘州對(duì)劉小平老師的基地調(diào)研后，我們發(fā)現(xiàn)了農(nóng)用酵素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合的巨大前景。

我們團(tuán)隊(duì)的博士生、碩士生和本科生在農(nóng)用酵素方面做的系列科研工作逐步揭開(kāi)了農(nóng)用酵素的神秘面紗。2020年在考察完劉小平老師的基地后，結(jié)合國(guó)內(nèi)發(fā)表的75篇文獻(xiàn)，我們團(tuán)隊(duì)發(fā)表了《農(nóng)用酵素的生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展》的綜述論文。在綜述中我們總結(jié)了農(nóng)用酵素對(duì)于抑制真菌病害、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高堆肥腐熟度、改良土壤、平衡土壤pH值等方面的作用。之后我們繼續(xù)安排了團(tuán)隊(duì)中的碩士、博士和本科生對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了系列的科學(xué)研究。多種農(nóng)用酵素微生物群落和理化性質(zhì)分析結(jié)果表明：農(nóng)用酵素是富含多種有益微生物及有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物的微生態(tài)系統(tǒng)。

在農(nóng)用酵素抑制真菌病害的作用方面，我們發(fā)表了一篇SCI論文，并且在這篇論文中首次定義了農(nóng)用酵素的概念，中央電視臺(tái)當(dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)內(nèi)容也做了專(zhuān)題采訪。在農(nóng)用酵素和堆肥結(jié)合方面，我們發(fā)現(xiàn)農(nóng)用酵素可以顯著地降低堆肥氮的損失，而且在后期促進(jìn)作物生長(zhǎng)方面也有非常好的作用。

酵素有機(jī)肥也就是將酵素加到堆肥腐熟后產(chǎn)生的有機(jī)肥中，再用于作物種植。我們發(fā)現(xiàn)這種肥料對(duì)于作物的促生效果也是非常明顯的，于是我們將這項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化結(jié)合，在山陰建設(shè)生物有機(jī)肥生產(chǎn)工廠。這個(gè)生產(chǎn)成本非常低，因?yàn)楹献骰锇槭且粋€(gè)養(yǎng)牛場(chǎng)，將養(yǎng)牛場(chǎng)的糞便和當(dāng)?shù)氐淖畲髲U棄物資源——蘑菇渣——相結(jié)合，形成了一套生物有機(jī)肥的發(fā)酵工藝。我們團(tuán)隊(duì)安排了一位碩士生對(duì)這個(gè)發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化。目前生產(chǎn)的酵素有機(jī)肥質(zhì)量非常好，且富含了大量的有益菌群。

我們把農(nóng)用酵素技術(shù)又應(yīng)用在中藥材種植上，重點(diǎn)研究了黃芪。用化學(xué)方式種植的黃芪，基本上在土壤里面最多生長(zhǎng)兩年，到第三年就會(huì)大面積爆發(fā)根腐?。ㄒ?jiàn)圖10），生產(chǎn)中使用大量的抗真菌農(nóng)藥來(lái)預(yù)防根腐病。傳統(tǒng)中醫(yī)對(duì)黃芪的要求是種植五年以上，這樣的黃芪才有藥效。目前黃芪的生產(chǎn)方式是不可持續(xù)的，農(nóng)化種植的兩年生黃芪達(dá)不到該有的藥效。

我們構(gòu)建了通過(guò)有機(jī)肥、有機(jī)種植來(lái)生產(chǎn)有機(jī)中藥材（黃芪）的技術(shù)方案。具體方法就是把秸稈、糞便混合后進(jìn)行發(fā)酵，形成生物有機(jī)肥。再把廢棄的果蔬發(fā)酵成農(nóng)用酵素，用農(nóng)用酵素管理黃芪的種植，對(duì)黃芪根腐病的防治效果很好。

在靈丘白馬寺和下野窩村的有機(jī)黃芪實(shí)驗(yàn)中，我們?nèi)〉昧耸褂棉r(nóng)用酵素對(duì)于黃芪抗病性的調(diào)查數(shù)據(jù)。通過(guò)兩年有機(jī)黃芪種植的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)噴施了農(nóng)用酵素后，黃芪的發(fā)病率幾乎是零（見(jiàn)圖12）。我們還發(fā)現(xiàn)噴施農(nóng)用酵素處理后，相比用普通有機(jī)肥，黃芪的地上部和地下部都有非常明顯的差異。圖13是一個(gè)連續(xù)三年生的黃芪施用有機(jī)肥和添加農(nóng)用酵素后的比較。我們還發(fā)現(xiàn)通過(guò)施用農(nóng)用酵素，黃芪的產(chǎn)量也比用化肥高了兩倍多。由于化肥處理的黃芪在生長(zhǎng)到三年的時(shí)候，很多都會(huì)得根腐病。但通過(guò)農(nóng)用酵素結(jié)合的種植方式，我們找到了有機(jī)種植不減產(chǎn)的方法。

圖14：不同肥料處理對(duì)黃芪經(jīng)濟(jì)效益的影響，其中縮寫(xiě)字母的含義是：不施肥（CK）、化肥（C）、有機(jī)肥（O）、有機(jī)肥+礦物肥（OM）、有機(jī)肥+礦物肥+微生物肥（OMD）、有機(jī)肥+礦物肥+酵素（OME）。我們發(fā)現(xiàn)有機(jī)黃芪的經(jīng)濟(jì)效益是常規(guī)黃芪的2-3倍。其中三年生黃芪OME處理經(jīng)濟(jì)效益最高，分別是C處理、O處理、OM處理、OMD處理的2.63倍、1.45倍、1. 67、1.32倍?| 圖片來(lái)源：講者PPT

我們也將利用農(nóng)用酵素防治黃芪根腐病機(jī)制的研究成果發(fā)表了國(guó)際論文，基本原理就是我們把黃芪的地上部制作成酵素，然后用于黃芪根腐病的防治。它不但可以改良土壤的微生物菌群，還可以抑制病原菌。除了黃芪，這種農(nóng)用酵素有機(jī)種植的方式也在全國(guó)其他基地開(kāi)展了應(yīng)用，取得了很多成果。例如我們發(fā)現(xiàn)用了農(nóng)用酵素之后，作物植株的木質(zhì)部纖維素部分會(huì)特別有韌性。圖15是2020年在黑龍江五常大米慧蓮農(nóng)場(chǎng)基地的照片。左邊是酵素種植的，右邊是用常規(guī)肥料。在一場(chǎng)大風(fēng)大雨后常規(guī)肥料種植的稻子有大面積倒伏，而農(nóng)用酵素種植的稻子可以抵抗風(fēng)雨。我們?cè)诒本┝贾異偲酚袡C(jī)農(nóng)場(chǎng)用農(nóng)用酵素進(jìn)行西紅柿有機(jī)種植的比較，效果也非常明顯（見(jiàn)圖16）。

我們團(tuán)隊(duì)在山西長(zhǎng)治沁源做的黃瓜有機(jī)種植實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，使用農(nóng)業(yè)酵素的黃瓜產(chǎn)量不僅不會(huì)降低，而且口感甜脆，銷(xiāo)量自然就更好。而且，酵素種植黃瓜更具備生命力，能一直采收到九月中旬，延長(zhǎng)兩個(gè)月。近日和長(zhǎng)治種植戶(hù)田村長(zhǎng)溝通時(shí)他告訴我，他的黃瓜現(xiàn)在還在采收，而其他用化肥種植的黃瓜在七月份就結(jié)束采收。在種植成本上，酵素處理的黃瓜每畝地只需要九百塊錢(qián)，而之前的種植方式每畝地要一千二百塊。因此我們也驗(yàn)證了用酵素種植的可行性、可推廣性。

圖17：山西長(zhǎng)治沁源龍頭村有機(jī)種植試驗(yàn)。黃瓜苗于2022年2月9日移栽，4月2日第一次采摘；在管理上，酵素堆肥基施每畝2立方，每周根灌和噴施酵素水1次；在效果上，畝產(chǎn)1.5萬(wàn)斤，口感脆甜不愁賣(mài)，采收期比化肥種植延長(zhǎng)2個(gè)月；在成本上，種植成本每畝只需要900元，而之前的種植方式每畝需要1200元?| 圖片來(lái)源：講者PPT

03、構(gòu)建有機(jī)種植技術(shù)集成體系

首先，有機(jī)種植不僅僅是一個(gè)技術(shù)，而是多項(xiàng)技術(shù)的集成。在種植過(guò)程中，需要有微生物菌種和發(fā)酵的技術(shù)，比如說(shuō)堆肥技術(shù)以及菌種篩選技術(shù)。農(nóng)用酵素結(jié)合土壤微生物菌種的篩選是一個(gè)非常重要的研究方向。

其次，我們需要有高質(zhì)量、低成本的生物有機(jī)肥工廠化的腐熟技術(shù)，將固廢物資源化。在這方面我們需要把這些廢棄物變廢為寶的技術(shù)，也就是酵素的制作以及有機(jī)肥的生產(chǎn)。

第三，我們需要作物有機(jī)種植技術(shù)，包括輪作、具體的田間管理、育苗等等，我們需要考慮各個(gè)環(huán)節(jié)。此外還有多樣化種植對(duì)于作物根系和土壤恢復(fù)的促進(jìn)作用，這是一個(gè)集成的技術(shù)體系。

在這個(gè)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)微生物工程是實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。我們希望構(gòu)建一個(gè)基于微生物工程的種養(yǎng)循環(huán)生態(tài)食物鏈。在這個(gè)系統(tǒng)中，區(qū)域內(nèi)所有的廢棄物資源都可以通過(guò)微生物發(fā)酵的方式讓它進(jìn)入到養(yǎng)殖和種植環(huán)節(jié)，包括將人糞、尿全部循環(huán)到我們的土壤中，這也是一項(xiàng)土壤保碳技術(shù)。