《TED中文》文字稿：他用科技改变了一个上千年的农耕传统｜韩农

2013年，一场突如其来的雾霾遮天蔽日地笼罩了首都北京。从那时起我们每个人都知道了PM2.5 。我们从报道上得知，除了工业和汽车排放以外，烧秸秆也是罪魁祸首。只要种粮食就会有秸杆，当你收了粮食，留在地里的秸秆，作物的茎秆就是这个。在中国古代传统农耕的作业当中，每年都要烧秸秆，烧了上千年，我们也没听说引发雾霾什么的呀？怎么把这个锅就甩给了烧秸秆呢？一时间网络上议论纷纷，其中呢，也不乏各种调侃讽刺。

那么烧秸秆引发雾霾，到底是甩锅还是真相呢？我们先来看一下身边最常见的二氧化碳排放源——小汽车。这是一辆普通的小汽车，百公里油耗7升，大约每年跑8000公里，它一年的二氧化碳排放是多少呢？1.04吨。

我们都很关注这些身边看得见的二氧化碳排放。但是有多少人知道，农业生产也会产生大量的碳排放呢？在座的各位有谁知道农作物的废弃物秸秆会产生多少碳排放？从1979年到2018年，我们国家的粮食总产量从3.3亿吨增长到了6.6亿吨，与此同时秸秆的数量也从4亿吨增长到了9亿吨。

那么这些秸秆都去哪里了呢？一部分被当作牛羊的饲料；另一部分，打碎就地还田了；还有一部分，堆肥制作有机肥再还田了。这样看起来处理得都很好，没毛病。问题来了，秸秆是一种碳水化合物，其中含有40%的碳。在全球的生物碳循环体系当中，这些秸秆中的碳并没有像我们表面上看到的那样都回到了土壤当中。真实的情况是，只有30%的碳固定在了土壤中，其余的70%都被分解成二氧化碳，散发到大气中。不管是秸秆直接还田，还是堆肥作有机肥再还田，结果都一样。

我们来看一下一亩地的秸秆会产生多少二氧化碳排放吧。

这里我们做一个简单的计算。一亩地的秸秆，总量大约是一吨，40%的含碳400公斤，70%的排放只是280公斤，换算成二氧化碳，乘一个3.67的系数，结果是多少呢？1.03吨！结论就是，一亩地秸秆二氧化碳的排放量，就等于一辆小汽车一年的排放量！

我们国家每年有9亿吨的秸秆， 去掉一亿吨做牛羊的饲料，剩下的8亿吨按照现在的处理方式，会产生多少碳排放呢？8.22亿吨，这相当于我们全国所有汽车一年二氧化碳排放总量的2.8倍。

如果是烧秸秆呢？那更可怕！那就不是70%的排放了，而是100%。因为秸秆在燃烧的过程当中，除了二氧化碳还有一氧化碳氮氧化物、硫化物、焦油、颗粒污染物等等。

现在我们知道了“烧秸秆”的确是引发雾霾元凶之一，看来国家禁止烧秸秆的政策是非常正确的。但是按照现在的处理方式，即使是不烧秸秆，把它还田或者堆制有机肥再还田，仍然有70%的二氧化碳排放。那么我们能不能找到一个新的技术或者方法，把秸秆当中的碳更多的固定在土壤中，而不是让它挥发到大气中呢？

理想很丰满，现实很骨感。全世界的科学家和实践者做了几十年的努力，试图把秸秆中的碳更多的固定在土壤当中。遗憾的是，到今天为止，大田应用的结果仍然是30%。那么为什么过去这么多年的研究和实验不能够更高地提高这个固碳比例呢？在土壤固碳的传统理论和主流观点中认为，秸秆当中一种难分解的物质叫做“木质素”，它们腐殖化转换为有机质是固碳的主要途径，而微生物在固碳过程当中的贡献不超过5%。

一个偶然的发现让我对这个主流观点和传统理论产生了疑问。在我们的生产试验基地里，工人们把一堆未经过处理的带有大量虫卵的鹅粪和秸秆随手丢到了一块地上，并且把它们旋耕了，准备后续要进行种植生产了。过了没多久，大约两个月左右的时间，有一天，我偶然到这个地里翻土，我发现这些带进去的虫卵并没有孵化出来，而是被分解成了一堆残片。那些秸秆呢？也不见了踪影，整个的土壤呈现出褐色松软的结构。随后取土壤进行化验之后发现，这块地里土壤的有机碳比其它地块要增加了很多。

真相其实往往就隐藏在最基本的原理当中。原来秸秆进入到土壤当中，它会有两个不同方向但同时发生的反应。一个呢，我们叫做“矿化反应”，除了秸秆当中比较难分解的物质以外，其余的都被分解成二氧化碳、水和无机盐，这样会造成比较多的碳排。而另一个方向则是，土壤微生物会利用秸秆的养分繁殖壮大自身，形成个体微小但是数量巨大的微生物细胞群体。这个方向形成的细胞群体，再加上在秸秆分解过程当中还会把一些中间产物再重新聚合成不容易分解的大分子物质，这样会固定更多的碳。众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处，这一下我们就找到了突破点——土壤微生物。

这张图呢是我们绘制的秸秆中的碳固定在土壤中的假想路线图。我们的观点是，在固碳的过程当中，微生物的贡献不是传统理论的5%，而是可能超过50%。这个观点的依据是，我们可以控制秸秆进入土壤中的一个反应方向，让它更多地去偏向于微生物繁殖和聚合中间产物的方向，而不是矿化反应。沿着这样一个思路，我们一做就是10年。这10年的经历的艰难困苦、经验教训在这里就不必多说了，这10年对于我和我的团队来说仿佛就是一瞬间。

功夫不负有心人，结果很幸运，我们在中国北、中、南不同地区、不同土壤环境条件下进行的实验，结果都很好，秸秆中的碳在土壤中固定的比例从30%提高到了50%。具体来说，相比较秸秆还田和堆制有机肥再还田，一亩地二氧化碳的排放量从1.03吨下降到了734公斤。这是一个革命性的进步啊！这个进步意味着，秸秆当中有更多的碳被固定在了土壤当中。

那么按照行业的惯例，土壤中的碳通常用土壤有机质来表达。土壤有机质含量越高，就意味着土壤当中的固定的碳越多。提高土壤有机质，对于我们中国，18亿亩耕地当中仅有27.3%的土壤属于高等级土壤，所谓高等级土壤呢，就是一到三等有机质含量超过2%，那么提高有机质具有极其重要的意义。根据农业农村部的测算，全国耕地土壤每提高一个等级，可以新增粮食生产能力1600亿斤，这相当于增产12.8%。

我们接下来看一下特殊模式是如何进行改良土壤和增碳的。

• 第1步，绘制土壤数字地图。我们采用世界最先进的无损检测技术对土壤进行一个扫描，绘制出土壤所有矿质元素的一个地图。
• 第2步，就地取材。使用本地产生的秸秆、树枝、畜禽粪便，以及根据土壤数字地图，我们准备一些废弃的矿质原料，比如说炉渣、炉灰粉、煤灰、石灰等等。
• 第3步，预处理。在这些秸秆和树枝进入土壤之前，鉴于我们选育的特殊微生物，对它们进行一个预处理。为什么要预处理呢？前面我已经讲过它的基本原理了。在这个过程当中，我们既要破坏秸秆和树枝的纤维组织结构，又不要让它们过早的在这个阶段就进行矿化反应，那样会造成碳的损失。
• 第4步，制作土质的优势微生物。我们知道在好的土壤当中，每一克的土壤，微生物总量可以达到数十亿个。而在贫瘠的或者常年使用了化肥农药的土壤当中，这个数量仅有数千万个。

还记得我们前面刚刚提到的秸秆直接还田固碳效果不好的原因吗？就是因为忽略了土壤微生物这个重要的环节。那么土壤改良的过程，就是把土壤当中坏的微生物丢掉，把好的微生物用特定的技术定向地附集起来，我们称之为土著的土壤优势微生物菌。把它们制作成种子液，和那些经过预处理的有机物料以及矿质原料混合起来，撒到土壤的表面，然后旋耕和土壤混合，等待这些微生物的种子利用秸秆当中的养分繁殖、壮大、转化。等多久呢？15天就可以了，改良就完成了，可以进行后续的种植生产。

改良的效果怎么样呢？在改良之前，土壤的有机质是0.9%，其中含碳104.4公斤；采用特殊模式的技术改良三年之后，土壤有机质提高到了4%，其中含碳464公斤。三年提高了4倍。我们从黄土高原的碱性土壤到长江流域的冲积土壤，再到广东的酸性红壤，从几亩地的试验到几百上千亩地的应用，无一例外，我们都实现了低成本快速提高土壤有机质的目标。它背后的意义就是秸秆中的碳被更多地固定在了土壤当中，大幅度地减少了碳排放。

碳排放导致了温室效应，而温室效应又造成了全球气候变暖和全球气候异常，全球气候变暖又使得土壤碳库当中原来被固定的碳又加速地溢出，这样又加剧了温室效应。这是一个非常危险的恶性循环。

但是我们仍然乐观，因为全世界都在努力减少、阻止碳排放引起的温室效应。中国政府向全世界承诺，2020年我国能源排放和耕地二氧化碳排放达峰，不再增加，并且采取了多项措施予以落实。法国农业部在联合国气候框架公约21届大会上提出“4‰全球增碳计划”，就是说全球的土壤固碳每年增加4‰。目前已经有几十个国家在响应。

力量有限，梦想无限！我们的愿景就是把中国18亿亩耕地当中的8亿亩低质量田改造成有机质超过3%的耕地，这样我们每年可以减少2.35亿吨的二氧化碳排放，同时我们得到8亿亩优质的健康的有机农田。这就是我们的梦想。

10年过去了，我们朝这个梦想走出了一小步。与此同时，还有许许多多像我们一样的科学家、企业家、环保组织、农民朋友都在努力地探索实践，改变目前对生态环境有威胁的化学农业生产方式。未来我们期待越来越多的力量加入到这个改变当中！

谢谢你们。

2013年，一場突如其來的霧霾遮天蔽日地籠罩了首都北京。從那時起我們每個人都知道了PM2.5 。我們從報道上得知，除了工業和汽車排放以外，燒秸稈也是罪魁禍首。只要種糧食就會有秸桿，當你收了糧食，留在地裡的秸稈，作物的莖稈就是這個。在中國古代傳統農耕的作業當中，每年都要燒秸稈，燒了上千年，我們也沒聽說引發霧霾什麼的呀？怎麼把這個鍋就甩給了燒秸稈呢？一時間網絡上議論紛紛，其中呢，也不乏各種調侃諷刺。

那麼燒秸稈引發霧霾，到底是甩鍋還是真相呢？我們先來看一下身邊最常見的二氧化碳排放源——小汽車。這是一輛普通的小汽車，百公里油耗7升，大約每年跑8000公里，它一年的二氧化碳排放是多少呢？1.04噸。

我們都很關注這些身邊看得見的二氧化碳排放。但是有多少人知道，農業生產也會產生大量的碳排放呢？在座的各位有誰知道農作物的廢棄物秸稈會產生多少碳排放？從1979年到2018年，我們國家的糧食總產量從3.3億噸增長到了6.6億噸，與此同時秸稈的數量也從4億噸增長到了9億噸。

那麼這些秸稈都去哪裡了呢？一部分被當作牛羊的飼料；另一部分，打碎就地還田了；還有一部分，堆肥製作有機肥再還田了。這樣看起來處理得都很好，沒毛病。問題來了，秸稈是一種碳水化合物，其中含有40%的碳。在全球的生物碳循環體系當中，這些秸稈中的碳並沒有像我們表面上看到的那樣都回到了土壤當中。真實的情況是，只有30%的碳固定在了土壤中，其餘的70%都被分解成二氧化碳，散髮到大氣中。不管是秸稈直接還田，還是堆肥作有機肥再還田，結果都一樣。

我們來看一下一畝地的秸稈會產生多少二氧化碳排放吧。

這裡我們做一個簡單的計算。一畝地的秸稈，總量大約是一噸，40%的含碳400公斤，70%的排放只是280公斤，換算成二氧化碳，乘一個3.67的系數，結果是多少呢？1.03噸！結論就是，一畝地秸稈二氧化碳的排放量，就等於一輛小汽車一年的排放量！

我們國家每年有9億噸的秸稈， 去掉一億噸做牛羊的飼料，剩下的8億噸按照現在的處理方式，會產生多少碳排放呢？8.22億噸，這相當於我們全國所有汽車一年二氧化碳排放總量的2.8倍。

如果是燒秸稈呢？那更可怕！那就不是70%的排放了，而是100%。因為秸稈在燃燒的過程當中，除了二氧化碳還有一氧化碳氮氧化物、硫化物、焦油、顆粒污染物等等。

現在我們知道了「燒秸稈」的確是引發霧霾元兇之一，看來國家禁止燒秸稈的政策是非常正確的。但是按照現在的處理方式，即使是不燒秸稈，把它還田或者堆制有機肥再還田，仍然有70%的二氧化碳排放。那麼我們能不能找到一個新的技術或者方法，把秸稈當中的碳更多的固定在土壤中，而不是讓它揮發到大氣中呢？

理想很豐滿，現實很骨感。全世界的科學家和實踐者做了幾十年的努力，試圖把秸稈中的碳更多的固定在土壤當中。遺憾的是，到今天為止，大田應用的結果仍然是30%。那麼為什麼過去這麼多年的研究和實驗不能夠更高地提高這個固碳比例呢？在土壤固碳的傳統理論和主流觀點中認為，秸稈當中一種難分解的物質叫做「木質素」，它們腐殖化轉換為有機質是固碳的主要途徑，而微生物在固碳過程當中的貢獻不超過5%。

一個偶然的發現讓我對這個主流觀點和傳統理論產生了疑問。在我們的生產試驗基地裡，工人們把一堆未經過處理的帶有大量蟲卵的鵝糞和秸稈隨手丟到了一塊地上，並且把它們旋耕了，準備後續要進行種植生產了。過了沒多久，大約兩個月左右的時間，有一天，我偶然到這個地裡翻土，我發現這些帶進去的蟲卵並沒有孵化出來，而是被分解成了一堆殘片。那些秸稈呢？也不見了蹤影，整個的土壤呈現出褐色鬆軟的結構。隨後取土壤進行化驗之後發現，這塊地裡土壤的有機碳比其它地塊要增加了很多。

真相其實往往就隱藏在最基本的原理當中。原來秸稈進入到土壤當中，它會有兩個不同方向但同時發生的反應。一個呢，我們叫做「礦化反應」，除了秸稈當中比較難分解的物質以外，其餘的都被分解成二氧化碳、水和無機鹽，這樣會造成比較多的碳排。而另一個方向則是，土壤微生物會利用秸稈的養分繁殖壯大自身，形成個體微小但是數量巨大的微生物細胞群體。這個方向形成的細胞群體，再加上在秸稈分解過程當中還會把一些中間產物再重新聚合成不容易分解的大分子物質，這樣會固定更多的碳。眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處，這一下我們就找到了突破點——土壤微生物。

這張圖呢是我們繪制的秸稈中的碳固定在土壤中的假想路線圖。我們的觀點是，在固碳的過程當中，微生物的貢獻不是傳統理論的5%，而是可能超過50%。這個觀點的依據是，我們可以控制秸稈進入土壤中的一個反應方向，讓它更多地去偏向於微生物繁殖和聚合中間產物的方向，而不是礦化反應。沿著這樣一個思路，我們一做就是10年。這10年的經歷的艱難困苦、經驗教訓在這裡就不必多說了，這10年對於我和我的團隊來說彷彿就是一瞬間。

功夫不負有心人，結果很幸運，我們在中國北、中、南不同地區、不同土壤環境條件下進行的實驗，結果都很好，秸稈中的碳在土壤中固定的比例從30%提高到了50%。具體來說，相比較秸稈還田和堆制有機肥再還田，一畝地二氧化碳的排放量從1.03噸下降到了734公斤。這是一個革命性的進步啊！這個進步意味著，秸稈當中有更多的碳被固定在了土壤當中。

那麼按照行業的慣例，土壤中的碳通常用土壤有機質來表達。土壤有機質含量越高，就意味著土壤當中的固定的碳越多。提高土壤有機質，對於我們中國，18億畝耕地當中僅有27.3%的土壤屬於高等級土壤，所謂高等級土壤呢，就是一到三等有機質含量超過2%，那麼提高有機質具有極其重要的意義。根據農業農村部的測算，全國耕地土壤每提高一個等級，可以新增糧食生產能力1600億斤，這相當於增產12.8%。

我們接下來看一下特殊模式是如何進行改良土壤和增碳的。

• 第1步，繪制土壤數字地圖。我們採用世界最先進的無損檢測技術對土壤進行一個掃描，繪制出土壤所有礦質元素的一個地圖。
• 第2步，就地取材。使用本地產生的秸稈、樹枝、畜禽糞便，以及根據土壤數字地圖，我們準備一些廢棄的礦質原料，比如說爐渣、爐灰粉、煤灰、石灰等等。
• 第3步，預處理。在這些秸稈和樹枝進入土壤之前，鑒於我們選育的特殊微生物，對它們進行一個預處理。為什麼要預處理呢？前面我已經講過它的基本原理了。在這個過程當中，我們既要破壞秸稈和樹枝的纖維組織結構，又不要讓它們過早的在這個階段就進行礦化反應，那樣會造成碳的損失。
• 第4步，製作土質的優勢微生物。我們知道在好的土壤當中，每一克的土壤，微生物總量可以達到數十億個。而在貧瘠的或者常年使用了化肥農藥的土壤當中，這個數量僅有數千萬個。

還記得我們前面剛剛提到的秸稈直接還田固碳效果不好的原因嗎？就是因為忽略了土壤微生物這個重要的環節。那麼土壤改良的過程，就是把土壤當中壞的微生物丟掉，把好的微生物用特定的技術定向地附集起來，我們稱之為土著的土壤優勢微生物菌。把它們製作成種子液，和那些經過預處理的有機物料以及礦質原料混合起來，撒到土壤的表面，然後旋耕和土壤混合，等待這些微生物的種子利用秸稈當中的養分繁殖、壯大、轉化。等多久呢？15天就可以了，改良就完成了，可以進行後續的種植生產。

改良的效果怎麼樣呢？在改良之前，土壤的有機質是0.9%，其中含碳104.4公斤；採用特殊模式的技術改良三年之後，土壤有機質提高到了4%，其中含碳464公斤。三年提高了4倍。我們從黃土高原的鹼性土壤到長江流域的沖積土壤，再到廣東的酸性紅壤，從幾畝地的試驗到幾百上千畝地的應用，無一例外，我們都實現了低成本快速提高土壤有機質的目標。它背後的意義就是秸稈中的碳被更多地固定在了土壤當中，大幅度地減少了碳排放。

碳排放導致了溫室效應，而溫室效應又造成了全球氣候變暖和全球氣候異常，全球氣候變暖又使得土壤碳庫當中原來被固定的碳又加速地溢出，這樣又加劇了溫室效應。這是一個非常危險的惡性循環。

但是我們仍然樂觀，因為全世界都在努力減少、阻止碳排放引起的溫室效應。中國政府向全世界承諾，2020年我國能源排放和耕地二氧化碳排放達峰，不再增加，並且採取了多項措施予以落實。法國農業部在聯合國氣候框架公約21屆大會上提出「4‰全球增碳計劃」，就是說全球的土壤固碳每年增加4‰。目前已經有幾十個國家在響應。

力量有限，夢想無限！我們的願景就是把中國18億畝耕地當中的8億畝低質量田改造成有機質超過3%的耕地，這樣我們每年可以減少2.35億噸的二氧化碳排放，同時我們得到8億畝優質的健康的有機農田。這就是我們的夢想。

10年過去了，我們朝這個夢想走出了一小步。與此同時，還有許許多多像我們一樣的科學家、企業家、環保組織、農民朋友都在努力地探索實踐，改變目前對生態環境有威脅的化學農業生產方式。未來我們期待越來越多的力量加入到這個改變當中！

謝謝你們。