有機(jī)種植與常規(guī)種植體系的比較①
——基于土壤與肥料的視角

紀(jì)榮婷，董剛強(qiáng)，閔 炬，于 飛，施衛(wèi)明*（ 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 20008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 00049； 安利（中國(guó)）植物研發(fā)中心，江蘇無(wú)錫 245）

有機(jī)種植與常規(guī)種植體系的比較①
——基于土壤與肥料的視角

紀(jì)榮婷1，2，董剛強(qiáng)3，閔 炬1，于 飛1，2，施衛(wèi)明1*
（1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 安利（中國(guó)）植物研發(fā)中心，江蘇無(wú)錫 214115）

有機(jī)種植體系因其安全、綠色、可持續(xù)的特點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到了普遍關(guān)注，自其發(fā)展以來(lái)，關(guān)于有機(jī)與常規(guī)種植體系的比較屢見(jiàn)不鮮，但基于土壤與肥料視角的系統(tǒng)比較在國(guó)內(nèi)還鮮見(jiàn)報(bào)道。土壤為植物提供了直接生活環(huán)境，從土壤與肥料的角度能全面地理解有機(jī)與常規(guī)種植體系的本質(zhì)不同及影響。本文綜合分析了前人的研究結(jié)果，從土壤與肥料的視角對(duì)有機(jī)和常規(guī)種植體系進(jìn)行系統(tǒng)比較，初步闡述了兩種種植體系下作物產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤肥力效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)的差異及產(chǎn)生差異的可能原因。分析發(fā)現(xiàn)在作物種植初期有機(jī)體系的產(chǎn)量大多低于常規(guī)體系，但增產(chǎn)潛力較大；相比常規(guī)種植體系，有機(jī)種植體系可改善土壤性質(zhì)、提高土壤肥力，且一般有助于提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)；此外，有機(jī)種植體系對(duì)大氣環(huán)境和水環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)低于常規(guī)種植體系。產(chǎn)生差異的原因可能是有機(jī)種植體系下，前期土壤氮素及速效養(yǎng)分釋放較緩慢，且隨著種植年限的增加，土壤固碳能力逐漸增強(qiáng)，土壤微生物多樣性增加，土壤養(yǎng)分利用率提高。

有機(jī)種植體系；常規(guī)種植體系；產(chǎn)量；品質(zhì)；土壤肥力效應(yīng)；環(huán)境效應(yīng)

IFOAM（國(guó)際有機(jī)運(yùn)動(dòng)聯(lián)盟）成立于1972年，并在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中逐漸規(guī)范了“有機(jī)農(nóng)業(yè)”的定義，即一種能維護(hù)土壤、生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康的生產(chǎn)體系，它遵從當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)節(jié)律、生物多樣性和自然循環(huán)，而不依賴(lài)會(huì)帶來(lái)不利影響的物質(zhì)投入。現(xiàn)代有機(jī)農(nóng)業(yè)的發(fā)展源于常規(guī)農(nóng)業(yè)，卻高于常規(guī)農(nóng)業(yè)，是常規(guī)農(nóng)業(yè)、創(chuàng)新思維和科學(xué)技術(shù)的結(jié)合，它有利于保護(hù)我們所共享的生存環(huán)境，也有利于促進(jìn)包括人類(lèi)在內(nèi)的自然界的公平與和諧共生。近年來(lái)，有機(jī)農(nóng)業(yè)在全世界得到了普遍關(guān)注和發(fā)展。全世界約有0.3% 的土地用于有機(jī)生產(chǎn)，主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家；全球最大的有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展國(guó)家為美國(guó)，面積約占農(nóng)業(yè)土地的 0.3%［1］。與常規(guī)農(nóng)業(yè)相比，有機(jī)農(nóng)業(yè)最大的區(qū)別在于生產(chǎn)過(guò)程中完全或基本不使用化學(xué)肥料、農(nóng)藥和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等化學(xué)成分，基本采用有機(jī)肥滿足作物對(duì)養(yǎng)分的需求。有機(jī)農(nóng)業(yè)涵蓋有機(jī)種植業(yè)和有機(jī)畜牧業(yè)，其中有機(jī)種植是有機(jī)農(nóng)業(yè)的重要組成部分。

國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)種植和常規(guī)種植體系進(jìn)行了大量的比較，內(nèi)容覆蓋多方面［2-4］。研究主要從可持續(xù)發(fā)展［5］、食物鏈［6］、農(nóng)業(yè)政策［7］、多市場(chǎng)平衡分析［8］、經(jīng)濟(jì)可行性及農(nóng)場(chǎng)盈利［9-12］等角度對(duì)比分析了有機(jī)種植和常規(guī)種植體系的不同。國(guó)外也有部分從產(chǎn)量［13］、作物品質(zhì)［14］、環(huán)境效應(yīng)［15］、土壤質(zhì)量［16］等角度闡述了有機(jī)種植和常規(guī)種植體系的不同，但系統(tǒng)地從土壤和肥料的角度比較有機(jī)種植和常規(guī)種植體系的研究在國(guó)內(nèi)鮮見(jiàn)報(bào)道。

土壤是植物生長(zhǎng)的介質(zhì)，有機(jī)種植體系通過(guò)對(duì)土壤生物、理化性質(zhì)的逐步改善而提高土壤肥力，達(dá)到改良作物品質(zhì)，維護(hù)土壤、環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的目的。因此，要從本質(zhì)上分析有機(jī)種植和常規(guī)種植體系的不同就要從土壤和肥料的角度進(jìn)行比較。同時(shí)，已有研究結(jié)果表明，有機(jī)種植體系發(fā)展前期土壤養(yǎng)分供應(yīng)不足，產(chǎn)量較常規(guī)農(nóng)業(yè)有所下降，但有機(jī)種植體系對(duì)環(huán)境和作物品質(zhì)等的影響還不明確。因此，系統(tǒng)地從土壤和肥料的角度闡述有機(jī)種植業(yè)和常規(guī)種植體系的差異，有助于提高人們對(duì)有機(jī)種植體系的認(rèn)識(shí)，加快有機(jī)耕作下的土壤培肥過(guò)程，提高有機(jī)種植體系下的作物產(chǎn)量，并在改善作物品質(zhì)和減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面有所推進(jìn)。

本文基于土壤與肥料的視角，對(duì)有機(jī)和常規(guī)種植體系進(jìn)行了系統(tǒng)比較，闡述了有機(jī)種植體系對(duì)作物產(chǎn)量、作物品質(zhì)、土壤肥力、環(huán)境效應(yīng)等方面的影響及可能原因，旨在加強(qiáng)人們對(duì)有機(jī)種植體系的科學(xué)認(rèn)識(shí)，改善有機(jī)種植體系的不足，從提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)、加快土壤培肥、減輕環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等角度推進(jìn)有機(jī)種植體系的發(fā)展。

1 有機(jī)種植與常規(guī)種植體系下作物產(chǎn)量的比較

農(nóng)作物產(chǎn)量是比較不同農(nóng)業(yè)種植體系效益的最直觀指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)有機(jī)種植體系下的農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行了大量研究。結(jié)果表明，有機(jī)種植體系下作物產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種植體系。就單一作物而言，有機(jī)種植的作物產(chǎn)量約為常規(guī)種植的 80%［17］。Seufert等［18］利用元數(shù)據(jù)分析表明，有機(jī)與常規(guī)種植體系的產(chǎn)量之比平均為0.75。該比率因作物類(lèi)型、株型、品種、生長(zhǎng)年限而異。一般而言，果樹(shù)類(lèi)＞油料類(lèi)＞谷類(lèi)＞蔬菜類(lèi)；豆類(lèi)＞非豆類(lèi)；多年生植物＞一年生植物；大豆＞玉米＞西紅柿＞大麥＞小麥。De Ponti等［17］研究表明，該比率在不同地區(qū)也有所差異。這與不同地區(qū)的氣候條件、地力水平以及田間管理措施等有關(guān)。有機(jī)與常規(guī)體系產(chǎn)量比率為亞洲（0.89）＞中歐（0.88）＞中東、北美（0.85）＞南歐（0.81）＞東歐（0.80）＞北歐（0.70）；發(fā)展中國(guó)家（0.84）＞發(fā)達(dá)地區(qū)（0.79）；熱帶地區(qū)（0.86）＞非熱帶地區(qū)（0.80）。

國(guó)內(nèi)多數(shù)研究結(jié)果也表明，有機(jī)種植體系產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種植體系，但不同作物減產(chǎn)幅度略有不同。與常規(guī)栽培相比，有機(jī)栽培西蘭花、蘿卜、菜豆減產(chǎn)較為明顯，平均減產(chǎn)幅度達(dá)到50%，番茄、黃瓜、芹菜平均減產(chǎn)幅度達(dá)20%，毛豆、生菜減產(chǎn)幅度較小，約為 15%［19］。有機(jī)栽培水稻研究結(jié)果表明，不同品種減產(chǎn)幅度也略有不同，吉粳81減產(chǎn)25.2%，吉粳 88減產(chǎn)41.5%［20］。這與不同作物及品種對(duì)養(yǎng)分的需求量和作物生長(zhǎng)周期長(zhǎng)短等因素有關(guān)。

有機(jī)種植體系產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種植體系且具有變異性的主要原因可歸納為以下方面：

1） 有機(jī)種植體系下農(nóng)作物產(chǎn)量降低的重要原因是土壤氮的有效性限制。Palmer等［13］研究結(jié)果表明，有機(jī)種植體系下土豆塊莖氮含量比常規(guī)種植體系低30%，氮有效性的限制是產(chǎn)量及收獲物氮含量降低的主要原因。不同的天氣狀況、土壤溫度、水分條件均會(huì)影響有機(jī)種植體系下土壤氮素礦化而影響作物產(chǎn)量水平。有機(jī)肥的氮素礦化率顯著低于無(wú)機(jī)肥，土壤氮素有效性下降。

2） 有機(jī)種植體系實(shí)施前期養(yǎng)分釋放的緩慢性。Russo和Taylor［21］研究結(jié)果表明，在施用腐殖質(zhì)物質(zhì)，將常規(guī)蔬菜種植模式轉(zhuǎn)化為有機(jī)種植模式的 3年過(guò)程中，轉(zhuǎn)化前期燈籠椒、黃瓜和甜玉米的產(chǎn)量均顯著低于常規(guī)種植模式，但后期有機(jī)種植模式產(chǎn)量與常規(guī)差異逐漸縮小，最終高于常規(guī)種植模式。說(shuō)明有機(jī)種植體系實(shí)施前期雖因養(yǎng)分供應(yīng)不足導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，但產(chǎn)量提高潛力較大。此外，Liebardt等［22］在1981年開(kāi)始的常規(guī)種植模式向有機(jī)種植模式轉(zhuǎn)化的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，1981—1984年間，有機(jī)種植體系玉米產(chǎn)量為常規(guī)種植體系的75% 左右，但第5年差異不顯著。兩種種植模式相比，有機(jī)種植模式下，大豆5年總產(chǎn)量等于或略高于常規(guī)種植。

3） 有機(jī)種植體系中未使用各種殺菌劑、殺蟲(chóng)劑和農(nóng)藥，導(dǎo)致體系中害蟲(chóng)和雜草迅速繁殖，干擾了作物的生長(zhǎng)。歐洲有機(jī)種植體系下土豆產(chǎn)量一般為常規(guī)種植體系的70% 左右，造成該差異的原因主要是有機(jī)種植體系下害蟲(chóng)和疾?。ㄌ貏e是晚疫?。┑陌l(fā)病率顯著高于常規(guī)種植體系［23］。

綜上所述，在有機(jī)種植體系實(shí)施前期，由于氮素有效性限制、速效養(yǎng)分供應(yīng)不及時(shí)及害蟲(chóng)雜草的影響，農(nóng)作物產(chǎn)量較常規(guī)體系往往有所下降。但隨著種植年限的增加，土壤肥力不斷增強(qiáng)、土壤生態(tài)環(huán)境不斷改善，農(nóng)作物產(chǎn)量表現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)。

2 有機(jī)種植和常規(guī)種植體系下作物品質(zhì)的比較

有機(jī)種植體系的發(fā)展初衷是提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，為人們創(chuàng)造一種健康綠色的生活方式。有機(jī)種植體系通過(guò)對(duì)土壤養(yǎng)分含量、土壤酶體系、微生物群落的影響，改變作物的生長(zhǎng)條件及代謝途徑［24］，改善農(nóng)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)及其他品質(zhì)。

大量研究結(jié)果表明，和常規(guī)農(nóng)產(chǎn)品相比，有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品含有更少的硝酸鹽、亞硝酸鹽和農(nóng)藥殘留，富含更多的維生素 C、磷素和鉀素營(yíng)養(yǎng)［25-26］。蔡莉莉［27］對(duì)比了不同的栽培方式對(duì)蔬菜品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較常規(guī)栽培，有機(jī)栽培黃瓜硝酸鹽含量降低了54.4%，維生素C含量提高了44.6%，可溶性糖含量提高了6.7倍。但也有部分研究報(bào)道了不同的結(jié)果。Gravel等［28］在為期 3年的栽培方式對(duì)溫室番茄品質(zhì)的影響試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)與常規(guī)栽培番茄品質(zhì)并無(wú)明顯差別，品種對(duì)番茄品質(zhì)的影響大于栽培方式的影響。造成該結(jié)果的原因可能是試驗(yàn)周期較短，有機(jī)種植體系和土壤之間的平衡尚未建立。此外，不同種植體系對(duì)作物的次生代謝產(chǎn)物也有影響，Mitchell等［14］通過(guò)10年的田間定位試驗(yàn)研究，結(jié)果表明有機(jī)種植體系下的番茄品質(zhì)較常規(guī)體系有顯著改善，黃酮類(lèi)次生代謝物含量顯著提高，其中槲皮素增加78.8%，柚皮素增加31.1%，山萘酚增加97.4%。

除營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)外，有機(jī)種植體系對(duì)農(nóng)作物的其他品質(zhì)也有影響。有機(jī)種植體系主要施用有機(jī)肥，土壤的總施氮量低于常規(guī)種植體系［29］。研究表明，有機(jī)種植體系下，水稻籽粒氮含量下降，因蛋白質(zhì)含量和碳水化合物含量成反比，籽粒碳水化合物含量提高，稻米口感變好［30-31］。與常規(guī)種植體系相比，有機(jī)種植體系水稻的稻米整精米率提高 7.3%，堊白米率和堊白度分別降低31.3% 和9.3%［32］。此外，較常規(guī)種植體系，有機(jī)種植體系降低了土豆的外觀品質(zhì)，土豆塊莖有整體偏小的趨勢(shì)（表1）［13］，這與Maggio等［33］的研究結(jié)果相似。其原因可能是有機(jī)種植體系下土壤有效養(yǎng)分釋放較慢，作物前期需求養(yǎng)分供應(yīng)不足。

表1 常規(guī)種植和有機(jī)種植體系下土豆塊莖大小比例分布［13］Table1 Weight tubers of different sizes of potatoes under organic and conventional farming systems

3 有機(jī)種植和常規(guī)種植體系下土壤肥力效應(yīng)的比較

3.1 土壤肥力狀況的比較

研究表明，有機(jī)種植體系對(duì)土壤肥力的改善效果顯著優(yōu)于常規(guī)種植體系，長(zhǎng)期化肥施用導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化［34］。就土壤氮、磷養(yǎng)分盈虧率而言，有機(jī)水稻生產(chǎn)體系的氮素和磷素盈余量分別比常規(guī)體系高60% 和80% 左右［35］。與常規(guī)蔬菜種植體系相比，種植三茬蔬菜后，有機(jī)種植體系0 ～ 20 cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效鉀含量分別提高了48.5%、25.4%、130.1%，20 ～ 40 cm土層土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀含量分別提高了35.2%、5.7%、94.9%［36］。說(shuō)明有機(jī)種植體系下土壤肥力的增加效果主要表現(xiàn)在0 ～ 20 cm的耕層土壤，且有機(jī)種植對(duì)土壤肥力的改善需要一定的時(shí)間。此外，Padole等［37］的試驗(yàn)結(jié)果也表明，和常規(guī)種植體系相比，有機(jī)種植體系可顯著改善土壤pH和體積質(zhì)量（容重），同時(shí)土壤全磷和速效磷、速效鉀的含量逐漸提高。除提高土壤養(yǎng)分含量外，有機(jī)種植還可改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)，提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。姜等［38］研究表明，相比常規(guī)種植，有機(jī)種植下各試驗(yàn)區(qū)土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量提升1% ～15%，且改良效果隨有機(jī)種植年限增加逐漸顯著。

3.2 土壤生物多樣性的比較

有機(jī)種植體系中，有機(jī)肥料的投入為土壤提供了大量碳源，同時(shí)，土壤理化性質(zhì)改善為土壤微生物的繁殖提供了適宜的營(yíng)養(yǎng)條件［39］。有機(jī)種植體系下，土壤微生物功能多樣性提高，土壤碳素利用率增加［40］。Tu等［41］研究表明，有機(jī)種植體系下土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量分別比常規(guī)種植體系高45%和 52%，土壤微生物呼吸率分別比常規(guī)種植高83% 和 66%。有機(jī)種植體系還可提高土壤酶活性，有機(jī)種植體系下土壤蛋白酶、脲酶、脫氫酶、β-葡糖苷酶活性均顯著高于常規(guī)種植體系［42］。此外，有機(jī)耕作還可改善土壤微生物群落。有機(jī)種植方式可影響細(xì)菌的16S rDNA和rRNA，顯著增加土壤細(xì)菌群落多樣性，有機(jī)和常規(guī)種植體系下細(xì)菌生物量分別為12.6 nmol/g和7.3 nmol/g［43］。在有機(jī)茶園中，隨著種植年限的增加，土壤中霉菌、細(xì)菌、可培養(yǎng)微生物總量、好氣性與嫌氣性自生固氮菌、好氣性與嫌氣性纖維分解菌等微生物數(shù)量均顯著提高［44］。

由于有機(jī)種植體系中化學(xué)肥料、殺蟲(chóng)劑、除草劑的禁止使用，有機(jī)種植體系中物種多樣性和豐度往往高于常規(guī)種植體系，尤其在耕作土壤中［45］。Brown［46］發(fā)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)田蚯蚓的密度為常規(guī)農(nóng)田的2倍，Wu等［47］發(fā)現(xiàn)有機(jī)種植體系顯著提高了美國(guó)Oregon土壤鞭毛蟲(chóng)、變形蟲(chóng)以及線蟲(chóng)的密度和多樣性。此外，有機(jī)蔬菜種植模式下，土壤功能群數(shù)目、連通度、食物鏈長(zhǎng)度及食物網(wǎng)多樣性均高于常規(guī)模式［48］。

4 有機(jī)種植和常規(guī)種植體系下環(huán)境效應(yīng)的比較

4.1 有機(jī)和常規(guī)種植體系下溫室氣體排放量的比較

大量研究表明，有機(jī)種植可減輕全球變暖趨勢(shì)。Robertson等［49］比較了8年期間美國(guó)中西部有機(jī)和常規(guī)種植下玉米-大豆-小麥輪作體系的 GWP（全球變暖潛能值），結(jié)果表明常規(guī)種植體系的GWP為114，而有機(jī)種植體系的GWP值僅為41。但種植體系對(duì)不同的溫室氣體（CO2， N2O， CH4）排放量的影響有所不同。

4.1.1 有機(jī)和常規(guī)種植體系下CO2排放量的比較 CO2排放量主要受土壤碳庫(kù)和微生物活動(dòng)的影響［50-51］。有機(jī)種植體系下土壤 CO2排放量顯著減少的原因主要有：①有機(jī)生產(chǎn)較常規(guī)生產(chǎn)能明顯減少能源消耗，能量利用效率提高，因農(nóng)藥、化肥合成造成的 CO2間接排放量減少［52］；②有機(jī)生產(chǎn)中，有機(jī)肥的使用及保護(hù)性耕作措施的應(yīng)用，顯著改善了土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，提高了土壤的固碳能力，減少了土壤碳的侵蝕損失及向大氣的排放［53］。另一方面，因有機(jī)種植體系中灌溉、除草機(jī)械等使用造成的能源消耗增加及土壤微生物活性增強(qiáng)，土壤碳素利用率提高造成的呼吸排放，均增加了土壤 CO2排放［39-40］。但總體上，有機(jī)生產(chǎn)體系下，土壤CO2排放仍顯著降低。

Küstermann等［15］研究表明，冬小麥種植條件下，有機(jī)體系單位面積 CO2排放量為 1 669 kg CO2eq/hm2，常規(guī)體系為2 333 kg CO2eq/hm2，同比減少28%；但有機(jī)體系單位產(chǎn)量CO2排放量為496 kg CO2eq/t，常規(guī)體系為355 kg CO2eq/t，同比增加40%。雖然有機(jī)種植體系下單位面積 CO2排放量較少，但因有機(jī)種植產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種植，導(dǎo)致單位產(chǎn)量的CO2釋放量顯著高于常規(guī)種植體系。Tuomisto等［54］利用元數(shù)據(jù)分析研究歐洲有機(jī)種植體系下溫室氣體排放時(shí)，也得到了類(lèi)似結(jié)果。大量關(guān)于有機(jī)和常規(guī)種植體系下土壤 CO2排放量的研究結(jié)果表明，在不同輪作方式和不同作物中，較常規(guī)體系而言，有機(jī)種植體系可較大程度地減少單位面積 CO2排放量，但單位產(chǎn)量的CO2排放量有所上升（表2）。

表2 有機(jī)種植和常規(guī)種植體系下CO2排放Table2 CO2emissions under organic farming and conventional farming systems

4.1.2 有機(jī)和常規(guī)種植體系下N2O排放量的比較 N2O主要產(chǎn)生于土壤硝化和反硝化作用，由于 N2O的GWP為CO2的298倍，土壤N2O排放受到普遍關(guān)注［57］。Kramer等［58］研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)9年有機(jī)種植后，果園土壤N2O排放量較常規(guī)種植變化不大，但N2排放量較高，土壤反硝化效率顯著提高。Petersen 等［59］研究表明，與常規(guī)種植體系相比，有機(jī)種植的 N2O排放量顯著降低，降低幅度達(dá)4.0 ～ 8.0 kg/hm2，同時(shí)植株氮吸收總量從100 kg/hm2增加到300 kg/hm2。有機(jī)種植體系下 N2O排放量顯著降低的原因主要有：①礦質(zhì)氮肥的使用減少，土壤中易礦化氮總量降低；②單位面積土地上的動(dòng)植物數(shù)量減少；③綠肥的使用改善了土壤結(jié)構(gòu)；④有機(jī)管理措施顯著減小土壤氮素移動(dòng)性［60］。

4.1.3 有機(jī)和常規(guī)種植體系下 CH4排放量的比較 一般而言，有機(jī)種植體系下，土壤固碳能力增強(qiáng)，氧化CH4能力提高，CH4排放量減少［55］。但不同土地利用方式下的土壤CH4排放量略有差別。Astier等［56］在莫斯科鱷梨園中的研究結(jié)果表明，有機(jī)果園的 CH4排放量（0.59 kg/hm2）略低于常規(guī)果園（0.62 kg/hm2），但差異不顯著。但在水稻田中，隨著有機(jī)物料投入的增加，土壤 CH4排放量呈增加趨勢(shì)［61］。秦艷梅［62］的研究結(jié)果也表明，在不同的稻田水分管理模式下，有機(jī)處理的CH4排放量顯著高于常規(guī)處理20% ～ 25%。

4.2 有機(jī)和常規(guī)種植體系下水環(huán)境效應(yīng)的比較

有機(jī)種植體系可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，因有機(jī)質(zhì)的蓄水保水作用，土壤水的滲透性顯著提高、土壤抗侵蝕的能力增強(qiáng)，水土流失風(fēng)險(xiǎn)減?。?3］。同時(shí)因有機(jī)種植體系杜絕使用農(nóng)藥化肥，污染物徑流入湖概率減小，水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)下降。

氮素淋失以無(wú)機(jī)態(tài)氮為主，有機(jī)氮含量占總氮3% 左右，在氮素投入量相當(dāng)?shù)那闆r下，有機(jī)種植可減少土壤無(wú)機(jī)氮素的遷移和流失，但有機(jī)氮淋失量略有上升［64］。有機(jī)種植體系下，土壤潛在可礦化氮含量較常規(guī)種植高112%，但氮素礦化速率僅為常規(guī)種植的50%，礦質(zhì)氮素的持續(xù)釋放減少了養(yǎng)分的淋失和向地下水的遷移［65］。此外，有機(jī)種植中有效的減免耕措施以及覆蓋植物的應(yīng)用，減少了養(yǎng)分的流失［66］。研究表明，有機(jī)種植體系下，徑流液中全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量分別較常規(guī)減少42.2%、23.1%、68.4%，側(cè)滲液中全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量分別較常規(guī)減少20.1%、10.3%、87.9%［67］。就磷素而言，有機(jī)種植體系下，土壤有較好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，團(tuán)聚體對(duì)磷素的吸持能力增強(qiáng)，土壤可溶態(tài)磷及顆粒態(tài)磷的淋失均大大減少［68］。

5 結(jié)論

從土壤和肥料的角度來(lái)看，有機(jī)種植體系下作物產(chǎn)量具有可持續(xù)性，對(duì)土壤肥力和作物品質(zhì)的提高具有較大促進(jìn)作用，同時(shí)可減輕對(duì)大氣環(huán)境和水環(huán)境的負(fù)面影響。但有機(jī)種植體系也存在一些問(wèn)題，如：有機(jī)種植前期土壤養(yǎng)分供應(yīng)不平衡，與作物需求不匹配導(dǎo)致常規(guī)種植體系向有機(jī)種植體系轉(zhuǎn)變前期作物產(chǎn)量顯著低于常規(guī)種植。因此，在有機(jī)種植中要根據(jù)植物的營(yíng)養(yǎng)需求特征，平衡土壤養(yǎng)分供應(yīng)，同時(shí)適時(shí)補(bǔ)足養(yǎng)分，尤其是一些特殊效應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)元素，以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分供應(yīng)與植物生長(zhǎng)需求相協(xié)調(diào)。

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Comparison of Organic and Conventional Farming Systems—— From Perspective of Soil and Fertilizer

JI Rongting1，2， DONG Gangqiang3， MIN Ju1， YU Fei1，2， SHI Weiming1*
（1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture （Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences）， Nanjing 210008， China； 2 University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China； 3 Amway （China） Botanical R & D Center， Wuxi， Jiangsu 214115， China）

Due to the safe， green， and sustainable features， organic farming systems have been received widespread concern in China and other countries. There are lots of the comparisons between organic and conventional farming systems since the organic farming system was developed， but systematic comparison based on the perspective of soil and fertilizer is little. Soil provides the direct living environment for plant， so based on the perspective of soil and fertilizer can fully understand the nature and influence of organic and conventional farming systems. In this paper， the previous research results were comprehensive analyzed about the comparison of organic and conventional farming systems based on the perspective of soil and fertilizer， and the difference and possible reasons of the crop yield， quality， soil fertility effects， environmental effects in the two farming systems were preliminary illustrated. Compared to the conventional farming system， the crop yield in organic farming system was lower at early stages， but it has great yield-increasing potential and organic farming system can improve soil properties and fertility， and generally improve crop quality， moreover， the pollution risks of atmospheric and water environment were lower in the organic farming system. The reasons for these differences may be the slowly release rate of the soil nitrogen and the available nutrients at the early stage of the organic farming system， and with the increase of the planting years， soil carbon sequestration capacity was gradually increased， soil microbial diversity was enhanced and soil nutrient utilization was improved.

Organic farming systems； Conventional farming systems； Yield； Quality； Soil fertility effects； Environmental effects

S345；S158.3

10.13758/j.cnki.tr.2016.04.001

環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201309035），國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31201686）和安利（中國(guó)）植物研發(fā)中心有機(jī)示范農(nóng)場(chǎng)建設(shè)與技術(shù)咨詢(xún)項(xiàng)目（BC20150003Z）資助。

（wmshi@issas.ac.cn）

紀(jì)榮婷（1992—），女，安徽池州人，碩士研究生，主要從事蔬菜氮素營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境效應(yīng)的研究。E-mail： rtji@issas.ac.cn