有机农业生产的非化学原则思考

王志民++蔡光泽++陈开陆++杨红++陈波++李小艳++曹芮++黄泽龙

摘要 本文通过分析国标GB/T 19630—2011对农业生产方式的规定，总结出有机农业生产的非化学原则，得出非化学原则是建立在遵循自然规律、遵循自然界物质循环理论；植物必需营养元素、含量高需量大理论；生物多样性保护、有害生物控量调控理论等三大理论基础上的。本文为进一步开展非化学农业生产提供了理论依据。

关键词 有机农业；非化学原则；物质循环；理论基础

中图分类号 S-01 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）20-0257-04

Thoughts on Non-chemical Principles of Organic Agricultural Production

WANG Zhi-min 1，2 CAI Guang-ze 2 CHEN Kai-lu 1，2 YANG Hong 2 CHEN Bo 1，2 LI Xiao-yan 1，2 CAO Rui 1，2

HUANG Ze-long 1

（1 Xichang Lvfeng Non-chemical Agricultural Technology Research Institute，Xichang Sichuan 615000； 2 Xichang College）

Abstract Based on the analysis of the provisions of GB/T 19630-2011 on agricultural production mode，this paper summarized the non-chemical principles of organic agricultural production.The non-chemical principle of organic agricultural production had three important theoretical basis.The first one was following the laws of nature and the natural material circulation.The second theory was that the requirement of high contentessential elements of plant was higher than low contentessential elements. The third was biodiversity protection and biological control regulation of harmful organisms. This paper had provided a theoretical foundation for further non-chemical agricultural production.

Key words organic agriculture；non-chemical principle；material circulation；theoretical basis

根據国标GB/T 19630—2011规定，有机农业是遵照特定的农业生产原则，在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，遵循自然规律和生态学原理，协调种植业和养殖业的平衡，采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式[1]。有机农业的主要功能是在有机产品的生产、加工、流通、消费领域，维持和促进生态系统和生物的健康，包括土壤、植物、动物、微生物、人类和地球的健康。因此，有机农业不使用化学合成的肥料、植物保护产品、兽药和食品添加剂，与依赖使用化肥、化学农药、化学激素推动生产发展的化学农业相对应[2]，发展有机农业必须遵循不使用化学投入品的非化学原则。为探索有机农业非化学原则的理论基础及实践意义，本文以有机农业遵循的自然规律和生态学原理、植物必需营养元素的生产重要性差异分析、农田生物多样性保护特点为出发点，分析了有机农业非化学原则是建立在遵循自然规律、遵循自然界物质循环理论；植物必需营养元素、含量高需量大理论；生物多样性保护、有害生物控量调控理论这三大理论基础上的。

1 遵循自然规律，遵循自然界物质循环理论

遵循自然规律，遵循自然界物质循环理论是指在人类生产活动过程中，以自然规律、自然界物质自然循环方式为核心指导各种生产活动，以维持生产系统中生物与生物、生物与环境间的均衡关系，维持生产系统的可持续发展。该理论指导在农业生产过程中，投入品的管理应遵循“同质强化，异质排斥”原则，即生物产品的生产，可强化生物质材料的投入，但应排斥对生物繁育有害的化工物料。

遵循自然规律和生态学原理是有机农业的基本原则，自然规律是指不经人为干预，客观事物自身运动、变化和发展的内在必然联系。农业生产中，遵循自然规律的核心是人类的生产方式应遵循自然界物质自身的循环变化方式。分析我国传统农业和现代农业生产系统中物质循环差异，结果表明，传统农业遵循了自然界物质循环的基本规律，推动了我国传统农业4 000年的发展史。

1.1 我国传统农业生产系统物质循环方式

考查我国历史及现实的农业生产方式，我国古代、近代采用的是不使用化工投入品的传统农业生产方式[3]，完全依靠系统中土壤自然养分—植物生产—秸秆还田（堆腐）—微生物分解转化（动物转化）—土壤自然养分实现动植物生产（图1）。我国4 000多年的农业发展历史表明，自然循环方式能保证土壤具有持续的生产能力，保护生态环境，生产健康的食物。

1.2 我国现代农业生产系统物质循环方式endprint

20世纪30年代以来，我国逐渐进入使用或大量使用化肥、化学农药、化学激素等化工投入品的化学农业生产方式，在有机物料循环利用的基础上，主要依靠系统中添加化肥、化学农药等化工投入品来实现动植物生产（图2），而化肥、化学农药是自然界原来没有的物料，大量进入农业生产系统会改变植物生长方式[4]，使植物碳-氮系统、土壤微生物生长、土壤养分失调（土壤碳素含量下降，氮、磷、钾含量升高），部分化工投入品微生物难以分解转化，造成环境中化工品积累，破坏土壤和生态环境，并改变食物营养素结构、比例[5]，残留的化工品也将造成食物农残污染。

2 植物必需营养元素，含量高需量大理论

现代植物营养理论表明，植物的生长需要16种必需营养元素协调充足的供应，分别为碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）、硫（S）、铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）、铜（Cu）、钼（Mo）、硼（B）、氯（Cl）等16种。这16种必需营养元素又可分为大量营养元素、中量营养元素、微量营养元素。大量营养元素在植物体内含量为植物干重的千分之几到百分之几，有碳、氢、氧、氮、磷、钾；中量营养元素有钙、镁、硫；微量营养元素在植物体内含量很少，一般只占干重的十万分之几到千万分之几，有铁、锰、鋅、铜、钼、硼、氯。

必需营养元素具有同等重要律和不可替代律，但在农业生产中的重要性并不相同[6]，必需营养元素在生产中的重要性取决于作物的需要量与环境或土壤中存在量的差值，差值越大，生产重要性越大。当环境或土壤中必需营养元素存在一定基本量时，必需营养元素的需要量取决于其在作物体内的含量，含量越高需量越大。因此，可得出必需营养元素含量高、需量大、生产中营养权重值大的结论。新鲜的植物体氧含量最高，碳次之，硼最低（表1）[6]。

植物必需营养元素、含量高需量大理论是指植物生长所必需的16种营养元素中，可依据其植物需要量与环境或土壤供给量的差值确定该元素在生产中的营养权重值，当生产环境中不绝对缺乏16种必需营养元素时，植物的生长受元素营养权重值的制约，随其增减而升降。该理论指导在农业生产中，应依次调节补充营养权重值大的元素，促进农业生产。以必需营养元素植物体内含量、需要量及其对生产重要性分析为指导，其生产重要性排序表现为氧>碳>氢>氮>钾>钙>磷>镁>硫>铁>氯>锰>锌>铜>钼>硼。

2.1 大量必需营养元素

2.1.1 氧、氢。植物吸收的氧、氢主要来自于水（H2O），氧部分来自于空气中的氧气（O2），对植物而言，水既是植物生长所需的环境要素，也是氧、氢的营养因子。因此，可将水分、空气（包括含氧较高的土壤空气）定义为植物第一营养因子，要使农业高产，首先必须满足植物充足适宜的水分需要和良好的土壤通气能力。

2.1.2 碳。过去认为植物吸收的碳主要来自于空气中的二氧化碳（CO2），但现发现另一重要来源是土壤小分子含碳有机物，包括水溶性糖类有机物、水溶性有机酸、有机物分解产生的其他中间产物等。当来源于大气中的CO2不足时，土壤含C物质的供应充足与否，将极大地影响植物的生长。

张世明[7]认为，以近地层空气中CO2的平均浓度300～330 mg/kg评定，该浓度远低于植物饱和吸收所需CO2需量。据其多年测定结果可知，草本植物CO2饱和需量浓度为10 000～20 000 mg/kg，木本植物饱和需量为20 000～40 000 mg/kg，大气中CO2浓度为330 mg/kg，与植物需量相差30～120倍。长期以来，植物在C素严重饥饿状态下生存。许多孕育能够长大的果实，因饥饿早期夭折，或生长缓慢，或性状发育不全，这就是人们平常看到的作物和果树的落花落果、大小年、早衰、午休、晚熟、果实畸形等现象的根本原因。当满足作物CO2需求时，以上现象就会消失[8]。研究证明，人们实际得到的产量中C素不足达到20%，还有很大的增产潜力待挖掘。因此，为实现作物高产优质，必须生产出更多的“植物粮食”——C素营养，解决植物饥饿问题。

解决植物C素营养供应问题，一方面可提高近地层CO2的含量，包括使用大棚CO2发生器补充大棚C素；使用秸秆还田，在作物生长期使秸秆缓慢分解、释放CO2供地上部植物叶片吸收等方式。另一方面，可提高土壤有机质含量，提高土壤微生物含量，加速有机质分解，释放更多的小分子有机物供植物根系吸收，强化地下部C素营养供给。

在生产实践中，当土壤水分、通气条件良好时，植物最缺乏的是C素营养，植物所需C素是对氮和钾元素需求量的60倍，是磷素需求的257倍，C素调节是决定植物产量最重要的因素。化学农业强调大量施用氮肥、磷肥、钾肥，忽略作物体内含量极高的C素需求作用，是违反植物必需营养元素含量高需量大理论的。

2.1.3 氮、磷、钾。基于氮、磷、钾3种元素在生产中作物需量较大、土壤较缺乏，常成为生产中的限制因素的状况，过去学者们将其称为“肥料三要素”，这是在满足植物水、气条件、忽略C素营养不足的状态下提出的。客观分析，当环境水、气条件良好，空气及土壤中C素能持续供应，土壤氮、磷、钾缺乏必将成为植物良好生长的限制因素。按照植物必需营养元素含量高、需量大理论，氮、磷、钾含量仅次于氧、碳、氢，生产重要性也仅次于氧、碳、氢。由于地壳缺氮、磷，形成的土壤母质、土壤也缺氮、磷，后期生产带走大量的钾素。由此，在水、气、二氧化碳能持续供给的条件下，农业生产中氮、磷、钾就常成为限制因素，成为化学农业最重要的化学投入品，若过量施用，必将造成化肥污染。

植物氮、磷、钾含量分别为0.30%、0.07%、0.30%，远低于氧、碳、氢，但高于中量元素和微量元素，生产重要性处于第二层次。因此，有机农业强调重视C素营养补充，足量、适量补充氮、磷、钾素，不施用化学氮肥、磷肥、钾肥，通过秸秆还田、有机肥、生物有机肥等生物质材料满足植物氮、磷、钾的需求。endprint

2.2 中量必需营养元素

植物中量营养元素钙、镁、硫，其中钙含量与氮、钾相当，但这3种元素在一般土壤里含量较多，可以满足农作物生长的需要，生产重要性次于氮、磷、钾。当钙含量缺乏时，也需施用肥料给予补充。有机农业生产方式推荐通过秸秆还田、有机肥、天然矿物盐进行补充。

2.3 微量必需营养元素

由于作物对微量必需营养元素的需要量少，一般土壤含量已能满足作物的要求，其生产重要性次于钙、镁、硫。随着土地复种指数和作物产量的提高，加之长期有机肥施用不足，部分土壤微量元素的可供给量极速减少，与作物需要量差值增大，生产重要性也随之增大，形成生产中的最小养分需人为补充。水稻“倒缩稻”（缺锌）、棉花“蕾而不花，花而不铃”（缺硼）、油菜“花而不实”（缺硼）、小麦叶尖干卷及穗不实（缺铜）、小麦“褐浅黄萎”（缺锰）、玉米新叶失绿发白（缺铁）等，都是因缺少微量元素引起的。有机农业生产方式推荐通过秸秆还田、有机肥、天然矿物盐进行补充。

综上所述，按照植物必需营养元素含量高需量大理论，必需营养元素生产重要性排序为氧>碳>氢>氮>钾>钙>磷>镁>硫>铁>氯>锰>锌>铜>钼>硼。有机农业强调农田水气管理、秸秆还田、有机肥施用等措施，以调节水气环境、轮间套作、有机质生物循环补充全量养分（包括氮、磷、钾），严禁化学投入品进入生产系统。

3 生物多样性保护、有害生物控量调控理论

生物多样性（biodiversity或biological diversity），又称物种岐异度，是指在一定时间和一定区域所有生物（动物、植物、微生物）物种及其遗传变異和生态系统的复杂性总称，包括遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观生物多样性4个层次。

物种多样性是生物多样性的核心。所谓物种，根据中国学者陈世骧所下的定义：物种是繁殖单元，由又连续又间断的居群组成；物种是进化的单元，是生物系统线上的基本环节，是分类的基本单元。在分类学上，确定一个物种必须同时考虑形态、地理、遗传学的特征。也就是说，作为一个物种必须同时具备如下条件：一是具有相对稳定的而一致的形态学特征，以便与其他物种相区别；二是以种群的形式生活在一定的空间内，占据着一定的地理分布区，并在该区域内生存和繁衍后代；三是每个物种具有特定的遗传基因库，同种的不同个体之间可以互相配对和繁殖后代，不同种的个体之间存在着生殖隔离，不能配育或即使杂交也不能产生有繁殖能力的后代。

物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度，包括2个方面：一是指一定区域内的物种丰富程度，可称为区域物种多样性；二是指生态学方面的物种分布的均匀程度，可称为生态多样性或群落物种多样性[9]。多数生态学家认为，群落物种的多样性是群落稳定性的一个重要尺度，多样性高的群落，物种之间往往形成了比较复杂的相互关系，食物链和食物网更加趋于复杂，当面对来自外界环境的变化或群落内部种群的波动时，群落由于有一个较强大的反馈系统，从而可以得到较大的缓冲。从群落能量学的角度来看，多样性高的群落能流途径更多一些，当某一条途径受到干扰被堵塞不通时，就会有其他的路线予以补充。总之，群落的稳定性取决于物种的多样性，一个群落中，物种越多，其抵抗外界的能力就会越强，恢复能力也越强。因此，对于相对脆弱的农田生态系统，保护生物多样性对于稳定农田生态平衡尤为重要。

利用生物多样性理论指导农田生物多样性保护管理，我们必须重新审视对危害作物的“有害生物”的调控保护。按照生物群落物种多样群落稳定原理，对危害作物的“有害生物”不能用高毒化学农药杀灭，不能导致区域内该物种消亡[9]，否则，将降低该区域农田生态系统稳定性，危害系统内天敌生物繁育，降低抵抗其他“有害生物”侵染的能力。有机农业强调采用生物措施、农业措施、物理措施等非化学方法对其控量调控保护，将危害作物的“有害生物”控制在一定的数量规模范围内，不显著影响作物正常生长即可。

综上所述，生物多样性保护、有害生物控量调控理论是指在一定时间、一定区域范围内，多物种构成其生物群落，群落的稳定性取决于该群落的物种多样性，群落中个体物种均有其生态位并贡献各自的生态作用。因此，当群落物种间相互影响、相互制约时，不应消亡某一物种，应调节物种间的数量比来稳定群落。该理论指导在农业生产实践中，当主体生物（人类栽培作物）受群落其他生物（病虫草）危害时，不应消亡对主体生物危害的物种，控制数量减小其危害程度即可。

4 结语

有机农业的基本原则是在农业能量封闭循环的状态下进行生产，严格控制化学肥料、化学农药、化学激素等化学投入品的使用，与化学农业对应，有机农业在投入品的控制上有鲜明的非化学原则。

以有机农业遵循的自然规律和生态学原理为出发点，有机农业的非化学原则是基于农业生产中应遵循系统内物质循环的自然规律，以维持土壤持续的生产能力。化学投入品的使用，将改变物质的自然循环规律，改变土壤碳与氮、磷、钾的比例，阻碍土壤微生物繁育。随着环境中化学投入品的积累，土壤养分结构比例失衡，土壤理化性状恶化，环境污染、产品污染严重。遵循自然规律、遵循自然界物质循环理论指导在农业生产中不能使用化学投入品，应依靠生物质材料推动生产的发展。

以植物体构成元素及数量比例为出发点，有机农业的非化学原则是基于植物所需的养分，以氧、碳、氢为显著大量需量元素，以氮、磷、钾、钙、镁、硫为显著较少需量元素，以铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯为显著极少量需量元素。因此，生产中应以补充氧、碳、氢为主，氮、磷、钾、钙、镁、硫次之，而氧、碳、氢的补充应以调节水气和补充生物质材料为主，大量施用化学氮肥、磷肥、钾肥则无意义。生产中大量施用有机肥有调节水气、大量补充碳素、适量补充氮磷钾及微量元素的综合效果[10]。

以农田生物多样性保护为出发点，有机农业的非化学原则是基于保护农田物种多样性可提高农田生物群落稳定性的原理，对于危害作物的“有害生物”，不能用化学药剂使其物种消亡，应用生物措施、物理措施、农业措施调控数量使其不显著危害作物即可。

5 参考文献

[1] 国家认证认可监督管理委员会.有机产品国家标准：GB/T 19630-2011[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2] 王法宏，司继升，李升东.化学农业的负面效应及技术对策[C]//全国农业面源污染与综合防治学术研讨会论文集.昆明：中国农学会，2004.

[3] 舒尔茨.转变传统农业（中译本） [M].北京：商务印书馆，1987.

[4] 卢良恕.现代农业发展与社会主义新农村建设：现代农业的内涵、特点与发展趋势[J].安徽农学通报，2006，12（8）：1-3.

[5] 黄祖辉，林坚，张冬平，等.农业现代化：理论、进程与途径[M].北京：中国农业出版社，2003.

[6] 吴礼数，谭启玲，周卫军，等.土壤肥料学[M].北京：中国农业出版社，2013.

[7] 张世明.秸秆生物反应堆技术[M].北京：中国农业出版社，2012.

[8] 王修兰.CO2浓度增加对作物影响的实验研究进展[J].农业工程学报，1995，11（2）：103-108.

[9] 蒋志刚.保护生物学[M].杭州：浙江科学技术出版社，1997.

[10] 包水明.浅论大量使用化学农药的负面效应及对策[J].生物学教学，2002，9（15）：11-12.endprint