土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展

趙偉霞，栗巖峰，張寶忠，于穎多，羅朋，徐海洋，彭坤海，雷振東

?專家評述?

土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展

趙偉霞1，栗巖峰1，張寶忠1，于穎多1，羅朋2*，徐海洋3，彭坤海4，雷振東3

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.太原理工大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；3.永定河流域投資有限公司，北京 100091；4.永定河懷來生態(tài)發(fā)展有限公司，河北 懷來 075499）

提升土壤肥力是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障我國糧食安全的重要保證。為了從根本上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地力相對較差地塊的土壤肥力提升目標(biāo)，本研究通過對土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展的系統(tǒng)總結(jié)，圍繞土壤肥力概念、土壤肥力評價(jià)指標(biāo)與方法、土壤肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系、土壤肥力提升的技術(shù)措施和研究展望5個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。分析表明，有機(jī)肥物料，尤其是加工后的生物炭和商品有機(jī)肥的施用，是我國現(xiàn)階段提升土壤肥力的關(guān)鍵技術(shù)措施，而分類建立生物炭和有機(jī)肥生產(chǎn)和施用的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展有機(jī)無機(jī)配施理論，則是今后較長一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升的重要研究方向。

土壤肥力；生物炭；商品有機(jī)肥；無機(jī)肥

0 引言

保障糧食安全是關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在2021年12月25—26日召開的中央農(nóng)村工作會議上，習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào)，保障好初級產(chǎn)品供給是一個(gè)重大的戰(zhàn)略性問題，耕地保護(hù)要求要非常明確，18億畝耕地必須實(shí)至名歸，農(nóng)田就是農(nóng)田，而且必須是良田。但據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年，我國仍有4.44億畝耕地存在基礎(chǔ)地力相對較差，生產(chǎn)障礙因素突出問題，需持續(xù)開展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和耕地內(nèi)在質(zhì)量建設(shè)[1]。充分科學(xué)地利用有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)分資源，是保證我國農(nóng)田生產(chǎn)力不斷提高、作物持續(xù)增產(chǎn)和良好生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵[2]，這一措施也與各國普遍推行的加快并鼓勵(lì)有機(jī)肥投入、減少化肥施用的國家政策相一致[3]。

隨著我國從事農(nóng)業(yè)種植人口的老齡化和大批青壯年勞力的外出務(wù)工，尤其是近年來以無機(jī)肥施用為主的農(nóng)業(yè)種植管理模式的普遍使用，以家庭為單元進(jìn)行傳統(tǒng)有機(jī)肥料制備的工藝和技術(shù)已逐漸消失。將有機(jī)物料進(jìn)行商品化加工與生產(chǎn)，是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，推動和實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥料大面積推廣應(yīng)用及土壤肥力提升目標(biāo)的關(guān)鍵措施。本文從土壤肥力概念出發(fā)，闡述了土壤肥力的實(shí)質(zhì)及評價(jià)指標(biāo)與方法，并分析了土壤肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系，基于有機(jī)物料產(chǎn)品（生物炭和商品有機(jī)肥）的土壤肥力提升原理與技術(shù)，及其發(fā)展趨勢，為從根本上實(shí)現(xiàn)18億畝耕地全部為良田的發(fā)展需求提供了理論基礎(chǔ)。

1 土壤肥力概念

土壤肥力（又稱地力）是土壤的基本屬性和本質(zhì)特征，是農(nóng)作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是目前還沒有統(tǒng)一的土壤肥力概念，因?yàn)橥寥婪柿κ请S土壤科學(xué)的發(fā)展而逐步充實(shí)與完善的，是需要用綜合觀點(diǎn)和系統(tǒng)方法來研究的復(fù)雜問題[4]，另一方面，土壤肥力的時(shí)空變異性也為評判土壤肥力帶來了極大困難[5]。關(guān)于土壤肥力概念的發(fā)展歷程，土壤學(xué)家熊毅先生曾經(jīng)有過詳細(xì)的描述[4]，“肥力”一詞原先是由Fertility翻譯過來的，原意只局限于營養(yǎng)物質(zhì)的貯量，后來蘇聯(lián)土壤學(xué)家威廉士把水分也放進(jìn)肥力中去，20世紀(jì)50年代國內(nèi)把肥力擴(kuò)展為水、肥、氣、熱。從土壤肥力的綜合觀點(diǎn)出發(fā)，土壤肥力是土壤從環(huán)境和營養(yǎng)條件二方面供應(yīng)和協(xié)調(diào)作物生長發(fā)育的能力，是有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤理化生物特性的綜合反映，且評價(jià)土壤肥力的因素及指標(biāo)因時(shí)、因地、因作物和所要求的產(chǎn)量水平而產(chǎn)生變化。這種綜合觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了土壤營養(yǎng)條件、環(huán)境條件與植物生長三者的統(tǒng)一，表現(xiàn)了土壤對植物生長所需的水肥氣熱的供應(yīng)和協(xié)調(diào)能力。這一觀點(diǎn)至今仍然獲得國內(nèi)土壤科學(xué)專家的贊同[6]。

2 土壤肥力評價(jià)指標(biāo)與方法

由于土壤肥力概念不統(tǒng)一，且我國綜合的土壤肥力概念難以定量化，土壤肥力評價(jià)指標(biāo)的選取根據(jù)評價(jià)目的的不同存在很大差異，至今未形成具有共識的土壤肥力綜合評價(jià)方法和指標(biāo)值[6-7]。由當(dāng)前階段的土壤肥力概念可以看出，土壤肥力指標(biāo)包括物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)和生物指標(biāo)等。常用的物理指標(biāo)有土壤質(zhì)地、耕層厚度、土壤緊實(shí)度、土壤濕度和土壤溫度等[8]。土壤化學(xué)指標(biāo)主要包括有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、土壤pH值等，因?yàn)橥寥阑瘜W(xué)指標(biāo)與歐美國家關(guān)于土壤肥力的概念和評價(jià)指標(biāo)相一致，這些化學(xué)指標(biāo)也是目前土壤肥力研究中指標(biāo)選擇的主要關(guān)注點(diǎn)[6-7, 9]。土壤生物指標(biāo)主要包括土壤微生物、酶活性及動物等[10]，其中用于土壤肥力評價(jià)時(shí)使用頻數(shù)最多的有酶活性、細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量[11]。土壤生物指標(biāo)被認(rèn)為是稻田生態(tài)系統(tǒng)中土壤質(zhì)量評價(jià)時(shí)最敏感的指標(biāo)[12]。近年來，除了上述的土壤物理、化學(xué)、生物指標(biāo)外，對土壤肥力有顯著影響的立地條件（成土母質(zhì)、地貌類型）、剖面構(gòu)型也逐漸納入土壤肥力評價(jià)指標(biāo)[13]。在國家標(biāo)準(zhǔn)《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）[14]劃分方法中，選擇的與土壤肥力有關(guān)的評價(jià)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)量、耕層質(zhì)地、土壤體積質(zhì)量、質(zhì)地構(gòu)型、土壤養(yǎng)分狀況、生物多樣性和酸堿度等。

由于表征土壤肥力的指標(biāo)豐富多樣，且不同指標(biāo)間存在相互作用關(guān)系，評價(jià)土壤肥力的指標(biāo)需要避免多重共線性問題，構(gòu)建一套能夠保證原有信息丟失最少的土壤肥力綜合評價(jià)體系。最小數(shù)據(jù)集（Minimum Data Set，MDS）是反映土壤肥力最少指標(biāo)參數(shù)的集合，最早由Larson等[15]于1991年提出，目前已成為土壤質(zhì)量指標(biāo)選取和評價(jià)的常用方法。但與研究對象和全土壤肥力數(shù)據(jù)集參數(shù)選取的主觀性有關(guān)，篩選出的最小數(shù)據(jù)集的參數(shù)數(shù)量和指標(biāo)組成差異較大，例如，陳方正等[13]基于2個(gè)立地條件（成土母質(zhì)、地形部位）、1個(gè)剖面性狀（土體構(gòu)型）、2個(gè)土壤物理指標(biāo)（耕層質(zhì)地、體積質(zhì)量）和9個(gè)化學(xué)指標(biāo)（pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量、全磷和全鉀）組成的全部土壤肥力指數(shù)數(shù)據(jù)集，通過主成分分析法選取的適合于洞庭湖流域南部耕地的最小數(shù)據(jù)集包括成土母質(zhì)、剖面土體構(gòu)型、陽離子交換量、體積質(zhì)量、有機(jī)質(zhì)、有效磷和全鉀7項(xiàng)指標(biāo)。王杰等[16]基于選取的6項(xiàng)土壤肥力指標(biāo)（pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀），運(yùn)用主成分分析法選取的影響廣安區(qū)柑橘土壤綜合肥力的主要因素為有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和pH值。

對土壤肥力評價(jià)的方法主要包括單因子肥力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和基于多因子的土壤肥力綜合評價(jià)法。土壤肥力綜合評價(jià)法主要包括模糊綜合評判法、修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法等。單因子肥力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就是依據(jù)第二次全國土壤普查的土壤養(yǎng)分分級指標(biāo)和相關(guān)文獻(xiàn)來評價(jià)單個(gè)肥力指標(biāo)[17]。模糊綜合評判法是根據(jù)隸屬函數(shù)的建立及權(quán)重系數(shù)的確定對多指標(biāo)制約的土壤肥力作出總體評價(jià)的方法，基于隸屬度值和權(quán)重計(jì)算的土壤肥力綜合評價(jià)指數(shù)值可用于對土壤肥力進(jìn)行等級分級[18]。修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法是將評價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除各參數(shù)間量綱的差別，獲得各評價(jià)指標(biāo)的肥力指數(shù)后再計(jì)算土壤綜合肥力指數(shù)[19]。其中的各分肥力指數(shù)不僅表示養(yǎng)分含量的相對高低，也可用于推薦施肥[20]?；疑P(guān)聯(lián)分析是根據(jù)事物因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度來衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法，根據(jù)計(jì)算出的灰色關(guān)聯(lián)度，可實(shí)現(xiàn)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土壤肥力的分級[21]。灰色關(guān)聯(lián)分析的優(yōu)點(diǎn)是它對樣本量的多少沒有過多要求，也不需要樣本典型的分布規(guī)律[22]。

進(jìn)行土壤肥力評價(jià)時(shí)，土壤樣品的采集時(shí)間需要充分體現(xiàn)土壤基礎(chǔ)肥力狀況，一般要求在上茬作物成熟或收獲以后，下茬作物尚未使用底肥和種植以前。采集深度與研究目的和研究尺度密切相關(guān)。例如，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）中規(guī)定[23]，對果園地進(jìn)行土壤采樣時(shí)，針對1∶250 000～1∶50 000的面積性調(diào)查評價(jià)，采樣深度為0～20 cm；在1∶10 000～1∶2 000及更大比例尺的面積性評價(jià)與重點(diǎn)區(qū)評價(jià)工作中，果園地土壤采集部位為毛根區(qū)0～60 cm。

3 土壤肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系

作物在不施肥情況下獲得的產(chǎn)量，即基礎(chǔ)地力產(chǎn)量，是農(nóng)田土壤肥力的直觀表現(xiàn)[24]。衡量土壤肥力對作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)一般用地力貢獻(xiàn)率（不施肥時(shí)的作物產(chǎn)量與適宜肥料施用下的產(chǎn)量之比）表示，湯勇華等[25]通過對國內(nèi)大量有關(guān)糧食作物水稻、小麥和玉米地力貢獻(xiàn)率的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)研整理，發(fā)現(xiàn)不同種植區(qū)的地力貢獻(xiàn)率與土壤基本特性及地理位置間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，水稻、小麥和玉米的地力貢獻(xiàn)率均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為60.2%±12.5%、45.7%±15.7%和51.0%±19.7%。

通過對不同土壤基礎(chǔ)地力條件下作物的產(chǎn)量對比研究，不同學(xué)者[26-27]的研究均表明，土壤基礎(chǔ)地力與良好的施肥管理?xiàng)l件下作物的產(chǎn)量正相關(guān)，基礎(chǔ)地力高的土壤，對作物產(chǎn)量的相對貢獻(xiàn)越大，農(nóng)作物獲得高產(chǎn)的潛力越大。另外，在水肥一體化技術(shù)管理?xiàng)l件下，基礎(chǔ)地力高的田塊存在進(jìn)一步節(jié)肥增產(chǎn)和減少施肥灌溉次數(shù)的優(yōu)勢[28]。因此，提升土壤基礎(chǔ)地力，是促進(jìn)作物高產(chǎn)，縮減區(qū)域高產(chǎn)潛力產(chǎn)量差，增強(qiáng)糧食生產(chǎn)穩(wěn)定性和可持續(xù)性，確保糧食安全和“藏糧于地”戰(zhàn)略實(shí)施的重要途徑[29]。

4 土壤肥力提升的技術(shù)措施

4.1 有機(jī)肥施用是土壤肥力提升關(guān)鍵

土壤培肥是指通過人工措施對土壤肥力進(jìn)行調(diào)控，以使土壤肥力得以保持和提高的過程。土壤培肥的實(shí)質(zhì)是把調(diào)節(jié)和改善土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)，即有機(jī)無機(jī)復(fù)合體及由之形成的不同粒級微團(tuán)聚體組成，作為土壤培肥的主攻方向[30]。在復(fù)合體和微團(tuán)聚體中，相對于黏粒量，有機(jī)質(zhì)量雖不足5%，但是對復(fù)合體和微團(tuán)聚體及肥力的形成有重要的貢獻(xiàn)，且因有機(jī)質(zhì)容易被人為調(diào)控所改變，所以土壤培肥的著眼點(diǎn)是土壤中有機(jī)質(zhì)的積累與更新[4]。通過補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升的觀點(diǎn)，也與近些年提出的“有機(jī)-無機(jī)礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”相一致，是區(qū)別于自覺利用土壤肥力、有限投入農(nóng)家肥的“土壤腐殖質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”，重?zé)o機(jī)養(yǎng)分、輕有機(jī)養(yǎng)分的“植物礦物質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說”，構(gòu)建新時(shí)期“土肥和諧”理論，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效與育化土壤雙重作用的關(guān)鍵措施[31]。

4.2 我國有機(jī)肥資源量及利用現(xiàn)狀

施用有機(jī)物料的方式，取決于施用有機(jī)物料的目的。在以供給養(yǎng)分為主要目的時(shí)，應(yīng)選用綠肥、人糞尿等短期內(nèi)易分解、C/N比小的有機(jī)物料；在以提高基礎(chǔ)肥力為目的時(shí)，應(yīng)選用秸稈、廄肥等C/N比大、復(fù)合系數(shù)和腐殖化系數(shù)高的有機(jī)物料，且不宜堆腐[30]。根據(jù)牛新勝等[32]對我國有機(jī)肥料資源與利用資料的近30年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)前我國每年約有57億t的有機(jī)肥料基礎(chǔ)資源實(shí)物量，其中包括約38億t（鮮）的畜禽糞尿，約8億t（鮮）的人糞尿，約10億t（風(fēng)干）的秸稈，約1億t（鮮）的綠肥和約0.2億t（風(fēng)干）的餅肥，折合約3 000萬t的N，約1 300萬t的P2O5，約3 000萬t的K2O。然而，由于社會、政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、推廣等多方面的原因，我國有機(jī)肥料資源回田率不高，利用率較低，氮的回田率尚不足40%。加強(qiáng)有機(jī)肥料資源收集、加工和施用各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)開發(fā)和相關(guān)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，例如，將有機(jī)物料加工成生物炭和商品有機(jī)肥料施入土壤，是解決當(dāng)前有機(jī)肥料資源利用中許多技術(shù)難題的選擇。生物炭和商品有機(jī)肥的生產(chǎn)和施用，正逐漸成為國內(nèi)外土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

4.3 基于生物炭的土壤肥力提升技術(shù)

生物炭是有機(jī)物料如農(nóng)作物秸稈、木質(zhì)物、畜禽糞便等在低氧環(huán)境下經(jīng)過高溫?zé)峤夂螽a(chǎn)生的一種富含碳的材料[33]。根據(jù)袁帥等[34]對生物炭主要類型與理化性質(zhì)的研究總結(jié)，受生物炭來源物質(zhì)、裂解工藝、裂解設(shè)備差異影響，生物炭含碳量在30%～90%之間，平均64%；灰分量主要在0～40%之間變動，平均16%，灰分中主要包括鈉、鎂、鉀、鈣等礦物元素；比表面積的變化范圍絕大多數(shù)在0～520 m2/g之間，平均為124.83 m2/g；pH值在5～12之間，平均值為9.15；陽離子交換量從0到500 cmol/kg都有分布，平均值為71.91 cmol/kg。作為有機(jī)肥物料間接還田的一種方式，生物炭由于具有高度穩(wěn)定性、強(qiáng)吸附性、多孔性、低密度性等理化特性，并且含有一定量的礦質(zhì)養(yǎng)分和鹽基離子，在改良土壤、提高肥力、固碳減排和修復(fù)污染等方面具有較大的應(yīng)用潛力，被認(rèn)為是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵、易獲得的投入產(chǎn)物[35]。

對大量生物炭應(yīng)用研究的結(jié)果表明[34-36]，施用生物炭后可以顯著降低土壤密實(shí)度和土壤體積質(zhì)量，提高土壤通氣性和持水能力，提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性；增加土壤有機(jī)質(zhì)量和含碳量，促進(jìn)土壤中有機(jī)氮的礦化、固定和轉(zhuǎn)化，提高土壤速效磷、速效鉀和速效氮量，提高土壤pH值；增加土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶活性和土壤微生物量；生物炭添加到被污染的土壤中后，還可以吸收土壤中的有毒有害物質(zhì)，增加污染物的降解。另外，生物炭復(fù)雜穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形態(tài)，可以長期減少碳排放，起到固定碳和減少溫室氣體（CH4、N2O、CO2）排放的作用。

4.4 基于商品有機(jī)肥料的土壤肥力提升技術(shù)

商品有機(jī)肥料是指以畜禽糞便、動植物殘?bào)w和以動植物產(chǎn)品為原料加工的下腳料為原料，經(jīng)發(fā)酵腐熟后制成，作為商品流通的肥料[37]。相比于傳統(tǒng)有機(jī)肥料，商品有機(jī)肥料具有工業(yè)化生產(chǎn)、發(fā)酵完全腐熟、質(zhì)量相對穩(wěn)定、符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，屬于有機(jī)質(zhì)量≥45%的精制有機(jī)肥[38]。目前，我國共有2 000多家有機(jī)肥企業(yè)，有機(jī)肥產(chǎn)能大約3 000多萬t，實(shí)際產(chǎn)量為1 500萬～2 000萬t，與我國每年農(nóng)業(yè)上利用的純養(yǎng)分5 500萬～6 000萬t還有較大差距[39]。與無機(jī)肥料相比，有機(jī)肥料中不僅含有多種有機(jī)養(yǎng)分，還含有多種無機(jī)元素，以及大量的微生物和酶。施用商品有機(jī)肥料后，通過有機(jī)肥料與土壤的相融，有機(jī)膠體與土壤礦質(zhì)黏粒的復(fù)合，改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，降低了土壤密實(shí)度和體積質(zhì)量，提高了土體的空隙率和蓄水保水能力，調(diào)節(jié)了土體的水肥氣熱比例；有機(jī)肥中豐富的有機(jī)、無機(jī)、微量元素量和有機(jī)物質(zhì)的強(qiáng)吸附性能，提高了土壤養(yǎng)分的全面供給能力。同時(shí)，有機(jī)肥中豐富的有機(jī)物質(zhì)為土壤微生物和酶提供了充足的養(yǎng)分和能源，加速了微生物的生長和繁殖，激活了土壤酶活性[40]。

5 土壤肥力提升關(guān)鍵理論與技術(shù)研究展望

無論生物炭還是商品有機(jī)肥，施入土壤后均是通過調(diào)節(jié)土壤物理、化學(xué)、生物、環(huán)境等特性實(shí)現(xiàn)了土壤肥力的提升，并最終實(shí)現(xiàn)了作物高產(chǎn)和品質(zhì)的改善。但是，二者的有機(jī)物料原材料均存在來源廣泛和就地取材，以及制備工藝不同等問題，導(dǎo)致所含養(yǎng)分和其他物質(zhì)差別較大，難以像化肥那樣有相對穩(wěn)定的物質(zhì)組成，這給商品有機(jī)肥和生物炭的生產(chǎn)和使用以及市場的健康發(fā)展帶來諸多不便，尤其是隨著現(xiàn)代社會管理標(biāo)準(zhǔn)化趨勢的發(fā)展，其矛盾更加突出。目前在生物炭的應(yīng)用過程中，因缺少針對生物炭使用目的而研發(fā)的專用生物炭產(chǎn)品及其制備工藝，導(dǎo)致了部分生物炭還田后不能達(dá)到設(shè)定目標(biāo)的問題[36]，并產(chǎn)生了某些生物炭/作物組合后不利于植物生長的現(xiàn)象[35]。

另一方面，生物炭和商品有機(jī)肥中的有機(jī)肥養(yǎng)分總量相對不足且分解緩慢，例如，商品有機(jī)肥料中N、P2O5、K2O的總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅≥5.0%[37]，不能及時(shí)滿足作物養(yǎng)分需求，需配合無機(jī)肥料一起施用。近年來有關(guān)有機(jī)肥替代部分無機(jī)肥技術(shù)的相關(guān)研究論文發(fā)表數(shù)量快速增長，已經(jīng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)[41]，但是截至目前還沒有明確的有機(jī)無機(jī)配比概念，預(yù)計(jì)在很長一段時(shí)間內(nèi)都是需要研究的重要課題[39]。因此，避免使用目的和制備方法的脫節(jié)，通過系統(tǒng)性研究和示范后分類建立生物炭和有機(jī)肥生產(chǎn)和施用關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，是我國基于有機(jī)肥物料的收集、加工和施用技術(shù)，從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升的關(guān)鍵措施。

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Technologies and Mechanisms for Improving Soil Fertility: A Review

ZHAO Weixia1, LI Yanfeng1, ZHANG Baozhong1, YU Yingduo1,LUO Peng2*, XU Haiyang3,PENG Kunhai4, LEI Zhendong3

(1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China; 2. College of Water Conservancy Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China; 3. Yongding River Investment CO., LTD, Beijing 100091, China;4. Yongding River Huailai Ecological Development CO., LTD, Huailai 075499, China)

Intensive agriculture and other anthropogenic activities have led to soil degradation in many regions across China. Improving soil fertility and restoring soil functions is important to maintain sustainable agricultural production and safeguard food supply in China. In this paper, we systematically review the methods and technologies developed over the past decades to improve soil fertility, which includes the concept of soil fertility, index and methods for evaluating soil fertility, the relationship between soil fertility and crop yield, as well as the prospects of soil fertility improvement. In particular, we analyze and discuss the applications of various organic materials including processed biochar and commodity organic fertilizers for improving soil fertility and their efficacy for different soils. We conclude that establishing standards of biochar and organic fertilizers and their application as soil improvers will be an important research area for long-term improvement of soil fertility.

soil fertility; biochar; commercial organic fertilizer; chemicalfertilizer

1672 - 3317（2022）09 - 0001 - 05

S274.3

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022004

趙偉霞, 栗巖峰, 張寶忠, 等. 土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(9): 1-5.

ZHAO Weixia, LI Yanfeng, ZHANG Baozhong, et al.Technologies and Mechanisms for Improving Soil Fertility: A Review[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(9): 1-5.

2022-01-05

河北省科技項(xiàng)目（HBAT02242202010-CG）；山西省水利科學(xué)技術(shù)研究與推廣項(xiàng)目（2021LS014）

趙偉霞（1980-），女，河南長葛人。正高，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail: zhaowx@iwhr.com

羅朋（1979-），女，陜西西安人。高級工程師，碩士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: 15634490@qq.com

責(zé)任編輯：白芳芳