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从《齐民要术》等史籍看中国古代的肥料科学及其对后世农业发展的启示

2020-02-26赵文刘雁南王思明顾鹏

农学学报 2020年1期
关键词:肥料土壤

赵文 刘雁南 王思明 顾鹏

摘要:贾思勰的《齐民要术》是中国6世纪的农业科学巨著,它也是中国古代肥料科学史籍记载的分界线。《齐民要术》记载了大量中国古代北方地区肥料科学知识,且其所述并非仅局限在北魏时期,也兼具了秦汉以来的北方地区肥料科学史籍资料。本文兼采《汜胜之书》《王祯农书》等史料中有关肥料的篇章,从而尽可能客观地展现中国古代肥料科学知识和应用的发展水平,以期为当前农业现代化和乡村振兴战略的贯彻实施提供有益借鉴。

关键词:齐民要术;汜胜之书;王祯农书;肥料;土壤

中图分类号:S09;K239

文献标志码:A

论文编号:cjas20191000243

0引言

中国于1963年开始在农业生产活动中使用化肥,当时主要肥类为氮肥,包括硫酸铵和尿素,因受限于当时的技术手段和基础设施,氮肥主要从日本和欧洲进口,且进口量逐年增加(见图1),截至20世纪80年代末期,中国化肥消费总额己跃居全球首位。21世纪以来,中国化肥施用量已经占全化肥品类总量的90%以上。

不可否认,化肥的科学使用是可以在短时间内提高作物产量,但长远来看,无机化肥的过量施用也会导致土壤板结、退化、污染等一系列环境问题。对此,国内一些学者,在探索解决现代化农业与环境资源保护平衡关系的过程中,开始梳理中国传统农业典籍中肥料科学技术和经验对于现代农业发展的启示和借鉴。如刘立荣引用《汜胜之书》《齐民要术》《王氏农书》的论述,说明了中国古代已经发现豆类、草肥等有机肥料对于提升土壤肥力的作用;王晓鸣以春秋和唐元时期为例,阐释了古代“粪”肥是统称,是包括绿肥、杂肥等在内的统称,施肥技术在这两个时期的总结和发展也使中国传统粗放型农业逐步转型为精耕细作;桑润生以为社会主义农业生产提供借鉴为目的,依次引用《广志》《齐民要术》《四时篆要》等史料,介绍了中国古代肥料理论与耕作技术的发展脉络。

综上所述,《齐民要术》在生态学[1]、农学[2]、农史[3]研究方面具有极其宝贵的意义,专家学者对于《齐民要术》关肥料方面的记载也进行了大量研究,但其中对于《齐民要术》《汜胜之书》《王氏农书》等史籍间的横向对比研究,以及肥料科学发展与当时社会历史状况以及耕作技术水平之间的影响分析相对较少,本研究将基于相关史料就以上方面进行重点阐述,梳理中华农业文明垂万年而不衰,地力常新壮的理论基础,以期得出中国的肥料科学的领先性和适用性及其对现今农业现代化和绿色农业发展的有益借鉴。

1中国古代的施肥概念起源

按照一般理解,施肥即人类将某类有机或无机物混入土壤中,以提升土地肥力,从而促进作物生长或提高产量,这一类施肥的定义追溯起来要相对晚一些。换言之,如果把人类在农耕实践中,无意识地提高了土壤肥力、促进了作物生长的方式定义为施肥,则这一类施肥定义下的人类农业行为要更早。因为,最初人类采取的是刀耕火种的原始农业模式,客观上看,焚烧后的草木灰起到了一定施肥的作用。此外,原始人类日常产生了植物残秆、脊椎动物谷歌、果蔬残渣、贝壳等生活垃圾,这些有机物通过连年的堆积,在一定程度上增加了土壤的有机质和肥力。可以讲,这些在原始人类生活区域成长起来的作物甚至是杂草,较周围野生植被,是具有生存和生长优势的,如若再加以原始人类的选择性筛选及看护,便成为早期人类开展植物驯化活动的开始[4]。

基于以上两种有无主观意识下的人类施肥活动,本文的探究重点更侧重于有意识的农业活动中施肥的源起。有趣的是,这类问题在学界观点并不统一。较普遍的观点认为,战国时期才有较清晰的施肥活动记载:“掩地表亩,刺草殖谷,多粪肥田,是农夫众庶之事[5]。”可见,当时的农民也逐步认识到,树叶、秸秆等有机物在土壤中腐烂可提升肥力。另有一种观点则认为起源更早,他们基于对甲骨文的研究,主张在殷商时期就已施肥提高地力[6],肥源主要是是人畜粪尿”[7]。

胡厚宣曾指出甲骨文中有,可见卜辞:“乃圣田”等,并释义为“屎”,看作是以粪肥田的佐证。但笔者认为,仅以此证明殷代己施行肥田,仍需揣摩,但可将“粪”字作为古代施肥的概念的伊始。在战国时期的古籍中,“粪”字较为通用,这也与休闲耕作转变为连作相呼应。《孟子·万章下》记载:“耕者之所获,一夫百亩。百亩之粪,上农夫食九人;上次食八人;中农夫七人……[8],汉·赵岐注云:“获,得也,一夫一妇佃田百亩,加之以粪,是为上农夫,其所得之谷,足以食九口……[9]”综上,按照战国至汉初的亩制系以一百方步为一亩,当时一夫或一户负担百亩,同条件下,开展过施肥的连作地才是生产率较高的土地。《吕氏春秋·季夏纪》:“是月也……烧雉行水,利以杀草,如以热汤,可以粪田畴”。《礼记·月令》:“粪,壅苗之根也”。现今中国南方农民仍旧沿用“壅”表达“施肥”,如浙江流传农谚:“会壅壅一丘,不会壅壅千丘”。因此,既然民间口语中成把施肥成为壅,应不亚于粪字的使用。

总体来看,在没有进一步资料佐证的支撑下,可以暂认为殷商以前中国尚未出现有主动意识的施肥行为。至西周时期,百姓通过实践总结,渐渐发现腐烂的植被和草木灰有助于作物生长,产生了施肥的初期概念。而到了战国时期,农民为了确保连作田的产量,开始有意识施肥,“肥田”“粪田”等词也更多出现在了官方和坊间的史料中。

2从《齊民要术》摘引《汜胜之书》看汉代肥料知识架构

所谓“强汉盛唐”,即汉朝已处于中国史上国势强盛,军功最壮盛的朝代,而保障军事强国的基础农业生产活动也得到了长足的发展。《汉书·艺文志》记载,农学著作有神农、野老、宰氏、董安国、尹都尉、赵氏、蔡葵、汜胜之、王氏等九家[10],但后来皆为失传。仅有《汜胜之书》因得《齐民要术》摘引幸以留存至今,总约3700字。《汜胜之书》原文共十八篇,《齐民要术》将其分散在不同章节中,摘引之处皆为精华。尤其是其中的肥料相关内容,向我们展现了2000多年前中国肥料技术的发展情况,实属珍贵。正如《周礼疏》评述,“汉时农书有数家,汜胜为上”。

《齐民要术》摘录《汜胜之书》的内容包括禾、麦、黍、稻、稗、大豆、小豆、枲(纤维用麻类)、麻(种用大麻)、瓠、瓜、芋、桑等13种农作物的培育、施肥、种子收藏、整地等技术。其中涉及的施肥技术有基肥、追肥之分,溲种、粪种、区田等创造。虽然,在汉代以前谈及施肥的古籍也有很多,但将技术清晰划分的仅此一家,下文将进行分述。

2.1基肥

《汜胜之书》对于基肥的记载见于“种枲,春冻解,耕治其土,春草生,布粪土,复耕,平摩之。”这其中“布粪土,复耕”,即先将粪肥铺洒田间,随后翻耕平整的思路,属北方传统方法。《汜胜之书》还记述了另外一种技术“区田法”[11],它提及“区田以粪气为美,非必须良田也”,主要特点就是足施基肥。

区田法共涉及大豆、麦、小豆、禾、茌、黍、瓠、胡麻等9种作物,强调了“等距离”和“密植”,但最关键的是水肥,即足施基肥,节制供水。在基肥的种类中,介绍了一种含钾、氮类养分较多的肥料一蚕矢。在中国古代一定时期内,农桑和衣食是并重的,因棉花还未出现。农户所受之田分为粮田和桑田,每百斤蚕茧可得约400kg蚕矢,数量可观,还可作为田间肥料。

2.2追肥

《汜胜之书>最早记载了追肥的使用技术,可见于种麻的一节引言:“麻生布叶,锄之,率九尺一树,树高一尺,以蚕矢粪之,树三升,无蚕矢,以溷中熟粪粪之,亦善,树一升”。从上述描述中可以看出,汉代粪肥已有生熟之别,更多强调用熟粪追肥。虽然在古代人们不知道粪便在腐熟后,可以生成有利于作物生长的碳酸铵,但是劳动人民通过长时间的反复实践,已经学会将进行经验总结,摸索出适合当时生产力水平的追肥技术,即使用优质高效的蚕矢和腐熟粪便[12]。

2.3种肥

《汜胜之书》提到了类似现代种肥的技术:“薄田不能粪者,以原蚕矢杂种种之,则禾不虫”。又提:“取雪汁,渍原蚕矢五六日,待释,手援之,和谷种之,能御旱”。其做法具体来看就是先把蚕矢在雪水中浸泡5-6天,待化开后再用手去揉搓,最后与粟种搅拌后下种。《汜胜之书》特别是强调了冬季收藏雪水的观点:“雪汁者,五谷之精也”。这并非毫无根据,众所周知,重水含量过高对种子萌芽有抑制作用,而每7kg雪水中重水的含量仅为普通雨水的1/4,大致为0.25g,因此在古代科技尚不发达的情况下,劳动人民在不了解生物学原理的情况下,通过反复实践和经验积累,成功发现了雪水对种芽的促进作用,这是非常伟大和值得敬佩的。《汜胜之书》还提到了一种浸种兼拌种的方法,云:“当种麦,若天旱无泽,则薄渍麦种。以酢浆并蚕矢夜半渍,向晨投之,令与白露俱下。酢浆令麦耐旱,蚕矢令麦忍寒”。这种做法是在小麦播种之前先用酢浆和蚕矢混合,用以浸渍麦种,时间在夜半,约几个小时,到天亮趁露水未干时即播种。这种浸种方法,可能是利用酢浆的酸性使蚕矢起水解作用,释放有效成分,随着种子下种。浸过酢浆的种子,有充足的水分,在干燥的土里有利于提早萌发。而且蚕矢本身也有很多微生物,利用蚕矢中的有机物进行繁殖,增加种子附近土壤中的养分,促进种子的生长,有利于麦苗的耐寒和耐旱。

2.4溲种

《周礼·草人》记载,溲种法是汜胜之创造的,但其实很可能是汜胜之记载的民间经验,如《说文》中所言:“溲,浸沃也。从水,叟声。[13]但相传分为神农法和后稷法,基本内容一致,因原文冗长,不予据引[14]。浸种的原材料包括马、牛、羊等动物骨骼,捣碎后以水煮沸提取汁液,渍四至五日,与羊、蚕矢和稠,于播种前二十日择晴燥天气浸种。隔日复之,待六七次后止。[15]至于浸种的效果,《汜胜之书》称其可“禾不蝗虫……其收至亩百石以上”,虽原著略以夸张记载,但这一带肥下种的创造技术难能可贵。解放之初,为搜集和整理全国范围内的农业遗产,南京农学院植物生理教研组张履鹏和高树德牵头进行实验,实验所得《溲种法实验报告》《二千年前的有机物溲种法的实验报告》两份成果均收录在《农业遗产研究集刊》第二册,并最终做出“虽有增产作用,但方法费时易还潮,故溲种法增产有限,不如《汜胜之书》所说的那样高产”的结论。

基于以上有关《汜胜之书》中有关肥料的记述可以发现,中国北方旱作农业在两千多年前已步入高度集约经营时期,基肥、追肥等农业技术已广泛使用。同时期,西欧农业仍处于“三田制(或称三圃制)”阶段,村落土地大致分为冬季谷物、春季谷物和休闲3个部分,完全依靠农闲挽复地力,极少施肥。

3从《齐民要术》见看汉代肥料技术发展

众所周知,西汉到北魏的六百多年时间,农书留世极少,东汉崔寔的《四民月令》和西晋·稽含的《南方草木状》均无提及施肥或肥料的内容[16]。而《齐民要术》中有关肥料科学的记载主要由摘引《汜胜之书》和记述北魏时期施肥技术两方面组成,体现了北魏时期施肥技术的特点,是对汉代以来肥料技术的补充和完善。下文将主要从轮作、绿肥、杂肥和踏粪四个方面进行阐述。

3.1以轮作复地力

汉代文献已对轮作进行了明确记述,如《汜胜之书》中有:“区大小如上农夫区,禾收,区种”,但汉代各类农业文献中尚未发现有关轮作中不同作物的地位、相互影响等记述。而《齐民要术》确有大量记载,如《种谷第三》所指:“谷田必须岁易”(指出逐年轮作的必要);以及《種麻第八》所言:“麻欲得良田,不用故墟”(指出麻田不可在重茬地反复耕作,否则易发生病害,影响布品质量)。

值得一提的是,《齐民要术》中特别提到了豆类作物在轮作中发挥了恢复地力的重要作用,并将豆类的作用看作禾谷类之上,如《黍穄第四》:“凡黍穄田,新开荒为上,大豆底为次,谷底为下”。《种瓜第十四》:“良田小豆底佳,黍底次之”。《小豆第七》曾引农谚:“与他作豆田”(意为替其他农户准备了肥沃的田土)。因此,通过《齐民要术》所述可见,当时劳动人民己对轮作和豆类在恢复地力方面的作用,有了较深刻的认识和实践检验。

3.2以绿肥提肥力

公元3世纪,西晋时期的《广志》是对栽培绿肥的最早文字记载。该书现已失传,但似《汜胜之书》一般,部分章节在《齐民要术》中得以摘引,如卷十“苕”字下:“苕草,色青黄紫花,十二月稻下,种之。蔓延殷盛,可以美田,叶可食。”苕子虽明确为绿肥,但并未收入《水稻第十一》,但关于苕的最早记载,即南方所称苕子,出自《诗经·陈风》:“邛有旨苕,防有鹊巢。”,可见苕子的仅为南方的绿肥资源。[17]实际上,北方主要将青草和绿豆等作为重要的绿肥,如《耕田第一》:“凡美田之法,绿豆为上,小豆、胡麻次之。悉皆五、六月中穓种(密播之意),七、八月犁掩杀之,为春谷田,则亩收十石,其美与蚕矢熟粪同”。由于绿豆和小豆的生长期短,长至两月正为盛花期,而盛花期的肥料功效最高,可见古代人们己掌握这一规律。

3.3以杂肥补肥源

《齐民要术》载有《蔓菁第十八》,其中提及休闲若植蔓菁,最宜用坏墙垣(陈墙土)作肥,次之可用草木灰,但灰不可过度,过之无益生芽。以坏墙垣作肥的方法是中国先民流传的经验,以现今技术来看,陈墙土含硝酸盐,由土壤中微生物作用含氮有机物而成。通常看,年代越久远的墙土,养分积累越多,对于改良土壤结构的作用更大。

客观来看,在《齐民要术》中记述坏墙垣的施肥用法并非偶然,在当时战乱频发的时代,必然存在肥料短缺的问题,从而促使农民寻找肥力好、易取材的肥源,当时大量出现的陈墙土正是不二之选。根据南北朝時期对天灾人祸的史料统计,公元450-559的100多年间,水灾共发生57次,旱灾74次,其他灾害25次,农民起义139次,战争347次[18]。连年的战乱天灾,大批民众流离失所,成为坏墙垣用作肥料的时代背景。

3.4踏粪以增肥效

踏粪之法是现今中国人工堆肥的最早记述,《齐民要术》卷初“杂说”提供了相关记载:“凡人家秋收治田后,场上所有穰谷械等,并须收贮一处,每日布牛脚下,三寸厚。每平旦收聚,堆积之,还依前布之,经宿即堆聚。计经农一具牛踏成三十车粪。至十二月、正月之间,即再粪粪地。计小亩,亩别用五车,计粪得六亩,匀摊,耕、盖著,未须转起[19]”。

踏粪法的成功出现,得益于古代劳动人民的累年实践,他们发现了单纯依靠茎秆并不足以恢复地力,还需要施以粪肥,可以说这是肥料史上的一次重要突破。基于<齐民要术》对踏粪的定义和推广,后世诸多农书均对踏粪之法进行了载录,如《东鲁王氏农书》的《粪壤篇第八》中,以专门段落记载了踏粪之法,并总结出了“苗粪、草粪、火粪、泥粪”等其他粪肥技术[20]。

总的来讲,从中国古代从有肥料记载开始到6世纪北魏灭亡的千余年间,肥料科学发展并非一帆风顺,因战乱、天灾等因素影响,始终处于粗放和集约的摇摆之中。在战乱频发、天灾不断的时代,因肥源严重不足,农民被迫采取粗放经营,更多重视轮作、绿肥等方法;在社会平稳、百姓安居、国泰民安的时期,农业相对呈现集约经营的模式,农民更重视施肥。以上两种情况交替往复,形成了中国古代精耕细作模式下,独特的肥料知识和施肥技术架构,通过后世不断的总结、梳理和完善,成为了中国乃至世界农业科技史上一份极其宝贵的遗产。

4《齐民要术》中的肥料科学理念对后世农业发展的启示

4.1《齐民要术》后世农业肥料技术发展的影响

《齐民要术>自出版后,一直受历朝政府重视,是其后朝后代各个农书的范本,其中,南宋陈旉《农书》、元《农桑辑要》、王祯《农书》、明代徐光启《农政全书》、清《授时通考》均受其影响。同时,从清代开始了对《齐民要术》的校勘整理,1922年商务印书馆影印了《齐民要术》南宋本的明代抄本,给读者提供了唯一的完整善本,从此,《齐民要术》进入研究的阶段。

《齐民要术》中有关肥料的论述许多均出自前人资料,但也包含了诸多其所处时代肥料科技和经验总结,这对后世农书留下深远影响,许多农业史籍在阐释肥料技艺时往往直接摘引《齐民要术》。除了前文所提到的《齐民要术》中记载的轮作、绿肥、杂肥和踏粪四种施肥技术对汉朝产生深远影响之外。以陈旉《农书》为例,虽未直接引用《齐民要术》,但许多观点也是在吸收归纳《齐民要术》思想的基础上进行创新的,这其中以《粪田之宜篇》为代表[21]。著名农学教授游修龄还曾提到,从施肥技术——溲种法的历史记述来看,从《齐民要术》到清朝《授时通考》千余年间凡是提到溲种法的,都是照抄《齐民要术》的引文,一字不易。《齐民要术》在总结前代施肥经验基础上提出的种植绿肥的技术,也一直被明清继续沿用,影响至今[22]。

4.2《齐民要术》中肥料科学理念对农业现代化的借鉴意义

不可否认,当今大部分国家的粮食产量因化肥的增施以及品种改良等因素正在不断增长,但整体的能量输出与输入比呈现下降趋势。随着石油资源的消耗和减少,石油农业的高消耗发展模式必将面临困境。美国农学会会长索恩曾表示:“美国农业耗用能源太多,其中化肥的耗能占到了作物生产能量的20%-35%”。美国生态学家E.P奥德姆[23]谈到:“美国农业生产以10份矿物为基础换取1份我们需要的生物能”。

当前,包括美国在内的许多西方发达国家开始反思高耗能的无机农业是否可持续。以联合国粮农组织(FAO)为例,为了倡导Agroecology(生态农业)理念,于2002年启动全球重要农业文化遗产倡议(GIAHS),旨在挖掘和保护传承至今的生态农业模式[24]。2018年,联合国粮农组织曾在官网登载《中国桑基鱼塘的传统生态循环农业模式》[25]的专题文章,在全球范围内分享和介绍了中国传统生态农业的发展经验,得到诸多国家代表的认可。可见,中国古代农业科技和理念,虽然不一定完全适用于当今的社会发展水平,但照搬照抄西方的发展模式也不可取,应该继续秉承环境友好型的发展理念,吸收采纳古代农业因地下种、因种施肥、因肥施策的有益做法,层层引领,逐步实现畜禽粪污的资源化再利用,农药化肥的逐年减量增效,果菜茶等有机肥替代化肥的既定目标[26]。

2019年是全面建成小康社会的关键之年,是实现农业农村现代化、实施乡村振兴战略的关键之年,如何确保中国农业走好绿色发展之路,走稳可持续发展之路,有必要考察古代中国肥料应用的科学之处,尤其是古为今用将《齐民要术>中关于合理轮作、间作套种、施用有机肥等经验与乡村振兴规划的具体举措进行有机结合,确有诸多现实意义[27]。

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基金项目:国家社科基金重点项目“丝绸之路中外农业交流研究”(16AZS005)。

第一作者简介:赵文,男,1987年出生,助理研究员,博士,研究方向:农业文化遗产学。通信地址:100125北京市朝阳区农展南里11号农业农村部国际交流服务中心,Tel: 010-59192615,E-mail:zhaowen@agri.gov.cn。

通讯作者:顾鹏,男,1988年出生,北京人,助理研究员,硕士,研究方向:人才评价。通信地址:100125北京市朝阳区麦子店街22号楼农业农村部人力资源中心,Tel:010-59194211,E-mail:911gupeng@163.com。刘雁南,女,山东人,1984年出生,中级经济师,硕士研究生,研究方向:农业国际合作、农业文化遗产。通信地址:100125北京市朝阳区农展南里11号农业农村部国际交流服务中心,Tel:010-59191510,E-mail:liuyannan@.agri.gov.cn。

收稿日期:2019-10-29,修回日期:2019-11-22。

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