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山西省农科院研究员——褚清河博士
经过三十多年的刻苦攻关，山西省农科院研究员褚清河博士创立土壤施肥配比理论并发明数字化施肥技术，他发明的数字化施肥理论技术，是山西省科技厅和省农科院多年持续立项系统研究的结果，使农民能够看图种庄稼，使农业由经验种植走向高产优质的数字农业。
咬定青山 攀登高峰
我国恢复高考制度的1977年，褚清河怀揣实现儿时通过掌握科学知识解决父老乡亲吃饭问题的愿望，考取了山西农业大学土壤农化系，开始了自己梦想的追逐。像久旱的禾苗遇到春雨，大学学习期间，他对功课深专细研，学习非常刻苦和勤奋。然而，当到最后一学期学习作物营养与施肥这门课时，他觉得，经典施肥理论中增施最小因子以外的其它因子并不再具有增产作用的内容，不仅与农业化学中植物主动吸收、选择吸收及离子相助作用的理论相悖，而且与农化研究法中“设计肥底以消除最小因子限制作用”的理论相矛盾。褚清河想，既然施用肥底可以消除最小养分的限制作用，使增施相对较高的养分起到增产作用，也就是说，作物施肥同时施用相对最大和最小的养分因子均具有增产作用，那么定义最小因子为1个，并推理增施最小因子以外的其他养分也不再具有增产作用，这显然相互矛盾，不能自圆其说。特别是作物营养与施肥教材中，也存在前一节讲的最小因子为1个与后一节氮磷多因素试验中讲的氮磷配合施用的问题相矛盾。教材中引用的西北农学院合理施肥课题组1973—1975年冬小麦氮磷配合试验结果的资料更加表明，试验地无论单施氮还是单施磷，均较不施肥明显增产，而氮磷配合施用明显高于氮磷单施，说明最小因子仅为1个的理论并不成立，教材中引用的试验结果也显然不支持最小因子理论。然而，就是这样一个经不起推敲的理论，至今还被一些人推崇为经典理论，褚清河在思索中下定决心，要把科学理论研究作为自己奋斗的目标，在科学理论研究上有所建树。
始于原理 创立施肥理论
1982年，褚清河大学毕业分配到山西省农科院农业资源与经济研究所，他不忘初心。在工作中突破传统思路和研究方法，深入研究了土壤养分相对最小和最大量下氮磷肥的增产效果，同时研究了不同玉米品种氮磷单施间和配施增产效果的比较研究，从而破译了土壤施肥与作物品种营养遗传特性联系的密码，土壤氮磷单施效果好于氮磷配施与氮磷配施效果显著高于氮磷单施的效果，是由作物品种营养遗传特性决定的。土壤施肥是作物内在营养遗传特性的外在施肥表现形式，施肥的目的就是要从时间上协调作物品种特性要求的施肥比例和施肥量。据此他在《土壤施肥配比理论和方法的研究》专著一书中提出了土壤施肥配比理论：土壤种植作物存在平衡与不平衡土壤养分类型，即土壤氮磷供应满足程度基本相同和氮高磷低、磷高氮低等形式，并具有相应氮磷和氮磷钾最佳施肥比例。最佳施肥比例的作用是调整作物苗期土壤供肥由不平衡供应转化为平衡供应或保持土壤原有供肥的均衡性，而施肥量的作用则是提高作物苗期土壤养分的供应强度。
褚清河田间示范
钾、微量元素与氮磷元素具有不同的施肥性质。作物要获得高产，氮磷在作物耐肥性允许的任何土壤养分含量水平下均需施用，而钾只有在缺乏即为最低量营养物质时才需与氮磷配合施用，否则就会降低作物产量水平，这是施肥的基本原则。作物施肥效应在施肥基本原则下，表现为土壤养分类型上相应元素的组合施肥效应，这种组合效应决定着作物的稳产高产与产品品质。研究证明，决定作物产量的，并非是经典施肥理论所阐述的土壤中那个相对含量最小的有效植物生长因素，而是取决于施什么肥料效果好以及以什么比例施用和施多少合理的作物品种营养遗传特性。这一理论系统地阐明了作物品种选育与数字化种植的理论方法和技术。2013年，山西省科技厅组织的有中科院赵其国院士参加的鉴定委员会认为“在施肥与边际产量、钾适宜条件下的氮磷配比施肥研究达到国际领先水平”。
创新型肥料 数字化施用
土壤施肥配比理论的确立与施肥比例规律的发现，为生产具有科学意义和高科技含量的复合肥提供了理论基础和核心技术，即土壤种植作物存在的氮高磷低、磷高氮低等10种养分状况和改变这10种状况的特定施肥比例。通过进一步研究，褚清河发明了能标准化生产的10种剂型复合肥，称之为“调控肥”，同时研究成功依土壤主要肥力指标直接计算土壤种植作物所需剂型复合肥型号类别和用量的“数字化施肥技术”。所谓“调”，就是调整作物苗期土壤养分供应比例；所谓“控”，就是控制作物苗期土壤养分供应强度。10种型号剂型复合肥可整合上千种单质氮磷钾工业化肥和复合肥为10种型号的工业化肥，是化肥的更新换代产品。它与数字化施肥计算机系统相配套，实现了复合肥施用数字化。应用该系统对取样县市做出不同地块种植同一作物或同一地块种植不同作物所需剂型复合肥型号、用量的电子区划图，农民就可做到看图种庄稼。肥料实行播种前一次施用，以后不再追肥；减少肥料投资1/3，不污染土壤，并可有效提高农产品品质。这一化肥创新产品和数字化配套施用技术，使农业由经验种植走向高产优质的数字农业。
破解难题 造福人类
我国及世界随施肥量增加每公斤化肥增产粮食逐年递减的原因，主要是没有或无法按最佳氮磷比例施肥。在最佳氮磷比例条件与最大施氮量范围内，不同作物边际产量基本为一常数，现行品种和栽培密度条件下，小麦、玉米的边际产量基本在13公斤左右。我国目前玉米的氮肥利用率在80%左右，生理利用率仅12.8%，但在氮磷施肥比例合理的情况下，玉米氮肥的生理利用率可达到30.9%。1995年到2015年，山西浮山县和垣曲县推广应用数字化施肥技术表明，氮磷亩总用量在23公斤左右，通过调整氮磷施用比例旱地小麦亩产从408.5公斤提高到亩产654.7公斤，增产幅度25.3—42%。
目前，褚清河的数字化施肥相关研究成果已在山西省75个县（市、区）推广应用，累计推广面积达283万公顷，其中粮食作物增产幅度达23%—48%，同时在山东、江苏等省示范应用，取得显著增产效果。
