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見證有機肥與土壤的愛情故事

時間:2016/12/21 15:12:44       作者:有機肥造粒機

有機肥造粒機:今天,通達重工小編來講一下有機肥跟土壤的關系,當前土壤地力下降、環境質量惡化、食品質量安全事故時有發生等。因此,人們對由來已久且曾經被冷落的有機肥又逐漸重視起來。在重視的同時,更需要我們科學對待、合理使用。

有機肥的合理施用可以提高土壤肥力質量和農產品品質、增加土壤生物多樣性。但有機肥中含有重金屬、抗生素、激素與內分泌干擾物、病原生物、抗性菌等污染物及抗性基因的擴散,有機肥農用可能會對土壤環境質量、健康質量及食品安全造成威脅。此外,有機肥同化肥一樣,不合理施用也會造成土壤次生鹽漬化、土壤N、P積累與淋失、增加溫室氣體排放等。文章綜述了有機肥對土壤肥力質量、環境質量和健康質量的影響,并對今后的研究趨勢進行了展望。

目前,世界上有機肥積造與利用最早的歷史遺跡可以追溯到6000年前的蘇美爾文明 。我國早在秦漢之前,也有用有機肥養地的實踐,歷代有關農書詳細記述了有機肥的種類、作用、積造與施用方法。到了清代,我國有機肥有 10 大類 100 多種 。1990 年農業部開展全國有機肥料調查研究,分為10 大類 433 個品種 。我國自古代直至 20世紀70年代,農業生產上所用的肥料主要靠有機肥料,基本保持了水稻和小麥單位面積產量的穩定,并有緩慢的增加。

20世紀中期,因為化肥的推廣應用,有機肥的地位日益下降。我國1949年有機肥施用占肥料施用總量的比例為99.9%,1957年為91.0%,1965 年為 80.7%,1975 年為 66.4%,1980 年降為 47.1%,1985 年為 43.7%,1990 年為36.7%,2000 年為 31.4%,2003 年為 25%。

由于化肥的大量使用,農業生產發生了巨大的變化,在帶來巨大經濟效益和滿足人口急劇增長需求的同時, 其負面影響也日臻顯露, 如土壤地力下降、環境質量惡化、食品質量安全事故時有發生等。因此,人們對有機肥又逐漸重視起來。

負面....如果有機肥不合理使用 也會在土壤質量、環境質量以及食品安全方面造成負面影響,如不引起足夠重視,其副作用甚至超過化肥。

2000多年來,有機肥對維護地力起了巨大作用。20世紀初,美國中西部農田土壤發生明顯退化,為尋找對策,1909年美國著名土壤學家King對中國、朝鮮、日本的農業進行了考察,并于1911年出版了《四千年的農民:中國、朝鮮和日本的恒久農業》一書,總結了有機肥(包括綠肥)在維持土壤質量和農田生產力方面的重要作用。

世界上最早開展有機肥科學實驗研究的是英國人魯茨(John Bennet Lawes)。早在1837年他便采用盆栽試驗研究了有機肥對土壤和作物產量的影響,隨后又開展了田間試驗的探索。其研究結果直接催生了他1842年利用骨粉和硫酸生產磷肥,并與吉爾貝特(Joseph Henry Gilbert)一起于1843年建立了著名的英國洛桑試驗站(Rothamst-ed Experimental Station)。該站迄今已 170 多年,長期定位研究有機肥與化肥連續施用對土壤和作物產量的影響。1852 年開始的 Hoosfield 長期定位試驗結果表明,連續每年施用35 t/hm 2 的廄肥,土壤氮含量增加1倍以上。大量長期實驗結果表明,有機肥施用可增加土壤有機質,進而顯著增加土壤的礦化氮,作物產量增加明顯。但很多長期試驗結果也表明,有機肥和化肥對作物均有極好的增產效果和持續的增產作用,二者間產量無顯著差異,而化肥和廄肥配合無論是近期或者長期都可取得較高的產量和經濟效益 。

我國科學家對各種有機肥料及肥效開展了大量研究。早在20世紀3040年代,陳尚謹等人便在華北開展了有機肥的調查與試驗;陳恩鳳、彭家元等在四川開展了有機肥施肥技術研究;黃瑞采、裴保義等用復因子設計,對人糞尿、堆肥和綠肥進行了長達9年的稻田施肥試驗。20世紀50年代以來,我國有關單位與科學家對各種有機肥在不同土壤與作物上開展了大量研究,尤其是80年代建立了全國性的肥料長期定位試驗網,包括中科院的CERN、中國農科院的全國肥料試驗網等。如中國農科院土壤肥料所從 1980 年開始,在全國135個定位試驗點上進行了5年以上的有機肥肥效試驗研究,結果表明,有機肥增產效果有逐年增加的趨勢,且有明顯的殘效。我國100多個5年以上的定位試驗研究表明,施用有機肥與不施有機肥比較,平均增產率為12.8% 。

合理施用有機肥料不僅可以增加土壤有機碳含量,改善土壤物理結構,增加土壤 CEC、保水能力、滲透性,提高土壤 N、P、K、Ca、Mg、S及其他微量元素含量,促進土壤微生物活動,改善土壤微生物群落結構,提高土壤肥力,改善農產品品質。有機肥和無機肥料配合施用效果更佳,還可以提高化學肥料的利用率。噸糧田能夠連續17年(19741990年)維持養分平衡,其關鍵在于有機肥和化肥配合施用,并在化肥中再進行 N、P、K 適當配比。19851990年,經糧、油、果、菜、煙、茶等20多種作物30多項有關品質指標的分析研究表明,有機肥與化肥養分平衡配合施用均不同程度提高了所有供試作物的產品品質。

有機肥施用可抑制作物病害。20世紀70年代,國外便開始研究有機肥與植物病害的關系 ,隨后開發出各種抑制土傳病害的生物有機肥。從20世紀90年代開始,我國一些科研單位和企業相繼研制和生產一類被統稱為“生物有機肥”的產品并投放市場。2008年全國共有商品有機肥企業 3021 家,其中生物有機肥企業 270家,占總數的8.94%,生物有機肥產量345萬噸,占生物有機肥企業生產能力的 83.6%。具有抗病特性的生物有機肥的作用機理可能包括物理、化學、生物的作用。一方面有機肥可改善土壤物理結構,并平衡提供作物所需養分以及一些生物活性物質,植物生長健壯而抗病能力增強,同時有機肥含有拮抗菌或促生菌,改變根際微生物區系,進而抑制病原菌的爆發。因有機肥、土壤、病害類型復雜多變,迄今生物有機肥的作用機理尚未完全清楚,其在生產中的應用效果也不穩定,難以有效地、定向地施用生物有機肥而達到預期的防病效果。

傳統的觀念認為有機肥對土壤質量均是正向作用,有機肥可減緩土壤板結、阻止土壤次生鹽漬化,但有機肥的不合理施用也會造成土壤質量退化。 《陳旉農書·糞田之宜篇》第一次記載了我國古代農民“用糞猶用藥”的施肥理念,提出有機肥須合理施用。規;B殖場的畜禽糞,尤其是雞糞含有較高的鹽分和Na離子,如果過量施用,則會有土壤次生鹽漬化的風險,使土壤板結。根據Moral等人的研究結果 ,當畜禽糞施用量達到710 t/ hm 2 a),農田土壤的Na + Cl - 負荷可達415 kg/hm 2 ,可致西班牙東南部半干旱地區土壤產生顯著的次生鹽漬化風險。王輝等人的研究表明,在目前的有機肥施用狀況下,畜禽糞便農用對露天土壤沒有顯著的土壤次生鹽漬化風險,而對于溫室大棚土壤而言,在高施肥量下次生鹽漬化風險較大,可嚴重影響農作物的生長。而目前蔬菜等經濟作物上有機肥施用量普遍較高,例如山東壽光等地大棚蔬菜地土壤有機肥年施用量最高達240 t/hm 2 鮮糞,有機肥帶來的土壤次生鹽漬化風險不容忽視。

20世紀90年代以來,因系列環境問題的日益凸顯,國內外研究的關注點逐漸轉移到大量施用有機肥對溫室氣體排放的影響,有機肥中氮、磷在土壤中的積累、遷移、淋溶風險及其對水體富營養化的貢獻,有機肥中重金屬、抗生素、動物激素及環境激素、病原生物、抗性菌及抗性基因等對土壤、水體、農產品質量安全和人體健康的影響,F在的有機肥已與傳統意義的有機肥在組成上有著巨大差別,規;B殖場畜禽糞中P、K、Cu、Zn、As等元素和抗生素殘留量明顯高于農戶家庭小規模養殖的畜禽糞,同90年代相比,規;B殖畜禽糞中不僅N、P含量顯著提高,有害重金屬含量也大幅度增加,因此,有機肥進入農田對土壤環境質量和健康質量會產生顯著影響,其農用的環境與健康風險不容忽視。

20世紀90年代后期,人們開始關注畜禽糞中有害重金屬的問題。糞肥中常含大量的 Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As,畜禽糞農用是土壤與環境中重金屬的重要來源之一。作者于2002年對江蘇省規;笄蒺B殖場畜禽糞中重金屬開展了調查,結果與國外類似,Cu、Zn是主要污染物,與飼料中的重金屬含量分布有較強的相關性,隨后針對不同區域和尺度的調查研究工作相繼展開,對我國規;B殖畜禽糞的重金屬污染狀況有了初步的認識。有研究表明,英格蘭與威爾士地區農業土壤中Zn、Cu的主要來源之一是畜禽糞農用,約占到農業土壤Zn、Cu總輸入量的37%40%、8%17% 。估計中國畜禽糞便農用輸入農田土壤的Cu、Cd、Zn分別占到總輸入量的69%、55%51%。

因此,畜禽糞的大量長期施用,會造成土壤重金屬的積累,進而威脅農產品的質量安全 。長期施用豬糞明顯地增加了糙米中鎘含量,并超過國家衛生標準。

有機肥強烈影響農田土壤的碳氮轉化。由于有機肥、土壤的類型不同,性質各異,而有機肥的施用方式、施用量也不相同,加之研究的環境條件不一樣,有機肥施用對土壤溫室氣體排放的影響研究結果差異較大。近年來大量的研究表明,施用有機肥料,尤其是未經腐熟的有機肥料如作物秸桿、新鮮綠肥、未經腐熟的廄肥,可強烈促進農田CH 4 N2O等溫室氣體的排放。長期施用廄肥的土壤也可能是N2O的重要排放源,充足的碳源與NO3 - 同時并存,將大大促進土壤中的反硝化過程。Speir等人研究報道有機碳加入土壤N2O生成量增加的可能原因是提高了反硝化速率。一些研究結果表明有機肥施用增加了土壤N2O排放,而有些研究結果顯示,與施用尿素相比有機肥施用可減少土壤N 2 O排放。鄒建文等人研究結果表明,N2O排放與施用的有機肥C/N比有顯著相關性。陳葦等人研究表明,豬糞和沼氣渣的施用分別提高稻田 CH4 排放量 22.14%4.40%。雙季稻田豬糞替代部分化學氮肥較全部施用化學氮肥增加了雙季稻田 CH4 N2O 排放。有機肥種類和數量的不同影響了其施用后的CO2 CH4 的平均通量,施用有機肥增加了土壤CO2 的排放。與單施化肥比較,有機肥單施,以及有機肥與化肥配施,可增加土壤CO2 CH4 的排放,但化肥配施秸稈與化肥配施豬糞下稻田生態系統CH4 CO2 的排放沒有顯著差異。

有機肥的合理施用將改善土壤質量,培育地力,增加作物產量,并改善農產品品質。農業部已提出化肥、農藥零增長的戰略目標,而要滿足我國人口高峰對食物的需求,不斷增加作物單產是不二的選擇,因此,有機肥的作用將日益突出。一些發達國家有機肥氮與化肥氮的施用比例維持在1 : 1左右,在保育地力的同時,使得作物生產能力穩步提升。在新形勢下,我國有機肥的需求將迅速增大,有機肥的施用也將步入新的高潮。但現在的有機肥含有重金屬、抗生素、激素、病原菌、抗性菌等污染物,其農用的環境風險需要高度重視。分析國內外的研究熱點,今后有機肥的研究重點將集中在基礎研究、無害化技術與安全施用等方面。

雖然有機肥對土壤質量的正向、負向作用方面已進行了大量研究,但相比于化肥,有機肥方面的基礎研究尚嫌薄弱。

(1)盡快組織新一輪全國性的有機肥資源普查,并建立質量監測網 。上一次全國性調查是20世紀90年代初,20多年來,有機肥的資源狀況及組分發生了巨大的變化,應調查分析各類有機肥的資源量,重點分析各類有機肥的物質組分變化,尤其是各種污染物的含量狀況,為有機肥的資源化利用提供家底數據。在此基礎上,建立全國性主要有機肥質量監測網。

(2)開展有機肥肥效及環境效應長期定位聯網研究 。目前,中科院、中國農科院系統已建立長期定位試驗網,針對我國主要類型土壤與作物,進行了包括有機肥在內的不同施肥處理的長期定位試驗研究。在此基礎上,應補充設計新的試驗方案,進一步開展針對區域性主要有機肥對土壤質量影響的長期定位試驗,不僅研究有機肥肥效,而且要研究主要污染物在土壤中的長期積累效應及對環境質量、農產品質量安全的影響。

(3)開展有機肥主要物質在土壤中的轉化過程及生態環境效應研究 。除有機肥中C、N的土壤轉化過程與環境效應外,要重點研究有機肥對土壤生態系統中土壤生物、食物網的影響及其提高化肥利用率的機理,研究有機肥施用下土壤中抗性菌及抗性基因的分布與擴散規律,研究復合污染下有機肥特征污染物(抗生素、激素、重金屬、病原生物)的環境行為與歸趨。

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