旱地農(nóng)田土壤培肥技術(shù)

王步奇

（山西省武鄉(xiāng)縣農(nóng)業(yè)局監(jiān)漳農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)站，武鄉(xiāng) 046300）

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料，肥力是土壤的基本特征。在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往是水分和養(yǎng)分等土地因素限制光能的轉(zhuǎn)化和利用。即或是地力較高，如果只用不養(yǎng)或用多養(yǎng)少，土地肥力也會(huì)逐漸變低。因此，培肥地力是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不容忽視的重要環(huán)節(jié)。

1 農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)與養(yǎng)分平衡

1.1 農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)是開放型系統(tǒng)

農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)是人類在特定的氣候、地質(zhì)、土壤、植被等自然因素的背景上來干預(yù)和控制的農(nóng)田上，除了養(yǎng)分的自然補(bǔ)給和減少外，還受灌水、施肥、耕作、根系和殘茬的歸還等人類各種措施所左右。因此，農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)的研究涉及到土壤、肥料、降水、作物等許多因素，必須把作物、氣候、土壤條件與耕作措施聯(lián)系起來。如果連年輸出大于輸入，農(nóng)田就會(huì)越種越瘦；若能通過各種途徑將收獲物帶走的歸還給土壤，使輸入大于輸出，土地就會(huì)越種越肥；兩者相等地力呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 碳、氮、磷、鉀的循環(huán)與平衡

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，每種元素都有自己獨(dú)特的循環(huán)途徑，因此，必須弄清養(yǎng)分轉(zhuǎn)移路線和循環(huán)途徑，通過各種途徑促進(jìn)和擴(kuò)大營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，才能保證土壤肥力的提高和高產(chǎn)。

1.2.1 碳的循環(huán)與平衡

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳的循環(huán)屬于氣態(tài)循環(huán)，它是由植物通過光合作用固定大氣中的二氧化碳和一部分土壤釋放出的二氧化碳，形成有機(jī)質(zhì)，然后又通過動(dòng)植物殘?bào)w與排泄物再施入土壤，經(jīng)微生物分解后，放出二氧化碳，再回到大氣。

農(nóng)田土壤中碳的輸入與輸出決定著土壤有機(jī)質(zhì)的消長。輸入主要包括秸稈、根茬、落葉以及各種有機(jī)肥；輸出主要是通過土壤中有機(jī)質(zhì)的分解，把有機(jī)態(tài)碳變?yōu)闅鈶B(tài)碳而散逸。在作物生產(chǎn)過程中，一方面土壤有機(jī)質(zhì)在分解，其分解速度視溫度、水分和通氣狀況而異。一般氣溫高，土壤有機(jī)質(zhì)分解快，反之亦然；而水田又較旱地分解慢。

1.2.2 氮的循環(huán)與平衡

植物利用的氮，歸根結(jié)底來源于大氣中分子狀態(tài)的氮。氮約占大氣成分的78%強(qiáng)，但絕大多數(shù)綠色植物不能直接利用分子狀態(tài)的氮。大氣中游離的氮必須經(jīng)過變化，并與其它成分形成化合物，才能為生產(chǎn)者——作物所利用，氮的這種變化過程叫固氮。自然界的固氮途徑主要有生物固氮和電離固氮。隨著科技的發(fā)展，又發(fā)展了工業(yè)固氮這一途徑。生物固氮是豆科作物的共生根瘤菌、具有固氮性能的藍(lán)藻和土壤中自生固氮菌等，把大氣中的一部分氮?dú)夤潭ǔ蔀榘被蜾@鹽；電離固氮是通過空氣中閃電等自然電離現(xiàn)象，把大氣中的一部分氮?dú)庋趸蔀橄跛猁}，隨雨水進(jìn)入土壤中；工業(yè)固氮就是用工業(yè)的方法固定氮素，制成尿素、氨水等含氮的化肥。通過這些途徑固定的氮素進(jìn)入土壤，一部分溶脫，一部分經(jīng)脫氮作用返回大氣，其余被植物吸收后，除部分根茬落葉遺留于土壤外，大部分隨收獲物帶走，經(jīng)人畜食用以糞肥形式回到農(nóng)田土壤，但以商品出售的農(nóng)產(chǎn)品則帶走大量氮素?；氐睫r(nóng)田的有機(jī)態(tài)氮經(jīng)過微生物分解重新被植物吸收利用，于是構(gòu)成了農(nóng)田氮素循環(huán)。

農(nóng)田土壤氮素受著許多因素的制約，關(guān)系是非常復(fù)雜的。在微生物的作用下，既有土壤有機(jī)態(tài)氮分解為無機(jī)物的作用，也有無機(jī)氮合成為有機(jī)氮的生物固定作用；既有作物對(duì)氮素的吸收利用，也有在土壤里的被分解還原；既有脫氮和揮發(fā)的損耗，也有根瘤菌及其它固氮菌的增添氮素；有因水蝕、風(fēng)蝕導(dǎo)致的損失，也有因灌水帶來的補(bǔ)給。在不補(bǔ)給的情況下，氮素循環(huán)往往是負(fù)的。為了維持或擴(kuò)大循環(huán)，必須加強(qiáng)生物固氮和人工施肥。

1.2.3 磷的循環(huán)與平衡

磷循環(huán)是典型的沉積型循環(huán)，在農(nóng)田生成系統(tǒng)中，巖石、土壤風(fēng)化釋放出的磷素以及相當(dāng)一部分施入農(nóng)田的磷肥為植物吸收，一部分秸稈、根茬、枯枝落葉歸還土壤，通過還原者的分解作用，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄粤姿猁}，供植物體再度利用，從而構(gòu)成磷的循環(huán)。但是在植物體中磷大部分存在于籽粒中，而籽粒最容易被移出農(nóng)田以外。同時(shí)，磷在土壤中常轉(zhuǎn)化成不溶態(tài)，不能為植物吸收，以致農(nóng)田土壤磷循環(huán)不完全，造成農(nóng)田磷素的虧損和磷肥 “饑荒”。缺磷已成為我國土壤中普遍性的問題，因此，要使磷素保持循環(huán)平衡，必須開源節(jié)流，注意磷肥的合理施用。

1.2.4 鉀的循環(huán)與平衡

鉀也是沉積型循環(huán)，在環(huán)境中能被植物吸收的主要是土壤中的鉀離子。土壤中的鉀離子主要來源于巖石圈風(fēng)化釋放、人工施肥、有機(jī)物燃燒的灰分等。鉀在土壤中流動(dòng)性極大，易被淋溶而失去。被植物吸收的部分進(jìn)入食物鏈，以排泄物、尸體、燃燒等形式歸還土壤，進(jìn)行生物小循環(huán)。一部分從土中被淋溶流入水域，到水體后，一部分由水體生物吸收進(jìn)入生物或回到陸地，大部分沉積到海底進(jìn)行地質(zhì)大循環(huán)，經(jīng)數(shù)百萬年分化、釋放、再度被利用。

鉀的循環(huán)往往是負(fù)的，植物體中的鉀絕大部分集中在地上部分，有2/3在秸稈中，當(dāng)?shù)厣喜糠直灰谱吆?，鉀就大量虧損。同時(shí)鉀在土壤中流動(dòng)性大，易被淋溶流失。為保持土壤鉀素平衡，要重視鉀肥的施用。秸稈還田對(duì)保持鉀素良性循環(huán)也很重要。

2 保持土壤有機(jī)質(zhì)平衡，改善土壤有機(jī)質(zhì)狀況

2.1 土壤肥力與土壤有機(jī)質(zhì)平衡的關(guān)系

土壤肥力是土壤提供農(nóng)作物生長所需水、肥、氣、熱綜合條件的能力。土壤之所以具有這種能力，是一定厚度土層適當(dāng)?shù)奈锢硇再|(zhì) （結(jié)構(gòu)、通透性等）、化學(xué)性質(zhì)（腐殖質(zhì)、礦質(zhì)養(yǎng)分、有機(jī)無機(jī)復(fù)合體、氧化還原條件、酸堿度等）及生物活性等多方面因素綜合作用的結(jié)果。有些學(xué)者指出，其中膠體或有機(jī)無機(jī)復(fù)合體起核心作用或主導(dǎo)作用。他們都包括有機(jī)成分，土壤結(jié)構(gòu)的形成和理化性質(zhì)的調(diào)節(jié)也離不開土壤有機(jī)質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)更是土壤微生物及部分土壤動(dòng)物生活的能源，還含有某些生物活性物質(zhì) （如酶類）。因此，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力的形成起著重要作用。土壤能直接吸收的不是腐殖質(zhì)，而是礦物質(zhì)，但有機(jī)質(zhì)在改善土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使之更適于作物生長，更好地保蓄和提供礦質(zhì)養(yǎng)分諸方面間接營養(yǎng)作用，是不可否認(rèn)的。土壤中某些低分子有機(jī)物質(zhì)可以與無機(jī)養(yǎng)分元素形成絡(luò)合物，促進(jìn)其溶解和提高其有效性，并能被作物直接吸收利用。土壤蓄水能力在調(diào)節(jié)土壤水、肥、氣、熱四大肥力因素方面起著重要作用。土壤空隙多少及大小比例，大小比例適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定多孔性土壤蓄水力強(qiáng)。這種空隙狀況的形成受土壤結(jié)構(gòu)和土壤耕性的影響。具有數(shù)量較多，空隙度較高，大小比例適當(dāng)?shù)乃€(wěn)性團(tuán)聚體構(gòu)成的土壤結(jié)構(gòu)比較好。耕性則主要取決于土壤粘接性、黏著性和可塑性。良好的結(jié)構(gòu)和耕性的形成都離不開土壤有機(jī)質(zhì)及其與粘粒礦物的結(jié)合。有機(jī)質(zhì)的交結(jié)是形成水穩(wěn)團(tuán)聚體的主導(dǎo)因素，腐殖質(zhì)含量多且與粘粒結(jié)合緊密，就可能形成是水穩(wěn)性高的團(tuán)聚體。土壤有機(jī)質(zhì)的多少也直接影響土壤粘接性和黏著性，并通過對(duì)于比表面積和分散度的作用而影響可塑性。因此，土壤有機(jī)質(zhì)是形成土壤良好結(jié)構(gòu)和耕性的重要因素，具有良好結(jié)構(gòu)和耕性的土壤，在耕作和作物生長過程中能保持強(qiáng)大的蓄水能力，較多地蓄積天然降水，抵御干旱。

在旱地農(nóng)田土壤中，有機(jī)質(zhì)不僅在熱儲(chǔ)存水分方面起著重要作用，而且是重要的土壤養(yǎng)分庫。土壤有機(jī)質(zhì)本身含有氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫及微量元素等一系列養(yǎng)分元素，在有機(jī)質(zhì)的微生物礦化中，這些養(yǎng)分元素不斷釋放，供給植物吸收，部分又被微生物體所固持。尤其土壤氮的含量在很大程度上決定于土壤有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)膠體及有機(jī)無機(jī)復(fù)合體具有強(qiáng)大的吸收性能，吸收保持著大量養(yǎng)分元素，尤其是其代換吸收的養(yǎng)分元素可以隨時(shí)迅速供給植物利用。因此，土壤有機(jī)質(zhì)是維持土壤保肥性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。在相同的氣候帶，有機(jī)質(zhì)的含量和土壤肥力相結(jié)合，肥沃的土壤大都有機(jī)質(zhì)含量高，從而產(chǎn)量也較高。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)的分解、積累與平衡

有機(jī)質(zhì)的分解腐殖質(zhì)的形成主要是在微生物作用下完成的，一切影響土壤微生物生活的因素，如土壤水熱條件、化學(xué)性質(zhì)、黏土礦物類型以及有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成等，都可能對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分解產(chǎn)生影響。一般來說，溫暖濕潤的條件下可能比寒冷干旱條件下分解快，在中性、石灰性土壤中比酸性土壤中分解快，含蛋白質(zhì)、糖類多的有機(jī)物質(zhì)比含木質(zhì)素多的分解快。木質(zhì)素和多元酚類的物質(zhì)含量往往決定著分解最后的殘留量。土壤有機(jī)質(zhì)的礦化率不單純決定于降水量，它和水熱條件、土壤理化性質(zhì)、有機(jī)質(zhì)組成及微生物群落等許多因素有關(guān)。就土壤有機(jī)質(zhì)組成而言，在人為耕種條件下，每年各地新投入的有機(jī)質(zhì)的種類和數(shù)量是不一樣的，因而腐解一年后新形成的土壤有機(jī)質(zhì)的成分和數(shù)量也有很大差別。土壤有機(jī)質(zhì)的消耗決定于土壤有機(jī)質(zhì)的含量和分解速率。合適的土壤有機(jī)質(zhì)平衡水平應(yīng)該符合需要和可能達(dá)到的產(chǎn)量水平。土壤原有的有機(jī)質(zhì)含量基礎(chǔ)和可能增添的有機(jī)質(zhì)來源則是其維持平衡的主要限制因素。大部分土壤有機(jī)質(zhì)含量都很低，由于產(chǎn)生生物兩地，可供歸還他人的有機(jī)質(zhì)來源也有限。但如果獲得充足的有機(jī)物補(bǔ)給，土壤有機(jī)質(zhì)含量和作物產(chǎn)量提高的潛力則很大。

2.3 開源節(jié)流，增加投入，改善土壤有機(jī)質(zhì)狀況

農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)都在以某種速率進(jìn)行分解消耗和新添補(bǔ)充。這是自然界物質(zhì)循環(huán)不可抗拒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般耕地如果土壤有機(jī)質(zhì)常年入不敷出，分解消耗大于補(bǔ)充，則肯定會(huì)形成一種惡性循環(huán)。控制有機(jī)物質(zhì)的無益消耗和增加有機(jī)物質(zhì)的來源，開源節(jié)流，增加有機(jī)物質(zhì)純輸入，改變惡性循環(huán)狀況，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

有機(jī)物質(zhì)來源的途徑與措施，合理利用當(dāng)?shù)刈匀粭l件提高地區(qū)總生物產(chǎn)出。我國北方旱農(nóng)地區(qū)主要處于中溫帶的半干旱和半濕潤氣候區(qū)，大于零度的積溫為2500～4300℃，大于 10℃的積溫為 1800～3600℃，最熱月平均溫度可達(dá) 18～25℃，無霜期100～160天，陽光充足，年降水量250～600mm，但大部分集中在6～9月，此時(shí)氣溫較高，光、熱、水同步，為植物生長創(chuàng)造了條件，適于許多植物生長；合理利用化肥，提高農(nóng)田無機(jī)促有機(jī)的轉(zhuǎn)化效率。一是系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)，即有機(jī)物還田；另一個(gè)則是施用化肥。即使是閉路循環(huán)，全部還田，也不能擴(kuò)大流量，提高生產(chǎn)水平。因此，第二個(gè)途徑，即施用化肥對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中維持循環(huán)和擴(kuò)大再生產(chǎn)是不可缺少的；增加來自外地的有機(jī)物質(zhì)輸入，包括出自地下的礦藏 （煤）、商品飼料及附近城市的糞肥和有機(jī)廢物等，是增加有機(jī)物質(zhì)來源的又一重要途徑。

節(jié)制有機(jī)物無益消耗，提高其利用效率的途徑與措施。合理耕作減緩?fù)寥烙袡C(jī)質(zhì)礦化消耗。發(fā)展沼氣，限制有機(jī)物直接作為燃料消耗。合理利用秸稈等有機(jī)物作為飼料，一舉兩得提高效率。開發(fā)天然能源以減少有機(jī)物燃燒消耗。

3 土壤培肥的途徑與措施

3.1 生物養(yǎng)地

利用生物及其遺體培養(yǎng)地力或改良土壤。生物養(yǎng)地的主要作用：固氮；增加有機(jī)質(zhì)，為土壤中的生物提供能源；分解有機(jī)態(tài)養(yǎng)料為無機(jī)態(tài)養(yǎng)料；保持水土；松土耕地；生物排除鹽堿等。通過合理的作物布局和輪作倒茬，把用養(yǎng)不同的作物合理搭配，做到用中有養(yǎng)，養(yǎng)中有用，用養(yǎng)結(jié)合，有利于調(diào)節(jié)地力和擴(kuò)大農(nóng)田內(nèi)在循環(huán)。

3.2 化學(xué)養(yǎng)地

即以化學(xué)肥料養(yǎng)地，可以明顯地增加農(nóng)作物產(chǎn)量、產(chǎn)值，能維持并改善地力。多數(shù)試驗(yàn)說明，施用有機(jī)肥有助于改善地力水平，大致經(jīng)過50～100年施有機(jī)肥后，土壤碳或全氮大致可增加30%～40%。同時(shí)，化肥也能促進(jìn)土壤養(yǎng)分平衡，擴(kuò)大物質(zhì)循環(huán)。其原因是，化肥越多植物殘茬越多，植物殘茬與翻入土壤中的植物有機(jī)體越多，土壤中腐殖質(zhì)越多。目前在一些地區(qū)，燃料、飼料和肥料矛盾突出，用于還田的有機(jī)質(zhì)少，有機(jī)肥源不足，把施用化肥作為改變農(nóng)田物質(zhì)惡性循環(huán)的突破口是確實(shí)可行的，可以起到以無機(jī)促進(jìn)有機(jī)的作用。

3.3 有機(jī)與無機(jī)結(jié)合

有機(jī)肥料 （包括秸稈還田）是一種全肥，它的某些作用是化肥難以替代的。如有機(jī)肥與秸稈中磷鉀返還比例大；有機(jī)肥中含有多種微量元素，這是化肥所缺少的；有機(jī)肥料還可能改善土壤的理化和生物學(xué)性質(zhì)，培肥地力，使施用的化肥效果更高。提倡有機(jī)肥與化肥合理配合施用，是制定施肥方案的一個(gè)重要原則。