一次南方之行让范丙全至今记忆深刻。当从太湖旁边的一块菜地穿过时，他惊讶地发现脚下的土地硬得连脚印都踩不出来，“简直跟石头一样”。土地退化到如此严重的程度多少让他有些吃惊，尽管这一现象他见过不少。
范丙全一直从事新型高效生物肥料的研究，长期和土壤打交道，现在是中国农业科学院农业资源与农业区划所研究员、博士生导师。他说，大量使用化肥是导致土地退化的重要原因之一。此外，还将导致我国磷钾资源的过快耗尽。
“发展生物肥料的目标是尽量减少化肥的使用，使得磷钾资源能够更长远地使用下去，继而长期保证国家的粮食安全。”范丙全说。
化肥贡献率越来越小
化肥被认为是现代农业的重大发明，因为它使有限的土地产出了更多的粮食，养活了不断膨胀的人口。20世纪70年代我国开始使用化肥，尝到粮食产量不断提高的甜头后，化肥至今已经成为我国农业耕作必不可少的投入品。
没有化肥投入意味着粮食高产没有保证。对于拥有近14亿庞大人口的中国来说，没有粮食高产则意味着粮食安全没有着落。粗略计算，如果目前每人一天消耗1斤粮食，14亿人口一年需要5110亿斤。“如果没有化肥，要达到这个数是绝对不可能的。”范丙全说，没有化肥中国人吃饭问题根本解决不了。
化肥的这种增产效果是显著的，但是，农业生产证明需要每年更频繁地重复施用才能保持高生产力。有研究认为，土壤的自然肥力随着连年使用化肥而下降，为了每年保持高产而必须加大化学肥料的施用量，这样导致了生产成本的增加并加速土壤的进一步退化。
20世纪90年代后期，关于北方尤其是西北地区农田严重退化的报道开始见诸报端。东北地区黑土的退化则有目共睹，原来黑土层将近一米厚，现在剩下50公分甚至更薄，有些肥沃的粮田变成荒漠化的土地。
范丙全河北老家的例子显然十分生动：20世纪80年代刚实行联产承包责任制的时候，整个河北基本都用“泰山1号”小麦种子，当时使用化肥量不大，一百斤过磷酸钙、一百斤碳酸氢铵、一百斤豆饼做底肥，再追加一点尿儿素，亩产就能达到800斤。现在同样是亩产800斤，化肥用量却成倍增长。
全国粮食总产也显示了同样的迹象。1998年时，我国粮食产量创历史最高纪录，达到5.38亿吨，10多年过去，粮食总产基本在这一幅度轻微波动，但是化肥投入却逐年增加。化肥贡献率越来越呈递减趋势。
大量使用化肥破坏了土壤微生物环境，由此也导致病虫害接踵而至。农产品农药检测超标、重金属超标，最主要原因就在于土壤的代谢功能下降。土壤微生物多样性失调会引发恶性循环：如果不改善土壤生态环境，不提高土壤机体的功能，要达到同样的产量就需要投入更大量的化肥。
更值得担忧的是，大量生产化肥需要耗费大量的磷、钾等矿物资源。虽然我国磷储量位居世界第二，但以目前的开采和利用方式，60年甚至更短时间就会枯竭。而磷、钾、氮是植物必需的三种大量元素。如果没有了磷、钾，作物产量几乎也就没有了。这意味着未来化学肥料还得长期继续使用。
“长期以来，农民过分依赖于化肥。”南京农业大学教授、中国有机类肥料产业技术创新战略联盟秘书长杨兴明接受《科学时报》电话采访时说，这导致农业生态问题、环境问题持续出现。
生物肥料被认为是一个重要的解决方案。“生物肥料的重要性，就在于保证粮食安全的长期性。”范丙全说，发展生物肥料的目标就是要尽量减少化肥的使用，减少全国化肥的总消费量，使得磷钾资源能够更长远地使用下去，继而长期保证国家的粮食安全。
北京大北农科技集团股份有限公司副总裁宋维平此前接受《科学时报》采访时认为，发展生物肥料意义不亚于生物育种。面对化肥对土壤造成的严重的污染，他反问：“土地污染了，再好的种子怎么长？”
生物肥料能减少化肥使用
事实上我国从20世纪50年代起就重视生物肥料研究与应用。当时比较有名的生物肥料是“5406”菌肥——利用代号为“5406”的一种放线菌与一定量的饼肥或肥土拌和堆制而成。
河南洛阳市的一份农业文献记载，1973年开始，“5406”菌肥开始在该市大多数公社推广使用，结果是“棉花亩施‘5406’菌肥125公斤，亩增皮棉10～15公斤，小麦每亩底施125～150公斤，亩增小麦22～75公斤”。
生物肥料并不复杂，它是含有特定微生物活体的制品，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境。
范丙全介绍，生物肥料分为几个不同的种类，“不同种类的生物肥料追求的目标不同。”其中一类主要的功能是提供养分，另一类则主要是转化养分。
根瘤菌是提供作物所需养分的生物肥料的一个好例子，它是一类革兰氏阴性菌，能与豆科植物共生形成根瘤，并将空气中的氮转化成作物需要的氨态氮。它的好处是可以节省大量氮肥，如果选育到优良菌株，尤其是抗氮素阻遏的高效固氮菌种，在豆科作物上使用少量氮肥、甚至不使用氮肥也能达到相同的产量。
另外一种固氮微生物是联合固氮菌，它在植物的根际，依靠自身固氮能力固定空气中的分子态氮，但是联合固氮菌的固氮量比较少，不能完全满足作物的需求，世界各国科学家们都寄希望于此类固氮微生物高效菌种选育的突破，尤其重视高效泌铵菌的突破。
“如果能突破这项技术，禾本科作物的氮肥使用量可以大大减少。”范丙全说，这样能够节省大量的氮肥。
用于转化养分的生物肥料与磷钾养分相关，由于土壤中有效磷含量很低，因而每年需要使用磷肥，作物对磷肥产生依赖性，没有磷肥就没有产量。溶磷生物肥料能把土壤难溶磷转化为植物可利用的有效磷，解钾生物肥料能够把土壤中难以利用的钾素释放出来供作物吸收利用。
范丙全说，发展和使用溶磷、解钾的生物肥料，既可以提高土壤难溶磷、钾的有效性，又能够提高磷肥和钾肥的利用效率，达到显著减少磷钾化肥的使用量，延长我国磷、钾资源的使用年限的目的。磷钾资源就可以长期使用下去。节约氮肥也就节约了能源，同时也改善了环境。节约了磷、钾肥资源，我国的粮食安全就更有保障。
推广不要忽悠农民
像化学肥料一样，生物肥料同样是战略资源，生物肥料战略重要性已得到国家高度重视。国务院10月18日发布的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》指出要“积极推广绿色农用生物产品”，生物肥料则是绿色农用生物产品的重要产品之一。
据一位农业领域的专家透露，在生物产业“十二五”规划中，生物肥料也是生物农业里头的重点内容。
与政府高层看重生物肥料的战略意义不同，从事农业生产的农民们更看重生物肥料的作用效果。事实上，生物肥料早些时候就已经进入农民的视野，但是在推广过程却经历了起起落落。
“由于生物肥料是高新技术，农民对此将信将疑。”杨兴明认为这是生物肥料推广面临的一个难题。另外，农民往往用化肥的概念来理解生物肥料，“在技术指标上他们是按照化肥的概念来考虑的。”
范丙全解释说，在不科学的宣传误导下，农民以为使用生物肥料就可以不用化肥，当产量下降时，“以追求高产为目的的农民肯定不干”。但一些企业、经销商对生物肥料却进行夸大宣传，“本来不能替代化肥，却偏偏说能代替。”
“现在农民知道生物肥料是好东西，但是一定要把生物肥料追求的目标告诉农民，每种生物肥料的功能、解决哪些问题都应该讲透彻。”范丙全说，“农民不买我们就没有市场，生物肥料企业就没有办法存活。”
杨兴明表示，目前市场上真正的产品效果很好，但假冒伪劣产品太多，有人甚至用普通有机肥冒充生物有机肥。“这个市场急需整顿，行政主管部门要把好入口关。”
这些因素叠加起来使得生物肥料推广起来难度不小。杨兴明认为以后“要加大示范应用，让农民摸得着、看得到、体验得到”。他说：“我们成功的经验就是通过试验示范来做的。”
杨兴明于2004年进入南京农业大学副校长沈其荣领导的南京农业大学有机类肥料研究团队，该研究团队研发的“一种能防除连作物枯萎病的拮抗菌及其微生物有机肥料”专利在11月13日刚获得了第十二届中国专利奖金奖。
有报道称，5年来，该项专利技术已在全国24个省区市推广应用3200万亩次，农民增收节支上百亿元，产生了巨大的经济效益和社会效益。
“只要把田间试验做好了，农民看到了效果，马上就会用了。”杨兴明说。
范丙全说，我国生物肥料产量约为500万吨，现在生物肥料需求很大，也有市场。但目前的矛盾是农民需要高产，而生物肥料并不能解决高产问题。“要告诉我们的农民，生物肥料合理使用，尤其是与化肥的合理配合使用，既可以解决提高作物产量，又可以解决降低化肥用量、避免化肥资源浪费两大难题。”
“所以，现在最重要的是要解决生物肥料的高效问题。使生物肥料能高效固氮、高效解钾、高效溶融磷、高效促生，”范丙全说，如果能做到这四个方面，生物肥料的市场非常广阔。