有機(jī)物料在農(nóng)田中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李棟宇

摘要 通過對(duì)餅肥、綠肥、秸稈、草木灰4種常見有機(jī)物料的特征、功效、應(yīng)用現(xiàn)狀及前景等方面進(jìn)行論述，探討4種有機(jī)物料對(duì)農(nóng)田土壤環(huán)境、作物產(chǎn)量及質(zhì)量的影響，為下一步農(nóng)田土壤改良提供參考。

關(guān)鍵詞 餅肥；綠肥；秸稈還田；草木灰；農(nóng)田應(yīng)用

中圖分類號(hào) S141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）02-0012-03

Abstract This article introduced four kinds of organic materials including cake fertilizer，green manure，straw，plant ash，and elaborated the characteristic，efficacy，status and prospect of application.Effects of four kinds of organic materials on farmland soil environment，as well as crop yield and quality were discussed，which will provide references for the research on soil improvement in farmland.

Key words Cake fertilizer；Green manure；Straw returning；Plant ash；Farmland application

近年來，隨著土地復(fù)種指數(shù)的提高，化學(xué)肥料的不合理使用，加之輪作運(yùn)用不普及，導(dǎo)致部分農(nóng)田土壤養(yǎng)分失衡，土壤酸化現(xiàn)象嚴(yán)重，微生物種群結(jié)構(gòu)趨劣，農(nóng)作物病害發(fā)生率不斷上升，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全岌岌可危[1-3]。

2014年，環(huán)保部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂[4]。2015年，首屆全國(guó)農(nóng)田土壤環(huán)境綜合治理發(fā)展戰(zhàn)略論壇將“讓土壤恢復(fù)活力”作為主題，會(huì)議指出我國(guó)農(nóng)田土壤環(huán)境亟待治理。2016年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》指出，當(dāng)前我國(guó)土壤環(huán)境總體狀況堪憂，部分地區(qū)污染較為嚴(yán)重，已成為全面建成小康社會(huì)的突出短板之一[5]。農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《2016年全國(guó)耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告》監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，850個(gè)國(guó)家監(jiān)測(cè)點(diǎn)中有25.9%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤容重大于適宜作物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，土壤孔隙少、孔隙度小，板結(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。由此可見，如何有效地改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力，治理土壤污染，已經(jīng)成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的問題。

目前，土壤功能退化及污染加劇，作物生長(zhǎng)不良、病害加重、品質(zhì)下降及產(chǎn)量降低等問題日益嚴(yán)重，修復(fù)土壤、保護(hù)土壤健康已經(jīng)到了刻不容緩的地步。而餅肥、綠肥、秸稈、草木灰等有機(jī)物料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要肥源，其養(yǎng)分全面，肥效均衡持久，既能改善土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放，又能供應(yīng)、改善作物營(yíng)養(yǎng)，具有化學(xué)肥料不可替代的優(yōu)越性，對(duì)發(fā)展有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和無公害農(nóng)業(yè)有重要意義[6-9]。

1 餅肥的研究

餅肥是花生、油菜、大豆等植物種子或果核經(jīng)榨油后的副產(chǎn)品，有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)75%以上，并且含有大量的植物所需的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，一般可用作基肥、種肥或追肥[10-11]。由于其養(yǎng)分齊全，含量較高，肥效持久，對(duì)于各類土壤和多種作物都適用，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，尤其是在果樹、小麥、煙草、棉花等作物和果樹中應(yīng)用效果較好。

1.1 餅肥種類 餅肥根據(jù)其成分及用途，可以分為兩大類：一類是既可以作飼料又可以作肥料，如大豆餅、芝麻餅、花生餅等，均可用作牲畜、家禽的飼料，若經(jīng)牲畜或家禽過腹轉(zhuǎn)化后利用其糞便作肥料，其有效養(yǎng)分將會(huì)更全面、更豐富，肥效和利用率將會(huì)更高；亦可以直接作為有機(jī)肥使用，能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。另一類是作為肥料使用，如茶籽餅、蓖麻籽餅、棉籽餅等，因其含有桐酸、皂素等有毒物質(zhì)[12]，在實(shí)際生產(chǎn)中一般只用作有機(jī)肥，常與化肥搭配使用。

1.2 餅肥功效

據(jù)研究，餅肥中含有蛋白質(zhì)、氨基素、植酸、酚類等多種營(yíng)養(yǎng)成分，其中蛋白質(zhì)含量約為36%；另外，植物油餅在腐解過程中的主要產(chǎn)物為脂肪酸、有機(jī)酸、氨基酸和其他有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些都能有效地提高土壤肥力，為提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)打下良好的基礎(chǔ)。

餅肥能為土壤提供豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，不同的餅肥由于其原料及榨油的方法不同，其養(yǎng)分的含量不同，所以其功效存在差異[13-14]。研究表明[15]，施用豆餅肥對(duì)棉花黃萎病和枯萎病、小麥腥黑穗病和桿黑穗病等病害具有明顯的防治作用。郭群召等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，油菜籽餅肥能夠有效提高植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量，為土壤微生物生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的環(huán)境條件，促進(jìn)微生物的新陳代謝，同時(shí)提高了土壤中蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶的活性，促進(jìn)了土壤中有機(jī)養(yǎng)分的分解，為植株生長(zhǎng)提供了營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)發(fā)育。李建華[18]研究結(jié)果顯示，芝麻餅肥可以為土壤提供大量的酶類，如蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶、脲酶、堿性磷酸酶等。劉添毅等[19]指出，在煙草團(tuán)棵期，施用花生餅肥可以顯著提高土壤中磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶的活性；施用花生餅肥的處理與常規(guī)處理相比，蔗糖酶活性提高了8.9%～11.0%，蛋白酶活性提高了15.0%～43.2% 。此外，施有機(jī)肥尤其是餅肥和廄肥，對(duì)茶多酚、兒茶素、咖啡堿、水浸出物等物質(zhì)的積累也有一定的促進(jìn)作用[20]?？梢娹r(nóng)田中施用餅肥不僅可以提高土壤有效養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育，還能為作物的高產(chǎn)、高質(zhì)提供保障。

2 綠肥的研究

綠肥是用綠色植物體制成的肥料，即利用植物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的全部或部分綠色體，直接或異地翻壓或者經(jīng)堆漚后施用到土地中作肥料[21]。綠肥是一種養(yǎng)分完全的生物肥源，能為土壤提供豐富的養(yǎng)分。各種綠肥的幼嫩莖葉，含有豐富的養(yǎng)分，一旦在土壤中腐解，能大量地增加土壤中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀、鈣、鎂以及各種微量元素[22]。綠肥的種植和利用具有提供土壤養(yǎng)分、合理用地養(yǎng)地、部分替代化肥、提供飼草來源、保障糧食安全、改善生態(tài)環(huán)境、固氮、吸碳以及節(jié)能減耗等作用，在我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中具有重要的發(fā)展意義。

2.1 綠肥種類

綠肥按其來源分為栽培綠肥和野生綠肥。栽培綠肥是指人工栽培的綠作物，如油菜、紫云英、豆科類作物等。野生綠肥是指非人工栽培的野生植物，如雜草、樹葉、鮮嫩灌木等。在我國(guó)，由于土地面積遼闊，各地氣候差異大，土壤類型多樣，因此綠肥品種不一，尤其是南北方種植的綠肥品種差別很大[23]。肇東苜蓿、阿爾岡金、苦莢菜、沙苦荬菜、紅莧、美國(guó)籽粒莧、高丹草、蘇丹草以及四月慢油菜等主要在黑龍江地區(qū)種植[24]。田菁、檉麻、苜蓿、毛光苕子、草木樨、沙打旺、小冠花、一年生黑麥草、多年生黑麥草、老芒麥、葦狀羊茅、二月蘭 、油菜、甘草、水錦葵以及黃豆、綠豆、黑豆等豆科類作物等主要適宜在河北、山東、河南、安徽、江蘇等黃淮海平原地區(qū)種植[25]。而紫云英、紫花苕、藍(lán)花子、綠豆、飛機(jī)草等喜溫濕氣候的綠肥品種則適宜在我國(guó)南方地區(qū)種植[26-28]。

2.2 綠肥功效

綠肥不僅能夠提供養(yǎng)分，合理用地養(yǎng)地，同時(shí)還能保障糧食安全，另外以綠肥替代部分化肥，對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善有著重要的意義。王丹英等[29]用盛花時(shí)期的油菜進(jìn)行翻壓還田來研究其培肥效應(yīng)，結(jié)果表明油菜翻壓還田以后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷以及總孔隙度都顯著提高，土壤容重明顯減少，土壤物理性狀得到明顯的改善。劉義平[30]研究發(fā)現(xiàn)，在茶園中套種綠肥可以降低0～30 cm的土層溫度，平均降低6.64 ℃；0～30 cm土層含水量顯著提高，平均提高1.93%；土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀、有效磷含量都得到不同程度的提高。何騰兵等[31]研究表明，綠肥聚攏秸稈還土可以提高貴州喀斯特山區(qū)黃壤和石灰土土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量，改善土壤物理性狀，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益。黃平娜等[32]研究發(fā)現(xiàn)，綠肥還田可顯著提高土壤速效氮、速效磷、速效鉀養(yǎng)分含量，促進(jìn)烤煙對(duì)土壤養(yǎng)分的利用，提高烤煙產(chǎn)量；還可以有效改善煙葉品質(zhì)，使煙葉外觀結(jié)構(gòu)更疏松，成熟度更好，顏色更均勻。歐麗萍等[33]研究表明，大豆、綠豆、花生種植后壓青對(duì)甘蔗具有增產(chǎn)增糖效應(yīng)，其中，大豆種植后壓青效果最好，綠豆次之，花生效果最差。

3 秸稈還田研究

秸稈是農(nóng)作物收獲后的作物殘留，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，是一種可再生的有機(jī)資源。我國(guó)秸稈資源豐富，2013年中國(guó)農(nóng)作物秸稈的總量約有7億t，約占世界秸稈總量的19%，位居世界第一[34]。農(nóng)作物秸稈占作物生物總量的50%左右，因其來源廣、污染小、熱值含量高，在我國(guó)農(nóng)村中常用作牲畜飼料和生活燃料。秸稈還田在我國(guó)已有2 000多年歷史，但在很長(zhǎng)一段時(shí)間中主要是作燃料使用，少部分用于墊圈、喂養(yǎng)牲畜及還田。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的大力推進(jìn)，做好秸稈的綜合利用，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

3.1 秸稈還田類型 根據(jù)秸稈還田方式分為堆漚還田、過腹還田、翻壓還田、覆蓋還田等類型[35]。

（1）堆漚還田是將作物秸稈粉碎后進(jìn)行一段時(shí)間的漚制，使其成為堆肥、漚肥。秸稈長(zhǎng)度以1～3 cm為宜，含水量保持在70%左右，堆漚時(shí)間一般為15～20 d。秸稈堆漚時(shí)腐熟礦化加速，能夠釋放養(yǎng)分，降解有害的有機(jī)酸、多酚等，殺滅寄生蟲卵、病原菌及雜草種子等，但氮素易流失，且費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，利用較少。

（2）過腹還田是指利用秸稈飼喂牛、馬、羊等牲畜，即先作飼料，然后經(jīng)牲畜消化吸收部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，另外一部分則變?yōu)榧S、尿，施入土壤還田，此還田方式經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益都非常明顯。秸稈是反芻家畜粗飼料的重要來源，被動(dòng)物吸收的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為肉、奶等，提高了經(jīng)濟(jì)效益，又實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用。

（3）翻壓還田是指在玉米、高粱、小麥等農(nóng)作物收獲后，用秸稈粉碎機(jī)將其秸稈就地粉碎，然后均勻地拋撒在地表，隨即翻耕入土，使之腐爛分解。這樣能把秸稈的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)完全地保留在土壤里，不但增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，培肥地力，而且改良土壤結(jié)構(gòu)，減少病蟲危害。

（4）覆蓋還田是指將農(nóng)作物秸稈粉碎后直接覆蓋于地表。地表秸稈覆蓋率大于30%，可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤溫、濕度，保證種子正常發(fā)芽和出苗。秸稈覆蓋有2種方式：一是人工覆蓋還田，即異地覆蓋還田，旱地作物播種覆土后，地塊表面覆蓋3～5 cm厚的作物秸稈；二是留茬套種殘茬覆蓋，即一般在收獲前15～20 d，將后茬套種于行間，收割時(shí)留茬15～20 cm，出苗后，刨茬1～2遍，根茬散鋪于表面。

3.2 秸稈還田功效

秸稈還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可達(dá)到節(jié)水、節(jié)本、增產(chǎn)、增效的目的，對(duì)生態(tài)環(huán)保和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。李瑾等[36]在大麥田中覆蓋稻草進(jìn)行研究，結(jié)果表明稻草覆蓋大麥可增產(chǎn)26.6%，覆蓋量與基本苗、最高苗、有效穗呈二次曲線關(guān)系，但對(duì)結(jié)實(shí)率及千粒重的影響小。有研究表明，秸稈覆蓋可以減少土壤與大氣的接觸面積，有效抑制水分蒸發(fā)，提高0～40 cm土層的土壤含水量；通過秸稈覆蓋還田，可節(jié)水25%左右[37]。張晶[38]研究表明，秸稈中含有大量的有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)元素，可以為土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖提供豐富的碳源和氮源，促進(jìn)土壤微生物的新陳代謝，增加微生物的數(shù)量，提高土壤的生物活性。李新舉等[39]試驗(yàn)顯示，秸稈還田3年后，0～10 cm土層總孔隙度增加了3.40%～4.16%。顧麗[40]通過對(duì)秸稈還田后的水稻稻米品質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)秸稈還田可以提高水稻稻米蛋白質(zhì)的含量，降低直鏈淀粉含量，堊白度則隨土壤中全氮含量的增加而增加。而徐國(guó)偉[41]、劉陽[42]研究顯示，稻草還田后，稻米中堊白米粒、堊白度和直鏈淀粉的含量呈不同程度的下降趨勢(shì)；淀粉的最高粘滯度、崩解值以及消堿值都變小，這意味著稻米的食味品質(zhì)得到了提高。

4 草木灰的研究

草木灰是指草本或木本植物燃燒后的殘余物[43]。礦質(zhì)元素豐富，含磷元素6.0%～12.0%，含鉀元素1.5～3.0%，不同植物的灰分，其養(yǎng)分含量不同。質(zhì)輕且呈堿性，干時(shí)易隨風(fēng)而去，濕時(shí)易隨水而走，不宜與氮肥混用。因其來源廣泛，成本低廉，養(yǎng)分齊全，肥效明顯，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用廣泛。

4.1 草木灰來源

草木灰的生產(chǎn)方法比較單一，即通過燃燒獲得。但是其來源卻很廣，一般有3種途徑：一是農(nóng)村家庭生活的土灶燃燒柴草后所得灰燼；二是在田間地頭不能運(yùn)回的秸稈，直接就地焚燒；三是一些以秸稈或木材為燃料的工廠，燃燒后可產(chǎn)生大量的草木灰。

4.2 草木灰功效

草木灰的主要成分是碳酸鉀，因其是植物燃燒后的灰燼，所以凡是植物所含的礦質(zhì)元素，草木灰?guī)缀醵己校瑢?duì)土壤改良和植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的意義。石峰等[44]研究表明，草木灰與化肥配施可以有效提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量。劉發(fā)林[45]研究發(fā)現(xiàn)，以草木灰為基質(zhì)的馬尾松種子發(fā)芽率比對(duì)照低，不及對(duì)照組的一半，發(fā)芽率與草木灰的用量呈負(fù)相關(guān)；添加草木灰后，馬尾松和云南松種子平均發(fā)芽時(shí)間減少，幼苗死亡率降低。朱雅蘭等[46]研究表明，施用草木灰可以影響土壤中Cd的形態(tài)分布，促使生物有效性較高的Cd轉(zhuǎn)化為惰性態(tài)的Cd；其中土壤水溶態(tài)和交換態(tài) Cd 含量可降低68.38%，殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量可升高112.5%。邵文奇等[47]以草木灰為水稻機(jī)插秧育苗基質(zhì)，結(jié)果顯示，雖然秧苗出現(xiàn)偏高、偏弱的現(xiàn)象，但是水稻出苗數(shù)和成苗率、最終的產(chǎn)量及其性狀均沒有受到影響。祝延立等[48]研究表明，草木灰與化肥配施，玉米的農(nóng)藝性狀得到改善，其中株高、穗長(zhǎng)、穗粗與對(duì)照相比均有不同程度的增加；玉米的產(chǎn)量也得到了提高，其中百粒重增加6.16 g，平均增產(chǎn)37.91%。高煥勇等[49]研究表明，以草木灰為底肥，可以顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量，平均產(chǎn)量17 917.5 kg/hm2，與對(duì)照相比增產(chǎn)46.6%；在網(wǎng)棚生產(chǎn)脫毒馬鈴薯原種時(shí)，早使用草木灰，不僅可以為植株提供磷、鉀等元素，還能改善土壤的物理性質(zhì)，提高土壤的通透性，降低爛薯率，增加產(chǎn)量。

5 研究展望

近年來，肥料的施用不科學(xué)，化肥用量的增加，不僅使土壤肥力失調(diào)，而且還增加了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，減少農(nóng)民收入，破壞了生態(tài)環(huán)境。在我國(guó)廣大農(nóng)田中，重施氮肥、輕施氮磷鉀肥、不施微量元素肥料、只施化肥、少施有機(jī)肥等現(xiàn)象十分普遍。而餅肥、作物秸稈、綠肥、草木灰等有機(jī)物料因其含有豐富的有機(jī)質(zhì)和植物所需的礦質(zhì)元素，能夠培肥地力，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物的活性，又常見于日常生活中，取材比較方便，所以在以后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將會(huì)越來越受到重視。以下幾個(gè)方面將是有機(jī)物料在農(nóng)田中推廣應(yīng)用的重點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)有機(jī)物料施用技術(shù)開發(fā)及推廣。目前，有機(jī)物料的施用技術(shù)比較傳統(tǒng)、單一、落后，及時(shí)開發(fā)省工、省力、簡(jiǎn)便易行的施用技術(shù)，加快試驗(yàn)示范進(jìn)度，加大力度推廣新技術(shù)、新工藝。

（2）多渠道廣辟有機(jī)物料源。廣辟有機(jī)物料源是發(fā)展有機(jī)物料生產(chǎn)和使用的必要條件，通過多渠道的生產(chǎn)有機(jī)物料，提高土壤養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)，減少化肥使用量，對(duì)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化行業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

（3）規(guī)范有機(jī)物料標(biāo)準(zhǔn)及市場(chǎng)。有機(jī)物料的發(fā)展前景較好，行業(yè)規(guī)范度卻偏低，需要企業(yè)和政府進(jìn)一步完善工藝、標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)等。

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