曾國(guó)勝，鈕 紅

（河南省新野縣施庵鎮(zhèn)人民政府，河南 新野 473500）

隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)未來的主要發(fā)展方式需要從完全依賴自然環(huán)境資源向綠色可持續(xù)方向轉(zhuǎn)變[1]，即通過有機(jī)肥替代化肥的使用，降低化肥的使用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

土壤肥力能夠衡量土壤所提供給各類作物所需要養(yǎng)分的能力，是反映土壤肥沃性的指標(biāo)，是土壤各種基本性質(zhì)的一個(gè)度量。Long Guo 等[2]快速、準(zhǔn)確地獲取土壤有機(jī)碳（SOC）圖，幫助了解農(nóng)田土壤肥力，為管理礦物肥料提供了極大便利。Esmaeil 等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)，在伊朗北部從天然林到耕地、柑橘園和水田的土地利用變化對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物特性的影響。此外，采用基于土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、土壤基礎(chǔ)研究的生物肥力指數(shù)（BFI）的普通Kriging（OK）法對(duì)土壤肥力進(jìn)行了定位。Guo Di 等[4]在冶煉廠污染土壤中單獨(dú)施用有機(jī)肥，或與PART 12 鏈霉菌（Act 12）聯(lián)合施用，進(jìn)行堆肥處理，研究其對(duì)土壤污染的影響，同時(shí)研究了芥菜的土壤肥力、酶活性、潛在毒性金屬（PTMS）溶解度和植物修復(fù)效率，結(jié)果表明：聯(lián)合施用處理?xiàng)l件下，土壤肥力和酶活性顯著提高，土壤pH 值降低，潛在毒性金屬（PTMS）溶解度增加，植物修復(fù)效率明顯提升，并且提高了土壤電導(dǎo)率（EC）7.0 倍和速效磷（AP）含量。本文綜述了國(guó)內(nèi)外有機(jī)肥替代化肥施用對(duì)農(nóng)田土壤的物理性狀、土壤營(yíng)養(yǎng)狀況、土壤生物學(xué)狀況、土壤環(huán)境狀況的影響，重點(diǎn)討論有機(jī)肥替代化肥后對(duì)土壤肥力的影響機(jī)理效果與單獨(dú)施用化肥的效果對(duì)比，全面合理深入認(rèn)識(shí)有機(jī)肥的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，提高有機(jī)肥的利用效率，降低有機(jī)肥施用危害，為合理高效綠色施肥提供理論指導(dǎo)以及正確建議，使有機(jī)肥的施用更加科學(xué)。

1 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤物理性狀的影響

施用有機(jī)肥可以極大改善土壤的物理性狀，但這需要長(zhǎng)期的作用。有機(jī)肥施入土壤后發(fā)生的反應(yīng)，首先會(huì)發(fā)生礦質(zhì)化，有機(jī)物完全分解為二氧化碳、水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)（氮、磷、鉀、鈣等），又經(jīng)過一定的時(shí)間，如氣、水、熱等一系列條件適宜，腐殖化過程開始進(jìn)行，生成的腐殖物質(zhì)（腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸、胡敏素等）能改善土壤的理化性質(zhì)，土壤的保水保肥的能力也得到提高，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分和水分的利用效率[5]。胡誠(chéng)等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在將秸稈還田時(shí)，配合施用秸稈腐熟劑不僅能夠顯著提高早稻和晚稻產(chǎn)量，且土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量都大大提高，陽(yáng)離子交換量也增加，土壤容重降低。秸稈還田能夠增加團(tuán)聚體含量，主要是＞0.25 mm 的風(fēng)干團(tuán)聚體以及水穩(wěn)性大團(tuán)聚體，土壤團(tuán)聚體破壞率顯著降低。鄧超等[7]研究表明：有機(jī)肥的施入能夠增加土壤的大、中孔隙度，并且有機(jī)肥處理與化肥處理以及不施肥處理的大、中孔隙度的倍數(shù)關(guān)系分別是1.45～1.68 倍和1.22～1.43 倍。葉協(xié)鋒等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，綠肥翻壓后，土壤酶活性和土壤肥力水平能夠顯著增加。如果翻壓綠肥量超過15 000 kg/hm2，與對(duì)照組相比，經(jīng)過綠肥翻壓的地塊，土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、過氧化氫酶等各種酶活性都顯著增加，增幅分別為13.10%～23.81%、12.92%～29.38%、75.35%～234.51%、29.17%～37.08%；土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH、孔隙度均大幅度增加，增幅分別為13.01%～70.41%、6.42%～27.52%、1.14%～10.99%、15.97%～34.99%、10.28%～38.30%、2.74%～7.05%、0.19%～2.50%，土壤容重下降。此外，施用有機(jī)肥能夠提高植煙土壤的pH、EC、CEC 值。

2 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)狀況的影響

Huang 等[9]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥經(jīng)過長(zhǎng)期施用，土壤的供肥容量顯著提高，腐殖酸對(duì)土壤養(yǎng)分的活化速度加快，土壤養(yǎng)分含量升高，速效養(yǎng)分供應(yīng)處于平衡狀態(tài)，同時(shí)效果非常明顯。在施肥相當(dāng)?shù)那闆r下，有機(jī)肥比化肥具有更加顯著的作用，可以大量增加土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量，提升土壤有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量。由于硝酸鹽（NO3-）出口和水生系統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化以及一氧化二氮（N20）排放到大氣中，農(nóng)業(yè)強(qiáng)化造成的氮（N）損失是全球變化的主要原因。具有豆科作物的多樣化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將氮素和碳（C）耦合到土壤中，減少N素污染，但有必要確定不同土壤條件下不同生態(tài)系統(tǒng)對(duì)豆科植物N2固定的控制措施。Blesh 等[10]研究表明：不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物N 固定量的變化規(guī)律隨聚集體內(nèi)氮利用率的增加和N 礦化的增加而降低。豆科牧草與禾本科牧草間作，由于牧草對(duì)氮的同化作用，削弱了POM中N 與N2固定的關(guān)系。此外，隨著豆科牧草覆蓋作物混播的2 個(gè)季節(jié)，土壤N 和C 礦化的平均速率增加，隨著時(shí)間的推移，土壤N 有效性與不固定之間的這種穩(wěn)定反饋增強(qiáng)。有機(jī)肥長(zhǎng)期施用能夠增加土壤活性炭和活性氮含量，使與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物和酶的活性也得到增強(qiáng)，從而提高土壤有效養(yǎng)分。Yang 等[11]經(jīng)過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有施肥處理均能使土壤全氮量顯著提高，并且有機(jī)肥投入比例越高，土壤全氮含量也越高，呈正比關(guān)系。有機(jī)肥對(duì)土壤肥力的影響見表1。

表1 有機(jī)肥對(duì)土壤肥力的影響

3 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤生物學(xué)狀況的影響

有機(jī)肥能夠增加土壤養(yǎng)分有效性，使土壤理化性質(zhì)更加符合作物生長(zhǎng)要求，而且還可以顯著影響土壤的生物和生物化學(xué)特性，這一特性能夠使土壤環(huán)境變化和施肥管理的響應(yīng)更加敏感迅速[12]。土壤微生物在土壤碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，能夠反映土壤肥力和土壤質(zhì)量的重指標(biāo)包括土壤微生物數(shù)量和活性。有機(jī)肥也能提供給土壤微生物其生命活動(dòng)所需的能源，主要有碳源、氮源和能量，同時(shí)使土壤微生態(tài)環(huán)境的理化性狀更加適合農(nóng)作物生長(zhǎng)，加快微生物的生長(zhǎng)和繁殖，使土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能得到完善。影響土壤微生物動(dòng)態(tài)的因素主要是有機(jī)質(zhì)。部分專家認(rèn)為長(zhǎng)期施用有機(jī)肥使土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，加劇土壤微生物群落的變化。此外，土壤中絕大多數(shù)的酶以吸附狀態(tài)存在，它吸附在土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)顆粒上時(shí)以物理和化學(xué)的形式存在，或者與腐殖物質(zhì)絡(luò)合形式共存于土壤中。施用有機(jī)肥能夠顯著增加土壤中有機(jī)酸和腐殖質(zhì)含量。它提供了豐富的結(jié)合位點(diǎn)或保護(hù)性位點(diǎn)給土壤中的酶，并且使土壤酶活性大幅度提高。黃炳林等[13]經(jīng)過長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，土壤磷酸酶活性在各個(gè)生育時(shí)期都較高；土壤蔗糖酶活性在大豆成熟期也較高；而大豆成熟期，PT1 較PCK 和RT1 較RCK 的CAT 活性均顯著提高。堿解氮、速效鉀含量均分別顯著高于PCK、RCK 在PT2、RT2 時(shí)期。

4 有機(jī)肥替代化肥對(duì)土壤環(huán)境的影響

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量：農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》（GB 15618—2018）農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（見表2），與各個(gè)地塊對(duì)比，發(fā)現(xiàn)自21世紀(jì)以來，很多國(guó)家都出現(xiàn)了農(nóng)田土壤重金屬累積和超標(biāo)等一系列問題，給作物生產(chǎn)及人類身體健康都帶來嚴(yán)重影響甚至威脅。有機(jī)肥是一種綠色環(huán)?？裳h(huán)利用的肥料，具有能夠顯著增強(qiáng)地力，提高微生物活性，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成等一系列優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也含有一定數(shù)量的重金屬元素，特別是糞便類的有機(jī)肥，施用此類有機(jī)肥，一定會(huì)增加作物體重金屬含量，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)重金屬含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。有機(jī)肥中的污泥和畜類糞便中的重金屬含量遠(yuǎn)高于其他有機(jī)肥種類的含量，在污泥中鎘、鉛含量明顯高于其他重金屬含量。豬糞中鋅、銅含量處于較高水平，而雞糞中鉻的含量更高[14]。研究表明：無(wú)論是施用化肥還是有機(jī)肥，土壤中重金屬含量都會(huì)逐漸增加，都有重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，并且單施有機(jī)肥和有機(jī)肥與化肥混合施用使土壤中重金屬含量增加得更為明顯。

表2 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值 單位：mg/kg

評(píng)價(jià)土壤中重金屬是否超標(biāo)，主要看土壤中重金屬的有效性。而重金屬的化學(xué)形態(tài)又是判定其是否有效的關(guān)鍵。有機(jī)肥對(duì)土壤中的重金屬影響是巨大的，主要通過改變土壤的電導(dǎo)率等一系列化學(xué)性質(zhì)來影響重金屬的有效性。然而施用有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬化學(xué)形態(tài)的作用是不一致的。一方面，有機(jī)肥可以直接增加土壤中重金屬含量，并使重金屬的生物有效性增強(qiáng)，因?yàn)橛袡C(jī)物的腐解過程中會(huì)釋放有機(jī)酸，有機(jī)酸對(duì)土壤中強(qiáng)結(jié)合態(tài)的重金屬具有活化力，使重金屬的有效性增強(qiáng)[15]；另一方面，有機(jī)質(zhì)是一類大分子物質(zhì)，有大量的官能團(tuán)，對(duì)于重金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力，同時(shí)有機(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)分解可以產(chǎn)生腐殖酸，它可以與重金屬離子形成絡(luò)合物，起到固定重金屬的作用，反而使重金屬的有效性降低，同時(shí)降低對(duì)作物的毒害作用。因此，不能單獨(dú)說有機(jī)肥會(huì)使重金屬有效性增加或降低，這要從以上兩個(gè)方面考慮。同時(shí)，有機(jī)肥種類和土壤類型也會(huì)對(duì)土壤中重金屬有效性產(chǎn)生影響。劉秀珍等[16]發(fā)現(xiàn)，土壤中重金屬的形態(tài)并非一成不變的，隨著有機(jī)肥的施入，可以使重金屬形態(tài)發(fā)生改變，將一般而言的具有有效性向不具有有效性的非生物性狀轉(zhuǎn)化。

5 研究展望

有機(jī)肥綠色、安全、環(huán)保，符合農(nóng)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)，具有改善土壤物理性狀，改良養(yǎng)分狀況，使土壤養(yǎng)分保持平衡，增加養(yǎng)分有效性，提高土壤中酶的活性等一系列優(yōu)點(diǎn)，這些是使用化肥不能比擬的。有機(jī)肥替代化肥施用，在這些方面來說具有可行性。然而畜禽糞便類有機(jī)肥的施用，會(huì)增加土壤中重金屬含量以及重金屬在人體內(nèi)的積累，危害人體的健康。也有部分有機(jī)肥種類能與重金屬絡(luò)合，降低重金屬的有效性，使有機(jī)肥更加安全。因此，建議在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中加強(qiáng)對(duì)有機(jī)肥的管控，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行有機(jī)肥的生產(chǎn)，減少畜禽類糞便等有機(jī)肥的施用。同時(shí)，建立耕作一體化技術(shù)，完善有機(jī)肥施用比例，把每一個(gè)地塊各元素具體分析，建立起土壤情況表，按地施肥。不能完全用有機(jī)肥替代無(wú)機(jī)肥，可以將兩者混合施用。要完善有機(jī)肥的生產(chǎn)過程，確定合適施用量，即適量施用有機(jī)肥，確定最大量，最大限度發(fā)揮有機(jī)肥和化肥優(yōu)點(diǎn)，盡可能避免其缺點(diǎn)，健全施肥制度，真正做到綠色高效施肥，達(dá)到高產(chǎn)的最終目的。