“中国滥用化肥和农药造成的污染，尤其是氮污染，已经严重危害到人体健康和环境质量，中国过量施用化肥和农药已到极限。”这是在2004年中国环境与发展国际合作委员会年会上中外专家发表的意见。

　　建国以来，为解决粮食生产问题，国家大力发展化肥工业，化肥生产和消费用量不断上升。根据统计资料，2004年我国生产氮肥3300万t纯氮，消耗能源1亿吨标准煤以上，我国已成为世界最大的氮肥生产国，同时也是世界最大的氮肥消费国。化学氮肥的使用，在提高作物产量、保障我国的粮食安全方面发挥了巨大作用，但过量施氮已形成了严重的面源污染。按2002年用肥和种植面积计，我国平均施氮肥量为美国的2.88倍、巴西的5.79倍、澳大利亚的8.85倍。而且，我国不同地区的化肥施用量严重不均，据调查，用量最高的200个县，年均施氮量为522kg/ha，花、果、蔬菜单季施化肥量甚至高达569kg/ha～2000kg/ha。不合理施肥的结果是氮肥利用率极为低下，一般仅10%～30%，绝大部分氮肥挥发至空气中和流入江河湖海，造成一系列的严重危害，如：水体、空气、食物受污染，威胁人畜健康；自然界生物多样性和生态系统稳定性降低；农作物病虫害加重，土壤结构受破坏，肥力降低。

　　如此大范围的面源污染，只可从源头控制来解决。除合理施用化肥以及无机、有机肥配合施用外，一个更重要的途径是充分发挥豆科作物—根瘤菌共生固氮作用。这是一个既不消耗矿质能源且环境友好，又能减少化学氮肥用量并提高土壤肥力的有效途径。

　　豆科作物—根瘤菌共生体在农作物种植体系中的独特作用

　　豆科植物的突出特点是能与根瘤菌结瘤形成共生体，在自然环境中，在常温、常压下，将大气中的氮气转化成氨，直接提供给植物做氮素营养；豆科植物根深叶茂，可从土壤深处吸收水分和养分；根瘤菌的分泌物还能溶解土壤中的铁、磷、钾、镁、钙等矿物。因而，豆科植物生命力极强，是荒漠贫瘠地的先锋生物。在自然界中，已知200多属细菌中含有固氮菌株，而根瘤菌与豆科植物共生固氮效率最高，据FAO估算，全球生物固氮量约为2.0亿t/yr，而豆科植物—根瘤菌共生固氮量占其中的65%～70%。豆科植物所固定的氮可以提供该植物生长所需氮素营养的50%～80%，甚至100%，其地下部分含氮占植株总氮的30%～35%，残体分解后可有效提高土壤肥力。

　　豆科植物固氮量
　　大豆60-300
　　苜蓿90-340
　　豌豆50-500
　　三叶草45-670
　　具喙田菁60-800
　　木本豆科80-500

　　表1中列举几种栽培豆科作物的固氮量，不同种类的豆科植物因与之共生的根瘤菌不同以及环境条件的影响，所固定的氮量有很大的变异幅度，通过科学技术进行调控，有可能实现其最大固氮量。

　　豆科与禾本科及经济作物实行间、套、轮作时可以为间作和后茬作物提供氮素营养，补充矿质养分，提高其产量。文献报道豆科作物一般可为间作或混播的其他作物提供所需氮素30%～60%。最近，我国科学家们发现，豆、禾间作还能促使豆科更多的结瘤固氮，获得双高产。中国农业大学植物营养系在甘肃进行的蚕豆玉米间作试验田中，在施氮肥225kg/ha情况下，间作蚕豆的产量比单作地的提高63.7%，达到单产8202kg/ha，玉米比单作产量提高17.3%，达到10886kg/ha，双双达高产水平。这是因为豆、禾植株生长靠近，根系交织，禾本科竞争吸走了豆科根际的营养，即排除了豆科根瘤菌“氮阻遏”的障碍。所谓“氮阻遏”，是指所有固氮生物在有化合氮的环境中均不固氮，因它的固氮酶合成和活性受化合氮抑制。近几十年，不少科学家研究用基因工程手段解决这个问题，但尚未得到可实际应用的结果。今天，我们发现用中国农民几千年来所采用的间套作措施，解决了对豆科植物施氮肥与生物固氮这个大矛盾，的确令人振奋。这个矛盾的解决，为豆、禾间套作提供了重要的科学依据，值得进一步揭示其作用机制，更充分地发挥该措施在增进生物固氮中的作用。

　　豆科与其他作物轮作也是节省氮肥、改良土壤的良好措施。在不施肥的情况下，玉米、豆科作物轮作，可提高玉米产量235kg/ha～265kg/ha。种植草木樨后，再种小麦、谷子、糜子、高粱、玉米等作物，有40%～100%的增产效果。江苏如皋市龙舌乡于1995年示范种植70ha棉花与荷兰豆轮作，荷兰豆嫩荚平均产量7500kg/ha，干豆粒2250kg/ha，皮棉1350kg/ha，产值4.8万元，经济效益十分可观。

　　国内外豆科植物—根瘤菌固氮体系的利用现状