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韦本辉:粉垄绿色农业联手工业治污可防患雾霾

发布时间: 2017-04-14 10:09:43  |  来源: 中讯网  |  作者:  |  责任编辑: 科学频道

今年全国“两会”期间,雾霾毫无例外再次成为“爆点”话题。“现在我们观测雾霾的几种方法,无论是‘微量振荡天平法’还是‘β射线法’,都分不清什么是‘雾’、什么是‘霾’。我们对雾霾的形成机理和成分确实还没有完全搞透,需要更加深入地研究。”李克强总理说,“无论是研究大气的,还是研究土壤的,各相关学科力量都组织起来,进行跨学科集中攻关,真正打一场‘蓝天保卫战’,让大家都看到更多蓝天!”

在众多雾霾成因探索中,全国人大代表、中国科学院院士周卫健的研究颇为引人注目,“我们最近研究发现,在高湿度和高氨气的条件下,空气中的二氧化氮会促进硫酸盐形成,从而加重雾霾。这表明,除了燃煤、机动车排放和生物质燃烧,控制华北平原氮肥的使用也非常重要。这能在相当程度上减少PM2.5的形成。”“氮肥释放的氨对雾霾的贡献率可达20%以上。”

全国优秀科技工作者、“粉垄技术”发明人、广西农业科学院二级研究员韦本辉,于2014年4月就在《中国农村科技》“卷首语”,陈述了西北、华北等地免耕浅耕、化肥过量施用、过度抽用地下水资源,表土松化遇风“尘土”飞扬,加之土壤中过量氮氧化物和氨气释放,与工业污染物融合和气候等条件的耦合,就生成了令人可怕的雾霾和沙尘。

关于大气中的氨气,第一份全球性的长期卫星研究揭开了世界上四个最具农业生产力的地区这一“热点”污染物的面纱。使用来自NASA大气红外探测器(AIRS)的卫星数据,美国的科研团队发现,2002—2016年,氨浓度在美国、欧洲、中国和印度稳步上升,并指出“氨增加让悬浮颗粒着陆中国,它是北京冬季厚厚的雾霾的主要贡献者。

而来自中国科学界的研究显示,中国一直是全球最大的氨排放国家,并且,“中国空气污染拼图中极重要的一块,更是PM2.5指数被持续推高的重要密码——氨气污染”,“在中国空气治理的全国布局中,氨污染仍处于学术研究阶段”……这些现象和问题不得不令人警醒。2014年8月19日,环保部发布《氨源排放清单编制技术指南(试行)》,这是中国首个国家层面的氨排放编制指南,表明了对氨污染、氨控制的重视程度及治理路径。

事实上,近几年我国对雾霾的治理已经采取了“减煤、控车、抑尘、治源、禁燃、增绿”等多个措施,仅陕西省2013年以来就累计拆除燃煤锅炉9400多台,关停取缔企业222家,但该省关中地区大气环境质量形势仍然严峻,西安市已成为全国污染严重的省会城市之一,咸阳市、渭南市2016年大气PM10和PM2.5平均浓度均比2015年大幅上升。

韦本辉日前接受记者采访时表示,缓解与治理氨污染,思路和方法是关键。如能在华北、西北、华东等地大面积推广应用我国自主研发的农耕新方法——粉垄绿色农业,结合工业治污等措施,既可治理我国北方地区频繁发生的雾霾气候灾害,又能促进该地区绿色生态农业发展和农业供给侧结构转型,增加“化学品”含量低的优质农产品来源,改变水资源严重短缺、地下水资源不足局面,提升空气湿度、改善生态环境,助力“健康中国”建设,可谓一举多得,福泽子孙后代。

据悉,所谓“粉垄绿色农业”,是广西农科院研发的一种可“动地”( 对现有耕地耕层再加深1倍)连着“惊天”(增量利用天然降水、太阳光能等),活化自然资源(可改良盐碱地、退化草原等),不需增施化肥农药、灌溉用水量,就能“一肩挑”起增产10-30%、品质提升5%、保水量增加1倍和改善生态环境的绿色发展“重任”技术。该技术,已在21个省20多种作物应用示范取得显著效果。

揭开农田里的雾霾“祸因”

我国北方大面积地区的百姓在过去十几年前,几乎都是靠煤燃来做饭和取暖,“村村点火、户户冒烟”的场景蔚为壮观。彼时落后耗能企业不少,然而发生雾霾却不多。而近些年雾霾连年频发,在北京等大城市就是采取了许多工业等污染物减排措施,但仍无法凑效,其根源“推手”,应当与北方地区十几年来推行的现行不良农业有关。这是韦本辉的独到见解。

韦本辉经过科学严谨的研究,提出了具体因素。首先,在耕作方式上,由过去相对深耕改为免耕或拖拉机浅旋耕,耕作深度只有10多厘米,犁底层上移严重且非常坚硬,天然降水很难下渗利用,作物根系难以深扎,秸秆难以还田入土肥土(韦本辉亲自挖开石家庄市小麦地土壤剖面,松土层已不足12厘米);二是政府政策补贴农民,有钱了就连年大量堆施化肥农药,残留累加的结果,造成了土壤理化性状发生变化而板结,土壤结构和土壤黏性变差,水气热不协调而化肥利用率低下;三是当地年降雨量只有几百毫升,政府支农投资,农田配置了大量灌溉系统,为了良种(大面积推广杂交良种)高产潜力发挥而过量抽用地下水资源。

这几个因素,在冬季农地土壤在地表覆盖物缺乏或苗期稀疏条件下,北方地区几亿亩面积的“上吐下泻”严重效应反应到几个省的空间, 特别是因犁底层较之前十几年上移4-5厘米,松土层土壤自然减少4-5厘米,其土壤化肥浓度增高释放到空气中的氨气和二氧化氮相应增多,就充当了雾霾的直接“推手”。

所谓“上吐”,就是土壤表土由于空气干燥水分蒸发,遇到风吹刮动变成“尘泥”上扬和氮氧化物、氨气挥发飘逸到空气中,参与“雾霾”的形成;所谓“下泻”,就是由于地下水资源缺乏和地下水位下降,诱发耕地中的耕层土壤水分被严重下渗,表层土壤处于严重“饥饿”干旱,又加剧了地面尘泥和氮氧化物、氨气“上吐”的贡献力度。

韦本辉形象地指出,这些农业对雾霾的贡献与有害的PM2.5的关系,就如“头痛”与“牙病”的关系,雾霾这个“头痛”实际上可能是“牙病”引起的,是由尘泥、氮氧化物、氨气这个像西药中药片充当“淀粉”等角色裹住“PM2.5有害颗粒”,为雾霾的形成起了推波助澜作用;在检测中,“ PM2.5有害颗粒”被测出了,而“淀粉”角色的尘泥、氮氧化物、氨气因“无害”可能被忽视了。

因此,不良农耕和化肥施用对雾霾成因的贡献因素,也就未被人们所关注。

近10年来我国单位面积化肥施用量比国际标准用量超量1.5倍,2015年每公顷高达361.99公斤,比1978年58.89公斤增长5.15倍,比国际标准用量超跃1.6倍,国家有机类肥料工程技术研究中心主任沈其荣分析说化肥利用率只有30%,表明这些施入农田的化肥至少有20-30%氮氧化物、氨气被释放到空气中参与了雾霾形成,这与上述周卫健院士实验结果基本一致。

另外,南方地区发生雾霾少,是由于冬季农田种植绿肥、油菜、蔬菜等,稻田土壤湿润,耕地表皮土壤不容易被风吹刮动“扬尘”耕地土壤中氨氮肥在冬春季节释放量也相对少,雾霾自然相对较少,就是大城市的广州、深圳、珠海等城市雾霾气候也不多见。这也佐证了北方地区雾霾发生与农田状况关联的原因所在。

粉垄绿色农业可助力治理雾霾

粉垄绿色农业, 是继人力、畜力、拖拉机耕作之后的一种颠覆性耕作方式,利用发明的螺旋型钻头耕作工具一次性比拖拉机深耕深松1倍、土壤均匀细碎且不乱土层,增产10-30%、增加保水1倍,还可在盐碱地、退耕草原改造利用。

韦本辉认为,粉垄作为一种绿色农业,在北方地区既能增产又可治理雾霾。

——良性成倍活化利用土壤资源。粉垄深旋耕比拖拉机可加深耕作1倍、且土层不改变,扩建了耕地中土壤“四库”,即土壤养分库――单位面积上松土量增多1倍、可供作物利用的土壤速效养分提高10-30%;耕地水库――雨水入土速率提高30-50%、贮水量增加1倍左右;土壤氧气库――土壤容重降低20-30%、氧气增加1倍左右;土壤微生物库――土壤有益微生物数量增加1倍以上;水肥气增加促进作物根系发达,植株健壮,光合效率提高10%以上。

——种地养地肥地。粉垄耕作可由拖拉机旋耕10-20厘米加深到30-40厘米,而且前置灭茬将秸秆粉碎后直接将其深埋土中,既增加土壤有机质又避免秸秆焚烧污染环境,克服了拖拉机浅耕秸秆难以还田的弊端,实现了种地养地肥地的良性循环。

——减施化肥能保持较好产量水平。粉垄耕作创造了土壤水、气、热、微生物协调生态环境,肥料利用率提高,北方地区粉垄种植作物在不施肥条件下可增产18-26%,如中国科学院张正斌团队在安徽试验,在零施肥条件下比拖拉机耕作增产18.3%;甘肃农科院在定西试验零施肥种植马铃薯,比拖拉机耕作增产26.55%。

——增产幅度大且能降低“化学农业”程度。在北方地区,中国农科院在河北吴桥定点试验,粉垄一次4年持续增产,玉米最高每亩增产254.65公斤、增幅38.19%。农民应用,陕西富平曹村镇粉垄第一茬冬种小麦亩增121公斤、第二茬夏玉米亩增193公斤,河北沽源县粉垄种植马铃薯亩增1148公斤,甘肃省定西市海拔1900米雨养粉垄种植马铃薯增产40%甚至1倍以上;新疆尉犁县盐碱地粉垄种植棉花亩增124公斤;内蒙古粉垄改造草原130天自然增产牧草116%。中国农科院、广西农科院等多单位对水稻、玉米、小麦等试验,每产出100公斤粮食化肥用量减少0.35-4.29公斤、减幅10.81%-30.99%,表明粉垄技术 “化学农业”程度降低。

——地面空气湿度提高有利于植被生长和生态环境改善。粉垄深耕深松形成良好的耕地水库,作物根系深扎,实现作物“以根为本”和“‘库’、‘源’”协调,促进地面生物产量增加20-30%,“耕地水库”和地面生物产量增加的效应促进地面空气湿度提升。据甘肃农科院测定,粉垄马铃薯生长期间地面空气湿度可提高20%以上(干旱51天时中午测定提高达56.7%),有利于北方地区植被生长和生态环境改善。

——土壤持水量“盈余”效应有利于土壤保水。白天,土壤水分被蒸腾时,粉垄耕作深度35-40厘米、土壤毛细管被切断,土壤水分被蒸发量较传统耕作只有10多厘米所占的比例少;晚上,因粉垄土壤细碎而表层土壤表面积接触空气面积大,从空气中吸纳的水分较传统耕作土壤块状接触空气面积小也多,这种“一少一多” 效应,就使粉垄比传统耕作形成良好的耕地土壤持水量“盈余”状态,有利于提高土壤黏性,不易“尘泥”空扬。

可见,粉垄农业,替代拖拉机耕作,简单易行,可将秸秆直接深埋土中,是一次重大的深垦造田肥地和聚水保水运动,是人类与自然和谐共生的基础;粉垄活化土壤养分减少化肥20%左右仍能保持较好产量水平,加上化肥利用率可提高10%以上及土层倍数增加,土壤化肥浓度被稀释1倍左右且易随水下沉,使氮氧化物、氨气的释放量减少30%以上,同时粉垄培肥地力,可减少30%左右“尘泥”的空扬,这几个因素的综合效应,就使农业产生的“尘泥”和氮氧化物、氨气难以充当雾霾“推手”。

显然,在北方地区几亿亩耕地推广应用粉垄农业技术,不仅在北京周边几百甚至千公里的地域空间,使尘泥、氮氧化物、氨气成不了雾霾“推手”,结合工业治污等措施,达到根治雾霾灾害目的是可以期望的。

开创绿色生态“3+1”农业新体系

韦本辉和他的研究团队,在总结粉垄技术可提高作物对不良环境的抵御能力、自然性增产,物理性地“淡盐”可低成本改造利用盐碱地,依据粉垄技术“资源活化利用”的核心理论及其自然资源最大化活化,调动友好利用的可行性,研究提出了粉垄驱动绿色农业“3+1”产业体系。

韦本辉介绍说,绿色生态“3+1”农业新体系,是指活化“耕地、盐碱地、退化草原+江河水体”。体系的构建,可使农业资源总量、优质食物来源总量、可利用水资源总量增加;可应对生态环境恶化、气候变暖等;实现人类与自然更加和谐共生。”

落实“3+1”绿色生态农业产业体系,解决中国经济社会的深层次问题,韦本辉认为在我国可实施“七大技术工程”:分别是粉垄耕地活土增粮工程,粉垄盐碱地改造利用工程,草原改造丰草生态增肉工程,粉垄水资源与空气湿度改善工程,江河鱼类自然繁衍产鱼工程,活土增产增效扶贫工程及城市海绵贮水工程。

一个令世人振奋的数据是:若在全国10亿亩耕地推广应用,旱地粉垄深35-40厘米、稻田粉垄深25-30厘米,以平均年亩增80-100公斤计,可年增粮食800-1000亿公斤,可多养活人口2亿-3亿。这对我国用占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口的事实,具有重大的划时代意义。

据悉,粉垄绿色农业,美国土壤营养专家陈禹明博士,在广西考察语出惊人“是一种农耕革命,可改变世界”。已通过广西科技厅组织中国工程院副院长刘旭院士等专家组成的科技成果鉴定,认定该技术“具有原创性,可应用各种农作物”。袁隆平院士现场考察后称“粉垄农业技术了不起,是革命性技术”,“可在全国推广了”。

2017年中央一号文件提出,“推行绿色生产方式,增强农业可持续发展能力” ,“深入推进绿色高产高效创建,重点推广优质专用品种和节本降耗、循环利用技术模式”。而就粉垄技术的特色和实践应用考量,正是农业发展绿色生产方式一次深刻变革。

总体说来,粉垄,是人类历史上牵涉面最大的自然资源友好活化利用的“里程碑”技术,耕地深垦1倍生产能力提高10-30%、贮水量增加1倍,并能开拓多领域开发——改造利用盐碱地、退化草原,带动水域(含江河、湖泊和近海水体等)产业经济发展,带动空气湿度提升和生态改善,实现国土空间自然资源立体扩容,促进粮食、水资源、生态环境的安全,国民生活质量与健康水平的提高,及经济社会的协调发展。可见,粉垄绿色农业可关乎国家发展大局。

相关资料显示,韦本辉是国家公益性行业(农业)科研专项(淮山药)首席专家等,他坚持“把论文写在大地上”的科学求索精神,创造了4项世界第一或国际领先成果。2015年他被广西推荐为中国工程院院士候选人,被《人民日报》刊文称为“站在泥土上的科学家”,还被人誉为“粉垄之父”、“薯王”等。 (徐国信)