生物肥料 土壤的故事

土壤的故事

中国农耕是世界上最优秀的农业

农耕的首要条件是保持土壤的肥沃

我们赖以生存的土壤环境怎么了

土壤缺碳引发的环境问题

健康土壤是什么样

安全、美味来自优质健康土壤

健康土壤对生态环境的价值

充分利用来自土壤和环境的养分资源提高肥料利用率


中国农耕是世界上最优秀的农业

——摘自:《四千年农夫》(中国、朝鲜和日本的永续农业)(美国农业部土壤局局长、威斯康星大学金教授F.H. King)

“中国传统农业长盛不衰的秘密在于中国农民勤劳、智慧、节俭,善于利用时间和空间提高土地利用率,并以人畜粪便和一切废弃物、塘泥等还田培养地力”。

农民“把一切可利用的废物变成肥料返还给土壤,犹如自然生态系统的枯枝落叶归根还给土地变成养分,实现生物质小循环一样,从而能维持地力长久不衰”。

依靠小块土地和少量产品维生,几乎没有一块土地闲置,农民在土地上实行轮作,养活了密集的人口。中国农耕是世界上最优秀的农业,东方农民是勤劳智慧的生物学家。

     

农耕的首要条件是保持土壤的肥沃

原始农业:放火烧荒,刀耕火种,草木灰作肥,两三年就要觅新地重新砍烧种植。

牛耕和铁犁:摆脱了靠自然恢复地力的被动状态

牛与犁组成了农耕历史中最具代表性的画面。铁犁和牛耕表明人们已进入能动的农业生产,摆脱了靠自然恢复地力的被动状态。 据《汉书·食货志》记载,采用二牛抬杠的犁耕,每亩增产约25%,史称“用力少而得谷多”。


老子《道德经》 “却走马以粪”早期施肥方法(《中国农史》)

将家畜停留在大田中,通过遗撒粪便,而直接给大田施肥。

早在东汉时期,陕北垦牧区已利用牧畜的粪便作为农作物的肥料

 

新中国的十字积肥法

解放前,大多农民自家粪肥自家用,只有人少地多的农户或用肥较多的菜农,才包倒城镇居民家便桶,义务洗刷,换取粪肥。

解放后,公社社员向生产队投粪、厩肥,均按质论价,每担记给若干工分,待年终分配时计给价款,并实行肥粮挂钩,按投肥数,另加肥料粮,以示鼓励。茶、菜籽饼肥和牛栏肥,为生产队集体所有。也有一些垃圾肥,堆肥,沤肥,墉,河泥,锅烟灰,是合作化时期常用的土杂肥。在北方就有将粪便和泥土搅拌后堆放在地里沤肥的。五十年代末曾推行过熏(土)、烧(火土)、造(土化肥)、堆(肥)、回(田稻草)、沤(肥)、扫(垃圾)、种(绿肥)、采(青草)、挖(塘、河泥)“十字积肥法”,可见当时对农家肥的重视程度。

     

我们赖以生存的土壤环境怎么了?

   中低产田占三分之二,土壤有机质不足1%,土壤酸化、板结严重,重金属污染耕地占20%


土壤有机质分布图1.jpg



    肥料利用率低。2013年10月10日,农业部发布了《中国三大粮食作物肥料利用率研究报告》:水稻、玉米、小麦三大粮食作物平均肥料利用率:氮肥33%、磷肥24%、钾肥42%。土壤氮磷流失量大的症结在于土壤碳元素的缺乏。

    中国30年:碳肥投入不足,C 减少50% 、N增加50% , C/N更不平衡,农田N肥流失严重。

    

土壤缺碳引发的环境问题

由于土壤缺碳、营养失衡引发:

  • 由于缺碳:大气污染  水体污染

  • 碳的浪费:废弃物处理成为管理难题

  • 城乡之间碳链的断裂造成恶性循环链,公共财政压力大

  • 浸淫在大气水体土壤污染中,怎么保证食品安全?

  • 基础地力贡献率不断下降


水体富营养化:农业源总氮和总磷的排放贡献值?

水利部:湖泊水质达标率28%。

    中国不到世界10%的耕地,耗掉全球化肥总量的1/3。国际公认的化肥施用安全上限是225千克/公顷,但目前我国已达到434.3千克/公顷,是安全上限的1.93倍。同时我国化肥利用率很低,主要粮食作物的氮肥利用率平均为27.5%,远低于国外40-60%的氮肥利用率。施入土壤中的氮通过淋洗、硝化-反硝化、挥发、以及地表径流等途径损失, 损失的氮占施入土壤氮的33% ~ 74% 。损失的氮素进入地下水和地表水, 造成地下水和地表水中NO3-N、NO2-N和NH4+-N 含量的增加。


    全国农业源的农药化肥需氧量排放量占全国排放量的43.7%,农业源中总氮和总磷排放量分别占全国排放总量的57.2%和67.4%。从农业角度来看,营养污染、总磷总氮相对过剩与化肥过量使用、化肥利用率低直接相关,本质上是土壤有机质低、土壤营养失衡造成的。普遍认为土壤碳/氮比小于25 时,由于碳相对不足,表现为氮素矿化,化肥利用率低,使氮肥流失造成水和空气的污染。


雾霾:耕地、绿地的贡献率在哪里?

空气中来自土壤污染源主要两类:土壤释尘和氮氧化物。我国城市土壤释尘占空气总悬浮颗粒物贡献率达27-35%。国外研究,沙尘会导致总悬浮颗粒物浓度上升几十倍,同时也会导致PM2.5浓度明显上升。

随着化学氮肥施用量逐年增加, 氮肥的施用已成为中国农田氮氧化物排放量逐年上升的主要因素。国外专家研究,化学氮肥的施用每年产生氮氧化物约1. 5×106t , 占人类活动向大气输入量的44%。

        

健康土壤是什么样


  • 有机质至少在5%以上,疏松,具有保水性、保肥性强,团粒结构好。

  • 微生物含量至少要达到每亩300公斤

  • 矿物质:按容积计,在较理想的土壤中矿物质约占38--45%,孔隙约占50%。按重量计,矿物质占固相部分的90--95%以上


优质土壤的肉眼识别:

  • 蚯蚓:每平方米至少要有10条蚯蚓,地上能见到10块蚯蚓粪。

  • 土壤颜色:由黄色逐渐变成黑色。

  • 土壤疏松:用手可以挖动。

  • 土壤团粒:占土壤总量的20%,浓度为15厘米。

  • 土壤中的昆虫如蜘蛛、蟋蟀、蚂蚁等50余种,土壤中小动物(青蛙、蚚蜴等)增多。

  • 土壤滋生的杂草类:叶阔、肥厚、杆粗、色深,种类增多。


日本十分重视土壤改良和有机质施用,其土壤有机质含量在4%-5%。在美国,土壤中的有机质含量平均为5%。我国土壤中有机质平均含量在1%左右,大部分地区耕地有机质含量在0.5-2.5%之间,属于较低水平,且在持续下降中。     


安全、美味来自优质健康土壤

自净化:

  • 土壤中存在大量依靠有机物生存的微生物,具有氧化分解有机物的巨大能力

  • 提高土壤有机质不仅增加微生物数量,而且为微生物提供充足的营养和能源

  • 含有次生代谢产物和酶,增强抗逆性,降低土传病害发生。


自培肥:

  • 有机质含量为3-5%的土壤中,1亩地有15-20万条蚯蚓,可以提供15-20吨蚯蚓粪,提高土壤肥力5-10倍。

  • 土壤越肥沃,肥料吸收率越高,当有机质达4%时,肥料吸收率可达80~90%。


次生代谢:

  • 次生代谢产物中,存在着化感物质与品质物质和风味物质相伴生的现象,

  • 含有氨基酸和微量元素如Fe、B、Zn和Mn等,促进次生代谢和芳香物质的产生,增甜增香,口感好,风味浓郁。


提升作物产量:

  • 当土壤有机质含量低于6%时, 土壤有机质含量每增加1 个百分点, 春小麦产量可增加450~600kg/ hm2。

春小麦产量和土壤有机质含量关系图
(土壤有机质含量对春小麦产量贡献率的研究现代化农业,2001年05期)

提升作物品质:

《耕层土壤营养与甜菜产量质量的关系》土壤通报,1990年01期

健康土壤对生态环境的价值

土壤有机质含量是衡量土壤肥力和质量的一个重要指标。优质健康土壤有机质含量应在3.0% 以上, 最好达到5%-8%,但我国多数土壤有机质含量平均不到1%,我国基础地力对粮食产量的贡献率仅有50%左右,而欧美国家是70-80%。由于对耕地过度索取,近十多年我国基础地力贡献率下降了5%。

增加土壤有机质,可以在增加产量的同时减少化肥用量,平衡养分供应,改善土壤质量,提高土壤的保水保肥和缓冲性能, 提高肥料利用率,减少养分的流失,减少对水、气的环境污染。 

  • 减少化肥用量。土壤有机质提供了作物生长所需95%以上的氮和硫以及20—70%的磷,并为土壤微生物提供充足的养料。土壤有机质含量提高到5 %,即使减少一半的化肥用量,玉米产量也高于常规施用化肥条件下的产量。

  • 提高化肥利用率,减少氮磷流失。有机质中的有机胶体带有大量的负电荷, 可吸附大量的阳离子和水分,提高土壤保肥蓄水的能力,当有机质达4%时,肥料吸收率可达80~90%,能很好遏制氮、磷的流失。有机肥料的配施可明显减少氮素流失,提高肥料利用率,以20%有机氮肥与80%化肥氮肥配施可降低氮素径流损失28.95%。

  • 降低土壤释尘。土壤有机质越高,土壤含水量越大,土壤抗风蚀能力就越强。腐殖质最大吸水量可超过500%,从饱和大气中吸收的水汽量可达自身重量的100%以上。土壤有机质含量从1%增加到3%,持水能力加倍,可明显降低释尘,有助于PM2.5和PM10的降低。

  • 固碳增汇。根据《杜克法则》测算,土壤有机质每提高0.1%,40厘米厚土层每亩增加0.217吨有机碳,相当于减排0.796吨二氧化碳。


充分利用来自土壤和环境的养分资源提高肥料利用率

造成肥料利用率低的主要原因包括:高产农田过量施肥, 忽视土壤和环境养分的利用, 作物产量潜力未得到充分发挥,以及养分损失未能得到有效阻控等。

要大幅度提高肥料利用率,必须从植物营养学、土壤学、农学等多学科联合攻关入手,充分利用来自土壤和环境的养分资源,实现根层养分供应与高产作物需求在数量上匹配、时间上同步、空间上一致,同时提高作物产量和养分利用效率, 协调作物高产与环境保护

联合国贸发会议《2013贸易与环境报告》: 建议减少化肥使用,指出:农业一定要从严重依赖化肥、农业化学物质向可以提高生产率并培育农村地区发展的具有可持续性的多样性再生生产系统转变。

中国有丰富的碳资源,每年30-40亿吨有机废弃物,养分是在用化肥的1.3倍。

碳在土壤中多以腐殖质或腐殖酸形式存在,增施生物腐植酸肥料将是补充土壤碳素营养、提高耕地质量的重要途径,是培育健康土壤的重要手段。

中国土壤每年对碳肥的需求量大约在3,000 至4,000 万吨,作为土壤碳元素调理剂的腐植酸无疑是个宝贝。在土壤中,它犹如有着特别吸附能力的海绵,一方面它的空隙结构可以有效地增加土壤的持水能力;另一方面,它含有带负电荷的阴离子,可以轻松吸附植物所需要的各种以阳离子形态存在的营养元素,如钾、镁、锌等。 

 

18亿亩耕地恢复地力的价值展望