科學施肥改良土壤是現代農業的當務之急

孫志梅 王玉(河北農業大學資源與環境科學學院， 河北 保定 071000)

科學施肥改良土壤是現代農業的當務之急

孫志梅 王玉(河北農業大學資源與環境科學學院， 河北 保定 071000)

引言

“萬物土中生，土中育萬物”，土壤是農業生產最基本的生產資料，是人類和一切動植物賴以健康生存和繁育的物質基礎。而土壤肥力是土壤區別于成土母質和其他自然體的最本質的特征，是土壤各種基本性質的綜合表現，也是土壤作為自然資源和農業生產資料的物質基礎。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、灌溉和其他各種農事活動影響下表現出的人為肥力則是決定農業生產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業生產力水平的關鍵所在。因此，通過合理施肥、耕作等農藝技術培肥改良土壤是保護和提升耕地質量的核心內容，是實現“產出高效、產品安全、資源節約、環境友好”的現代農業發展目標的根本所在。

1 我國土壤肥力質量現狀

土壤肥力質量一般用土壤質地、容重、孔隙度等土壤物理性狀，有機質、pH、陽離子交換量、營養元素含量等土壤化學性狀，微生物量碳氮、土壤酶活性等土壤生物學性狀等綜合衡量。維持高水平的土壤肥力是作物優質、豐產、穩產的基礎，也是培育壯苗，進而增強植物抗逆性、減少農藥用量的關鍵。但近年來，隨著農業生產中不合理施肥、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，主要表現在過量施肥導致的土壤板結、次生鹽漬化、酸化、土壤養分及微生物區系失衡等現象日趨普遍而嚴重，沒有經過無害化和充分腐熟的有機肥導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年的設施大棚土壤pH降到了4.31；2012年底農業部組織完成的全國耕地地力調查與質量評價結果表明，在被調查的18.26億畝耕地中，耕地基礎地力相對較差，生產障礙因素突出，短時間內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。而以有機質含量高為典型特征的東北黑土地土壤有機質含量，與第二次土壤普查相比，20年來有機質含量下降了35%左右。土壤肥力質量的高低決定著土壤提供植物養分和生產生物質的能力，土壤總體肥力水平下降的現象已經成為制約我國總體生產力水平的關鍵因素。

2 影響土壤肥力質量的因素

2.1 施肥因素

2.1.1 化肥超量施用現象嚴重

我國農業較高的單產水平以及糧食生產十二連增的豐碩成果與化學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，生態環境越來越差”的惡性循環已成事實。研究表明，由于化肥和工業用氮量的增加，1980-2010年間，中國人為活性氮產生量增加了近3倍(從1689萬t增加到4820萬t)；臨汾市設施菜田土壤的施肥量達到了大田土壤的2～5倍。我國設施蔬菜主產區，擁有“中國蔬菜之鄉”美譽的山東省壽光市設施大棚近年來化學養分的投入量盡管已經表現出下降趨勢，但周年養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)，施肥量是當地小麥/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出對蔬菜產量的顯著影響。對有“中國山藥之鄉”美譽的冀中平原麻山藥原產地的施肥現狀調研結果表明，化學肥料氮、磷(P2O5)、鉀(K2O)養分投入量分別達到了209～1071kg/hm2，225～1626kg/hm2和188～1341kg/hm2，農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控制在150～180kg/hm2，超過這一水平就會引起環境污染。

化學肥料的盲目超量施用已經成為當今農業生產中的普遍現象，特別是在蔬菜、果樹等經濟價值較高的作物上，由此造成的土壤肥力質量劣化問題日益凸顯。

2.1.2 養分失衡現象突出

生產中盲目施肥的另一個表現就是氮磷鉀養分投入失衡現象突出。王兆輝、劉蘋等對不同年份壽光設施蔬菜養分投入情況的調研結果表明，1997年壽光蔬菜氮磷鉀養分的投入比例為1∶1.32-1.42∶0.40-0.47，至2004年，氮磷鉀養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，而隨著科學施肥技術的普及推廣，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。對麻山藥產區的施肥情況調研結果表明，通過化學肥料投入的氮磷鉀比例(N:P2O5:K2O)平均為1:1.13:1.26，生產中重施磷肥現象突出，與山藥需氮鉀較多，需磷較少的養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安全隱患，進而影響土壤的健康質量安全。

2.1.3 有機肥質量差，經濟作物超量施用現象明顯

當前我國有機肥原料種類繁多，農作物秸稈、畜禽糞便、城市生活垃圾、工業有機廢棄物等的農業應用越來越多。廢棄物的資源化利用是踐行生態循環農業的重要舉措，但由于原料來源的多樣性、生產工藝的復雜性以及利用方式的差異性等多方面因素影響，有機肥的不科學施用給農業造成的負面影響也越來越大。以畜禽糞便為例，隨著我國畜禽養殖業的迅猛發展，畜禽糞便的產生量迅速增加，甚至已經遠遠超過工業固體廢棄物的產生量，成為環境污染的主要來源。因此，畜禽糞便的資源化利用不僅成了實現養殖業可持續發展的迫切要求，也是生態循環農業建設和環境保護的重要內容。已有研究表明，由于畜禽糞便中養分資源的不充分和不當利用，已經對部分地區的環境安全造成了威脅。歐盟農業政策明確規定，通過畜禽糞便等有機肥投入的年施氮量限量標準為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個省區的單位耕地面積負荷的糞便純磷養分量均超過了極限值。

畜禽糞便的不當施用除了表現為養分的負載量加大，影響土壤、大氣和水體環境質量外，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殖場產生的糞便質量發生了很大的變化，不經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，甚至是復合污染，不僅影響土壤肥力質量和健康，也給人類賴以生存的環境造成了潛在的生態安全風險。畜禽糞便已成為農田土壤中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出明顯的表聚現象，以設施菜地最為突出，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，土霉素和氯四環素的最大殘留量分別高達32.3和26.4mg/kg，土壤中四環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。但土壤有機質含量并沒有表現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含量差異也不明顯。杜新民等的研究結果則表明[1]，盡管溫室土壤有機質含量高于大田土壤，且隨種植年限的增加表現出了一定的增加趨勢，但種植7-8年的溫室有機質含量也只有2.2%左右，總體增加幅度不大，距離肥沃菜田土壤有機質4%～5%的標準差距還很大。有機肥的大量施用沒有明顯提高土壤有機質含量的原因主要在于生產中有機肥以雞糞、豬糞為主，這類糞肥纖維素含量少、分解速度快，對土壤腐殖質形成貢獻不大，也不利于土壤有機質的積累。

“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施用才是充分發揮有機肥優勢的關鍵所在。

2.1.4 盲目追求新型肥料現象嚴重

農業生產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的施肥(包括施肥量大、施肥方法不合理、施肥時期不科學、養分搭配不均衡等)有關外，肥料本身在土壤中的轉化特性(如傳統氮肥的迅速轉化造成揮發損失和淋溶損失；磷肥在土壤中容易被固定，導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”、“化肥工業轉型”的新的歷史時期，化肥的提質增效也是大勢所趨，有別于傳統、常規肥料的采用新材料或新技術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代農業生產中也發揮了重要作用。這一方面體現了我國化肥工業的發展速度和水平，體現了我國科學施肥技術的發展；但另一方面，作為企業為了開拓市場、吸引老百姓眼球的不科學炒作，甚至有其名無其實的產品推介也不容忽視。為了追求“新”和“效”(效果和效益)而忽視肥料原料質量，甚至違規添加禁用材料的做法也應該引起關注。

2.2 其他因素

農藥也是重要的農業生產資料，在促進農民增收、農業增效和穩產高產中發揮了重要作用。統計表明，2012～2014年間，我國農藥年均使用量31.1萬噸(折百)，比2009 ～2011年增長9.2%，單位面積化學農藥的施用量比發達國家高2.5～5倍，但利用率僅為35%。直接或間接進入土壤的農藥通過對土壤微生物區系的破壞而影響土壤的生物學性狀，并進而對土壤的肥力質量產生影響。

此外，農業生產中農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量的重要方面。

3 科學施肥是培肥改土，提高土壤肥力質量的重要舉措

盡管造成目前土壤肥力質量下降的原因是多方面的，但有機肥的質量不佳、有機無機肥料投入失衡、養分投入配比不科學等突出存在的施肥問題已成為目前生產中影響土壤肥力質量的重要問題。土壤有機質含量是指示土壤肥力質量的重要指標，徐明崗等對我國40余個長期定位施肥試驗的土壤有機質變化研究表明，30年來，不施肥土壤的有機質含量平均下降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量，且不會造成土壤的退化和減產。由此可見，有機無機配合前提下的科學施用是培肥改土，提高土壤肥力質量的最有效措施。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，以及對土壤微生態環境的影響等，也可以使土壤肥力得以保持甚至略有改善，但這個結果同樣必須以化肥的長期科學施用、養分的均衡投入為前提。

因此，無論是有機肥料還是無機肥料，無論是傳統肥料還是新型肥料，以質量保證為前提的科學施用才是培肥改土，提升耕地肥力質量的重要舉措。

4 結語

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。而健康優質農產品的產出則必須以健康的土壤為前提。凡是外源物質向土壤的投放，都是對土壤的攻擊。 因此，生產中向土壤投放的任何物質都必須保證“質”和“量”的安全。優質的肥料安全的施用既是培肥改土、提升土壤肥力質量，實現農業可持續發展的迫切要求，也是實現“提質增效、節本降耗、產品安全、生態友好”的農業生產的核心內容，同時也是在實現“化肥零增長”前提下確保農業豐產穩產的必然選擇。

[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分變化研究[J].水土保持學報,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:中國農業科技出版社,2015.

[3]李俊良,張福鎖,李曉林,等.壽光蔬菜生產與施肥現狀的研究[C].見:李生秀編.土壤-植物營養研究文集.西安:陜西科學技術出版社,1999,641～646.

[4]中華人民共和國農業部，全國耕地質量等級情況公報[Z].

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