我国古代农业中矿质营养元素应用的智慧

曾志伟，周 龙，2，杨德荣，3

（1. 云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228；2. 云南农业大学，云南 昆明 650201；3. 云南省化工研究院，云南 昆明 650228）

我国自春秋战国时期起就非常重视农业生产，农业是国家繁荣昌盛的根本。农业生产的持续进步，也为农产品流通、社会经济发展、人口增长等方面奠定了坚实的基础。肥料在古代农业生产中发挥了重要作用。

1 古代农业生产中肥料的应用

古代农业生产中，也曾遇到“土敝则草木不长”、“地久耕则耗”的困境，勤劳智慧的国人通过“多粪肥田”、“不违农时”、“精耕细作”等方法实现土壤“其力常新壮”。

1.1 多粪肥田

清代杨屾《知本提纲》［1］中指出，“粪壤之类甚多，要皆余气相培，即如人食谷、肉、菜、果，采其五行生气，依类添补于身，所有不尽余气，化粪而出，沃之田间，渐渍禾苗，同类相求，乃培禾身，身能强大壮盛。又如鸟兽牲畜之类，及诸骨、蛤灰、毛羽、肤皮、蹄角等物，一切草木所配，皆属余气相培，滋养禾苗。”这段文字形象地描述了古代农业无废物排放的农业循环生态链与物尽其用的古朴智慧，文中的“余气”、“五行生气”可理解为从土壤中带走的营养元素，然后通过“多粪肥田”的方式实现土壤“其力常新壮”，不致出现“地久耕则耗”的困境。这般逻辑与19世纪中叶德国化学家李比希提出的养分归还学说十分接近。

在我国农业生产的伟大实践中，“地力常新”的关键在于“粪”，古人眼里的“粪”几乎等同于今日的肥料［2-3］。古农耕文明中，粪不仅仅是牛、羊、猪等畜禽粪便或人的粪便，还包括绿肥、火肥、毛发肥、灰肥、泥肥等［3］。这些肥料，不能用今日农家肥或有机肥来简单或笼统的定义，其不仅含有培肥地力及作物生长所需的有机质、腐植酸、氨基酸等，也含有一定数量的矿质营养元素（如灰肥中钾含量较高）。

1.2 明清时期的肥料革命

殷商时期，我国农业生产注重施肥［4］，随着社会经济发展和人口数量的增加，我国农业也从刀耕火种走向精耕细作，在农业技术迭代与效率提升的进程中，作为重要投入品的肥料居功至伟。明清时期人均耕地面积大幅度减少，从明朝洪武二十四年的14.56 亩（9 707 m2），降低至清朝道光时的1.65亩（1 100 m2）［5］，人地矛盾在江南地区更加突出。土地复种指数增加、南方冷浸田改良与开发造就明清时期的肥料革命。这场肥料革命具体表现在如下几个方面：（1）肥料种类与来源大幅度地增加［6-7］；（2）肥料制造技术进步与普及，煮粪、粪丹等技术被发掘与推广［8-9］，肥料商品化流通［10-11］；（3）施肥技术提高，开始注重追肥［12］；（4）石灰、草木灰、骨灰等含有矿质营养的物质被大量应用于南方冷浸田土壤改良［9-10］。

2 古代农业中矿质营养采集与应用的智慧

2.1 大量元素肥料

1） 绿肥 我国绿肥应用的历史非常悠久。《吕氏春秋》就有“利以杀草……”的记载，可见战国时期或者之前就已利用绿肥。出土的文物也证实汉代人民开始沤制绿肥，以培肥地力［13］。古代农学研究虽无法如今人一般准确了解绿肥肥田的机制及肥田前后土壤理化性质的改变，但通过常年的总结与摸索，亦形成了相对完善的绿肥栽培体系。北魏贾思勰《齐民要术》中指出：“凡美田之法，绿豆为上，小豆、胡麻次之”，不仅肯定了绿肥的作用，还在实践中总结出几类绿肥的肥效高低；《齐民要术》还研究了绿肥与其他肥料的肥效对比，指出“其美与蚕矢、熟粪同”。渐渐地绿肥轮作、间作套种等成为古代农业耕作养地的常态［14］。

绿肥应是古代农业获取氮素等矿质营养元素的主要方式和手段，从锄草肥田到绿肥栽培，再到绿肥农艺数据的收集与提炼，无不体现古代劳动人民用地养地的智慧。现代农学研究发现，绿肥可有效改善土壤理化性状［15］，调节土壤微生物环境，增加土壤肥力［16］，降低化肥投入量。

2） 骨质磷肥 最早记载用动物骨头煮汁来处理种子的是西汉的《氾胜之书》，而后北魏《齐民要术》谈及石榴种植用骨肥是“树性所宜”，用了骨肥可使石榴树科丛旺盛，花实繁茂［17］。

明代《天工开物》中提到“土性带冷浆者，宜骨灰蘸秧根”。“土性带冷浆者”即指南方冷浸田，这类田地呈现土壤偏酸性、土温低、缺磷钾养分等特点，不利于水稻的生长［18］。明代骨肥［7］有10种，主要为鸟、兽、鱼骨焚烧后的骨灰及杵细的骨粉。该类肥料的主要成分是磷酸三钙，含有作物生长所需的磷、钙、硼、铁等矿质营养元素，作用于冷浸田，可有效补充磷等矿质营养，培肥地力，促进水稻生长。现代农学研究发现，磷素直接影响水稻植株新陈代谢、养分的吸收利用及其产量（每穗粒数和结实率）［19-20］。时至今日，部分农村地区仍使用骨肥，在玉米及豆类等作物上都取得了不错的效果，可使粮食作物增产12.8%～19.5%［21］，提高苹果［22］、柑橘［23］产量及品质；南京农学院研究人员采用骨汁处理小麦种子，出苗早、生长快［24］。

动物骨骼是重要的磷肥，俄国农业化学的创始人普里亚尼施尼柯夫认为中国是最早将动物骨骼作为肥料应用于农业生产的［25］。我国明清时期骨肥应用较为广泛，煮粪、熟粪制作中也加入一定数量的动物骨骼，以增强肥效。

3） 草木灰 在古代农业中，人们采用石斧或铁具将地面上的草木砍伐并晒干后，用火焚烧。为了规范刀耕火种行为，还进行了一定的限制，如《淮南子·主术训》：“昆虫未蛰，不得以火烧田”。古人还将草木灰用于根外施肥［26-27］，元代鲁明善《农桑衣食摄要》有言：“布叶则删耘，宜带露撒灰……”，叶片展开时节，在带有露水的叶片上撒草木灰。草木灰因成本低、来源广、肥效显著，被许多的农户所青睐。

如今在长期单施化肥造成土壤理化性质恶化及微生物活性降低的背景下，许多种植大户依然沿用草木灰这一古老的肥料来改良土壤与培肥地力。草木灰的主要成分是碳酸钾，呈碱性，矿质营养丰富，w（钾）5%～18%［28］，还包含磷、钙、镁、硫、锌、铁等矿质营养元素。现代农学研究发现，草木灰于根部施肥，可提高作物产量［29］、改善土壤微生物群落结构［30-31］；叶面喷施草木灰浸出液，不仅可以补充钾等矿质营养元素，而且可以提高果实品质、降低病虫害［29，32］。安徽省青阳县农业试验表明，在水稻叶面上撒施草木灰可使水稻增产14.4%～36.9%，并可减轻稻瘟病的危害，防止倒伏。

2.2 中微量元素肥料

1） 钙 古代农学著作中有关石灰的应用，多是围绕暖土、中和土壤酸性等方面。江南地区冷浸田，因光照不足，土壤偏酸，如不采取有效措施改良，难以获得理想的产出。冷浸田施用石灰，暖土的同时，改善土壤理化性质，并补充钙等矿质营养元素，为作物创造良好的生长环境，故“土暖而苗易发”。此外，石灰在古代还作为一种农药，用于除草、杀虫、灭菌［33-34］。

古人在农业生产实践中给作物补充钙元素的另一途径是施用钟乳石（碳酸钙）。钟乳石在促进果树开花结果、提高果实品质、使果树更新复壮方面具有重要作用。

2） 硫 明代一种新型肥料——粪丹，其中一原料即为硫黄［8］。粪丹中的硫黄成分，一方面可以减轻病虫害，另一方面，亦可为作物补充矿质营养元素——硫。硫可以促进花卉开花［35］。

3） 铁 元代鲁明善的《农桑衣食撮要》指出铁对治疗皂荚不实症具有特别作用［36］。粪丹制作原料的其中之一为黑矾［8］，黑矾即为硫酸亚铁，也是一含铁及硫的中微量元素肥料。

3 结语

古人虽不知氮、磷、钾、钙、镁、硫等矿质营养元素之于植物的营养机制，但在实践中摸索与总结出许多含有矿质营养物质的应用经验。今人借鉴古代农业矿质营养元素采集与应用的智慧，传承和创制了许多实用的肥料开发与田间农技方法，如高效骨粉复合肥、草木灰功能肥料、含硫复合肥等，以及农业生产中绿肥轮作与套种、石灰改土、草木灰药肥并举等。

古代农业中绿肥、骨肥等肥料大量应用，本质上是以“多粪肥田”构建的土壤养分循环生态链，体现着国人朴素的循环观，这般智慧与行为也为今人在无废物排放的农业循环生态建立、肥料的就地取材等方面提供了许多宝贵的启示。