破解世界农业难题的作物育种学奠基理论

2019-01-11 11:50:18 来源:《中国改革报》 

□ 雷煜 晨王硕

农业是世界上最古老的产业,世界农业伴随生产工具的发明应用,经历原始农业、古代农业、近代农业和现代农业,已有近万年的发展历程。生产工具的不断进步极大地提升了农业劳动生产率,特别是大型农业机械的发明应用,使农业逐步摆脱了农业劳动力的限制,通过规模化生产满足人类对粮食的需求。但是,近代农业机械化下的高投入低产出并未给世界带来繁荣,相反却使世界农业曾陷入了严重的危机。世界农业只有在1843年德国化学家李比希提出矿质营养理论和1865年奥地利遗传学家孟德尔提出遗传学理论后,引发的俗称20世纪的“绿色革命”才使世界农业取得实质性突破。然而,世界农业发展到今天,虽然作物新品种的产量潜力越来越高,但作物品种周期性更新下施肥量的增加不再具有增产作用,我国目前也出现了相同的情况。显然,这是一个非单纯施肥和育种技术能解决的科学问题。

我国是一个具有几千年悠久历史的农业大国,古代农业技术远发达于西方工业化国家,农学著作之多为世界之冠。但传统的农业著作记载的多是农业生产积累的经验和农业生产过程中相关内容的技术规范,我国古代甚至今天的农业技术其经验仍是主要成分。然而,中华民族是一个智慧的民族,在广大群众中蕴藏着巨大的创造力,我国一位名不见经传的学者褚清河博士通过40年潜心研究,破解了土壤施肥与作物育种间联系的密码,首次提出作物育种学奠基理论,从而破解了增施肥料不再增产的世界难题,“预示着我国已开启第二次农业科技革命的序幕,开始冲出没有产生近代农业科学的时代”,可谓“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”。

科学质疑与假说的提出

褚清河是我国恢复高考制度后培养出的一位土生土长的学者。他参加工作以来主持了5项省科技攻关项目,取得5项具有国际领先和国际先进的科技鉴定成果,获4项山西省科技进步奖,从没有组织过一个有固定人员参加的课题组。就是这样一个像人们戏称的“民科”研究者,靠单打独斗加临时拼凑的“草台班子”40年潜心研究作物新品种为什么具有增产潜力?作物品种的高产潜力为什么与品种选育时的土壤施肥量有关?作物品种更新的实质是否就是品种施肥量的不断增大?为什么此前世界作物产量随作物品种的不断更新和施肥量增加而增加?他研究的这些科学问题,从理论上解决了作物品种产量潜力很高、但世界许多国家地区增施化肥已不再具有增产作用这一世界难题,取得了可载入世界科学史册的作物育种学奠基理论,谱写了我国现代农业科学令人难以置信的光辉一页。

然而,当我们置身科学之中,知道科学理论就是将原有事物间认识的矛盾现象,通过科学实验基础上的逻辑思维统一到一起时对事物运动规律作出的高度概括和阐述时,自然就会认为科学创新与传统观念和逻辑思维有关,科学研究的突破首先在于发现对事物原有理论或技术应用中的矛盾现象和不能自圆其说。此时我们就会认为,一位普通的地方学者提出作物育种学奠基理论也是自然而然的事。科学创新需要的是科学精神和对书本知识的正确认识,然而,今天多数人还认为专业教科书中的知识或理论都是科学知识或科学理论。褚清河则认为书本知识只不过是最普遍或最一般的知识,即使是专业理论或定理也具有阶段性和不完善性。正是因为一些专业理论或定理存在不完善性甚至是错误,科学创新和突破才具有了可能性。他正是由于上大学时认识到土壤经典施肥最小因子理论是一个不完善的理论,发现不同学科内容相互矛盾与作物育种研究中不考虑施肥影响的问题,才在参加工作后提出了有关作物育种理论的科学假说,成为他在科学理论技术研究上取得成功的关键一步。

1977年,褚清河考取山西农业大学土壤农化系。《土壤施肥原理与实践》是本科专业的主要专业课,土壤农化专业所有学科内容并不涉及《作物遗传学》和《作物育种学》的课程内容。褚清河觉得相关学科理论相脱节甚至相矛盾的情况与老师在哲学课中讲解的任何事物内部的各个部分、要素是相互联系的,任何事物都与周围的其他事物相互联系着的内容相矛盾。如果作物品种不存在决定土壤施肥量大小的内在性状,土壤施肥与作物单位面积产量就不可能存在确定的函数关系。据此,他认为经典土壤施肥理论和作物育种理论还算不上科学的理论,他通过深入分析思考提出了科学的假说,即土壤施肥应是作物品种内在营养遗传特性的外在施肥表现形式,作物品种存在一个由基因决定的最大施肥量,而土壤也同时存在一个由土壤肥力水平和养分对比关系决定的土壤最大施肥量,不同肥力土壤的现实产量是土壤与作物二者最大施肥量协调的结果,氮磷单施和配施特性则是作物品种相应基因表达的必要条件。作物品种产量潜力水平的提高实际就是自身最大施肥量的增大,当作物品种的最大施肥量小于或大于土壤的最大施肥量时,增施肥料就不再具有增产效果。

[责任编辑:尹超]

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