生物有機肥對土壤理化性質的影響

周應康，周兆學

（1.昭通市職業教育中心，云南昭通 657000；2.昭陽區靖安鎮農業綜合服務中心，云南昭陽 657000）

肥料的使用使得糧食產量大幅增長，而伴隨著全球人口的不斷增長，糧食的需要量將越來越大，如何使用有限的土地養活更多的人已經成為現代農業發展的重中之重。據預測，2050 年左右全球人口將達到100 億，糧食需求量將會是目前的2 倍。化肥的使用雖然能對糧食等農作物的產量提高起到重要作用，但長期使用也會出現土壤鹽堿化、土壤板結、有機質減少以及農作物品質下降等問題。2015 年，原農業部針對我國耕地長時間使用化肥出現酸化、板結等現象，根據土地資源可持續發展戰略構想，制定了化肥使用量零增長的行動方案，提出力爭在2020 年實現農作物化肥、農藥使用量零增長，明確使用有機肥來替代部分化肥的技術思路。生物有機肥是一類將化肥、有機肥以及微生物肥的優勢集于一體的新型肥料，具有新型、高效、安全等特點，目前已經被廣泛用于我國農業生產中。

1 生物有機肥的概念及類型

有機肥是指主要來源于動物或植物、能夠給農作物提供多種無機養分和有機養分、同時對土壤進行改良的一類肥料的總稱，其來源范圍廣、種類較多。作為傳統的農業大國，我國有機肥料的來源豐富，如果充分利用這些有機肥中包含的營養元素和豐富的有機質，對減少化肥的使用、降低環境污染、發展綠色生態農業以及改善農村生活環境都具有重要的意義。根據有機肥的來源不同，可以將其分為動物類有機肥和植物類有機肥，其中動物類有機肥主要包括糞肥、堆肥等，植物類有機肥主要包括秸稈、綠肥等。這些有機肥中，動物的糞尿肥所占的比例較高，在20 世紀90 年代，人畜糞尿在我國有機肥資源總量中的比例高達79%，在2005 年其占比已達到88%［1-3］。

2 生物有機肥的發展歷史

我國有著悠久的農耕文明歷史，很早就有使用有機肥來提高土壤肥力的報道，且在有機肥的制作及使用方面積累了許多經驗。但隨著工業化肥的使用量日益增加，傳統有機肥的使用量日益降低。趙榮芳等通過對華北平原小麥-玉米輪作制度下，農家肥施用僅占總肥料施用量的10%［4］。經濟的快速發展，使得農業的需求量日益加大，但目前我國農作物生產主要依賴于化肥，有機肥在農作物生產上的使用比例并不高。隨著生活水平的提高，人們對綠色、無公害食品的需求變得十分迫切，因此有機肥在農作物上的使用日益長；此外，化肥的長時間使用，也會造成土壤化學性質發生變化，給耕地帶來很多負面影響。聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）數 據 顯 示，2014 年我國化肥的使用量達到全球化肥使用量的31%，每1 hm2耕地總氮量為253.95 kg，遠高于世界每1 hm2耕地平均施氮量68.75 kg［4-6］。

現代有機農業最早是在20 世紀40 年代的英國土壤學會提出的，當時人們已經發現大量使用工業化肥會給環境以及土壤性質帶來不良的影響，但由于工業化肥在對農作物產量的提高方面有著更好的效果，其一直受到廣大農民的喜愛。目前的一些研究發現，部分有機肥在對農作物產量提高方面和工業肥料的效果相差無幾，但更多情況下，有機肥對農作物產量提高方面的作用效果要顯著低于工業肥料的使用，其產量僅為使用工業肥料的60%～80%。從營養學角度來看，農作物在生長過程中會從土壤中帶走大量的養分，而從土壤以外系統中國投入養分是提高土壤生產力的最有效手段。傳統有機肥在改善土壤環境以及生態環境、促進土壤可持續利用等方面具有重要的作用，但有機肥的使用在提高農作物產量等方面還不能完全替代工業化肥。因此，工業化肥和有機化肥的結合使用的這一發展方向將成為未來農業發展的重中之重［2］。

3 生物有機肥對土壤性質的改良作用

生物有機肥結合了有機肥、微生物肥料以及化肥的優勢，通過增加土壤中的有機質含量以及改善土壤中微生物的生命活動，達到改善土壤生態條件，增強農作物對生物和非生物脅迫的抗性，從而提高農作物的產量。目前，生物有機肥不僅能夠在物理性質方面對土壤進行改良，還能影響土壤的化學性質。

3.1 生物有機肥對土壤物理性質的影響

水分是農作物生長發育所必需的因子，直接影響著植物的生長。研究發現，水分缺失會造成農作物氣孔關閉，氣體交換效率降低，嚴重影響植物的光合作用和蒸騰作用，導致農作物減產甚至絕收。我國是一個水資源分布極不均勻的國家，北方地區水資源相對缺乏，因此提高農作物對水分的利用率顯得尤為重要。研究發現，施用一定量的生物有機肥能夠有效抑制土壤中水分的蒸發，提高土壤的含水量，具蓄水保墑的效果。吳紅等發現，不同濃度的羊糞對土壤蓄水能力具有很大的差異，其中羊糞有機肥的施用量在40 t·hm-2、60 t·hm-2以及80 t·hm-2時，土壤0～15 cm、15～30 cm 以及30～45 cm 土層中的含水量分別達到最高，表明隨著肥料使用量的增加不同土層土壤的蓄水能力也呈現逐步增加的趨勢［7］。劉立軍研究表明，在北方干旱地區使用有機肥以及秸稈還田處理能夠有效提高土壤含水量，其含水量較對照組分別提高了16.05%和14.52%［8］。

3.2 生物有機肥對土壤容重的影響

土壤容重是指自然狀態下單位體積土壤的質量，對于相似質地的土壤，容重還可以反映出土壤的緊實程度、空隙狀況等結構特征。研究結果顯示，使用生物有機肥的土壤，其土壤容重降低，會變得疏松多孔，土壤之間的空隙增加，且這種現象隨著生物有機肥使用量的增加而出現更加明顯的效果。當使用有機土壤改良物質來對土壤進行修復時，土壤的容重變小，且土壤的總孔隙度較未處理的土壤明顯增大［9］。

3.3 生物有機肥對土壤緊實度的影響

土壤緊實度是反映土壤緊實程度的一個重要指標，通常與土壤中的含水量、肥力等有著密切的聯系，且對農作物的出苗率和產量都有著重要的影響。研究發現，土壤緊實度過高，不利于土壤中有機氮赫爾碳的礦化作用，對土壤中養分的循環以及農作物對養分的吸收都有著很大的抑制作用。石彥琴等研究發現，不同類型的生物有機肥均能夠有效改良土壤的緊實度，且這種改良效果在0～20cm 耕作層的效果較好；使用生物有機肥后，0～20cm 土層土壤的緊實度較對照組出現明顯的疏松狀態，但對于20 cm 以下土壤的緊實度并無顯著影響［10］。

3.4 生物有機肥對土壤化學性質的影響

土壤中含有各種各樣的有機物質和礦物質，這些物質是植物生長發育所必需的。使用生物有機肥能夠改善土壤的化學性質，并為植物提供一個優良的養分環境，這對促進植物生長和發育有著重要的作用。大量研究發現，施用生物有機肥能夠增加土壤中養分，提高農作物對養分吸收效率，進而促進農作物的營養和生殖生長過程。這是由于生產上使用的生物有機肥都是要經過發酵這一過程，在這個過程中會產生多種生長素、赤霉素等植物生長調節劑以及氨基酸和維生素等次生代謝物質，這些富含多種生理活性的物質，可以有效刺激農作物的生長發育［11］。

生物有機肥除了提供植物生長發育相關的次生代謝物質外，還能夠為農作物的生長提供相關的大量元素和微量元素。研究人員發現使用腐熟的牛糞改良的土壤，土壤中的氮含量、有效鉀以及有效磷的含量都有了不同程度的增加，其增加比例在6.22%～11.6%［2,12］。趙德英等使用不同類型的土壤改良劑對土壤進行改良，這些物質均能夠有效提高土壤中全效養分的含量，其中使用處理后的羊糞對土壤的改良效果最好，其對土壤中養分的提高效果最顯著，其提高比例較對照組增加了98.51%［13］。除此之外，使用生物炭以及無機土壤改良物質對土壤進行改良后，土壤的pH 值較未處理組會出現顯著的變化，且通過觀察發現生物炭處理的土壤，其土壤pH 值均處在植物生長發育的最佳pH 值范圍［12-13］。

生物有機肥中含有豐富的微生物，這些微生物具有較強的生物學功能，能夠在植物的根系附近形成微生物圈，促進根系對營養元素的吸收，其中對豆科作物根系對氮的固定作用效果較為出色。同時，生物肥中含有的微生物能夠有效分解土壤中殘留的化合態磷以及鉀，增加土壤中能夠被農作物吸收的游離態磷、鉀元素的含量。與此同時，生物有機肥中微生物的生命活動能夠促進土壤中有機質發生礦化，能夠將有機養分快速的轉化為植物根系可以直接吸收利用的營養物質。如連作環境下種植黃瓜的土壤中有效磷、速效鉀以及土壤pH 值在使用生物有機肥后均發生了顯著的提高，其增加幅度在6%～125%［14］。這些結果表明，生物有機肥中的微生物和有機質在協同作用下進一步促進了農作物對土壤中有效磷、鉀等大量元素的吸收，極大地改善了土壤的化學性質，并維持土壤中養分以及作物所需營養代謝之間的動態平衡，始終維持在促進作物生長的有利生長環境中［11-15］。

3.5 生物有機肥對土壤生物學性質的影響

微生物是土壤中的重要成分之一，其在養分循環、物質傳遞以及土壤自我修復等過程中具有非常重要的作用。生物有機肥中能夠改良土壤的微生物菌群包括細菌、真菌、放線菌等。在作物根系周圍的優勢微生物菌群，能夠促進根系蛋白質、核酸等生物大分子的合成，還能夠抑制根系病原微生物的繁殖，增強作物對逆境的抗性。研究發現，在施用生物有機肥的土壤中細菌、放線菌等土壤益生菌的數量明顯增多，其增加比例分別為106%和102%［16］，與此同時，土壤中真菌數量顯著減少，競爭關系減弱，增強土壤肥力的細菌菌群數量增多。而且生物有機肥的使用對土壤中的微生物群落結構以及微生物區系等有著更好改良作用，使得土壤的微生物環境朝著更加有利于作物生長方向發展［13,16］。

生物有機肥在改善土壤中各種酶的活性方面也發揮著重要作用。目前的研究結果表明，在施用生物有機肥后，土壤中的超氧化物歧化酶以及過氧化物酶的活性有了顯著的增強，其增強比例在18%～113%［11］。而土壤中這些酶的活性與土壤中一系列的生理生化反應密切相關，這些酶參與土壤中養分的轉化或植物對逆境的適用性等過程，這些過程均對農作物的生長發育以及品質的改善起到不可或缺的作用。

4 生物有機肥應用中存在的問題以及發展趨勢

我國人口基數大，對農產品的需求量較大，這表明我國的生物有機肥有著廣闊的市場需要。截至目前，我國生產生物有機肥的企業有近千家，生產企業及其產品遍布全國，而且產業規模正在不斷壯大。但不同地區選擇生產生物有機肥的主要原材料存在很大的差異，其中草炭、生活垃圾、腐植酸等是常見的原材料，這些原材料可能會存在抗生素殘留以及重金屬含量超標等風險。特別是雞糞、豬糞等動物糞便作為原材料制備的生物有機肥，其抗生素殘留可能會超標，這是由于在喂養畜禽過程中均會添加抗生素來防止病害的發生。因此，如果這些作為原材料的生物有機肥腐熟不充分，會導致產品中攜帶更多的病原微生物，給土壤以及農作物帶來潛在的風險。另外，生物有機肥產品被雜菌污染的事件也時有發生，這些雜菌均為烈性或條件性的致病菌，其在繁殖過程中會產生大量的毒素，給土壤以及農作物帶來一定的副作用。

目前世界各國對農業可持續發展問題高度關注，不斷加大對生物有機肥的開發、生產以及應用力度。但由于多方面原因仍然存在一些不足和亟待改善的地方。我國生物有機肥的發展還需從以下3 個方面入手：1）提高生物有機肥產品品質，可以從菌種的選育、工藝優化和開發新產品入手；2）規范產品的管理，當前市場上的有機肥品種繁多，產品質量參差不齊，相關職能部門應加大產品的檢測和監管力度，確保農戶用到優質有機肥產品；3）加大推廣力度，政府以及相關農業技術部門應加強對生物有機肥的宣傳，向農民展示有機肥的應用效果，讓農民從根本上上了解生物有機肥的經濟效益和生態效益，提高農民對生物有機肥使用的積極性。