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

“萬物土中生，土中育萬物”，土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，是人類和一切動植物賴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，而長期在人為的耕作、施肥、灌溉和其他各種農(nóng)事活動影響下表現(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，通過合理施肥、耕作等農(nóng)藝技術(shù)培肥改良土壤是保護和提升耕地質(zhì)量的核心內(nèi)容，是實現(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，有機質(zhì)、pH、陽離子交換量、營養(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，進而增強植物抗逆性、減少農(nóng)藥用量的關(guān)鍵。但近年來，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)象日趨普遍而嚴重，沒有經(jīng)過無害化和充分腐熟的有機肥導(dǎo)致的土壤污染問題也日益凸顯。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，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。華南、華東、膠東半島等區(qū)域土壤酸化嚴重，pH在5.5以下的耕地面積由原來的20%增加到了40%，山東壽光一個種植13年的設(shè)施大棚土壤pH降到了4.31；2012年底農(nóng)業(yè)部組織完成的全國耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評價結(jié)果表明，在被調(diào)查的18.26億畝耕地中，耕地基礎(chǔ)地力相對較差，生產(chǎn)障礙因素突出，短時間內(nèi)較難得到根本改善的7～10等級耕地面積達到了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。而以有機質(zhì)含量高為典型特征的東北黑土地土壤有機質(zhì)含量，與第二次土壤普查相比，20年來有機質(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)象嚴重

我國農(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，糧食安全形式越來越嚴峻，生態(tài)環(huán)境越來越差”的惡性循環(huán)已成事實。研究表明，由于化肥和工業(yè)用氮量的增加，1980-2010年間，中國人為活性氮產(chǎn)生量增加了近3倍(從1689萬t增加到4820萬t)；臨汾市設(shè)施菜田土壤的施肥量達到了大田土壤的2～5倍。我國設(shè)施蔬菜主產(chǎn)區(qū)，擁有“中國蔬菜之鄉(xiāng)”美譽的山東省壽光市設(shè)施大棚近年來化學(xué)養(yǎng)分的投入量盡管已經(jīng)表現(xiàn)出下降趨勢，但周年養(yǎng)分投入量仍分別高達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有表現(xiàn)出對蔬菜產(chǎn)量的顯著影響。對有“中國山藥之鄉(xiāng)”美譽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)分投入量分別達到了209～1071kg/hm2，225～1626kg/hm2和188～1341kg/hm2，農(nóng)戶投入過量比例分別高達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，超過這一水平就會引起環(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、果樹等經(jīng)濟價值較高的作物上，由此造成的土壤肥力質(zhì)量劣化問題日益凸顯。

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、劉蘋等對不同年份壽光設(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，2010年之前，菜農(nóng)對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，但總量過量問題還是嚴重存在。對麻山藥產(chǎn)區(qū)的施肥情況調(diào)研結(jié)果表明，通過化學(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。而磷肥的過量投入，不僅造成磷肥資源的大量浪費，還會影響土壤中鈣、鎂、鐵、鋅等中微量元素

的有效性。同時長期大量磷肥的投入還會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，進而影響土壤的健康質(zhì)量安全。

2.1.3 有機肥質(zhì)量差，經(jīng)濟作物超量施用現(xiàn)象明顯

當(dāng)前我國有機肥原料種類繁多，農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、城市生活垃圾、工業(yè)有機廢棄物等的農(nóng)業(yè)應(yīng)用越來越多。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，有機肥的不科學(xué)施用給農(nóng)業(yè)造成的負面影響也越來越大。以畜禽糞便為例，隨著我國畜禽養(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)遠遠超過工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量，成為環(huán)境污染的主要來源。因此，畜禽糞便的資源化利用不僅成了實現(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，通過畜禽糞便等有機肥投入的年施氮量限量標(biāo)準(zhǔn)為170kgN/ha，超過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80kg/hm2(約35kg P/hm2)，過量則會引起環(huán)境磷的污染。而王方浩等研究表明，2003年全國耕地負荷的畜禽糞便純磷養(yǎng)分平均值就達到了29kg/ha，北京則以70kg/ha位居全國首位，8個省區(qū)的單位耕地面積負荷的糞便純磷養(yǎng)分量均超過了極限值。

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)殖場產(chǎn)生的糞便質(zhì)量發(fā)生了很大的變化，不經(jīng)過無害化處理的畜禽糞便長期大量施用也會給造成土壤重金屬、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，也給人類賴以生存的環(huán)境造成了潛在的生態(tài)安全風(fēng)險。畜禽糞便已成為農(nóng)田土壤中Cu、Zn、Cd、As等重金屬的重要來源，Cu和Zn積累的年貢獻率可分別達到37%～40%和8%～17%。潘霞等的研究表明，不同土地利用方式下，長期施用有機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32.3和26.4mg/kg，土壤中四環(huán)素類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。但土壤有機質(zhì)含量并沒有表現(xiàn)出隨有機肥施用年限的增加而明顯增加的趨勢，與露地大田土壤有機質(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，但種植7-8年的溫室有機質(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質(zhì)4%～5%的標(biāo)準(zhǔn)差距還很大。有機肥的大量施用沒有明顯提高土壤有機質(zhì)含量的原因主要在于生產(chǎn)中有機肥以雞糞、豬糞為主，這類糞肥纖維素含量少、分解速度快，對土壤腐殖質(zhì)形成貢獻不大，也不利于土壤有機質(zhì)的積累。

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

2.1.4 盲目追求新型肥料現(xiàn)象嚴重

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥利用率低是不可回避的事實，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重要方面。因此，在“化肥零增長”、“化肥工業(yè)轉(zhuǎn)型”的新的歷史時期，化肥的提質(zhì)增效也是大勢所趨，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了難得的發(fā)展機遇。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)今肥料市場變得異常琳瑯滿目，市場需求也迅速增加,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)了我國化肥工業(yè)的發(fā)展速度和水平，體現(xiàn)了我國科學(xué)施肥技術(shù)的發(fā)展；但另一方面，作為企業(yè)為了開拓市場、吸引老百姓眼球的不科學(xué)炒作，甚至有其名無其實的產(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)計表明，2012～2014年間，我國農(nóng)藥年均使用量31.1萬噸(折百)，比2009 ～2011年增長9.2%，單位面積化學(xué)農(nóng)藥的施用量比發(fā)達國家高2.5～5倍，但利用率僅為35%。直接或間接進入土壤的農(nóng)藥通過對土壤微生物區(qū)系的破壞而影響土壤的生物學(xué)性狀，并進而對土壤的肥力質(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，但有機肥的質(zhì)量不佳、有機無機肥料投入失衡、養(yǎng)分投入配比不科學(xué)等突出存在的施肥問題已成為目前生產(chǎn)中影響土壤肥力質(zhì)量的重要問題。土壤有機質(zhì)含量是指示土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)，徐明崗等對我國40余個長期定位施肥試驗的土壤有機質(zhì)變化研究表明，30年來，不施肥土壤的有機質(zhì)含量平均下降10%左右，長期有機無機肥配合施用及秸稈還田土壤的有機質(zhì)含量則呈明顯的上升趨勢，30年來西北和華北平均上升幅度

分別高達51%和68%，南方旱地和長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質(zhì)也能基本保持平衡甚至增加。英國洛桑試驗站170多年的肥料長期定位試驗結(jié)果同樣表明，化肥的合理施用可以獲得與有機肥處理同樣的產(chǎn)量，且不會造成土壤的退化和減產(chǎn)。由此可見，有機無機配合前提下的科學(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體自然歸還量的增加，以及對土壤微生態(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，但這個結(jié)果同樣必須以化肥的長期科學(xué)施用、養(yǎng)分的均衡投入為前提。

因此，無論是有機肥料還是無機肥料，無論是傳統(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

我國是人口大國，解決13億人口的溫飽，保證老百姓“舌尖上的安全”永遠是國家頭等大事。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，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，也是實現(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，同時也是在實現(xiàn)“化肥零增長”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,2007,21(2):78-80.

[2]徐明崗,張文菊,黃邵敏,等.中國土壤肥力演變(第二版)[M].北京:中國農(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:李生秀編.土壤-植物營養(yǎng)研究文集.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1999,641～646.

[4]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，全國耕地質(zhì)量等級情況公報[Z].

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