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见证有机肥与土壤的爱情故事

时间:2016/12/21 15:12:44       作者:有机肥造粒机

有机肥造粒机:今天,通达重工小编来讲一下有机肥跟土壤的关系,当前土壤地力下降、环境质量恶化、食品质量安全事故时有发生等。因此,人们对由来已久且曾经被冷落的有机肥又逐渐重视起来。在重视的同时,更需要我们科学对待、合理使用

有机肥的合理施用可以提高土壤肥力质量和农产品品质、增加土壤生物多样性。但有机肥中含有重金属、抗生素、激素与内分泌干扰物、病原生物、抗性菌等污染物及抗性基因的扩散,有机肥农用可能会对土壤环境质量、健康质量及食品安全造成威胁。此外,有机肥同化肥一样,不合理施用也会造成土壤次生盐渍化、土壤NP积累与淋失、增加温室气体排放等。文章综述了有机肥对土壤肥力质量、环境质量和健康质量的影响,并对今后的研究趋势进行了展望。

目前,世界上有机肥积造与利用最早的历史遗迹可以追溯到6000年前的苏美尔文明 。我国早在秦汉之前,也有用有机肥养地的实践,历代有关农书详细记述了有机肥的种类、作用、积造与施用方法。到了清代,我国有机肥有 10 大类 100 多种 。1990 年农业部开展全国有机肥料调查研究,分为10 大类 433 个品种 。我国自古代直至 20世纪70年代,农业生产上所用的肥料主要靠有机肥料,基本保持了水稻和小麦单位面积产量的稳定,并有缓慢的增加。

20世纪中期,因为化肥的推广应用,有机肥的地位日益下降。我国1949年有机肥施用占肥料施用总量的比例为99.9%1957年为91.0%1965 年为 80.7%1975 年为 66.4%1980 年降为 47.1%1985 年为 43.7%1990 年为36.7%2000 年为 31.4%2003 年为 25%

由于化肥的大量使用,农业生产发生了巨大的变化,在带来巨大经济效益和满足人口急剧增长需求的同时, 其负面影响也日臻显露, 如土壤地力下降、环境质量恶化、食品质量安全事故时有发生等。因此,人们对有机肥又逐渐重视起来。

负面....如果有机肥不合理使用 也会在土壤质量、环境质量以及食品安全方面造成负面影响,如不引起足够重视,其副作用甚至超过化肥。

2000多年来,有机肥对维护地力起了巨大作用。20世纪初,美国中西部农田土壤发生明显退化,为寻找对策,1909年美国著名土壤学家King对中国、朝鲜、日本的农业进行了考察,并于1911年出版了《四千年的农民:中国、朝鲜和日本的恒久农业》一书,总结了有机肥(包括绿肥)在维持土壤质量和农田生产力方面的重要作用。

世界上最早开展有机肥科学实验研究的是英国人鲁茨(John Bennet Lawes)。早在1837年他便采用盆栽试验研究了有机肥对土壤和作物产量的影响,随后又开展了田间试验的探索。其研究结果直接催生了他1842年利用骨粉和硫酸生产磷肥,并与吉尔贝特(Joseph Henry Gilbert)一起于1843年建立了著名的英国洛桑试验站(Rothamst-ed Experimental Station)。该站迄今已 170 多年,长期定位研究有机肥与化肥连续施用对土壤和作物产量的影响。1852 年开始的 Hoosfield 长期定位试验结果表明,连续每年施用35 t/hm 2 的厩肥,土壤氮含量增加1倍以上。大量长期实验结果表明,有机肥施用可增加土壤有机质,进而显著增加土壤的矿化氮,作物产量增加明显。但很多长期试验结果也表明,有机肥和化肥对作物均有极好的增产效果和持续的增产作用,二者间产量无显著差异,而化肥和厩肥配合无论是近期或者长期都可取得较高的产量和经济效益 。

我国科学家对各种有机肥料及肥效开展了大量研究。早在20世纪3040年代,陈尚谨等人便在华北开展了有机肥的调查与试验;陈恩凤、彭家元等在四川开展了有机肥施肥技术研究;黄瑞采、裴保义等用复因子设计,对人粪尿、堆肥和绿肥进行了长达9年的稻田施肥试验。20世纪50年代以来,我国有关单位与科学家对各种有机肥在不同土壤与作物上开展了大量研究,尤其是80年代建立了全国性的肥料长期定位试验网,包括中科院的CERN、中国农科院的全国肥料试验网等。如中国农科院土壤肥料所从 1980 年开始,在全国135个定位试验点上进行了5年以上的有机肥肥效试验研究,结果表明,有机肥增产效果有逐年增加的趋势,且有明显的残效。我国100多个5年以上的定位试验研究表明,施用有机肥与不施有机肥比较,平均增产率为12.8%

合理施用有机肥料不仅可以增加土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,增加土壤 CEC、保水能力、渗透性,提高土壤 NPKCaMgS及其他微量元素含量,促进土壤微生物活动,改善土壤微生物群落结构,提高土壤肥力,改善农产品品质。有机肥和无机肥料配合施用效果更佳,还可以提高化学肥料的利用率。吨粮田能够连续17年(19741990年)维持养分平衡,其关键在于有机肥和化肥配合施用,并在化肥中再进行 NPK 适当配比。19851990年,经粮、油、果、菜、烟、茶等20多种作物30多项有关品质指标的分析研究表明,有机肥与化肥养分平衡配合施用均不同程度提高了所有供试作物的产品品质。

有机肥施用可抑制作物病害。20世纪70年代,国外便开始研究有机肥与植物病害的关系 ,随后开发出各种抑制土传病害的生物有机肥。从20世纪90年代开始,我国一些科研单位和企业相继研制和生产一类被统称为“生物有机肥”的产品并投放市场。2008年全国共有商品有机肥企业 3021 家,其中生物有机肥企业 270家,占总数的8.94%,生物有机肥产量345万吨,占生物有机肥企业生产能力的 83.6%。具有抗病特性的生物有机肥的作用机理可能包括物理、化学、生物的作用。一方面有机肥可改善土壤物理结构,并平衡提供作物所需养分以及一些生物活性物质,植物生长健壮而抗病能力增强,同时有机肥含有拮抗菌或促生菌,改变根际微生物区系,进而抑制病原菌的爆发。因有机肥、土壤、病害类型复杂多变,迄今生物有机肥的作用机理尚未完全清楚,其在生产中的应用效果也不稳定,难以有效地、定向地施用生物有机肥而达到预期的防病效果。

传统的观念认为有机肥对土壤质量均是正向作用,有机肥可减缓土壤板结、阻止土壤次生盐渍化,但有机肥的不合理施用也会造成土壤质量退化。 《陈旉农书·粪田之宜篇》第一次记载了我国古代农民“用粪犹用药”的施肥理念,提出有机肥须合理施用。规模化养殖场的畜禽粪,尤其是鸡粪含有较高的盐分和Na离子,如果过量施用,则会有土壤次生盐渍化的风险,使土壤板结。根据Moral等人的研究结果 ,当畜禽粪施用量达到710 t/ hm 2 a),农田土壤的Na + Cl - 负荷可达415 kg/hm 2 ,可致西班牙东南部半干旱地区土壤产生显著的次生盐渍化风险。王辉等人的研究表明,在目前的有机肥施用状况下,畜禽粪便农用对露天土壤没有显著的土壤次生盐渍化风险,而对于温室大棚土壤而言,在高施肥量下次生盐渍化风险较大,可严重影响农作物的生长。而目前蔬菜等经济作物上有机肥施用量普遍较高,例如山东寿光等地大棚蔬菜地土壤有机肥年施用量最高达240 t/hm 2 鲜粪,有机肥带来的土壤次生盐渍化风险不容忽视。

20世纪90年代以来,因系列环境问题的日益凸显,国内外研究的关注点逐渐转移到大量施用有机肥对温室气体排放的影响,有机肥中氮、磷在土壤中的积累、迁移、淋溶风险及其对水体富营养化的贡献,有机肥中重金属、抗生素、动物激素及环境激素、病原生物、抗性菌及抗性基因等对土壤、水体、农产品质量安全和人体健康的影响。现在的有机肥已与传统意义的有机肥在组成上有着巨大差别,规模化养殖场畜禽粪中PKCuZnAs等元素和抗生素残留量明显高于农户家庭小规模养殖的畜禽粪,同90年代相比,规模化养殖畜禽粪中不仅NP含量显著提高,有害重金属含量也大幅度增加,因此,有机肥进入农田对土壤环境质量和健康质量会产生显著影响,其农用的环境与健康风险不容忽视。

20世纪90年代后期,人们开始关注畜禽粪中有害重金属的问题。粪肥中常含大量的 CuZnCdPbCrAs,畜禽粪农用是土壤与环境中重金属的重要来源之一。作者于2002年对江苏省规模化畜禽养殖场畜禽粪中重金属开展了调查,结果与国外类似,CuZn是主要污染物,与饲料中的重金属含量分布有较强的相关性,随后针对不同区域和尺度的调查研究工作相继展开,对我国规模化养殖畜禽粪的重金属污染状况有了初步的认识。有研究表明,英格兰与威尔士地区农业土壤中ZnCu的主要来源之一是畜禽粪农用,约占到农业土壤ZnCu总输入量的37%40%8%17% 。估计中国畜禽粪便农用输入农田土壤的CuCdZn分别占到总输入量的69%55%51%

因此,畜禽粪的大量长期施用,会造成土壤重金属的积累,进而威胁农产品的质量安全 。长期施用猪粪明显地增加了糙米中镉含量,并超过国家卫生标准。

有机肥强烈影响农田土壤的碳氮转化。由于有机肥、土壤的类型不同,性质各异,而有机肥的施用方式、施用量也不相同,加之研究的环境条件不一样,有机肥施用对土壤温室气体排放的影响研究结果差异较大。近年来大量的研究表明,施用有机肥料,尤其是未经腐熟的有机肥料如作物秸杆、新鲜绿肥、未经腐熟的厩肥,可强烈促进农田CH 4 N2O等温室气体的排放。长期施用厩肥的土壤也可能是N2O的重要排放源,充足的碳源与NO3 - 同时并存,将大大促进土壤中的反硝化过程。Speir等人研究报道有机碳加入土壤N2O生成量增加的可能原因是提高了反硝化速率。一些研究结果表明有机肥施用增加了土壤N2O排放,而有些研究结果显示,与施用尿素相比有机肥施用可减少土壤N 2 O排放。邹建文等人研究结果表明,N2O排放与施用的有机肥C/N比有显著相关性。陈苇等人研究表明,猪粪和沼气渣的施用分别提高稻田 CH4 排放量 22.14%4.40%。双季稻田猪粪替代部分化学氮肥较全部施用化学氮肥增加了双季稻田 CH4 N2O 排放。有机肥种类和数量的不同影响了其施用后的CO2 CH4 的平均通量,施用有机肥增加了土壤CO2 的排放。与单施化肥比较,有机肥单施,以及有机肥与化肥配施,可增加土壤CO2 CH4 的排放,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4 CO2 的排放没有显著差异。

有机肥的合理施用将改善土壤质量,培育地力,增加作物产量,并改善农产品品质。农业部已提出化肥、农药零增长的战略目标,而要满足我国人口高峰对食物的需求,不断增加作物单产是不二的选择,因此,有机肥的作用将日益突出。一些发达国家有机肥氮与化肥氮的施用比例维持在1 : 1左右,在保育地力的同时,使得作物生产能力稳步提升。在新形势下,我国有机肥的需求将迅速增大,有机肥的施用也将步入新的高潮。但现在的有机肥含有重金属、抗生素、激素、病原菌、抗性菌等污染物,其农用的环境风险需要高度重视。分析国内外的研究热点,今后有机肥的研究重点将集中在基础研究、无害化技术与安全施用等方面。

虽然有机肥对土壤质量的正向、负向作用方面已进行了大量研究,但相比于化肥,有机肥方面的基础研究尚嫌薄弱。

(1)尽快组织新一轮全国性的有机肥资源普查,并建立质量监测网 。上一次全国性调查是20世纪90年代初,20多年来,有机肥的资源状况及组分发生了巨大的变化,应调查分析各类有机肥的资源量,重点分析各类有机肥的物质组分变化,尤其是各种污染物的含量状况,为有机肥的资源化利用提供家底数据。在此基础上,建立全国性主要有机肥质量监测网。

(2)开展有机肥肥效及环境效应长期定位联网研究 。目前,中科院、中国农科院系统已建立长期定位试验网,针对我国主要类型土壤与作物,进行了包括有机肥在内的不同施肥处理的长期定位试验研究。在此基础上,应补充设计新的试验方案,进一步开展针对区域性主要有机肥对土壤质量影响的长期定位试验,不仅研究有机肥肥效,而且要研究主要污染物在土壤中的长期积累效应及对环境质量、农产品质量安全的影响。

(3)开展有机肥主要物质在土壤中的转化过程及生态环境效应研究 。除有机肥中CN的土壤转化过程与环境效应外,要重点研究有机肥对土壤生态系统中土壤生物、食物网的影响及其提高化肥利用率的机理,研究有机肥施用下土壤中抗性菌及抗性基因的分布与扩散规律,研究复合污染下有机肥特征污染物(抗生素、激素、重金属、病原生物)的环境行为与归趋。

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