一、引言
地球上有两个一级生态系统，亦即陆地生态系统和海洋生态系统。人类居住的陆地生态系统(terrestrial ecosystem) 是指地球陆地表面由陆生生物与其所处环境相互作用构成的统一体。陆地生态系统生境复杂，类型众多。该系统的第一性生产者主要是土壤生产出的植物，构成动物（含人类）食物链的起始端。陆地生态系统可按生境特点和植物群落生长类型划分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、湿地生态系统以及受人工干预的农田生态系统等次级系统。其中，森林生态系统的结构最复杂，生物种类最多，生产力最高，而荒漠生态系统的生产力最低。
陆地生态系统以大气、水和土壤为介质/环境，而其中，土壤是陆地生态系统的基础，也是系统自我调节以达到最佳状态的关键。
因此，我们需要重新认识土壤。土壤不仅是农业生产的基础，还是陆地生态环境的基础。土壤质量不仅决定着农产品的产量、质量和安全性，还直接制约着人类生存的生态环境的质量。正如我国老话所说，“万物生于土，万物归于土”。
“万物生于土”，土壤是农业生产的基础。土壤资源的数量和质量，不仅是人类粮食数量安全的基础，还是农产品质量保障的根本。这就是人们长期以来对土壤形成的认识。近年随着社会对食品安全的关注，人们进一步意识到，首先必须有土壤的健康和安全，才会有农产品的健康和安全，最后才能有国民的健康和安全。换句话说，土壤的质量和安全直接关系着食品的质量和安全。人们在强调保障18亿亩耕地数量红线的同时，比以往更加关注耕地的质量。
但这还不够。实际上，土壤是一个复杂的生态系统，它不仅具有弥足珍贵的农业生产能力，而且还是陆地生态环境最重要的缓冲调控和净化系统。如果土壤系统遭到不可恢复的破坏，则有可能导致整个陆地生态体系灾难性的崩溃，这是人类社会不可承受的灾难。
“万物归于土”。人类社会几千年，其所产生的废弃物、污染物都上哪儿去了？答案是，放土壤里面去了。土壤系统拥有分解净化这些废弃物、污染物的功能，并将其转化为土壤的生产能力，这实际上是陆地土壤与陆地的植物-动物-微生物形成的一个自然生态循环系统。这就是“万物归于土”。
然而现实是，我国土壤由于几十年过度的开发和不科学的利用而发生了全方位的严重退化，土壤系统的农业生产能力和生态环境缓冲调控能力逐步退化。更为严重的是，我国土壤系统不仅丧失了环境净化能力，而且正在逐步蜕变成一个面源污染源，进而加剧了水体污染和大气雾霾的大面积扩散。
因此，我国土壤亟需修复改良。本文就是介绍笔者提倡的土壤矿物质-有机质-微生物三元合一的土壤修复改良技术体系，并讨论其与中医农业的关系。
二、道法自然的土壤修复改良技术概述
欲要修护土壤，需要搞清楚三个基本问题：土壤是怎么来的？土壤是由什么物质构成的？土壤有何基本功能？
首先，土壤是怎么来的？土壤是由矿物岩石（成土母岩）风化而来的。岩石在地表经风吹日晒雨淋发生物理风化、化学风化、生物风化，千万年才转化为土壤。岩石不能长植物，而从岩石风化来的土壤则能。这是由于岩石风化成土的过程中，一是破碎疏松的土壤结构的形成；二是岩石中的矿物质元素发生了活化，变成了植物可以吸收利用的有效营养形态；三是大量的有机物质和微生物的加入，与细粒矿物一道形成良好的土壤生态环境。
因此，土壤具有三大基本功能：
1、养分功能：土壤向植物生长提供基本的矿物质元素养分和有机养分（土壤与生俱来的自然养分）。
2、结构功能：土壤的疏松多孔和特殊的团粒结构保证植物根系生长、保水保肥、透气。
3、生态环境功能：土壤提供植物生长必需的生态系统和环境条件（包括pH值、阳离子交换容量、微生物群落、土壤酶活性、土壤污染物等）。这也是人类生存所必需，也是国家发布的“土壤污染防治十条”的目标。可见，土壤修复改良既是农业生产的基础，又是环保产业的基础。
我们知道，理想的土壤有一半是空隙，空隙里面填充的是气和水，另一半是固体。土壤固体是由什么构成的？如图所示，土壤固体是由土壤矿物质（>90%）、有机质和少量微生物三部分构成：（1）既然土壤是由矿物岩石风化而来的，所以土壤中矿物质占了95%左右；（2）而土壤之所以叫土壤则是因为有土壤有机质的存在，如果不含有机质那就只是一堆泥沙，不可能具备土壤的基本结构和有机养分；（3）我们说土壤是有生命力的，是有活性的，这是由土壤微生物决定的。土壤矿物质、土壤有机质、土壤微生物，三者相辅相成、密切相关、缺一不可，1+1+1＞3。只有把这三者及其相互关系都调理到一个最佳状态，才可能有一个理想的土壤。
因此我们认为，从土壤的形成过程和自身物质组成来看，土壤修复改良的技术途径也有三条：矿物质技术、有机质技术、微生物技术。也因此就有了矿物质土壤调理剂、有机质土壤调理剂、微生物土壤调理剂三大类土壤调理剂产品。只有将这三者有机地整合在一起，才可能全方位地去修复改良土壤，才是应对复杂多变的土壤自然条件和农业生产因素的综合性技术方案。我们把这称为：土壤修复改良的“大三元”解决方案。我们的思路是，以自然的方式去修复自然，以土壤的方式去修复土壤，是一个“道法自然”的土壤修复改良技术体系。
对于“道法自然”，在此仅略举一例稍加说明。
土壤自身与生俱来的自然养分，绝大多数并非是“水溶性”养分，而是“枸溶性”养分。所谓“枸溶性”养分是指土壤中不能被水溶解、但能够被植物根系分泌的根酸所溶解（或能够被植物根际微生物所分解），因而能够被植物根系吸收利用的那部分物质。实际上，在土壤演化过程中，由于各种复杂交织的物理、化学、生物化学和生物反应，既会产生枸溶性、也会产生水溶性养分，但水溶性养分绝大多数都会很快被雨水、灌溉水冲洗淋失，不可能长期保存在土壤中。而只有枸溶性养分才可能长期稳定保存在土壤中并构成土壤自然养分的主体。我们“道法自然”、向土壤学习得出的启示就是，欲要提升土壤肥力水平、提升土壤自身养分含量，必须向土壤中添加“枸溶性”养分，因为只有枸溶性养分才可能不被水淋失，稳定留存在土壤中随时等待植物根系去吸收。因此建议，所有以提升土壤养分为目的的改土材料（土壤调理剂）都应以枸溶性养分为主。实际上，我国传统农业当家的农家肥（有机肥）中所含的植物生长养分就是以枸溶性养分为主。
同时，再举一例来说明土壤中矿物质-有机质-微生物三者的紧密共生关系。土壤胶体是土壤物质中最重要、最活跃的部分，与植物营养的供给和吸收、各种土壤反应都密切相关，包括土壤的吸收性能、土壤pH值缓冲性能和双向调节功能、土壤酸化、土壤碱化、土壤盐化、阳离子交换量、重金属离子钝化功能、土壤团粒结构和毛细孔道结构等。而土壤胶体是由矿物胶体（无机）和腐殖质（有机）以十分复杂的形式相互结合而成的，因此常又被叫做“有机-无机复合体”，而土壤微生物作用则是促成这种复合的关键因素之一。“土壤有机-无机复合体”被认为是土壤肥力的基础物质，由之形成的微团聚体被看成是土壤肥力的最小功能单位（陈恩凤等，1989）。可见，正是矿物质-有机质-微生物三者的密切相互作用产生了土壤胶体体系以及随之而来的一系列土壤功能。
三、土壤修复改良的矿物技术和矿物质土壤调理剂
我国传统农业是建立在有机肥料基础上的，这当然与有机固体废弃物的循环利用密切相关。因此，近十年来各界对有机肥和微生物肥料（有机质土壤调理剂和微生物土壤调理剂）高度重视，尤其是在有机肥和生物有机肥取代化肥方面，取得了显著的成绩。但对于矿物肥料（矿物质土壤调理剂）的关注却相对较少，因此本节将对土壤修复改良的矿物技术和矿物质土壤调理剂开展重点论述。
土壤修复改良的矿物质技术至少包括三方面的内容：
1) 土壤是由矿物岩石风化而来的，土壤固体的90%以上是矿物质，矿物质构成土壤基质的主体，因此也是制约土壤结构功能（包括土壤团粒结构和毛细孔道结构）的主体；
2) 土壤中活化的矿物质元素是植物生长不可缺少的主体营养元素，尤其是中微量元素（土壤的养分功能）；
3) 土壤矿物质与有机质和微生物一起控制了土壤的物理、化学、生物学性能，尤其是其中的纳米-微米级别的粘土矿物与腐植质结合组成的土壤胶体体系，全面制约着土壤的生态环境功能、养分功能和结构功能。
从植物营养学的角度看，岩石矿物风化成土的过程实际上就是矿物岩石中元素的活化过程，这是化学变化。岩石中的矿物质元素是固定的、惰性的、不能被植物吸收利用的，而土壤中则有少量的矿物质元素在风化成土过程中被活化成为能够被植物吸收的有效营养形态，这就构成了土壤“自然养分”的基础，是土壤支持植物生长的矿物质养分基础。德国化学家李比希早在19世纪中叶就提出了至今仍然被认可的“植物矿物质营养学说”：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料。诺贝尔奖得主Carrel认为，土壤中的矿物质控制着植物、动物和人的新陈代谢，进而决定了所有生命的健康程度。1936年美国参议院第264号文件指出，天然土壤可提供多达80种以上的矿物质营养元素，使植物能正常生长代谢，还帮助植物增强抗性。但化学农业滥用氮磷钾化肥、过度高产，致使土壤中的矿物质营养元素消耗殆尽。这是美国人当年遇到的问题，也是我们中国人当前正面临的难题。我国由于地少人多、数十年长期持续高产，掠夺性地消耗了土壤中的中-微量元素矿物质养分，不仅破坏了我国农作系统的可持续性、降低了耕地支撑高产的能力，而且使植物病变增多、农产品品质下降、化学氮肥的利用率下降。
从土壤物理学的角度看，矿物岩石风化成土的过程也是岩石破碎并细粒化、疏松多孔化的过程，这主要是物理变化。土壤特殊的团粒结构和毛细孔道结构则是矿物质胶粒与腐殖质复杂相互作用的产物，其中还有土壤微生物的关键贡献。而这种特殊的土壤结构是植物维系根系生长和保水保肥透气的基础，土壤板结就是指土壤结构的破坏。
因此，当我们在探讨土壤修复的矿物技术时，或者换句话说，当我们设计研发一种矿物质土壤调理剂产品时，必须从矿物质元素营养和土壤结构、土壤胶体三个方面去综合考虑，而不能顾此失彼（例如，不能在补充土壤矿物质营养的同时破坏了土壤结构）。
下面将结合我们自己的研发案例以及相关的矿物质土壤调理剂产品加以说明。
基于上述原理，上世纪末，我们将地质学、矿物学、岩石学、地球化学与土壤学、土壤生态学、植物营养学、植物栽培学等学科相结合，模拟自然界石头风化成土壤的地球化学过程，发明了“低温水热蒸养工艺技术”，能将富钾硅酸盐岩石中的矿物质元素（钾硅钙镁铁磷硼锰锌等）整体活化为能被植物吸收的有效营养（枸溶性养分！），从而将石头转变为富含多种营养元素的矿物肥料，来修复改良土壤、还原土壤的原生态。同时，该技术产品不仅在营养成份上类似于天然风化土壤，而且在物理结构特性上也类似于土壤，具有特殊的微孔结构（容重-3）和纳米-亚微米颗粒结构（参见下图右下角的扫描电镜照片）。因此该产品不仅能向土壤补充数十种矿物质营养元素，而且能够改良土壤团粒结构、调理土壤生态环境（如防治土壤酸化、增大土壤阳离子交换容量等）。
如下图所示，就是把石头“活化、细化、膨化”，分别对应着土壤的三大基本功能——营养功能、环境功能和结构功能。
天然石头造肥料技术:水热加压蒸养工艺生产过程中成土母岩原料发生的三大变化及其与自然界的石头风化成土过程的对比
自2006年始，由农业部全国农业技术推广中心和中科院农业项目办公室统一部署，在全国范围开展了广泛的农田肥效试验示范和温室大棚机理试验。全国先后有27个省市自治区100多个县市的土肥工作站和农业企业、以及中科院、农科院、中国农学等10多个科研院所和高校承担或参与。试验示范效果良好，证明其既具有良好的土壤调理效果、又具有肥料的功能（向植物生长提供所有的中微量矿物质养分元素）。
试验点跨越热带季风、南亚热带季风、亚热带半湿润季风、亚热带高原型季风、亚热带与暖温带季风、暖温带半湿润季风、暖温带大陆性季风、温带半湿润季风、温带寒温带季风、温带大陆性干旱半干旱季风等十大气候带，涵盖与之对应的赤红壤、红壤、黄壤、潮土、褐土、栗钙土、黑土、白浆土及荒漠土九个土类。涉及的退化土壤类型包括连作重茬障碍土壤、酸化和重金属污染土壤、盐碱化土壤、沙化土壤。
显示的主要农业效果包括：
土壤修复改良效果：包括：1）通过十多种大量-中量-微量矿物质营养元素的加入，从根本上提高土壤肥力、促进营养平衡。2）该产品属碱性（pH值10～11），因此能防治土壤酸化（参见右图）。3）钝化重金属，降低重金属毒害，如湖南水稻亩施15公斤该产品就能降低稻米镉含量24.2%。4）其特殊的多微孔结构能防治土壤板结。
增强农作物抗性（由于营养平衡和硅、钙等元素的协同作用）：包括抗病、抗虫、抗倒伏、抗盐、抗旱、抗寒、抗涝、抗重茬、抗重金属毒害等。其中仅抗盐一项就可能为我国盐碱地的改良和利用提供巨大前景。
提高农产品品质：Vc等多种营养成分和钙铁等多种微量元素的含量提高。如稻谷质量10项指标中9项得到提高，张家口葡萄含糖量增加6.4%，山东肥城桃的维生素C含量提高46%。
提高化肥利用率、降低农药用量：可降低化肥和农药的用量 10～60%，进而降低农业残留、提高农产品安全性，同时显著减少农业面源污染。
增产：5～15%。如全国60多个水稻试验平均增产7.6%。由于施用该矿物肥后植物根系特别发达，根茎类作物增产更显著，12个土豆试验平均增产15%,14个花生试验平均增产14%。
根系发达强壮：从而使植物吸收和利用养分的能力提高，免疫力和抵抗力增强。因此，马铃薯、花生等根茎作物的增产效果十分显著。
在试验示范过程中发现，本产品与有机肥、尤其是与生物有机肥合施的效果特别好，映证了前述矿物质-有机质-微生，三者相辅相成、1+1+1＞3的关系。
四、道法自然的土壤修复技术与中医农业的关系
中医不仅能医治人类（包括动物）的疾病、保障人类的健康，而且其原理和方法对所有植物都有医治病虫害、促进健康生长的作用，并能有效改善农业生态环境。中医农业，就是将我国传统中医的原理和技术方法应用于农业领域。我们认为，中医农业是基于现有生态环境、生产条件和生产经验，在不改变生产方式、不增加生产成本和农民负担的前提下，摆脱现代农业过度依赖农药化肥困局的最佳解决方案之一，被称为“中国特色的生态农业”（章力建等，2018）。目的是促使植物体（动物、人体）“正本归原”和恢复原生态健康生长，真正生产出“优质、生态、健康、营养”的安全农产品。
中华传统文化的核心之一是“天人合一”的哲学思想。宇宙自然是大天地，人则是一个小天地。人和自然在本质上是相通的，故一切人事均应顺乎自然规律，达到人与自然和谐。“天人合一”就是与先天本性相合，道法自然，回归大道，归根复命。习近平总书记就强调：“我们应该遵循天人合一、道法自然的理念，寻求永续发展之路。”
中国医学的核心也是“天人合一”的“整体观”思想，亦即从整体上来认识人体的健康与疾病，其中包含了“人是一个整体、人与自然界的统一性、人与社会的统一性”这三个方面。因此中医养生讲究“道法自然，顺应天性”。我们在谈到中西医的差异时经常说的一句话是：西医是“头痛医头”，而中医可以“头痛医脚”，这就是中医整体观优势的体现。
如前所述，土壤系统实际上是一个生态系统，这是在自然界的一定空间内，生物与其所在的环境构成的统一整体；在这个统一整体中，生物与环境之间相互影响、相互制约，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。因此，我们根据“土壤的形成过程和自身物质组成”，提出了“矿物质-有机质-微生物”三元合一的土壤修复改良技术体系，也是遵循“道法自然、天人合一”的中国哲学思想。
如前所述，土壤的生产力和生态调控能力是密切相互制约、不可分割的。土壤退化是一个综合体系，不仅退化形式多种多样，而且各种退化形式是相互联系、相互影响的。因此土壤修复也必须是全方位的修复，不能头痛医头、治标不治本。例如，土壤酸化的后果不仅是破坏了土壤的农业生产能力，而且还使土壤中镉、铅、铝等重金属元素活化、生物有效性急剧增高，造成重金属污染毒害。因此需要对酸化土壤开展“酸、瘦、毒、板、病、死”的全面治理。“矿物质-有机质-微生物”三元合一技术体系就是为了全方位修复改良土壤而设计的。
在技术层面，中医农业经常利用生物源物质和天然矿物源物质制成两料（饲料和肥料）和两药（农药和兽药）、或者相关的天然调理剂和添加剂，用于种植业和养殖业。其中就包括了本文所述的用天然成土母岩制成的矿物质土壤调理剂来改良土壤，以及用低毒、易分解、天然草本的、药肥一体的中药复方来替代人工合成的剧毒长效农药，等。
中医处方用药的理念是“君、臣、佐、使”的配伍理念，亦即说，处方中的多种中药材分别起着君、臣、佐、使的作用。把这些药材组合到一起的原则是：具有综合作用，治疗范围较广，并能调和药物之间的毒性，减少或避免不良反应。其中的“君药”是该方的主药，针对一病的主因、主症能起主要作用的药物；而“臣药”和“佐药”都是协助和加强“君药”效能的药物，还能协助“君药”解除某些次要症状或解缓“君药”的毒副作用。“使药”则是“引经药”，又常称为“药引子”，引导药物直达病所。
中医农业在组合使用各项技术时也经常借鉴“君、臣、佐、使”的中药配伍理念。如刘立新和梁鸣早提出的“生态有机农业投入品的四位一体技术”就是借用了“君、臣、佐、使”的配伍理念：足量的碳+适量的水（君）、全元矿物质（臣）、有益微生物（佐）、生长期间胁迫+营养管理（使）（梁鸣早会议交流，2018）。其中，用“生长期胁迫”作为“药引子”的设计思路令人拍案叫绝。
五、讨论和结语
自然生态系统及其生态平衡，乃是生物物种与其环境之间长期（千万年）相互作用、相互适应的结果。人类本身也是自然生态系统中的一员，只能遵循自然生态系统自身的规律去适应它、养护它，而不是为了人类的私利一味地去索取，粗暴地去干预它、甚至破坏它。人类希望提高土壤的生产能力和污染净化调控能力，这只能通过学习自然、模拟自然、道法自然，去对土壤生态系统开展适度的微调。生态系统的剧烈突变对于其中的生物物种来说都是灾难性的，很可能是人类不可承受的。本质上，这属于中华民族传统文化的哲学思维，“天人合一、道法自然”，乃是人类与天地万物共荣共存的最高原则。而本文“道法自然的土壤修复改良技术”与中华传统医学一样，都是遵循这样的思路。“矿物质-有机质-微生物”三元合一，其中的矿物技术是目前的显著短板，值得引起格外关注。
参考文献
[1] 章力建,王道龙，刘若帆.中医农业理论初探与生产实践[M].北京：中国农业科学技术出版社，2018.
