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土壤容重与孔隙度(土壤健康必须满足这5个条件)

健康的土壤如同人体一样,需要健康的骨骼,强有力的呼吸,干净的血液,稳定的血压,血糖,血脂,清洁的肠胃,均衡营养。

土壤健康必须满足这5个条件

1、健康的骨骼

对于土壤来说,团粒结构是它的骨骼,团粒多是土壤健康的标志,良好的土壤结构利于通气,保水,保肥,促进有益微生物繁殖,保证土壤微生物的多样性,强大的碳汇能力,所以,稳定的团粒结构是根本。

而往往因为过度消耗,过量使用化肥,农药,土壤已经千疮百孔,晴不耐旱,雨不耐涝,对作物生长造成了严重影响,没有稳定的土壤结构,浇再多水,补再多肥都是徒劳,因此,重新建立稳定的土壤结构也就成了重中之重。

2、强有力的呼吸

不仅仅只有人,动物,植物,微生物要呼吸,土壤也要呼吸,土壤也需要氧气,也需要二氧化碳,大家独立设计的田间试验表明,团粒结构稳定的土壤呼吸强度明显大于板结土壤和盐碱地土壤,由此可知,土壤呼吸强度与稳定的土壤结构间有密切的关系。

土壤健康必须满足这5个条件

3、稳定的血压

土壤的容重和孔隙度就像人体的血压,容重越小,则孔隙度越小,随之土壤结构稳定性丧失,接下来就是土壤板结,土壤盐渍化严重,土壤各种病害也就接种而至。较大的土壤的容重和较高的土壤孔隙度是衡量土壤结构稳定性的标准。

4、均衡营养

大家每天都要摄入适量的钙铁锌硒维生素等,既要全面还要适量,土壤也一样,它需要适量的大量元素(氮、磷、钾、钙、镁、硫),中微量元素(铁、锰、硼、锌等),足够的有机质含量,一旦你给土壤“喂食”过量,它也会“消化不良”,引起土壤“肠胃疾病”,而这所有的营养元素只有在稳定的土壤结构中放能被分解,转运,利用,从而创造价值。

5、干净的血液

大家的血液怎么才算洁净,没有细菌滋生,没有病毒侵染,大家自然有一个健康的身体,土壤也一样,它需要各种有益微生物为它消化“食物”,为它清楚病毒,病菌,分泌有益物质,使土壤越发向着健康的方向发展,稳定的土壤结构是有益微生物生存繁殖分泌有益物质必须的环境条件。

土壤健康必须满足这5个条件

我国土壤目前存在的问题,究其表现形式,大致可以归纳为一下集中类别:“瘦、馋、板、酸、咸、脏、杂”等七大类,那么下面大家就部分类别分析原因,并找出其解决办法。

土壤“瘦”

土地“瘦”的表现形式有多种,主要集中于“土壤有机质含量下降”和“土壤有机质品质老化”两个方面。当土壤有机质活性下降的时候,有机肥中有机质的更新速度会放缓,那么有机肥的作用也就会减弱。一般在旱田果园中的土壤有机质含量适宜值是1.8~2.4%,果园为1.5~2.8%,而水田土壤则为2.0~3.0%。

而同期纵向比较来看的话,我国与欧洲同类土壤有机质含量比较则有着较大的差距:

因此,科学施用有机肥才是提升土壤有机质含量、改善有机质活性的主要措施。国外肥料长期试验的时间更长,试验数也更多。根据有关资料报道,延续了50年以上的试验就有30~40个,大部分分布在欧洲,其中首推英国洛桑试验站开始于1843年的肥料试验,并一直延续至今,已经有150多年的历史。

布置这些试验费时、费工,但意义重大,其主要目的就是研究不同营养元素对植物的相对重要性,以及保持土壤肥力必需补充的营养元素;研究施肥的增产效果,比较厩肥与化学肥料的作用,以及可否用化学肥料代替厩肥,或者更具体说,是比较厩肥与化学肥料的肥效和对土壤肥力的影响。通过如此长期的试验,已经完全证实,施用化肥对作物产量和品质具有和有机肥同样的作用。这些试验在确定欧洲农业的格局(如在有机肥基础上大量施用化肥)方面发挥了重要作用。应当说这些试验作为验证作物产量和土壤肥力变化方面的使命已经完成,虽然其中还有不少信息有待进一步开发。而继续进行这些试验的目的已经逐步向环境和生态学方面转移。100多年来施肥,尤其是施用化肥对产量的影响又是怎样的呢?例如英国洛桑试验站1843年布置的Broadbalk小麦连作试验,其中127年(1852-1978)的小麦产量经整理后列于表1。

土壤健康必须满足这5个条件

从表1看出,在试验的前40年,施用化肥(N2PK)的产量高于厩肥,此后两者的产量互有高低。大约经历了80年后,施厩肥的小麦产量稍高于施化肥的产量。而127年的平均产量两者完全相同,这不是偶然的巧合。

有机肥与化肥比较的长期试验,按其中所含的养分计算,一般有两种情况,一种是两者所含的氮、磷、钾养分大致是相等的;另一种是不相等的。

英国洛桑试验站的小麦连作试验,厩肥中含有的养分高于化肥。但在试验前期厩肥中的养分能被作物吸取利用的比例较低,所以产量还是低于化肥。几十年后由于底肥的逐步分解和后效的积累,其增产效果超过了化肥。同时,厩肥中含有的中、微量营养元素也可能产生了一定的作用。

而有机肥中的有机物质对土壤理化、生物性状的改善也是不可忽视的。这一点在后面还要讨论。在一些有机肥和化肥施用养分被设计成相等的长期试验,如设在日本鸿巢(Konosu)中央农业试验站的水稻试验,丹麦Askov试验站的谷物、块根和牧草轮作试验,奥地利维也纳农业大学试验场的大麦、黑麦试验,都一致证实,施用化肥的产量略高于有机肥,或与有机肥基本一致。例如日本中央农业试验站50年(1926-1975)的水稻平均产量;对照(无肥)是2022kg/hm2(100%),NPK化肥是3367 kg/hm2(167%),有机肥是3400 kg/hm2(168%),绿肥(紫云英)是3340 kg/hm2(165%)。三个施肥处理的水稻产量基本是一致的。

在丹麦Askov试验站从1894年开始的一个肥料长期试验中,不仅测定了不同施肥处理的作物产量变化,还于1964年、1968年、1971年测定了小麦、大麦籽粒中的17种氨基酸含量。结果证实,连续施有机肥(厩肥)或氮磷钾化肥,70多年后,小麦、大麦籽粒中不同种类氨基酸含量和总氨基酸含量都没有显著差异。这从另一个方面证实,施用有机肥或化肥,对麦类作物籽粒食用品质也没有不同的影响。

土壤“馋”

但是在生产实践中,农民还是常常感觉到给土地“喂”化肥,地越吃越馋。在原来的化肥用量基础上要达到相同的效果,就要施用更多的化肥。一些农业科技人员也感到,现在施用化肥的肥效下降了。原来用1kg尿素,可增产4~5kg粮食,现在只能增产2~3kg粮食。这又做何说明?这可能主要有两个原因:

第一,近年国内化肥用量增加很快,尤其是氮肥。磷、钾肥未能相应跟上,化肥施用中偏重氮肥而忽视了磷、钾肥的情况相当普遍。也就是说,施肥中的氮、磷、钾养分不平衡。由于磷、钾养分供应的不足,影响了氮肥肥效的发挥。

第二,在当前、当地的生产条件下,化肥是有一个适宜用量的,并不是越多越好。大家知道,在相对固定的条件下,化肥用量与作物产量并非直线关系,而是抛物线的关系,即肥料用量超过了一定限度,每增加一个单位的化肥用量,所增加的产量呈下降的趋势,这就是施肥上的报酬递减现象。如果用量继续增加,还可能引起减产和一些其他负效应。据统计,粮食作物要达到5.25~6.Ot/hm2的水平,在磷、钾养分供应充足的情况下,只要施150~180 kg/hm2的氮肥(N)就够了。超过这一用量,氮肥的效果明显下降。当然,除了以上两点,还可能与作物品种等因素有关。有的高产品种是“大肚汉”,很能吃,需肥多,对肥料的利用并不经济。

土壤“板”

土壤之所以会硬,是因为土壤板结之后,土壤团粒结构数量减少,结构被破坏掉,于是土壤在肥料试用之后会产生板结,通气透水性都会减弱。

土壤健康必须满足这5个条件

存在的问题主要是这些土地缺少大马力拖拉机和配套的深松机具,不能进行深松和深翻整地,造成耕作层变浅,农田土壤耕层明显存在“浅、实、少”的问题 。针对此种状况,只有科学的耕作和合理的施肥才能延缓土壤板结的速度。同时,造成土壤板结的三大主力肥种则有:

氮肥 增加土壤微生物消耗土壤有机质中的氮素,使土壤有机质含量下降,影响微生物的活性及土壤团粒结构的形成,导致土壤板结。

磷肥 土壤中的阳离子以2价的钙、镁离子为主,过量施入磷肥时,磷肥中的磷酸根离子与土壤中的钙、镁等阳离子结合形成难容性磷酸盐,既浪费磷肥,又破坏了土壤团粒结构,使土壤板结。

钾肥 过量施入时,钾肥中的钾离子置换性特别强,能将形成土壤团粒结构的多价阳离子置换出来,而1价钾离子不具有键桥作用,土壤团粒结构的键桥被破坏了,也就破坏了团粒结构,致使土壤板结。

土壤健康必须满足这5个条件

化肥使用量的逐年上升、化肥利用率的逐年下降、施肥成本的逐年加大,都会使地力递减并威胁着环境,当含钙镁磷多的肥料施用之后,土壤的酸性会逐步增重,这同样会家中土壤的板结,同时,土壤酸化会滋生真菌,根际病害。会导致土壤结构的破坏,同样会导致土壤板结问题的出现,同时影响着营养元素的有效吸取。当土壤有机质含量下降、化肥品种单一、作物连坐、盐基离子淋失的问题同时显现的时候,土壤的问题就真的很严重了。

针对此,科学施肥并且适当土壤改良可以一直进一步酸化。而科学的测土配方则是实现“减肥增产”的有限途径。

土壤“脏”与“杂”

土壤的“脏”与“杂”其实可以归纳在一起,的确,大家近些年开始提倡的生物有机肥对土壤的修复和作物的生长有很大的帮助作用,但是不可否认的是,大家的微生物种类繁多,质量却不怎么样,家禽类粪便的重金属含量超标更是常事儿,同时含抗生素、化学农药、农用残膜、放射性元素的营养物质等等,都是污染农作物生长和农产品品质的污染源。

土壤健康必须满足这5个条件

而谈及“杂”这个字眼的话,笔者认为优势微生物种群失调、有害病原菌数量增加是“功劳大大的”,的确,微生物的优势在于缓冲性能强、增加土壤抗性、加速物质转化、促进养分循环、扩充环境容量从而达到土壤健康的目的。

但是当前来看,这一条件并不成熟。我国微生物领域针对肥料的图谱测序并未完成,而是仅仅针对某种或某几种菌类的组合完成了实验室测试(消息来源于华中农业大学笔者一位研究微生物领域的高级工程师)。因此大家有理由相信在没有掌握真正微生物领域的奥妙之前,乱序、杂序都只会导致这个领域的更加混乱。

当然,大家把这些问题列出并作简单的描述,都是为了能够为土壤问题找到一个更好的出路。在实际生活中,包括秸秆的二次利用、有机肥堆肥的探索,以及腐殖质、植物营养以及土壤恢复与再造技术。

解决办法

畜禽粪便的科学利用

好氧发酵是实现无害化的有效途径,通过添加遮蔽剂、吸附剂、功能菌、钝化剂、螯合剂、膨松剂等势线无害化。通过杀灭粪便中的有害病原菌来钝化重金属、消除异味等。

作物秸秆资源利用

秸秆还田主要有:直接还田、腐熟还田、碳化还田和生物反应堆等,但是各有各的优势,也有不足。劣势在于腐烂时间长了影响播种,操作起来还麻烦,优势则有减少碳排放,适于环保等。

生物黑炭(biochar)是指各种作物秸秆及生活垃圾在无氧条件下高温热解后的固态产物的统称,主要为纤维素、羰基、酸及酸的衍生物、呋喃、吡喃以及脱水糖、苯酚、烷属烃及烯属烃类的衍生物等成分复杂有机碳的混合物,性质与活性炭类似。具有很好的保肥和调理功能。

平衡施肥

针对土壤养分不均衡,大家则需要在数量、配比上完善大量元素(NPK),在供给形态和方式上完善种微量元素(Ca、Mg等),在供给方式和数量上完善有益元素(Si、Se、Ti、Ni等)。当然,对于合理施肥,也要“深、匀、隔”。进行环状或者放射状施肥,才会有利于根系的下扎和展开,有利于防止种苗受到伤害。

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