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过去的30年，中国利用占世界9%的耕地，成功解决了占世界总人口20%的13亿国人的吃饭问题，而且到2012年已经保持了粮食连续9年增产的成就，为中国经济的高速增长和社会稳定提供了基本保障。但这30年间，化肥、农药的使用量不断提升，牲畜粪尿、秸秆等废弃物也大量增加，已造成了农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题，恶化了生态和城乡人民的生活环境。根据2007年中国污染普查的结果，全国农业排放的化学需氧量(COD)占全国排放总量的43.7% (1320万吨)；农田排放的氮、磷分别占总量的57.2%和67.4% (270万吨和28万吨)。因此，中国农业在未来发展中面临着既要保持高产，又必须减少面源污染的双重压力。针对这一问题，中国农业部及相关部门已经展开工作，推动发展清洁农业与循环农业。当务之急是，迫切需要可行的技术方案来降低农业生产中对化肥、农药的依赖，提高其使用效率，从而构建起支撑我国人与自然和谐相处，永续发展的生态与环境基础。
农业生产中，氮素养分是继水之后最大的制约因素。每生产一吨谷物等粮食，需要消耗土壤中20 到40公斤氮素。要保持粮食高产，必须向土壤中补充氮素及其它营养元素。从1981至2008年的30年间，中国的粮食产量增长了63%；同期氮肥用量则增长了近2倍，我国化肥用量占全球总量的35%。过量使用化肥造成了严重的环境问题。一是增加了温室气体的排放。1980至2010年间，中国与化肥生产及使用有关的温室气体的排放增加了3.45倍，平均每年增加1070万吨CO2当量。最近几年，中国北方城市空气质量严重恶化，与过量使用氮肥直接相关；二是过量施用到田间的氮肥效率愈来愈低。1961年，1公斤化肥可生产151公斤粮食，而至2005年1公斤化肥只生产9公斤粮食。作物吸收不了的过量化肥会随水淋失，进入地下水或江湖，引起水质恶化(富营养化)。近年来太湖的藻华及青岛的浒苔爆发都是这种富营养化的结果；三是增加了植物体内的游离硝酸盐。进入食物中的硝酸盐在一定条件下会被转化为亚硝酸，危及食品安全；四是引起土壤酸化。中国的土壤pH值(酸碱度)在过去的20年间下降了0.5个单位，过量施用氮肥为其主因。土壤酸化会直接影响植物和土壤微生物生长，加重植物真菌病害，加速土壤中重金属的溶解释放。另外，对化肥的过度依赖及有机肥施用量大为减少，造成土壤有机质含量下降、土壤结构被破坏，并最终引起土壤板结，肥力下降。这种情况日趋严峻，到了必须立即解决的时刻。
我国农业生产中的另一个问题是作物重茬，病虫危害，滥用农药。由此导致病原菌和害虫抗药性的提高。另一方面，残留农药进入水体和食物链，造成食品安全隐患，威胁到人民的身体健康。2013年5月份爆出的山东潍坊农民滥用神农丹，生产毒姜的事件就是一例。在自然界，动植物的病原菌、昆虫群体中都会有天然存在或基因突变产生的抗性基因。而农药的长期使用，会对具有药物(杀菌剂、杀虫剂)抗性的个体产生选择性富集，使得病虫害群体的抗性逐渐提高，从而迫使人们进一步提高农药的用量。这一恶性循环的最后结果，就是药物的用量越来越大，由此产生的环境污染也越来越重。我国已经发现的具有较高抗药性的昆虫有几十种，包括一些重要的农业害虫和卫生害虫，例如棉铃虫、棉蚜、二化螟、小菜蛾等。在植物病原微生物方面，真菌、细菌及线虫中都发现了抗药性。
根据我们的研究和认识，要解决上面所提到的我国农业生产领域的两大问题，最重要的途径是：1）重施有机肥，将有机肥与化肥结合施用，即发展新型的无废弃物农业；2）充分发挥豆科植物根瘤菌的共生固氮作用；3）推行豆科与其它作物间套轮作种植体系；通过这些措施以达到大幅减少化学氮肥与农药用量，使土壤肥力常存、保粮食优质高产、环境日渐美好。
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