有机肥替代化肥成热议话题，中国农业能否实现完全替代？

2015年，原农业部印发《2020年前化肥使用量零增长行动计划》，鼓励引导农户积累农用肥，施用商品有机肥;推广秸秆粉碎还田、快速分解还田、腹还田等技术。

2019年9月16日，农村农业部回复全国人大《关于加大有机肥推广使用力度、促进农业高质量绿色发展的建议》，其中显示，2019年中央财政资金增至60亿元，采取奖励补贴替代的方式，对畜禽养殖废弃物资源能源利用进行补贴;同时，拨出19.5亿元支持各地农作物秸秆综合利用，鼓励探索“有机肥秸秆”等综合利用模式。

这也引发了社会上“以有机肥代化肥”的热议，甚至一些有机农业爱好者也纷纷散布“我国农业有机肥将彻底取代化肥”的片面言论。为此，笔者认为有必要还原施用有机肥的真正目的，纠正对有机农业的片面认识。

事实上，在使用化肥之前，无论是有有机肥的农田，还是没有有机肥的“卫生田”，作物生长所需的养分都依赖于生物循环，即植物从土壤中吸收养分和水分，通过光合作用构建自己的有机体（根、茎、叶、种子），从而将溶解在水中的一些养分保留下来。当植物死亡时，有机残渣中的营养物质通过微生物的分解成为无机营养物质，其中一些被重复利用。但是，在不使用化肥的情况下，即使采用农作物秸秆、人畜粪便、绿肥等方法给土壤施肥，粮食产量长期处于低水平。这是因为生物循环与地质循环是分不开的（指结晶岩矿物在外力作用下风化成细小可溶性物质，经流水输送迁移到海洋中，经过漫长的地质时间后变成沉积岩，当地壳上升时，沉积岩暴露在海面上成为陆地， 并再次风化和浸出），营养物质将始终被浸出。如果不从系统外部引入养分（例如肥料），耕地的土壤肥力也会下降。只有当农田系统以外的养分得到补充时，土壤肥力才能得到改善。

从历史上看，从秦汉到清朝的2000多年里，我国的小麦、大米亩产仅从106斤80斤增加到195斤291斤。现在我国小麦产量已达到每亩400~700斤，其中化肥的施用发挥了关键作用。科学家已经证明，不施化肥和施化肥对作物产量的影响为55%~65%。

小麦草粒比（秸秆产量除以籽粒产量）为1：1;玉米的草粒比为1.2：1。也就是说，每生产1公斤小麦，就有1公斤秸秆，每生产1公斤玉米，就有1.2公斤秸秆。这还不包括地下部分的根系。根据野外研究，草地地上部分的生物量与地下部分的生物量之比在0.2-17之间。气候越干燥，比率越小。农作物与草原草相似，多为草;然而，由于作物灌溉，作物的地上生物量肯定大于其地下生物量，但作物地下根系提供的有机残留物量也不容忽视。

由于施用了化肥，产量急剧增加，农业生产的副产品、秸秆和根茎也大幅增加。我国粮食产量多年来稳定在6亿吨以上，据粗略估计，我国秸秆年产量约8亿吨，是有机肥的可用来源。过去，大多数农民使用秸秆作为柴火做饭和取暖。然而，随着人们生活水平的提高，人们不再将其用作薪材，而是用煤气和电力代替，农作物秸秆成为最大的“有机废物”（秸秆和根系）。为了不干扰耕作，农民有时会在田间焚烧秸秆，导致空气污染，甚至使飞机难以起降。如果将秸秆堆肥制成有机肥，不仅可以减少化肥的用量，而且堆肥过程中产生的腐殖质还可以改善土壤结构。

在化肥不可用或稀缺的时代，一些有机肥来源受到农民的追捧，例如在长三角地区，曾经有挖河泥（河道中的淤泥）给田地施肥的习惯（淤泥中含有氮、磷和钾养分）。但现在，由于非农就业机会丰富，挖河泥的机会成本非常高，农民不再挖河泥给田地施肥，而是施用高浓度氮、磷、钾的省力肥料。结果，大量的氮和磷污泥积聚在河流中，导致藻类大量繁殖。污泥中的氮也随渗水进入地下水，导致地下水中硝态氮含量高，成为致病“污水”。过去家家户户都养猪养鸡，家禽的排泄物不集中，农民就运到附近的田里做好的有机肥料。但现在水产养殖业是大型企业，畜禽排泄物已成为污水和“点源污染”。

无论是家禽排泄物、农作物秸秆，甚至是城市中的一些生活垃圾，都是有机肥的良好来源。应将其堆肥成有机肥施用于农田，这样既可以减少化肥的使用量，减少使用化石能源制造化肥造成的排放，又可以减少环境污染。因此，应鼓励有机肥的生产和利用。但是，生产具有相同养分含量的有机肥料的成本远高于生产具有相同养分含量的肥料。因此，国家应该补贴生产有机肥的企业，因为它们会产生外部经济效益。

另一方面，有机肥体积大，单位体积养分含量低，导致有机肥施用的运输成本高，也使施用有机肥的机会成本高于施用高浓度肥料的机会成本。因此，从发展循环经济、建设生态文明的角度出发，鼓励农民施用有机肥，给予财政补贴。

近年来，一些地区推广的秸秆还田技术不再需要将秸秆堆肥成有机肥，而是让秸秆直接在田间腐烂分解。事实上，秸秆直接在田间腐烂分解，将堆肥场移到田间，这与堆肥场中养分的分解和释放过程相同。因为土壤中还含有分解有机物的微生物，只是因为耕地土壤的温度和湿度低于有机肥堆肥，秸秆分解得更慢。秸秆回田，用于农作物收获后耕地闲暇时间矿化和分解有机残留物，不与农作物争夺速效养分。

植物生长所需的营养物质是矿物质而不是有机物。早在 1840 年，德国著名化学家 J.V. Libig 就通过实验证明了这一点。国际公认的植物营养学奠基人李比希在《农业化学》一书中认为，腐殖质是在植物出现在地球上之后出现的，而不是在植物出现之前出现的，因此植物的原始营养物质只能是矿物质，并否定了流行的腐殖质营养理论（即土壤肥力取决于腐殖质的含量，而腐殖质是土壤中唯一的植物养分）。李比希之后，许多科学家的实验工作导致了植物矿物质营养理论的进一步证实和发展。

根据现有的科学实验结果，任何施用到土壤并被植物吸收的有机肥都会经历有机物的矿化过程。矿化是复杂的有机物，如植物的根、茎和叶，被微生物分解（分解）成简单的化合物，然后转化为二氧化碳、水、氨（氮）和其他营养物质（磷、硫、钾、钙、镁等离子体或简单化合物）的过程，然后才能被植物根吸收。事实上，从为什么有机肥生产过程必须堆肥就可以理解这个原理。有机肥堆肥的工艺是利用微生物将作物根系不能吸收的根、茎、叶等有机物分解，转化为能随水进入作物根系并被吸收的矿物质养分。为了促进有机物的分解，在堆肥中还添加了人类和动物的粪便。这是因为有微生物分解人类和动物粪便中的有机物（这可以比作在面团中添加酵母）;其次，因为微生物在分解有机物的同时，也需要大量繁殖，需要氮、磷等可利用的营养物质来加速微生物的繁殖和有机物的分解。人类和动物粪便中含有较多的氮和磷，可以为微生物提供分解有机物和质量繁殖所需的氮和磷以及其他可用的营养物质。如果不堆肥，农作物的有机残渣直接放入土壤中，有机残渣的分解过程会消耗土壤中可用的养分，与农作物“争夺肥料”，并“烧苗”（造成作物营养不良）。因此，采用堆腐的方法，将有机物矿化分解后施用于农田。

因此，对于作物生长所需的大量元素，如氮、磷、钾，无论是施用有机肥还是化肥，本质上都没有区别。它只是有机肥的原料，即有机物分解后产生的矿物养分，比氮肥、磷肥、钾肥等普通化肥更丰富。现在，为了一次性为农作物提供多种养分，更重要的是降低施肥的人工成本，许多肥料生产企业都生产了多种复合肥料，即含有两种或两种以上养分的肥料，如农业生产中最大的磷酸二铵。现在也有一些含有氮、磷、钾的复合肥料，一些特殊肥料的复合作用甚至还添加了一些微量元素，如硒、硼、锌等。事实上，氮、磷、钾这三种元素是农作物最需要的，其中氮是各种作物，尤其是蔬菜最需要的营养物质。事实上，除了某些地区缺乏某种养分外，土壤中其他矿质养分的含量（由岩石矿物风化而成，通过生物循环聚集）基本足以满足作物生产的需要，不需要单独施用。

值得指出的是，施用有机肥和肥料生产的农产品（淀粉、油、蛋白质等）是有机的。淀粉、油和蛋白质是健康生活最需要的食物。在“三年天灾”期间，许多人以野菜为食，野菜确实是所谓的“有机产品”，但由于缺乏淀粉，也缺乏油脂和蛋白质，许多人因营养不良而肿胀。

如今，很多人抱怨化肥生产的农产品“无味”，而有机肥生产的“有机产品”却“味道浓郁”。这可能是由于有机官能团或简单的有机小分子化合物在有机肥中的作用，尚未被土壤肥料科学证实为水果、蔬菜和农产品。但更有可能的是，由于施用了化肥，土壤中速效养分含量高，尤其是氮含量高，农作物生长速度快，产品水分充足，还没“性成熟”就被采摘了。

过去，最常用的有机肥料来自人类和动物的粪便。但是，直接从农场抽出粪便或从水厕所中抽出粪便并施用到农田是不科学的。这是因为生粪中所含的虫卵和致病菌也可能被带到蔬菜中，如果洗得不干净，食用时可能会引起疾病。此外，现代农业几乎全部使用饲料，饲料中添加了抗生素、生长激素等，会随着动物粪便排放，如果不直接处理到田间，很可能威胁到食品安全，从而危害人体健康。因此，使用人类和动物粪便必须首先进行堆腐和无害处理。

有技术经验的农民一般将人畜粪便与草、秸秆等富含纤维的材料混合，堆在一起，用粘土密封。微生物分解有机物的过程产生热量，热量杀死昆虫卵和细菌。现代有机肥厂有更好的手段来无害地处理人类和动物的粪便和尿液。

总之，有机肥和化肥都可以提供作物生长所需的养分。而且一般来说，化肥可以提供高浓度的有效养分，可以快速满足作物旺盛生长期间对养分的大量需求。但毋庸置疑的是，没有化肥，仅靠有机肥料是无法让14亿中国人吃饱喝足的。如果停止施用化肥，按照生物小循环规律和地质循环规律，土壤肥力将继续下降，作物的高产稳定将难以为继。有机肥中的有机质必须分解成氮和其他矿物质营养物质，如磷、硫、钾、钙、镁等离子或简单化合物，才能被植物根系吸收。鼓励和推广有机肥施用的主要目的不是生产“有机食品”，而是将作物生产过程中产生的“有机废弃物”，包括秸秆和人畜粪便等进行再利用，既可以减少化肥的使用，减少排放，又有助于环境保护。“十三五”以来，我国大力开展化肥农药使用零增长行动，通过有机肥补贴等措施推动实施化肥减量，主要目的是降低过度施用化肥的生产成本，减少大量化肥对生态环境的负面影响。当然，政府和农业专家都乐观地认为，施用有机肥生产的农产品可以卖到高价，这不仅增加了农民的收入，也有助于保护环境。