過(guò)度施肥對(duì)土壤的污染及化肥減量增效技術(shù)分析

竇 麗，顏士平

（兗州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東濟(jì)寧 272100）

0 引言

過(guò)度施肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為常見的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為施肥結(jié)構(gòu)、施肥方法不合理以及缺乏使用微量元素等。過(guò)度施肥會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本明顯增加，也會(huì)影響農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，更會(huì)對(duì)土壤、生態(tài)環(huán)境等造成污染與破壞，并不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康、良好、可持續(xù)發(fā)展。這一背景下，化肥減量增效技術(shù)自然受到了廣泛關(guān)注。

1 過(guò)度施肥對(duì)土壤的污染分析

自改革開放以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展逐步邁入現(xiàn)代化階段，化肥使用量及施用強(qiáng)度均在持續(xù)增長(zhǎng)，不過(guò)增速在逐漸放緩，同時(shí)化肥施用結(jié)構(gòu)也在持續(xù)調(diào)整，且復(fù)合肥施用占比持續(xù)提升。這既反映了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的過(guò)度依賴，也反映了我國(guó)農(nóng)業(yè)在不斷的發(fā)展過(guò)程中對(duì)化肥施用的持續(xù)調(diào)整與優(yōu)化。綜合來(lái)看，改革開放以來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)的化肥施用經(jīng)歷了三大階段，分別是化肥增量增產(chǎn)、增量調(diào)結(jié)構(gòu)以及減量增效。化肥的減量增效施用是針對(duì)過(guò)度施肥問(wèn)題而提出的解決措施，其既可以有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥成本，又能減輕化肥施用對(duì)土壤造成的污染以及對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過(guò)度施肥對(duì)土壤的污染問(wèn)題不容忽視，其造成的負(fù)面影響主要體現(xiàn)于以下幾點(diǎn)。

1.1 土壤板結(jié)

過(guò)度施肥會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)。首先，土壤中如果施用過(guò)量氮肥，會(huì)導(dǎo)致微生物快速生長(zhǎng)，并使得土壤中的大量有機(jī)質(zhì)被消耗。當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)的消耗量達(dá)到一定程度后，土壤中有機(jī)質(zhì)含量會(huì)降到極低水平，進(jìn)而導(dǎo)致土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成受到阻礙，最終引發(fā)土壤板結(jié)的問(wèn)題。其次，土壤中如果施用過(guò)量磷肥，磷肥中的大量磷酸根會(huì)與土壤中的各種陽(yáng)離子反應(yīng)并生成沉淀物質(zhì)，如鈣離子、鎂離子等。當(dāng)土壤中生成大量磷酸根的沉淀物質(zhì)后，土壤透氣性會(huì)受到明顯影響，進(jìn)而出現(xiàn)板結(jié)情況。最后，土壤中如果施用過(guò)量的鉀肥，會(huì)導(dǎo)致大量鉀離子進(jìn)入土壤之中。當(dāng)土壤中鉀離子含量過(guò)高時(shí)，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的多價(jià)陽(yáng)子會(huì)逐漸被鉀離子所替換，進(jìn)而使得團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，久而久之，會(huì)出現(xiàn)土壤板結(jié)現(xiàn)象。土壤板結(jié)意味著土壤通透性降低，土壤中的空氣流通變得更為困難，同時(shí)植物根系難以充分下扎，還會(huì)出現(xiàn)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素減少的情況，并不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量明顯下滑，甚至可能出現(xiàn)大量農(nóng)作物死亡的情況[1]。

1.2 土壤酸化

過(guò)度施肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化。如果農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用大量氮肥，那么土壤中盈余氮肥逐漸累積成硝態(tài)氮。硝態(tài)氮流失的時(shí)候會(huì)將土壤中的鈣離子、鎂離子等帶走，久而久之，土壤中陰離子數(shù)量占比明顯多于陽(yáng)離子，土壤便會(huì)逐漸變?yōu)樗嵝裕宜嵝詴?huì)逐步增強(qiáng)。尤其是在大量集中降雨的雨季或者大水漫灌式灌溉的情況下，土壤中的堿基離子會(huì)被沖刷并快速流失，殘留的氫離子和硫酸根等離子相結(jié)合，會(huì)進(jìn)一步加劇土壤酸化情況。土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)問(wèn)題加劇，也會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，大量養(yǎng)分會(huì)隨著陽(yáng)離子的流失而流失，嚴(yán)重影響農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致農(nóng)作物的生長(zhǎng)大受影響，容易出現(xiàn)各種缺素癥。土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤微生物的活動(dòng)受到抑制，進(jìn)一步影響農(nóng)作物的發(fā)育和生長(zhǎng)。另外在土壤酸化嚴(yán)重的情況下，重金屬離子會(huì)在土壤中被活化，進(jìn)而使得農(nóng)作物的根系遭到毒害，農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留問(wèn)題也會(huì)出現(xiàn)。

1.3 土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過(guò)度施肥，會(huì)使得土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)。土壤中使用大量化肥，會(huì)使得土壤有機(jī)質(zhì)減少，同時(shí)也會(huì)消耗大量微量元素。這意味著在長(zhǎng)期過(guò)度施肥的情況下，土壤中的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)會(huì)受到影響，無(wú)法維持穩(wěn)定，難以為農(nóng)作物的生長(zhǎng)提供適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分供給，自然會(huì)出現(xiàn)部分養(yǎng)分供給過(guò)多、部分養(yǎng)分供給不足的情況，嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)造成各種缺素癥。

1.4 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡

農(nóng)作物種植生產(chǎn)中過(guò)度施肥，會(huì)造成土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡的問(wèn)題。過(guò)度施用氮肥，會(huì)對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌以及放線菌的數(shù)量造成明顯影響。施用過(guò)量氮肥的情況下，土壤中放線菌、細(xì)菌的生長(zhǎng)會(huì)受到明顯抑制，枯萎菌的生長(zhǎng)則會(huì)變得更為旺盛，進(jìn)而使得土壤中的枯萎菌逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌群，相應(yīng)的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生明顯變化。而在過(guò)量施用磷肥的情況下，土壤中細(xì)菌、真菌以及放線菌的生長(zhǎng)均會(huì)出現(xiàn)較為明顯的被抑制現(xiàn)象，不過(guò)枯萎菌這種真菌的生長(zhǎng)卻變得更為有利，同樣會(huì)造成枯萎菌逐漸成為優(yōu)勢(shì)菌群的問(wèn)題。過(guò)度施用鉀肥的情況下，土壤中微生物的生長(zhǎng)會(huì)受到土壤pH值變化以及水溶性鹽分含量變化的影響，進(jìn)而導(dǎo)致土壤中細(xì)菌、真菌以及放線菌的數(shù)量及占比發(fā)生變化，難以形成穩(wěn)定且適合作物生長(zhǎng)的土壤微生物條件[2]。

2 化肥減量增效技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 測(cè)土配方施肥技術(shù)

測(cè)土配方施肥技術(shù)是常見而高效的化肥減量增效技術(shù)，其核心是基于土壤測(cè)試及肥料田試驗(yàn)為施肥方案的制定與實(shí)施提供支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減量增效。測(cè)土配方有科學(xué)依據(jù)作為支持，主要包括養(yǎng)分歸還學(xué)說(shuō)、最小養(yǎng)分律、同等重要律、不可代替律、報(bào)酬遞減律、因子作用律等。養(yǎng)分歸還學(xué)說(shuō)強(qiáng)調(diào)通過(guò)施肥維持土壤養(yǎng)分的攜出和輸入間的平衡，以此保障土壤有足夠的養(yǎng)分供應(yīng)容量及強(qiáng)度，支持農(nóng)作物良好生長(zhǎng)和發(fā)育。最小養(yǎng)分律指明限制農(nóng)作物產(chǎn)量的往往是土壤中相對(duì)含量最小的養(yǎng)分因素，其本質(zhì)上和“木桶理論”一致，即只有確保各種養(yǎng)分均能達(dá)到一定程度才能為農(nóng)作物的良好生長(zhǎng)提供支持。同等重要律強(qiáng)調(diào)各種元素都是農(nóng)作物生長(zhǎng)中不可或缺的部分，不管大量元素還是微量元素都是支持農(nóng)作物生長(zhǎng)的必要元素。不可替代律強(qiáng)調(diào)不同營(yíng)養(yǎng)元素在作物生長(zhǎng)發(fā)育中都發(fā)揮著不可替代的作用，但凡任一元素不足或缺失，均會(huì)影響作物生長(zhǎng)和發(fā)育。報(bào)酬遞減律則表明隨著土壤中施肥量的增加，作物產(chǎn)量的增加速度會(huì)逐漸減慢，甚至在肥料施用過(guò)量的情況下會(huì)造成負(fù)面作用。因子作用律則強(qiáng)調(diào)作物產(chǎn)量受多個(gè)因子的綜合影響，肥料的施用往往還需配合其他農(nóng)業(yè)技術(shù)措施共同促進(jìn)農(nóng)作物的良好生長(zhǎng)。測(cè)土配方施肥主要包含五大環(huán)節(jié)，其一為測(cè)土，即對(duì)土壤肥力、pH值等進(jìn)行測(cè)試，從而準(zhǔn)確掌握土壤情況，為后續(xù)的肥料施用方案制定提供依據(jù)；其二為配方，即根據(jù)土壤肥力、pH情況以及氣候、地貌、耕作制度等因素，對(duì)不同作物施肥配方加以確定；其三為配肥，即針對(duì)土壤配方結(jié)果配置合適的肥料以及相應(yīng)施用方案，以便施肥操作的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，為廣大農(nóng)戶科學(xué)施肥提供支持；其四為供應(yīng)，即在做好配方加工工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行示范推廣與宣傳培訓(xùn)；其五為施肥指導(dǎo)，面向廣大農(nóng)戶做好相應(yīng)的施肥指導(dǎo)工作，獲得農(nóng)戶的反饋信息，不斷完善相應(yīng)的管理體系、技術(shù)體系與服務(wù)體系，確保肥料施用到位。

2.1.1 取土

取土需要在一塊集中連片種植統(tǒng)一作物的土地上設(shè)置一個(gè)采樣單元，并在前茬作物拉秧后、后茬作物種植前階段以及作物生長(zhǎng)期間的追肥前階段進(jìn)行取土。土壤樣品的采集應(yīng)當(dāng)遵循“隨機(jī)、等量、多點(diǎn)混合”的基本原則，而且針對(duì)酸化與鹽化地塊進(jìn)行采樣時(shí)通常只采集從壟背從地表開始向下0～20 cm土層的土壤。土壤取樣要做到各采樣點(diǎn)的采樣量一致、土壤上層與下層采樣比例相同，最好使用圓形空心管、鐵鍬等進(jìn)行采樣，如果需要測(cè)定土壤中的微量元素則應(yīng)使用不會(huì)造成金屬污染的不銹鋼取土器或竹器進(jìn)行采樣處理。采樣后需將土壤樣品置于干凈容器中，并碾碎、充分混合，然后通過(guò)四分法留取對(duì)角兩份樣品以及丟棄其余兩份樣品[3]。

2.1.2 檢測(cè)

測(cè)土配方中的土壤檢測(cè)涉及多個(gè)方面，檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容廣泛包括有機(jī)質(zhì)、酸堿度、全鹽含量、大量元素、中微量元素等，并且有儀器速測(cè)與化學(xué)檢驗(yàn)兩種方式。為了保障測(cè)土配方的準(zhǔn)確性，土壤檢測(cè)中多采取化學(xué)檢驗(yàn)方式。一般來(lái)說(shuō)，適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤有機(jī)質(zhì)含量為20%左右、pH值為6.7～7.5、微量元素含量能滿足最低需求、氮元素含量為120～150 mg/kg、磷元素含量為80～120 mg/kg、鉀元素含量為250～400 mg/kg、全鹽含量不超過(guò)2 g/kg、有害物質(zhì)含量較少，這可以作為土壤檢測(cè)的重要參考，同時(shí)也是后續(xù)配方的重要依據(jù)。

2.1.3 配方

根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的施肥建議，是測(cè)土配方施肥的關(guān)鍵。針對(duì)不同作物的品種，綜合考量土壤檢測(cè)結(jié)果、待種植作物的目標(biāo)產(chǎn)量、待種植作物的需肥規(guī)律等因素，對(duì)施肥的肥料種類、用量、施用時(shí)期以及施用方法等加以確定即可。在此過(guò)程中需通過(guò)公式對(duì)施肥量進(jìn)行計(jì)算，即施肥量應(yīng)當(dāng)為作物目標(biāo)產(chǎn)量與作物單位面積產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量之和減去地塊土壤可供養(yǎng)分量再與肥料養(yǎng)分含量和肥料當(dāng)季利用率的乘積進(jìn)行相除。

2.1.4 配肥

以配方結(jié)果為依據(jù)，由肥料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的配方肥，能為測(cè)土配方施肥的有效實(shí)踐提供重要支持，大幅提升施肥的易操作性，充分發(fā)揮測(cè)土配方作用，進(jìn)而促進(jìn)肥料施用實(shí)現(xiàn)減量增效。地方農(nóng)業(yè)技術(shù)部門需做好相應(yīng)的指導(dǎo)、管理和監(jiān)督工作，確保肥料企業(yè)生產(chǎn)的配方肥完全符合對(duì)應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

2.1.5 供肥與施肥

肥料經(jīng)銷商應(yīng)在地方農(nóng)業(yè)技術(shù)部門的指導(dǎo)下做好肥料的購(gòu)買與經(jīng)銷工作，農(nóng)戶則應(yīng)通過(guò)正規(guī)渠道從肥料經(jīng)銷商處購(gòu)買基于測(cè)土配方的配方肥。農(nóng)業(yè)技術(shù)部門應(yīng)指導(dǎo)農(nóng)戶進(jìn)行科學(xué)施肥，對(duì)施肥深度、時(shí)期、方式等進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，以此保障施肥的科學(xué)性與有效性，提升肥料利用率。

2.1.6 監(jiān)測(cè)與修訂

測(cè)土配方施肥是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，需在長(zhǎng)期實(shí)踐中不斷調(diào)整與優(yōu)化。科學(xué)施用配方肥后，還需對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程以及最終的產(chǎn)量與質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與綜合評(píng)估，從而分析施肥配方的科學(xué)性與有效性，同時(shí)充分了解農(nóng)戶的反饋信息，做好田間校驗(yàn)研究、土壤測(cè)試、田間營(yíng)養(yǎng)診斷、數(shù)據(jù)處理等工作，進(jìn)而對(duì)測(cè)土配方施肥方案進(jìn)行修訂與優(yōu)化，不斷提升施肥水平。

2.2 機(jī)械化深施肥技術(shù)

機(jī)械化深施肥技術(shù)能提高施肥精準(zhǔn)性與效率，從而嚴(yán)格控制肥料施用量，降低肥料成本，同時(shí)還能減少肥料過(guò)量施用對(duì)土壤造成的污染以及避免肥料施用深度不足而影響作物吸收與生長(zhǎng)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展以及肥料減量增效施用進(jìn)程的推進(jìn)，機(jī)械化深施肥技術(shù)需要進(jìn)一步得到大力推廣。目前常見的機(jī)械化深施肥技術(shù)主要有三種。其一為噴施技術(shù)，即通過(guò)機(jī)械裝置將化肥溶液以細(xì)小顆粒噴射到農(nóng)田中，從而實(shí)現(xiàn)減量增效；其二為穴施技術(shù)，即通過(guò)機(jī)械設(shè)備將肥料直接注入土壤中，從而對(duì)施肥點(diǎn)、施肥深度、施肥量的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)減量增效；其三為分布器施肥技術(shù)，即通過(guò)旋轉(zhuǎn)分布器、盤式分布器等把肥料均勻地撒播于土壤表面，嚴(yán)格控制施肥用量和范圍，從而實(shí)現(xiàn)減量增效[4]。進(jìn)行機(jī)械化深施肥應(yīng)當(dāng)提前做好土壤分析工作，全面了解土壤養(yǎng)分情況以及作物需肥量，以此作為施肥的依據(jù)。合理制定施肥計(jì)劃，對(duì)施肥量與方式加以確定，準(zhǔn)備好相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，做好肥料試施工作，在試施無(wú)問(wèn)題的情況下，再正式進(jìn)行機(jī)械化深施肥。施肥后同樣要對(duì)作物生長(zhǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，從而對(duì)施肥方案的有效性進(jìn)行綜合分析，為后續(xù)機(jī)械化深施肥方案的調(diào)整提供依據(jù)。

2.3 水肥一體化技術(shù)

水肥一體化技術(shù)作為灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)技術(shù)，其在減量增效方面有著巨大優(yōu)勢(shì)。水肥一體化技術(shù)的特點(diǎn)在于肥效快、養(yǎng)分利用率高，能避免肥料直接施用于表土層而造成的揮發(fā)損失、溶解慢等問(wèn)題，其相較于常規(guī)施肥方式往往能實(shí)現(xiàn)50%～70%的節(jié)肥量。水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)在于成本較高，需要花費(fèi)大量成本建設(shè)一套合適的滴灌系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，肥料的減量增效施用以及節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展均對(duì)水肥一體化技術(shù)的推廣提出了一定要求。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)一定要根據(jù)地形、田塊、單元、土壤質(zhì)地、作物種植方式、水源特點(diǎn)等因素，對(duì)滴灌系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，科學(xué)設(shè)計(jì)管道埋深、管道長(zhǎng)度、灌區(qū)面積、灌水方式、蓄水池與混肥池位置、水泵肥泵等[5]。另外，水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用還對(duì)肥料有著較高要求，優(yōu)先選擇液態(tài)肥料，如需使用固態(tài)肥料則需確保肥料水溶性強(qiáng)、雜質(zhì)少，以免堵塞管道。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上可知，針對(duì)過(guò)度施肥問(wèn)題需通過(guò)推廣應(yīng)用化肥減量增效技術(shù)的方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)和解決。地方農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)，全面、準(zhǔn)確剖析地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的過(guò)度施肥問(wèn)題，并做好相應(yīng)的試驗(yàn)、分析工作，嘗試制定和完善化肥減量增效技術(shù)方案，做好相應(yīng)的農(nóng)技推廣工作，不斷推動(dòng)地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥減量增效施用水平的提升，進(jìn)而為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)有力保障。