“农”情“氮”意写春秋

——记中国科学院院士、土壤微生物学家陈文新
作者:张佳星 郭姜宁    文章来源:科技日报    点击数:    更新时间:2008-6-20
   编者按历时30余年完成的国家级项目“中国根瘤菌资源库建立及根瘤菌基础研究”,前不久通过了有关部门的成果鉴定。这项凝聚了中国农业大学陈文新院士大半生心血的重大科研成果,由于对我国农业生产的可持续发展、土壤环境保护有着重大的意义,引起了各方面的广泛关注。为此,本报记者对陈文新院士科研攻关的故事作了追踪采访。

  电梯门才开个缝,记者便看到了已在门口等候的陈文新院士,一身素色,映衬着她花白的头发,简洁利落,清晰明了。这是日前在中国农业大学家属院第一次见陈院士时,她给我们的最初印象。

  走进陈院士的客厅,最先映入眼帘的是她和毛泽东主席的合影,灰白的底色渗透着些许复古的微黄,左侧的屏风上镌刻了主席的亲笔书信,那些久远岁月的记忆和记忆中的执着与热情,在这间不大的客厅里丝毫没有因为时间的流逝而被冲刷消磨,反而历久弥坚。而随后一个多月的进一步了解中,她的言谈和思路也一如她的装束———温婉随和、条分缕析。

  耄耋长者:关注国计民生,忧心化肥滥用

  没有过多的寒暄,陈院士一开口就向记者提起了她忧心忡忡的问题———化肥的滥用,想必这个问题一直都在这位耄耋长者心中反复思忖。她说,作为一个科学家,她不可能对在她从事的领域里存在的弊病熟视无睹,几十年如一日从事科学得来的习惯与责任感驱使她坚定地要为这个问题寻找应对之道。

  “2007年中国的氮肥消耗量是4242万吨(纯氮,下同),这个量占了去年全球氮肥消耗量的43%%以上……”所有的数字就像刻在她的记忆中一般。“2004年我国生产了3300万吨氮肥,总共消耗了1亿多吨的标准煤,光生产氮肥就要消耗当年全国总能消耗量的5%%。我一想节能减排不也可在这里做点文章吗!”科学家的严谨思维和对环保的责任感从她的话语中体现出来,没有哪怕一个“很多”、“很大”的程度描述性词语,有的只是精准和具有说服力的数字。

  “生产那么多氮肥,都能用上,实际有效也好,可问题是目前的氮肥利用率只有约30%%,有的瓜果菜农的利用率能到10%%就不错了。”从陈院士口中说出的每一个字,都让我们震惊。那些没有利用便被丢弃掉的氮肥仿佛就是在她眼前白白流走的。“现在的施肥状况不很科学,化肥的滥用带给我们的是硝酸盐含量超标的食物,不仅如此,70%%没被利用的化肥挥发到空中去了,更多的是流失到了江河湖海,造成了水域的富营养现象,赤潮、腐臭,一些水生植物肆意生长,另一些则被排挤掉,造成生物多样性降低。”

  “这样下去不行啊,必须尽快解决。”陈院士说这句话时,声音并不大,但可以听出她解决这个问题的急迫心情。她说,化肥的问题似乎是农业化学家思考的事,但实际当前的情况已涉及节能减排、人畜健康、环境保护、土壤保育、生物多样性稳定和农牧业持续发展的诸多领域。

  实际行动:拥有最大根瘤菌库,株菌多达8000

  陈院士思虑多年解决化肥污染的办法是:除有机、无机肥有效结合施用外,充分利用豆科植物与根瘤菌共生固氮,这是一个大幅度减少化学氮肥消耗的重要途径。她告诉我们,这一技术的应用在国际上已成为农业生产中的常规措施了,美国、澳大利亚、阿根廷、巴西……诸多国家都将生物固氮作为农、牧种植业的主要肥源。美国早在1997年,利用豆科植物根瘤菌所固定的氮已占其全年氮消耗总量的1/3。巴西、阿根廷大规模扩种大豆,均不施化学氮肥,他们经过反复试验证明,种植大豆接种高效根瘤菌与每公顷施150公斤甚至400公斤氮的产量并无明显差异。

  根瘤菌研究是陈院士的本行。早年留学原苏联的陈文新,从上世纪70年代开始30多年里,没有一天不是和根瘤菌打交道的。“中国根瘤菌资源调查图”记录了陈文新和她的研究小组几乎踏遍了祖国的每一个角落:新疆天山、海南五指山和尖峰岭、湖北神农架、西藏的唐古拉山口……这些意味着艰苦的地理名称全部包括在他们的调查采集范畴之内。

  30余年,32个省市,700个县,不同的生态条件,20个单位同行的合作。

  这是一项冗长而浩大的科学工程,颇多的艰辛,颇多的坎坷。采瘤时自然条件的艰苦可以不计,菌株培养时条件的严格也可以暂且不谈,单单是“8000”这个数字就足够令人叹为观止,分离、培养、回接原宿主确认、DNA提取、扩增、杂交、测序……也许每一项工作并不难,但是当你要重复再重复,改进再改进地进行8000次甚至n个8000次的时候,当你需要把8000个样品中的每一个都清晰细致的分析比较时,一个项目就因为它的无限繁琐成为了一项工程。

  说起她的根瘤菌库,陈院士对这30多年艰苦历程只字未提,她挂念的是这个菌库现在可以为国家做些什么。“目前,国际上最大的根瘤菌库是在美国农业部,也仅有4000多株菌。我不只有8000多株菌,而且其中的约4000株菌,我们已经知道了它们的性格,摸清了它们的脾气。国际上没有哪个菌库有我们这么多菌株的,这么大资源库,想要匹配哪个豆科品种都可以到库里拿,要具有什么样抗性的都可以从数据库里选,这是一个重要的基础,有了这么好的基础,就应该把它们好好地利用上。我希望能够尽快把根瘤菌的应用提到国家农业生产有关部门的议事日程上。”

  然而,谁都知道,从基础到应用、从实验到实践、从理论到现实往往有很长的路要走,有很多个困难要克服。“现在还有很多事情需要去做,”对于困难,陈院士选择直接面对,“首先是要配型,要知道什么样的植物用哪类菌株可以产生促进,而且我们发现根瘤菌的分布是地域性很强的,在不同地方的根瘤菌与植物的共生关系不一样,好在我们现在已经形成了一整套完整的检测方法来保证固氮量和产量,这是科研方面的。”说起需要进行的工作,陈院士一气呵成,没有间断,把根瘤菌好好应用起来需要走的路已经在她的脑中形成清晰的路线图,每一步应该做什么,需要完成什么,已经在心中完成了规划。“但是要投放到市场还要考虑技术的问题,比如根瘤菌生产出来了,用什么剂型,拌草炭还是直接用发酵液,各有利弊,有没有更好的办法。保存的方法要考虑,产品在货架上保存的时间也要考虑。”

  不断创新:意外新发现,结出满意果

  痴迷于科学的人都会很享受意外发现带来的激动,那是付出后得到的最丰厚回馈。

  “最近几年有一件事情让我非常兴奋。”说到这里,陈院士掩饰不住内心地兴奋与激动,不经意地从沙发挪到了离记者更近的小茶几旁的凳子上,拿起桌上随意摆放的电视遥控器和小物品,比划着详细讲解:“这个领域一直有一个尚未解决的难题,就是所有的固氮微生物,在土壤中有化合氮的情况下就不固氮了,因为化合氮抑制固氮酶的合成及活性,这被称为‘氮阻遏’。不能在多氮肥的土壤里固氮,这是利用生物固氮的很大阻碍。一直以来,不少国内外科学家尝试用基因工程的方法对菌株进行改造,可是据我知道到现在为止还没有得到一个可以实际应用的结果。”

  “最近这几年我发现一个情况。”陈院士兴致勃勃地讲起她偶遇这个新发现的过程,眉宇间透出难以抑制的喜悦。“大约四五年前,云南农业大学朱有勇教授请我去看他们的水稻间作万亩试验田,我们看到蚕豆和小麦间作的田里,蚕豆的根瘤结得很丰满,而单作的蚕豆就结了很少的瘤子,但苗子长得还不错,说明土壤很肥沃。地没有差别,种子一样,也都没有接种根瘤菌,唯一的差别就是,一个是间作,一个是单作。我觉得这很可能是间作时,小麦的根吸肥能力强,吸走了蚕豆地的氮肥,解决了豆科植物———根瘤菌共生体氮阻遏的障碍……”凝视着眼前的这位老人,她对科学发现的兴奋之情感染了周围的每一个人,我们也情不自禁涌起了想要和她一起探个究竟的愿望。

  经过中国农业大学资环学院教师用15N试验证实,小麦和蚕豆种在同一盆中,绝大部分氮肥被小麦吸走,说明间作的方法确实可以很好的解决氮阻遏的问题。“大自然的生物与生物之间是互相影响的,两种植物根的分泌物可以互相交流。前两年我们的苜蓿接种高效根瘤菌和老芒麦间作试验,苜蓿比单作增产了100%%,老芒麦也比单作增产了70%%—80%%。这个数据有些人不信,我说我还可以重复,科学需要多重复实验。”

  用事实说话,陈院士对自己的发现充满信心。“没有这个发现之前,我一直有个顾虑。因为主要的粮食产地由于几十年的化肥施用,肯定会有氮阻遏的现象,所以我一直没有敢在我国广大农区提倡根瘤菌固氮减少化肥使用的问题,只是在1999年国家提出西部大开发的时候倡议在西部扩种豆科植物,接种根瘤菌,让根瘤菌生产规模化、产业化。因为西部土地贫瘠,还林还草也不可能施化肥。而现在有了这个发现和实验结果,我就敢积极倡导,实行豆、禾间作,根瘤菌一样可以很好的固氮,还可以大幅度增产。”

  然而,这个实践却遇到了难于被人接受这个困难。“在东北大豆产区,重茬病虫害严重,地力衰竭是个大问题,我问当地干部群众实行豆、禾间作行吗,他们说现在都是机械化生产,间作不行。那么轮作总可以吧?他们说也不行,这里生产、加工一条龙,许多大豆加工厂就在大田旁,大豆生产不能间断。”

  面对困难重重,这位默默地保藏了8000株根瘤菌的老人并没有表现出无奈和灰心,保持着一贯的坚韧和沉着。她认为人们对已经建立起来的种植制度和与之相关联的生产体系是难于轻易改变的,但当人们认清了自然界的客观规律,知道应该怎么做才符合自然规律时,什么工具、措施和体系不都是由人来设计的吗!于是,下一步,她试图对这个新发现的分子机理进行探索。

  面对一个全新的领域,即便是青壮年也会有畏难的情绪,然而这个年逾八十的老人,让人感觉不到困难在她身上留下的哪怕一点阻碍的痕迹。“这个机理很难搞清楚,我对学生说慢慢做,不能着急,什么事都是从不知到知,基础研究就是对事物进行探讨。”不温不火、平和温婉,可以耐得住性子啃一个科学难题,她的背后是对科学本身的极大热爱。

  牢记重托:毛主席对农业的重视,敦促我为之服务终身

  这位对自己的事业挚爱了一生的老人,她的每一缕白发上都晶莹着取得新成果时的喜悦,每一道皱纹都镌刻着克服困难时的艰辛,看着这张慈祥却坚定的脸,我们的思绪禁不住被拉回到历史的长河中,她对农业的执著和痴迷,除了源自对土地朴素的情感外,还因为一位伟人的敦促和鼓励。

  “我为什么学农并想为农业服务?我从小生长在农村,也参加了一些农业辅助劳动,考大学时,我想到我国农业落后,本人又比较喜欢化学,所以报考了武汉大学农化系。解放后我国学习苏联,觉得土壤学很重要,就改学土壤农化专业,我的老师陈华癸院士是土壤微生物学家,这方面就跟他学得多一些。留苏时师从苏联著名的土壤微生物学家,所以一直和土壤微生物有着解不开的情结。”这位科学家的求学历程已然是半个世纪之前的事情了,可是听起来仍能感受到当时坚毅的决心。

  作为革命烈士的后代,陈院士从小就得到毛主席的特别关照。大学时代,毛主席曾写信鼓励她“希望你们姊妹们努力学习或工作,继承父亲的遗志,为人民国家的建设服务”。从此,“为人民国家的建设服务”就成了陈文新一生矢志不渝的追求。“我一生坚持走农业这条路受毛主席1954年那次长达两小时的谈话影响最大。毛主席很赞赏我学农,他对他的孩子们介绍我说‘她是武大学农的,你们长大了也要去学农’。两个小时都是谈的农业生产和农业科学。毛主席那么重视农业,他那么钻研农业科学问题,对我促进很大。现在我还希望在我有生之年能为我国农业施肥中的问题做些实事。”陈院士缓缓地述说着她的希望,她的打算。

  而谈到她遇到的困难,老人只是淡淡地说:“我现在一是缺人,二是缺钱。多年来精心培养的一批可能的接班人,不是滞留国外,就是另觅蹊径,现在的两个助手也仅是副教授,具有世界菌株最多的菌库竟没有一个具体的管理人员。而这一切与经费支持是紧密相连的,原来我们的研究只是基础研究,一直是国家自然科学基金资助我,很难得到应用性科研经费的支持,所以,我们的经费少得几乎难以为继!而我却很难再有精力和时间为争取经费去奔波。但愿在我有生之年,能带出一支队伍,让基础研究能继续扩展,并能将科研成果,转化为现实生产力,为祖国的农业可持续发展服务。”

  在一个本该安享晚年的年龄段里,她没有停顿,责任感的驱使让她以极大的热情工作着、呼吁着,为能将根瘤菌固氮有效地投入到生产中继续努力着。这就是一个真正的科学家的追求!




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