《道法自然的土壤修復技術及其與中醫農業的關系》

一、引言

地球上有兩個一級生態系統，亦即陸地生態系統和海洋生態系統。人類居住的陸地生態系統(terrestrial ecosystem) 是指地球陸地表面由陸生生物與其所處環境相互作用構成的統一體。陸地生態系統生境復雜，類型眾多。該系統的第一性生產者主要是土壤生產出的植物，構成動物（含人類）食物鏈的起始端。陸地生態系統可按生境特點和植物群落生長類型劃分為森林生態系統、草原生態系統、荒漠生態系統、濕地生態系統以及受人工干預的農田生態系統等次級系統。其中，森林生態系統的結構最復雜，生物種類最多，生產力最高，而荒漠生態系統的生產力最低。

陸地生態系統以大氣、水和土壤為介質/環境，而其中，土壤是陸地生態系統的基礎，也是系統自我調節以達到最佳狀態的關鍵。

因此，我們需要重新認識土壤。土壤不僅是農業生產的基礎，還是陸地生態環境的基礎。土壤質量不僅決定著農產品的產量、質量和安全性，還直接制約著人類生存的生態環境的質量。正如我國老話所說，“萬物生于土，萬物歸于土”。

“萬物生于土”，土壤是農業生產的基礎。土壤資源的數量和質量，不僅是人類糧食數量安全的基礎，還是農產品質量保障的根本。這就是人們長期以來對土壤形成的認識。近年隨著社會對食品安全的關注，人們進一步意識到，首先必須有土壤的健康和安全，才會有農產品的健康和安全，最后才能有國民的健康和安全。換句話說，土壤的質量和安全直接關系著食品的質量和安全。人們在強調保障18億畝耕地數量紅線的同時，比以往更加關注耕地的質量。

但這還不夠。實際上，土壤是一個復雜的生態系統，它不僅具有彌足珍貴的農業生產能力，而且還是陸地生態環境最重要的緩沖調控和凈化系統。如果土壤系統遭到不可恢復的破壞，則有可能導致整個陸地生態體系災難性的崩潰，這是人類社會不可承受的災難。

“萬物歸于土”。人類社會幾千年，其所產生的廢棄物、污染物都上哪兒去了？答案是，放土壤里面去了。土壤系統擁有分解凈化這些廢棄物、污染物的功能，并將其轉化為土壤的生產能力，這實際上是陸地土壤與陸地的植物-動物-微生物形成的一個自然生態循環系統。這就是“萬物歸于土”。

然而現實是，我國土壤由于幾十年過度的開發和不科學的利用而發生了全方位的嚴重退化，土壤系統的農業生產能力和生態環境緩沖調控能力逐步退化。更為嚴重的是，我國土壤系統不僅喪失了環境凈化能力，而且正在逐步蛻變成一個面源污染源，進而加劇了水體污染和大氣霧霾的大面積擴散。

因此，我國土壤亟需修復改良。本文就是介紹筆者提倡的土壤礦物質-有機質-微生物三元合一的土壤修復改良技術體系，并討論其與中醫農業的關系。

二、道法自然的土壤修復改良技術概述

欲要修護土壤，需要搞清楚三個基本問題：土壤是怎么來的？土壤是由什么物質構成的？土壤有何基本功能？

首先，土壤是怎么來的？土壤是由礦物巖石（成土母巖）風化而來的。巖石在地表經風吹日曬雨淋發生物理風化、化學風化、生物風化，千萬年才轉化為土壤。巖石不能長植物，而從巖石風化來的土壤則能。這是由于巖石風化成土的過程中，一是破碎疏松的土壤結構的形成；二是巖石中的礦物質元素發生了活化，變成了植物可以吸收利用的有效營養形態；三是大量的有機物質和微生物的加入，與細粒礦物一道形成良好的土壤生態環境。

因此，土壤具有三大基本功能：

1、養分功能：土壤向植物生長提供基本的礦物質元素養分和有機養分（土壤與生俱來的自然養分）。

2、結構功能：土壤的疏松多孔和特殊的團粒結構保證植物根系生長、保水保肥、透氣。

3、生態環境功能：土壤提供植物生長必需的生態系統和環境條件（包括pH值、陽離子交換容量、微生物群落、土壤酶活性、土壤污染物等）。這也是人類生存所必需，也是國家發布的“土壤污染防治十條”的目標�？梢�，土壤修復改良既是農業生產的基礎，又是環保產業的基礎。

我們知道，理想的土壤有一半是空隙，空隙里面填充的是氣和水，另一半是固體。土壤固體是由什么構成的？如圖所示，土壤固體是由土壤礦物質（>90%）、有機質和少量微生物三部分構成：（1）既然土壤是由礦物巖石風化而來的，所以土壤中礦物質占了95%左右；（2）而土壤之所以叫土壤則是因為有土壤有機質的存在，如果不含有機質那就只是一堆泥沙，不可能具備土壤的基本結構和有機養分；（3）我們說土壤是有生命力的，是有活性的，這是由土壤微生物決定的。土壤礦物質、土壤有機質、土壤微生物，三者相輔相成、密切相關、缺一不可，1+1+1＞3。只有把這三者及其相互關系都調理到一個最佳狀態，才可能有一個理想的土壤。

因此我們認為，從土壤的形成過程和自身物質組成來看，土壤修復改良的技術途徑也有三條：礦物質技術、有機質技術、微生物技術。也因此就有了礦物質土壤調理劑、有機質土壤調理劑、微生物土壤調理劑三大類土壤調理劑產品。只有將這三者有機地整合在一起，才可能全方位地去修復改良土壤，才是應對復雜多變的土壤自然條件和農業生產因素的綜合性技術方案。我們把這稱為：土壤修復改良的“大三元”解決方案。我們的思路是，以自然的方式去修復自然，以土壤的方式去修復土壤，是一個“道法自然”的土壤修復改良技術體系。

對于“道法自然”，在此僅略舉一例稍加說明。

土壤自身與生俱來的自然養分，絕大多數并非是“水溶性”養分，而是“枸溶性”養分。所謂“枸溶性”養分是指土壤中不能被水溶解、但能夠被植物根系分泌的根酸所溶解（或能夠被植物根際微生物所分解），因而能夠被植物根系吸收利用的那部分物質。實際上，在土壤演化過程中，由于各種復雜交織的物理、化學、生物化學和生物反應，既會產生枸溶性、也會產生水溶性養分，但水溶性養分絕大多數都會很快被雨水、灌溉水沖洗淋失，不可能長期保存在土壤中。而只有枸溶性養分才可能長期穩定保存在土壤中并構成土壤自然養分的主體。我們“道法自然”、向土壤學習得出的啟示就是，欲要提升土壤肥力水平、提升土壤自身養分含量，必須向土壤中添加“枸溶性”養分，因為只有枸溶性養分才可能不被水淋失，穩定留存在土壤中隨時等待植物根系去吸收。因此建議，所有以提升土壤養分為目的的改土材料（土壤調理劑）都應以枸溶性養分為主。實際上，我國傳統農業當家的農家肥（有機肥）中所含的植物生長養分就是以枸溶性養分為主。

同時，再舉一例來說明土壤中礦物質-有機質-微生物三者的緊密共生關系。土壤膠體是土壤物質中最重要、最活躍的部分，與植物營養的供給和吸收、各種土壤反應都密切相關，包括土壤的吸收性能、土壤pH值緩沖性能和雙向調節功能、土壤酸化、土壤堿化、土壤鹽化、陽離子交換量、重金屬離子鈍化功能、土壤團粒結構和毛細孔道結構等。而土壤膠體是由礦物膠體（無機）和腐殖質（有機）以十分復雜的形式相互結合而成的，因此常又被叫做“有機-無機復合體”，而土壤微生物作用則是促成這種復合的關鍵因素之一�！巴寥烙袡C-無機復合體”被認為是土壤肥力的基礎物質，由之形成的微團聚體被看成是土壤肥力的最小功能單位（陳恩鳳等，1989）�？梢�，正是礦物質-有機質-微生物三者的密切相互作用產生了土壤膠體體系以及隨之而來的一系列土壤功能。

三、土壤修復改良的礦物技術和礦物質土壤調理劑

我國傳統農業是建立在有機肥料基礎上的，這當然與有機固體廢棄物的循環利用密切相關。因此，近十年來各界對有機肥和微生物肥料（有機質土壤調理劑和微生物土壤調理劑）高度重視，尤其是在有機肥和生物有機肥取代化肥方面，取得了顯著的成績。但對于礦物肥料（礦物質土壤調理劑）的關注卻相對較少，因此本節將對土壤修復改良的礦物技術和礦物質土壤調理劑開展重點論述。

土壤修復改良的礦物質技術至少包括三方面的內容：

1) 土壤是由礦物巖石風化而來的，土壤固體的90%以上是礦物質，礦物質構成土壤基質的主體，因此也是制約土壤結構功能（包括土壤團粒結構和毛細孔道結構）的主體；

2) 土壤中活化的礦物質元素是植物生長不可缺少的主體營養元素，尤其是中微量元素（土壤的養分功能）；

3) 土壤礦物質與有機質和微生物一起控制了土壤的物理、化學、生物學性能，尤其是其中的納米-微米級別的粘土礦物與腐植質結合組成的土壤膠體體系，全面制約著土壤的生態環境功能、養分功能和結構功能。

從植物營養學的角度看，巖石礦物風化成土的過程實際上就是礦物巖石中元素的活化過程，這是化學變化。巖石中的礦物質元素是固定的、惰性的、不能被植物吸收利用的，而土壤中則有少量的礦物質元素在風化成土過程中被活化成為能夠被植物吸收的有效營養形態，這就構成了土壤“自然養分”的基礎，是土壤支持植物生長的礦物質養分基礎。德國化學家李比希早在19世紀中葉就提出了至今仍然被認可的“植物礦物質營養學說”：土壤中礦物質是一切綠色植物唯一的養料。諾貝爾獎得主Carrel認為，土壤中的礦物質控制著植物、動物和人的新陳代謝，進而決定了所有生命的健康程度。1936年美國參議院第264號文件指出，天然土壤可提供多達80種以上的礦物質營養元素，使植物能正常生長代謝，還幫助植物增強抗性。但化學農業濫用氮磷鉀化肥、過度高產，致使土壤中的礦物質營養元素消耗殆盡。這是美國人當年遇到的問題，也是我們中國人當前正面臨的難題。我國由于地少人多、數十年長期持續高產，掠奪性地消耗了土壤中的中-微量元素礦物質養分，不僅破壞了我國農作系統的可持續性、降低了耕地支撐高產的能力，而且使植物病變增多、農產品品質下降、化學氮肥的利用率下降。

從土壤物理學的角度看，礦物巖石風化成土的過程也是巖石破碎并細�；�、疏松多孔化的過程，這主要是物理變化。土壤特殊的團粒結構和毛細孔道結構則是礦物質膠粒與腐殖質復雜相互作用的產物，其中還有土壤微生物的關鍵貢獻。而這種特殊的土壤結構是植物維系根系生長和保水保肥透氣的基礎，土壤板結就是指土壤結構的破壞。

因此，當我們在探討土壤修復的礦物技術時，或者換句話說，當我們設計研發一種礦物質土壤調理劑產品時，必須從礦物質元素營養和土壤結構、土壤膠體三個方面去綜合考慮，而不能顧此失彼（例如，不能在補充土壤礦物質營養的同時破壞了土壤結構）。

下面將結合我們自己的研發案例以及相關的礦物質土壤調理劑產品加以說明。

基于上述原理，上世紀末，我們將地質學、礦物學、巖石學、地球化學與土壤學、土壤生態學、植物營養學、植物栽培學等學科相結合，模擬自然界石頭風化成土壤的地球化學過程，發明了“低溫水熱蒸養工藝技術”，能將富鉀硅酸鹽巖石中的礦物質元素（鉀硅鈣鎂鐵磷硼錳鋅等）整體活化為能被植物吸收的有效營養（枸溶性養分�。�，從而將石頭轉變為富含多種營養元素的礦物肥料，來修復改良土壤、還原土壤的原生態。同時，該技術產品不僅在營養成份上類似于天然風化土壤，而且在物理結構特性上也類似于土壤，具有特殊的微孔結構（容重-3）和納米-亞微米顆粒結構（參見下圖右下角的掃描電鏡照片）。因此該產品不僅能向土壤補充數十種礦物質營養元素，而且能夠改良土壤團粒結構、調理土壤生態環境（如防治土壤酸化、增大土壤陽離子交換容量等）。

如下圖所示，就是把石頭“活化、細化、膨化”，分別對應著土壤的三大基本功能——營養功能、環境功能和結構功能。

天然石頭造肥料技術:水熱加壓蒸養工藝生產過程中成土母巖原料發生的三大變化及其與自然界的石頭風化成土過程的對比

自2006年始，由農業部全國農業技術推廣中心和中科院農業項目辦公室統一部署，在全國范圍開展了廣泛的農田肥效試驗示范和溫室大棚機理試驗。全國先后有27個省市自治區100多個縣市的土肥工作站和農業企業、以及中科院、農科院、中國農學等10多個科研院所和高校承擔或參與。試驗示范效果良好，證明其既具有良好的土壤調理效果、又具有肥料的功能（向植物生長提供所有的中微量礦物質養分元素）。

試驗點跨越熱帶季風、南亞熱帶季風、亞熱帶半濕潤季風、亞熱帶高原型季風、亞熱帶與暖溫帶季風、暖溫帶半濕潤季風、暖溫帶大陸性季風、溫帶半濕潤季風、溫帶寒溫帶季風、溫帶大陸性干旱半干旱季風等十大氣候帶，涵蓋與之對應的赤紅壤、紅壤、黃壤、潮土、褐土、栗鈣土、黑土、白漿土及荒漠土九個土類。涉及的退化土壤類型包括連作重茬障礙土壤、酸化和重金屬污染土壤、鹽堿化土壤、沙化土壤。

顯示的主要農業效果包括：

土壤修復改良效果：包括：1）通過十多種大量-中量-微量礦物質營養元素的加入，從根本上提高土壤肥力、促進營養平衡。2）該產品屬堿性（pH值10～11），因此能防治土壤酸化（參見右圖）。3）鈍化重金屬，降低重金屬毒害，如湖南水稻畝施15公斤該產品就能降低稻米鎘含量24.2%。4）其特殊的多微孔結構能防治土壤板結。

增強農作物抗性（由于營養平衡和硅、鈣等元素的協同作用）：包括抗病、抗蟲、抗倒伏、抗鹽、抗旱、抗寒、抗澇、抗重茬、抗重金屬毒害等。其中僅抗鹽一項就可能為我國鹽堿地的改良和利用提供巨大前景。

提高農產品品質：Vc等多種營養成分和鈣鐵等多種微量元素的含量提高。如稻谷質量10項指標中9項得到提高，張家口葡萄含糖量增加6.4%，山東肥城桃的維生素C含量提高46%。

提高化肥利用率、降低農藥用量：可降低化肥和農藥的用量 10～60%，進而降低農業殘留、提高農產品安全性，同時顯著減少農業面源污染。

增產：5～15%。如全國60多個水稻試驗平均增產7.6%。由于施用該礦物肥后植物根系特別發達，根莖類作物增產更顯著，12個土豆試驗平均增產15%,14個花生試驗平均增產14%。

根系發達強壯：從而使植物吸收和利用養分的能力提高，免疫力和抵抗力增強。因此，馬鈴薯、花生等根莖作物的增產效果十分顯著。

在試驗示范過程中發現，本產品與有機肥、尤其是與生物有機肥合施的效果特別好，映證了前述礦物質-有機質-微生，三者相輔相成、1+1+1＞3的關系。

四、道法自然的土壤修復技術與中醫農業的關系

中醫不僅能醫治人類（包括動物）的疾病、保障人類的健康，而且其原理和方法對所有植物都有醫治病蟲害、促進健康生長的作用，并能有效改善農業生態環境。中醫農業，就是將我國傳統中醫的原理和技術方法應用于農業領域。我們認為，中醫農業是基于現有生態環境、生產條件和生產經驗，在不改變生產方式、不增加生產成本和農民負擔的前提下，擺脫現代農業過度依賴農藥化肥困局的最佳解決方案之一，被稱為“中國特色的生態農業”（章力建等，2018）。目的是促使植物體（動物、人體）“正本歸原”和恢復原生態健康生長，真正生產出“優質、生態、健康、營養”的安全農產品。

中華傳統文化的核心之一是“天人合一”的哲學思想。宇宙自然是大天地，人則是一個小天地。人和自然在本質上是相通的，故一切人事均應順乎自然規律，達到人與自然和諧�！疤烊撕弦弧本褪桥c先天本性相合，道法自然，回歸大道，歸根復命。習近平總書記就強調：“我們應該遵循天人合一、道法自然的理念，尋求永續發展之路�！�

中國醫學的核心也是“天人合一”的“整體觀”思想，亦即從整體上來認識人體的健康與疾病，其中包含了“人是一個整體、人與自然界的統一性、人與社會的統一性”這三個方面。因此中醫養生講究“道法自然，順應天性”。我們在談到中西醫的差異時經常說的一句話是：西醫是“頭痛醫頭”，而中醫可以“頭痛醫腳”，這就是中醫整體觀優勢的體現。

如前所述，土壤系統實際上是一個生態系統，這是在自然界的一定空間內，生物與其所在的環境構成的統一整體；在這個統一整體中，生物與環境之間相互影響、相互制約，并在一定時期內處于相對穩定的動態平衡狀態。因此，我們根據“土壤的形成過程和自身物質組成”，提出了“礦物質-有機質-微生物”三元合一的土壤修復改良技術體系，也是遵循“道法自然、天人合一”的中國哲學思想。

如前所述，土壤的生產力和生態調控能力是密切相互制約、不可分割的。土壤退化是一個綜合體系，不僅退化形式多種多樣，而且各種退化形式是相互聯系、相互影響的。因此土壤修復也必須是全方位的修復，不能頭痛醫頭、治標不治本。例如，土壤酸化的后果不僅是破壞了土壤的農業生產能力，而且還使土壤中鎘、鉛、鋁等重金屬元素活化、生物有效性急劇增高，造成重金屬污染毒害。因此需要對酸化土壤開展“酸、瘦、毒、板、病、死”的全面治理�！暗V物質-有機質-微生物”三元合一技術體系就是為了全方位修復改良土壤而設計的。

在技術層面，中醫農業經常利用生物源物質和天然礦物源物質制成兩料（飼料和肥料）和兩藥（農藥和獸藥）、或者相關的天然調理劑和添加劑，用于種植業和養殖業。其中就包括了本文所述的用天然成土母巖制成的礦物質土壤調理劑來改良土壤，以及用低毒、易分解、天然草本的、藥肥一體的中藥復方來替代人工合成的劇毒長效農藥，等。

中醫處方用藥的理念是“君、臣、佐、使”的配伍理念，亦即說，處方中的多種中藥材分別起著君、臣、佐、使的作用。把這些藥材組合到一起的原則是：具有綜合作用，治療范圍較廣，并能調和藥物之間的毒性，減少或避免不良反應。其中的“君藥”是該方的主藥，針對一病的主因、主癥能起主要作用的藥物；而“臣藥”和“佐藥”都是協助和加強“君藥”效能的藥物，還能協助“君藥”解除某些次要癥狀或解緩“君藥”的毒副作用�！笆顾帯眲t是“引經藥”，又常稱為“藥引子”，引導藥物直達病所。

中醫農業在組合使用各項技術時也經常借鑒“君、臣、佐、使”的中藥配伍理念。如劉立新和梁鳴早提出的“生態有機農業投入品的四位一體技術”就是借用了“君、臣、佐、使”的配伍理念：足量的碳+適量的水（君）、全元礦物質（臣）、有益微生物（佐）、生長期間脅迫+營養管理（使）（梁鳴早會議交流，2018）。其中，用“生長期脅迫”作為“藥引子”的設計思路令人拍案叫絕。

五、討論和結語

自然生態系統及其生態平衡，乃是生物物種與其環境之間長期（千萬年）相互作用、相互適應的結果。人類本身也是自然生態系統中的一員，只能遵循自然生態系統自身的規律去適應它、養護它，而不是為了人類的私利一味地去索取，粗暴地去干預它、甚至破壞它。人類希望提高土壤的生產能力和污染凈化調控能力，這只能通過學習自然、模擬自然、道法自然，去對土壤生態系統開展適度的微調。生態系統的劇烈突變對于其中的生物物種來說都是災難性的，很可能是人類不可承受的。本質上，這屬于中華民族傳統文化的哲學思維，“天人合一、道法自然”，乃是人類與天地萬物共榮共存的最高原則。而本文“道法自然的土壤修復改良技術”與中華傳統醫學一樣，都是遵循這樣的思路�！暗V物質-有機質-微生物”三元合一，其中的礦物技術是目前的顯著短板，值得引起格外關注。