科學(xué)施肥改良土壤是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急

孫志梅 王玉(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 河北 保定 071000)

科學(xué)施肥改良土壤是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的當(dāng)務(wù)之急

孫志梅 王玉(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 河北 保定 071000)

引言

“萬(wàn)物土中生，土中育萬(wàn)物”，土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，是人類(lèi)和一切動(dòng)植物賴(lài)以健康生存和繁育的物質(zhì)基礎(chǔ)。而土壤肥力是土壤區(qū)別于成土母質(zhì)和其他自然體的最本質(zhì)的特征，是土壤各種基本性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，也是土壤作為自然資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤肥力包括自然肥力和人為肥力，而長(zhǎng)期在人為的耕作、施肥、灌溉和其他各種農(nóng)事活動(dòng)影響下表現(xiàn)出的人為肥力則是決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中耕作土壤的主要肥力因素，而土壤的總體肥力狀況又是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的關(guān)鍵所在。因此，通過(guò)合理施肥、耕作等農(nóng)藝技術(shù)培肥改良土壤是保護(hù)和提升耕地質(zhì)量的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)的根本所在。

1 我國(guó)土壤肥力質(zhì)量現(xiàn)狀

土壤肥力質(zhì)量一般用土壤質(zhì)地、容重、孔隙度等土壤物理性狀，有機(jī)質(zhì)、pH、陽(yáng)離子交換量、營(yíng)養(yǎng)元素含量等土壤化學(xué)性狀，微生物量碳氮、土壤酶活性等土壤生物學(xué)性狀等綜合衡量。維持高水平的土壤肥力是作物優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是培育壯苗，進(jìn)而增強(qiáng)植物抗逆性、減少農(nóng)藥用量的關(guān)鍵。但近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理施肥、用藥以及其他栽培耕作措施的影響，土壤總體肥力水平明顯下降，主要表現(xiàn)在過(guò)量施肥導(dǎo)致的土壤板結(jié)、次生鹽漬化、酸化、土壤養(yǎng)分及微生物區(qū)系失衡等現(xiàn)象日趨普遍而嚴(yán)重，沒(méi)有經(jīng)過(guò)無(wú)害化和充分腐熟的有機(jī)肥導(dǎo)致的土壤污染問(wèn)題也日益凸顯。杜新民等的研究表明，溫室大棚內(nèi)由于肥料的大量投入和較少的雨水淋溶作用，土壤可溶性鹽分含量和EC值均表現(xiàn)出隨種植年限的增加而顯著增加的趨勢(shì)，種植7～8年的日光溫室土壤可溶性鹽分含量已接近了黃瓜的生育障礙臨界點(diǎn)。華南、華東、膠東半島等區(qū)域土壤酸化嚴(yán)重，pH在5.5以下的耕地面積由原來(lái)的20%增加到了40%，山東壽光一個(gè)種植13年的設(shè)施大棚土壤pH降到了4.31；2012年底農(nóng)業(yè)部組織完成的全國(guó)耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在被調(diào)查的18.26億畝耕地中，耕地基礎(chǔ)地力相對(duì)較差，生產(chǎn)障礙因素突出，短時(shí)間內(nèi)較難得到根本改善的7～10等級(jí)耕地面積達(dá)到了5.1億畝，占到了耕地總面積的27.9%。近1/5的耕地土壤被污染。而以有機(jī)質(zhì)含量高為典型特征的東北黑土地土壤有機(jī)質(zhì)含量，與第二次土壤普查相比，20年來(lái)有機(jī)質(zhì)含量下降了35%左右。土壤肥力質(zhì)量的高低決定著土壤提供植物養(yǎng)分和生產(chǎn)生物質(zhì)的能力，土壤總體肥力水平下降的現(xiàn)象已經(jīng)成為制約我國(guó)總體生產(chǎn)力水平的關(guān)鍵因素。

2 影響土壤肥力質(zhì)量的因素

2.1 施肥因素

2.1.1 化肥超量施用現(xiàn)象嚴(yán)重

我國(guó)農(nóng)業(yè)較高的單產(chǎn)水平以及糧食生產(chǎn)十二連增的豐碩成果與化學(xué)肥料的施用固然密不可分，但“化肥越喂越多，耕地越種越瘦，糧食安全形式越來(lái)越嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境越來(lái)越差”的惡性循環(huán)已成事實(shí)。研究表明，由于化肥和工業(yè)用氮量的增加，1980-2010年間，中國(guó)人為活性氮產(chǎn)生量增加了近3倍(從1689萬(wàn)t增加到4820萬(wàn)t)；臨汾市設(shè)施菜田土壤的施肥量達(dá)到了大田土壤的2～5倍。我國(guó)設(shè)施蔬菜主產(chǎn)區(qū)，擁有“中國(guó)蔬菜之鄉(xiāng)”美譽(yù)的山東省壽光市設(shè)施大棚近年來(lái)化學(xué)養(yǎng)分的投入量盡管已經(jīng)表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，但周年養(yǎng)分投入量仍分別高達(dá)N1047～6357kg/hm2(平均3338kg/hm2)、P2O5762～3191kg/hm2(平均1710kg/hm2)、K2O1118～6930kg/ hm2(平均3446kg/hm2)，施肥量是當(dāng)?shù)匦←?玉米輪作種植模式的6～14倍，其中化肥投入的氮磷鉀量分別占到了總量的35%、49%和42%，且化肥投入的氮磷鉀量沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)蔬菜產(chǎn)量的顯著影響。對(duì)有“中國(guó)山藥之鄉(xiāng)”美譽(yù)的冀中平原麻山藥原產(chǎn)地的施肥現(xiàn)狀調(diào)研結(jié)果表明，化學(xué)肥料氮、磷(P2O5)、鉀(K2O)養(yǎng)分投入量分別達(dá)到了209～1071kg/hm2，225～1626kg/hm2和188～1341kg/hm2，農(nóng)戶(hù)投入過(guò)量比例分別高達(dá)90.0%，98.3%和96.7%。朱兆良院士早在2000年就提出，大面積化肥年施氮量應(yīng)控制在150～180kg/hm2，超過(guò)這一水平就會(huì)引起環(huán)境污染。

化學(xué)肥料的盲目超量施用已經(jīng)成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普遍現(xiàn)象，特別是在蔬菜、果樹(shù)等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物上，由此造成的土壤肥力質(zhì)量劣化問(wèn)題日益凸顯。

2.1.2 養(yǎng)分失衡現(xiàn)象突出

生產(chǎn)中盲目施肥的另一個(gè)表現(xiàn)就是氮磷鉀養(yǎng)分投入失衡現(xiàn)象突出。王兆輝、劉蘋(píng)等對(duì)不同年份壽光設(shè)施蔬菜養(yǎng)分投入情況的調(diào)研結(jié)果表明，1997年壽光蔬菜氮磷鉀養(yǎng)分的投入比例為1∶1.32-1.42∶0.40-0.47，至2004年，氮磷鉀養(yǎng)分的投入比例變化為1∶0.83-1.08∶0.84-0.85；而至2010年，氮磷鉀養(yǎng)分的投入比例則變化為1∶0.51-0.72∶1.03-1.2。由此可見(jiàn)，2010年之前，菜農(nóng)對(duì)氮磷鉀的投肥比例與蔬菜需氮鉀較多、需磷較少的特性明顯不吻合，而隨著科學(xué)施肥技術(shù)的普及推廣，氮磷鉀投入比例明顯趨于合理，但總量過(guò)量問(wèn)題還是嚴(yán)重存在。對(duì)麻山藥產(chǎn)區(qū)的施肥情況調(diào)研結(jié)果表明，通過(guò)化學(xué)肥料投入的氮磷鉀比例(N:P2O5:K2O)平均為1:1.13:1.26，生產(chǎn)中重施磷肥現(xiàn)象突出，與山藥需氮鉀較多，需磷較少的養(yǎng)分需求特性也明顯不吻合。而磷肥的過(guò)量投入，不僅造成磷肥資源的大量浪費(fèi)，還會(huì)影響土壤中鈣、鎂、鐵、鋅等中微量元素

的有效性。同時(shí)長(zhǎng)期大量磷肥的投入還會(huì)造成土壤重金屬或其他放射性元素累積的生態(tài)安全隱患，進(jìn)而影響土壤的健康質(zhì)量安全。

2.1.3 有機(jī)肥質(zhì)量差，經(jīng)濟(jì)作物超量施用現(xiàn)象明顯

當(dāng)前我國(guó)有機(jī)肥原料種類(lèi)繁多，農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、城市生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢棄物等的農(nóng)業(yè)應(yīng)用越來(lái)越多。廢棄物的資源化利用是踐行生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要舉措，但由于原料來(lái)源的多樣性、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性以及利用方式的差異性等多方面因素影響，有機(jī)肥的不科學(xué)施用給農(nóng)業(yè)造成的負(fù)面影響也越來(lái)越大。以畜禽糞便為例，隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，畜禽糞便的產(chǎn)生量迅速增加，甚至已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量，成為環(huán)境污染的主要來(lái)源。因此，畜禽糞便的資源化利用不僅成了實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，也是生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。已有研究表明，由于畜禽糞便中養(yǎng)分資源的不充分和不當(dāng)利用，已經(jīng)對(duì)部分地區(qū)的環(huán)境安全造成了威脅。歐盟農(nóng)業(yè)政策明確規(guī)定，通過(guò)畜禽糞便等有機(jī)肥投入的年施氮量限量標(biāo)準(zhǔn)為170kgN/ha，超過(guò)這一水平則易造成硝酸鹽的淋洗，土壤的糞便年施磷量(P2O5)一般不宜超過(guò)80kg/hm2(約35kg P/hm2)，過(guò)量則會(huì)引起環(huán)境磷的污染。而王方浩等研究表明，2003年全國(guó)耕地負(fù)荷的畜禽糞便純磷養(yǎng)分平均值就達(dá)到了29kg/ha，北京則以70kg/ha位居全國(guó)首位，8個(gè)省區(qū)的單位耕地面積負(fù)荷的糞便純磷養(yǎng)分量均超過(guò)了極限值。

畜禽糞便的不當(dāng)施用除了表現(xiàn)為養(yǎng)分的負(fù)載量加大，影響土壤、大氣和水體環(huán)境質(zhì)量外，飼料中含重金屬的飼料添加劑、激素和抗生素等的大量使用也使得集約化養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的糞便質(zhì)量發(fā)生了很大的變化，不經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理的畜禽糞便長(zhǎng)期大量施用也會(huì)給造成土壤重金屬、抗生素和激素的污染，甚至是復(fù)合污染，不僅影響土壤肥力質(zhì)量和健康，也給人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境造成了潛在的生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)。畜禽糞便已成為農(nóng)田土壤中Cu、Zn、Cd、As等重金屬的重要來(lái)源，Cu和Zn積累的年貢獻(xiàn)率可分別達(dá)到37%～40%和8%～17%。潘霞等的研究表明，不同土地利用方式下，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥均使得重金屬在土壤剖面呈現(xiàn)出明顯的表聚現(xiàn)象，以設(shè)施菜地最為突出，Zn和Cd的積累最為明顯；14種抗生素的含量和組成在土壤剖面上存在明顯分異，盡管隨土層深度增加含量迅速下降，但80～100cm土層以上均能檢出。在長(zhǎng)期施用畜禽糞便的表層土壤中，土霉素和氯四環(huán)素的最大殘留量分別高達(dá)32.3和26.4mg/kg，土壤中四環(huán)素類(lèi)抗生素的殘留量比未施用畜禽糞便的土壤中提高了十幾至幾十倍。但土壤有機(jī)質(zhì)含量并沒(méi)有表現(xiàn)出隨有機(jī)肥施用年限的增加而明顯增加的趨勢(shì)，與露地大田土壤有機(jī)質(zhì)含量差異也不明顯。杜新民等的研究結(jié)果則表明[1]，盡管溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量高于大田土壤，且隨種植年限的增加表現(xiàn)出了一定的增加趨勢(shì)，但種植7-8年的溫室有機(jī)質(zhì)含量也只有2.2%左右，總體增加幅度不大，距離肥沃菜田土壤有機(jī)質(zhì)4%～5%的標(biāo)準(zhǔn)差距還很大。有機(jī)肥的大量施用沒(méi)有明顯提高土壤有機(jī)質(zhì)含量的原因主要在于生產(chǎn)中有機(jī)肥以雞糞、豬糞為主，這類(lèi)糞肥纖維素含量少、分解速度快，對(duì)土壤腐殖質(zhì)形成貢獻(xiàn)不大，也不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累。

“用糞猶用藥”，“是藥三分毒”，有機(jī)肥料是培肥土壤，改善地力的好肥料，但有機(jī)肥的無(wú)害化處理和科學(xué)施用才是充分發(fā)揮有機(jī)肥優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。

2.1.4 盲目追求新型肥料現(xiàn)象嚴(yán)重

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥利用率低是不可回避的事實(shí)，造成化肥利用率低的原因除了跟人們不科學(xué)的施肥(包括施肥量大、施肥方法不合理、施肥時(shí)期不科學(xué)、養(yǎng)分搭配不均衡等)有關(guān)外，肥料本身在土壤中的轉(zhuǎn)化特性(如傳統(tǒng)氮肥的迅速轉(zhuǎn)化造成揮發(fā)損失和淋溶損失；磷肥在土壤中容易被固定，導(dǎo)致作物有效性下降等)也是不容忽視的一個(gè)重要方面。因此，在“化肥零增長(zhǎng)”、“化肥工業(yè)轉(zhuǎn)型”的新的歷史時(shí)期，化肥的提質(zhì)增效也是大勢(shì)所趨，有別于傳統(tǒng)、常規(guī)肥料的采用新材料或新技術(shù)使肥料具備了某些特殊新功能的新型肥料也迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。各種新型肥料如水溶肥料、生物肥料、緩控釋肥料、多功能肥料、腐植酸肥料等等如雨后春筍，使得當(dāng)今肥料市場(chǎng)變得異常琳瑯滿(mǎn)目，市場(chǎng)需求也迅速增加,新型肥料的施用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也發(fā)揮了重要作用。這一方面體現(xiàn)了我國(guó)化肥工業(yè)的發(fā)展速度和水平，體現(xiàn)了我國(guó)科學(xué)施肥技術(shù)的發(fā)展；但另一方面，作為企業(yè)為了開(kāi)拓市場(chǎng)、吸引老百姓眼球的不科學(xué)炒作，甚至有其名無(wú)其實(shí)的產(chǎn)品推介也不容忽視。為了追求“新”和“效”(效果和效益)而忽視肥料原料質(zhì)量，甚至違規(guī)添加禁用材料的做法也應(yīng)該引起關(guān)注。

2.2 其他因素

農(nóng)藥也是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，在促進(jìn)農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。統(tǒng)計(jì)表明，2012～2014年間，我國(guó)農(nóng)藥年均使用量31.1萬(wàn)噸(折百)，比2009 ～2011年增長(zhǎng)9.2%，單位面積化學(xué)農(nóng)藥的施用量比發(fā)達(dá)國(guó)家高2.5～5倍，但利用率僅為35%。直接或間接進(jìn)入土壤的農(nóng)藥通過(guò)對(duì)土壤微生物區(qū)系的破壞而影響土壤的生物學(xué)性狀，并進(jìn)而對(duì)土壤的肥力質(zhì)量產(chǎn)生影響。

此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)膜的大量使用以及常年連做重茬、不合理耕種等也是影響土壤肥力質(zhì)量的重要方面。

3 科學(xué)施肥是培肥改土，提高土壤肥力質(zhì)量的重要舉措

盡管造成目前土壤肥力質(zhì)量下降的原因是多方面的，但有機(jī)肥的質(zhì)量不佳、有機(jī)無(wú)機(jī)肥料投入失衡、養(yǎng)分投入配比不科學(xué)等突出存在的施肥問(wèn)題已成為目前生產(chǎn)中影響土壤肥力質(zhì)量的重要問(wèn)題。土壤有機(jī)質(zhì)含量是指示土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)，徐明崗等對(duì)我國(guó)40余個(gè)長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)的土壤有機(jī)質(zhì)變化研究表明，30年來(lái)，不施肥土壤的有機(jī)質(zhì)含量平均下降10%左右，長(zhǎng)期有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用及秸稈還田土壤的有機(jī)質(zhì)含量則呈明顯的上升趨勢(shì)，30年來(lái)西北和華北平均上升幅度

分別高達(dá)51%和68%，南方旱地和長(zhǎng)江流域水田平均提高24%；而平衡施用氮磷鉀化肥的土壤有機(jī)質(zhì)也能基本保持平衡甚至增加。英國(guó)洛桑試驗(yàn)站170多年的肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果同樣表明，化肥的合理施用可以獲得與有機(jī)肥處理同樣的產(chǎn)量，且不會(huì)造成土壤的退化和減產(chǎn)。由此可見(jiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)配合前提下的科學(xué)施用是培肥改土，提高土壤肥力質(zhì)量的最有效措施。而單純長(zhǎng)期施用化肥的情況下，由于植物生物量的增加導(dǎo)致的根系和地上部殘?bào)w自然歸還量的增加，以及對(duì)土壤微生態(tài)環(huán)境的影響等，也可以使土壤肥力得以保持甚至略有改善，但這個(gè)結(jié)果同樣必須以化肥的長(zhǎng)期科學(xué)施用、養(yǎng)分的均衡投入為前提。

因此，無(wú)論是有機(jī)肥料還是無(wú)機(jī)肥料，無(wú)論是傳統(tǒng)肥料還是新型肥料，以質(zhì)量保證為前提的科學(xué)施用才是培肥改土，提升耕地肥力質(zhì)量的重要舉措。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是人口大國(guó)，解決13億人口的溫飽，保證老百姓“舌尖上的安全”永遠(yuǎn)是國(guó)家頭等大事。而健康優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出則必須以健康的土壤為前提。凡是外源物質(zhì)向土壤的投放，都是對(duì)土壤的攻擊。 因此，生產(chǎn)中向土壤投放的任何物質(zhì)都必須保證“質(zhì)”和“量”的安全。優(yōu)質(zhì)的肥料安全的施用既是培肥改土、提升土壤肥力質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，也是實(shí)現(xiàn)“提質(zhì)增效、節(jié)本降耗、產(chǎn)品安全、生態(tài)友好”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心內(nèi)容，同時(shí)也是在實(shí)現(xiàn)“化肥零增長(zhǎng)”前提下確保農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必然選擇。

[1]杜新民,吳忠紅,張永清,等.不同種植年限日光溫室土壤鹽分和養(yǎng)分變化研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2007,21(2):78-80.

[2]徐明崗,張文菊,黃邵敏,等.中國(guó)土壤肥力演變(第二版)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,2015.

[3]李俊良,張福鎖,李曉林,等.壽光蔬菜生產(chǎn)與施肥現(xiàn)狀的研究[C].見(jiàn):李生秀編.土壤-植物營(yíng)養(yǎng)研究文集.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1999,641～646.

[4]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部，全國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)情況公報(bào)[Z].

[5]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部.全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)[Z].