過去的30年，中國利用占世界9%的耕地，成功解決了占世界總?cè)丝?0%的13億國人的吃飯問題，而且到2012年已經(jīng)保持了糧食連續(xù)9年增產(chǎn)的成就，為中國經(jīng)濟(jì)的高速增長和社會穩(wěn)定提供了基本保障。但這30年間，化肥、農(nóng)藥的使用量不斷提升，牲畜糞尿、秸稈等廢棄物也大量增加，已造成了農(nóng)村和農(nóng)田的廣泛面源污染和土壤肥力下降等嚴(yán)重問題，惡化了生態(tài)和城鄉(xiāng)人民的生活環(huán)境。根據(jù)2007年中國污染普查的結(jié)果，全國農(nóng)業(yè)排放的化學(xué)需氧量(COD)占全國排放總量的43.7% (1320萬噸)；農(nóng)田排放的氮、磷分別占總量的57.2%和67.4% (270萬噸和28萬噸)。因此，中國農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中面臨著既要保持高產(chǎn)，又必須減少面源污染的雙重壓力。針對這一問題，中國農(nóng)業(yè)部及相關(guān)部門已經(jīng)展開工作，推動發(fā)展清潔農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)。當(dāng)務(wù)之急是，迫切需要可行的技術(shù)方案來降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對化肥、農(nóng)藥的依賴，提高其使用效率，從而構(gòu)建起支撐我國人與自然和諧相處，永續(xù)發(fā)展的生態(tài)與環(huán)境基礎(chǔ)。

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氮素養(yǎng)分是繼水之后最大的制約因素。每生產(chǎn)一噸谷物等糧食，需要消耗土壤中20 到40公斤氮素。要保持糧食高產(chǎn)，必須向土壤中補(bǔ)充氮素及其它營養(yǎng)元素。從1981至2008年的30年間，中國的糧食產(chǎn)量增長了63%；同期氮肥用量則增長了近2倍，我國化肥用量占全球總量的35%。過量使用化肥造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。一是增加了溫室氣體的排放。1980至2010年間，中國與化肥生產(chǎn)及使用有關(guān)的溫室氣體的排放增加了3.45倍，平均每年增加1070萬噸CO2當(dāng)量。最近幾年，中國北方城市空氣質(zhì)量嚴(yán)重惡化，與過量使用氮肥直接相關(guān)；二是過量施用到田間的氮肥效率愈來愈低。1961年，1公斤化肥可生產(chǎn)151公斤糧食，而至2005年1公斤化肥只生產(chǎn)9公斤糧食。作物吸收不了的過量化肥會隨水淋失，進(jìn)入地下水或江湖，引起水質(zhì)惡化(富營養(yǎng)化)。近年來太湖的藻華及青島的滸苔爆發(fā)都是這種富營養(yǎng)化的結(jié)果；三是增加了植物體內(nèi)的游離硝酸鹽。進(jìn)入食物中的硝酸鹽在一定條件下會被轉(zhuǎn)化為亞硝酸，危及食品安全；四是引起土壤酸化。中國的土壤pH值(酸堿度)在過去的20年間下降了0.5個單位，過量施用氮肥為其主因。土壤酸化會直接影響植物和土壤微生物生長，加重植物真菌病害，加速土壤中重金屬的溶解釋放。另外，對化肥的過度依賴及有機(jī)肥施用量大為減少，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤結(jié)構(gòu)被破壞，并最終引起土壤板結(jié)，肥力下降。這種情況日趨嚴(yán)峻，到了必須立即解決的時(shí)刻。

　　我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的另一個問題是作物重茬，病蟲危害，濫用農(nóng)藥。由此導(dǎo)致病原菌和害蟲抗藥性的提高。另一方面，殘留農(nóng)藥進(jìn)入水體和食物鏈，造成食品安全隱患，威脅到人民的身體健康。2013年5月份爆出的山東濰坊農(nóng)民濫用神農(nóng)丹，生產(chǎn)毒姜的事件就是一例。在自然界，動植物的病原菌、昆蟲群體中都會有天然存在或基因突變產(chǎn)生的抗性基因。而農(nóng)藥的長期使用，會對具有藥物(殺菌劑、殺蟲劑)抗性的個體產(chǎn)生選擇性富集，使得病蟲害群體的抗性逐漸提高，從而迫使人們進(jìn)一步提高農(nóng)藥的用量。這一惡性循環(huán)的最后結(jié)果，就是藥物的用量越來越大，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染也越來越重。我國已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的具有較高抗藥性的昆蟲有幾十種，包括一些重要的農(nóng)業(yè)害蟲和衛(wèi)生害蟲，例如棉鈴蟲、棉蚜、二化螟、小菜蛾等。在植物病原微生物方面，真菌、細(xì)菌及線蟲中都發(fā)現(xiàn)了抗藥性。

　　根據(jù)我們的研究和認(rèn)識，要解決上面所提到的我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的兩大問題，最重要的途徑是：1）重施有機(jī)肥，將有機(jī)肥與化肥結(jié)合施用，即發(fā)展新型的無廢棄物農(nóng)業(yè)；2）充分發(fā)揮豆科植物根瘤菌的共生固氮作用；3）推行豆科與其它作物間套輪作種植體系；通過這些措施以達(dá)到大幅減少化學(xué)氮肥與農(nóng)藥用量，使土壤肥力常存、保糧食優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、環(huán)境日漸美好。