正文

有機肥與耕地土壤質量!

有機肥俗稱農家肥,是指含有有機物(wù)質,既能提供農作物(wù)多種無機養分(fēn)和有機養分(fēn),又(yòu)能培肥改良土壤的一(yī)類肥料,其中(zhōng)大(dà)部分(fēn)爲農家就地取材,自行積造的。有機肥料來源廣泛,種類繁多,主要包括人畜糞尿、禽糞、堆肥、漚肥、廄肥、餅肥、草木灰、草炭、稭稈、綠肥、河塘泥和土雜(zá)肥等。


目前,世界上有機肥積造與利用最早的曆史遺迹可以追溯到6000 年前的蘇美爾文明。我(wǒ)國早在秦漢之前,也有用有機肥養地的實踐,曆代有關農書(shū)詳細記述了有機肥的種類、作用、積造與施用方法。到了清代,我(wǒ)國有機肥有10 大(dà)類100 多種。1990 年農業部開(kāi)展全國有機肥料調查研究,分(fēn)爲10大(dà)類433個品種。

我(wǒ)國自古代直至20世紀70 年代,農業生(shēng)産上所用的肥料主要靠有機肥料,基本保持了水稻和小(xiǎo)麥單位面積産量的穩定,并有緩慢(màn)的增加。20 世紀中(zhōng)期,因爲化肥的推廣應用,有機肥的地位日益下(xià)降。我(wǒ)國1949年有機肥施用占肥料施用總量的比例爲99.9%,1957 年爲91.0%,1965 年爲80.7%,1975 年爲66.4%,1980年降爲47.1%,1985年爲43.7%,1990年爲36.7%,2000年爲31.4%,2003年爲25%

由于化肥的大(dà)量使用,農業生(shēng)産發生(shēng)了巨大(dà)的變化,在帶來巨大(dà)經濟效益和滿足人口急劇增長需求的同時, 其負面影響也日臻顯露, 如土壤地力下(xià)降、環境質量惡化、食品質量安全事故時有發生(shēng)等。因此,人們對有機肥又(yòu)逐漸重視起來。

但是有機肥的不合理使用也會在土壤質量、環境質量以及食品安全方面造成負面影響,如不引起足夠重視,其副作用甚至超過化肥。土壤質量是指土壤維持作物(wù)生(shēng)産能力、保持環境質量及促進動植物(wù)健康的能力。因此,有機肥的使用将從正反兩個方面強烈影響土壤質量。

在現代農業生(shēng)産中(zhōng),有機肥料的施用不僅直接關系到土壤質量、農作物(wù)的産量和品質、水體(tǐ)和大(dà)氣環境質量,而且它還是種植業與養殖業之間的重要紐帶,對促進農田生(shēng)态系統和生(shēng)物(wù)圈中(zhōng)的物(wù)質循環與能量轉化也有重要作用。有機肥種類繁雜(zá),性質各異,爲了充分(fēn)發揮有機肥的正向作用而盡量減少其負面影響,我(wǒ)們必須對各種有機肥的特性、在土壤中(zhōng)的轉化過程及其對土壤、環境質量和農作物(wù)的影響有較清晰的了解,從而制訂科學的施用規範。

1 有機肥對土壤肥力質量的影響


1.1 提高土壤肥力


2000 多年來,有機肥對維護地力起了巨大(dà)作用。20世紀初,美國中(zhōng)西部農田土壤發生(shēng)明顯退化,爲尋找對策,1909年美國著名土壤學家King對中(zhōng)國、朝鮮、日本的農業進行了考察,并于1911年出版了《四千年的農民:中(zhōng)國、朝鮮和日本的恒久農業》一(yī)書(shū),總結了有機肥(包括綠肥)在維持土壤質量和農田生(shēng)産力方面的重要作用。

世界上最早開(kāi)展有機肥科學實驗研究的是英國人魯茨(John Bennet Lawes)。早在1837 年他便采用盆栽試驗研究了有機肥對土壤和作物(wù)産量的影響,随後又(yòu)開(kāi)展了田間試驗的探索。其研究結果直接催生(shēng)了他1842 年利用骨粉和硫酸生(shēng)産磷肥,并與吉爾貝特(Joseph Henry Gilbert)一(yī)起于1843 年建立了著名的英國洛桑試驗站(Rothamsted Experimental Station)。該站迄今已170 多年,長期定位研究有機肥與化肥連續施用對土壤和作物(wù)産量的影響。1852 年開(kāi)始的Hoosfield 長期定位試驗結果表明,連續每年施用35 t/hm2的廄肥,土壤氮含量增加1 倍以上。

大(dà)量長期實驗結果表明,有機肥施用可增加土壤有機質,進而顯著增加土壤的礦化氮,作物(wù)産量增加明顯。但很多長期試驗結果也表明,有機肥和化肥對作物(wù)均有極好的增産效果和持續的增産作用,二者間産量無顯著差異,而化肥和廄肥配合無論是近期或者長期都可取得較高的産量和經濟效益。

我(wǒ)國科學家對各種有機肥料及肥效開(kāi)展了大(dà)量研究。早在20 世紀30—40 年代,陳尚謹等人便在華北(běi)開(kāi)展了有機肥的調查與試驗;陳恩鳳、彭家元等在四川開(kāi)展了有機肥施肥技術研究;黃瑞采、裴保義等用複因子設計,對人糞尿、堆肥和綠肥進行了長達9年的稻田施肥試驗。20世紀50年代以來,我(wǒ)國有關單位與科學家對各種有機肥在不同土壤與作物(wù)上開(kāi)展了大(dà)量研究,尤其是80 代建立了全國性的肥料長期定位試驗網,包括中(zhōng)科院的CERN、中(zhōng)國農科院的全國肥料試驗網等。

如中(zhōng)國農科院土壤肥料所從1980年開(kāi)始,在全國135個定位試驗點上進行了5年以上的有機肥肥效試驗研究,結果表明,有機肥增産效果有逐年增加的趨勢,且有明顯的殘效。我(wǒ)國100多個5年以上的定位試驗研究表明,施用有機肥與不施有機肥比較,平均增産率爲12.8%。

國内外(wài)大(dà)量研究結果表明,合理施用有機肥料不僅可以增加土壤有機碳含量,改善土壤物(wù)理結構,增加土壤CEC、保水能力、滲透性,提高土壤N、P、K、Ca、Mg、S 及其他微量元素含量,促進土壤微生(shēng)物(wù)活動,改善土壤微生(shēng)物(wù)群落結構,提高土壤肥力,改善農産品品質。

有機肥和無機肥料配合施用效果更佳,還可以提高化學肥料的利用率。噸糧田能夠連續17年(1974—1990年)維持養分(fēn)平衡,其關鍵在于有機肥和化肥配合施用,并在化肥中(zhōng)再進行N、P、K 适當配比。

1985—1990 年,經糧、油、果、菜、煙、茶等20 多種作物(wù)30多項有關品質指标的分(fēn)析研究表明,有機肥與化肥養分(fēn)平衡配合施用均不同程度提高了所有供試作物(wù)的産品品質。

1.2 抑制作物(wù)病害


有機肥施用可抑制作物(wù)病害。20世紀70 年代,國外(wài)便開(kāi)始研究有機肥與植物(wù)病害的關系,随後開(kāi)發出各種抑制土傳病害的生(shēng)物(wù)有機肥。從20世紀90 年代開(kāi)始,我(wǒ)國一(yī)些科研單位和企業相繼研制和生(shēng)産一(yī)類被統稱爲“生(shēng)物(wù)有機肥”的産品并投放(fàng)市場。2008年全國共有商(shāng)品有機肥企業3021家,其中(zhōng)生(shēng)物(wù)有機肥企業270家,占總數的8.94%,生(shēng)物(wù)有機肥産量345萬噸,占生(shēng)物(wù)有機肥企業生(shēng)産能力的83.6%。

具有抗病特性的生(shēng)物(wù)有機肥的作用機理可能包括物(wù)理、化學、生(shēng)物(wù)的作用。一(yī)方面有機肥可改善土壤物(wù)理結構,并平衡提供作物(wù)所需養分(fēn)以及一(yī)些生(shēng)物(wù)活性物(wù)質,植物(wù)生(shēng)長健壯而抗病能力增強,同時有機肥含有拮抗菌或促生(shēng)菌,改變根際微生(shēng)物(wù)區系,進而抑制病原菌的爆發。因有機肥、土壤、病害類型複雜(zá)多變,迄今生(shēng)物(wù)有機肥的作用機理尚未完全清楚,其在生(shēng)産中(zhōng)的應用效果也不穩定,難以有效地、定向地施用生(shēng)物(wù)有機肥而達到預期的防病效果。

1.3 引起土壤質量退化


傳統的觀念認爲有機肥對土壤質量均是正向作用,有機肥可減緩土壤闆結、阻止土壤次生(shēng)鹽漬化,但有機肥的不合理施用也會造成土壤質量退化。《陳旉農書(shū)·糞田之宜篇》第一(yī)次記載了我(wǒ)國古代農民“用糞猶用藥”的施肥理念,提出有機肥須合理施用。

規模化養殖場的畜禽糞,尤其是雞糞含有較高的鹽分(fēn)和Na離(lí)子,如果過量施用,則會有土壤次生(shēng)鹽漬化的風險,使土壤闆結。根據Moral等人的研究結果,當畜禽糞施用量達到7—10t/(hm2a),農田土壤的Na+和Cl-負荷可達415kg/hm2,可緻西班牙東南(nán)部半幹旱地區土壤産生(shēng)顯著的次生(shēng)鹽漬化風險。王輝等人的研究表明,在目前的有機肥施用狀況下(xià),畜禽糞便農用對露天土壤沒有顯著的土壤次生(shēng)鹽漬化風險,而對于溫室大(dà)棚土壤而言,在高施肥量下(xià)次生(shēng)鹽漬化風險較大(dà),可嚴重影響農作物(wù)的生(shēng)長。

而目前蔬菜等經濟作物(wù)上有機肥施用量普遍較高,例如山東壽光等地大(dà)棚蔬菜地土壤有機肥年施用量最高達240t/hm2鮮糞,有機肥帶來的土壤次生(shēng)鹽漬化風險不容忽視。

2 有機肥對土壤環境和健康質量的影響


自20世紀90年代以來,因系列環境問題的日益凸顯,國内外(wài)研究的關注點逐漸轉移到大(dà)量施用有機肥對溫室氣體(tǐ)排放(fàng)的影響,有機肥中(zhōng)氮、磷在土壤中(zhōng)的積累、遷移、淋溶風險及其對水體(tǐ)富營養化的貢獻,有機肥中(zhōng)重金屬、抗生(shēng)素、動物(wù)激素及環境激素、病原生(shēng)物(wù)、抗性菌及抗性基因等對土壤、水體(tǐ)、農産品質量安全和人體(tǐ)健康的影響。

現在的有機肥已與傳統意義的有機肥在組成上有着巨大(dà)差别,規模化養殖場畜禽糞中(zhōng)P、K、Cu、Zn、As 等元素和抗生(shēng)素殘留量明顯高于農戶家庭小(xiǎo)規模養殖的畜禽糞,同90 年代相比,規模化養殖畜禽糞中(zhōng)不僅N、P含量顯著提高,有害重金屬含量也大(dà)幅度增加,因此,有機肥進入農田對土壤環境質量和健康質量會産生(shēng)顯著影響,其農用的環境與健康風險不容忽視。

2.1 重金屬


20世紀90年代後期,人們開(kāi)始關注畜禽糞中(zhōng)有害重金屬的問題。糞肥中(zhōng)常含大(dà)量的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As,畜禽糞農用是土壤與環境中(zhōng)重金屬的重要來源之一(yī)。作者于2002 年對江蘇省規模化畜禽養殖場畜禽糞中(zhōng)重金屬開(kāi)展了調查,結果與國外(wài)類似,Cu、Zn是主要污染物(wù),與飼料中(zhōng)的重金屬含量分(fēn)布有較強的相關性,随後針對不同區域和尺度的調查研究工(gōng)作相繼展開(kāi),對我(wǒ)國規模化養殖畜禽糞的重金屬污染狀況有了初步的認識。

有研究表明,英格蘭與威爾士地區農業土壤中(zhōng)Zn、Cu的主要來源之一(yī)是畜禽糞農用,約占到農業土壤Zn、Cu 總輸入量的37%—40%、8%—17%。估計中(zhōng)國畜禽糞便農用輸入農田土壤的Cu、Cd、Zn分(fēn)别占到總輸入量的69%、55%和51%。

因此,畜禽糞的大(dà)量長期施用,會造成土壤重金屬的積累,進而威脅農産品的質量安全。長期施用豬糞明顯地增加了糙米中(zhōng)镉含量,并超過國家衛生(shēng)标準。

2.2 抗生(shēng)素與激素


1999—2000 年美國地質勘探局(USGS)在全美39 個州139 條河流中(zhōng)進行的調查結果顯示,水環境中(zhōng)廣泛存在藥品和個人護理用品污染物(wù)(PPCPs)。48%的樣品中(zhōng)檢出抗生(shēng)素,在檢出的95種有機化合物(wù)中(zhōng)包含了22種抗生(shēng)素,其中(zhōng)大(dà)部分(fēn)爲獸用或人獸共用抗生(shēng)素,如大(dà)環内酯類、四環素類及磺胺類抗生(shēng)素等。自此,抗生(shēng)素在環境中(zhōng)的殘留及其化學行爲日益引起重視。

目前,世界上大(dà)約50%的抗生(shēng)素應用于養殖業,而40%—90%的藥物(wù)又(yòu)通過糞便排洩出來。因不同畜禽種類、不同地區的管理水平差異,畜禽糞便樣品中(zhōng)可檢測到的抗生(shēng)素殘留濃度變化範圍較大(dà)。國内有關研究單位也對畜禽糞中(zhōng)的抗生(shēng)素殘留進行了初步調查,表明部分(fēn)畜禽糞樣品中(zhōng)抗生(shēng)素殘留,尤其是四環素類抗生(shēng)素很可能對生(shēng)态環境中(zhōng)的微生(shēng)物(wù)群落造成一(yī)定影響。

研究表明,某些抗生(shēng)素可在施用糞肥的土壤中(zhōng)長期持留,并對某些作物(wù)生(shēng)長造成影響。張慧敏等人對浙北(běi)地區畜禽糞便和農田土壤中(zhōng)四環素類抗生(shēng)素殘留測定表明,施用畜禽糞肥農田表層土壤土黴素、四環素和金黴素的平均含量分(fēn)别爲未施畜禽糞肥農田的38倍、13 倍和12倍。糞肥中(zhōng)的抗生(shēng)素進入土壤,對抗性菌的發展可能有一(yī)定的影響。

除抗生(shēng)素外(wài),畜禽糞中(zhōng)還含有相當數量的天然動物(wù)雌激素,包括17α-雌二醇、17β-雌二醇、雌激素酮、雌激素三醇、雌馬酚及其代謝中(zhōng)間體(tǐ)。這些物(wù)質在糞便堆放(fàng)過程中(zhōng)不易降解,可随糞肥農用進入農田與水體(tǐ)。

此外(wài),糞肥中(zhōng)還含有一(yī)些被稱爲環境激素(内分(fēn)泌幹擾物(wù)質)的持久性有機污染物(wù),如有機氯農藥、多環芳烴等,對土壤和水體(tǐ)環境也可能帶來一(yī)些環境風險。

2.3 病原生(shēng)物(wù)


全世界約有250多種人畜共患疾病,我(wǒ)國有120多種。畜禽糞便中(zhōng)的病原生(shēng)物(wù)主要包括細菌、病毒、原生(shēng)動物(wù)和蠕蟲等。通過糞便可傳染人的病原微生(shēng)物(wù)超過150 種,主要爲大(dà)腸杆菌、沙門氏菌等腸道細菌及一(yī)些病毒等。當畜禽糞便未經處理或無害化不完全,其所含的病原微生(shēng)物(wù)在土壤中(zhōng)積累可能對水環境、人類健康甚至生(shēng)命造成威脅。

這些病原體(tǐ)可在土壤中(zhōng)生(shēng)存較長時間,其中(zhōng),沙門氏菌被認爲在土壤中(zhōng)的存留時間較長,報道的最長達300天以上。蛔蟲卵在土壤适宜條件下(xià)可存活1年,在40—60cm土壤深處的蟲卵可存活2 年或更長的時間。病原體(tǐ)在土壤中(zhōng)的生(shēng)存時間長短,與土壤及環境因子如土壤質地、pH值、鹽度、有機質、氧化還原電(diàn)位、耕作方式、溫濕度、光照、紫外(wài)線強度及土著微生(shēng)物(wù)等有關。

病原生(shēng)物(wù)随糞肥進入土壤後,還可以進一(yī)步侵入植物(wù)體(tǐ)内,污染作物(wù)可食部分(fēn),威脅食品質量安全。如大(dà)腸杆菌O157: H7可以經灌溉水或土壤進入植物(wù)體(tǐ)内。

2.4 抗性菌及抗性基因


随着抗生(shēng)素的廣泛使用,抗生(shēng)素的耐藥問題漸漸暴露出來,2010年在英國和印度發現超級細菌NDM-1,使細菌耐藥性問題再次成爲全球關注的熱點。由于抗生(shēng)素在養殖業中(zhōng)廣泛和不規範使用,畜禽糞中(zhōng)抗生(shēng)素抗性細菌、抗性基因已經成爲令人關注的新興污染物(wù)。

大(dà)量研究結果表明,沙門氏菌屬的多重耐藥率已從20世紀90 年代的20%—30%增加到了21世紀初的70%,随着時間的推移,其耐藥率仍将大(dà)幅上升,耐藥譜也将不斷增寬。

潘志(zhì)明等人對1962—1998 年間分(fēn)離(lí)保存的325株雞白(bái)痢沙門氏菌進行的研究結果表明,随着時間的推移,菌株對16種抗生(shēng)素的耐藥性呈現不同程度的上升趨勢,菌株多重耐藥性的上升趨勢更加顯著,60年代菌株幾乎沒有多重耐藥性,70年代四耐、五耐菌株居多,80年代則五耐、六耐、七耐菌株占絕大(dà)多數,90年代七耐以上菌株的比率接近90%。

朱力軍對50株動物(wù)源性大(dà)腸杆菌的測定結果也表明,菌株對15 種供試抗生(shēng)素的耐藥性随時間的推移呈現不同程度的上升趨勢,20世紀50年代的大(dà)腸杆菌分(fēn)離(lí)株對15種抗生(shēng)素均敏感,60年代的分(fēn)離(lí)株對鏈黴素、四環素産生(shēng)抗藥,70年代的分(fēn)離(lí)株對氨苄西林、氯黴素、磺胺甲基異唑、四環素、鏈黴素、甲氧苄胺嘧啶6種抗生(shēng)素産生(shēng)耐藥,80—90年代的分(fēn)離(lí)株對阿莫西林/奧格門丁、慶大(dà)黴素、卡那黴素、萘啶酸、頭孢噻吩、氨苄西林、氯黴素、磺胺甲基異唑、四環素、鏈黴素、甲氧苄胺嘧啶11種抗生(shēng)素産生(shēng)抗藥。

Yang等人研究了89株豬源大(dà)腸杆菌對19種抗生(shēng)素的抗藥性,結果八耐菌株爲100%,十一(yī)耐菌株占到86%,還有2%的菌株對所有19種供試抗生(shēng)素完全耐藥。

朱小(xiǎo)玲等人研究了來自醫院和不同養殖場的712株大(dà)腸杆菌分(fēn)離(lí)株對15種抗生(shēng)素的敏感性。結果表明,肉雞場和醫院大(dà)腸杆菌平均抗藥性頻(pín)率較高,分(fēn)别達到81.27%和59.59%,多數表現爲對12、13種抗生(shēng)素的抗性,個别菌株對15 抗生(shēng)素均表現爲抗性;豬場次之,平均抗藥性頻(pín)率爲52.71%,對5到14種抗生(shēng)素均有抗性,比較集中(zhōng)在9—10抗;奶牛場最低,平均抗藥性頻(pín)率爲18.72%,大(dà)部分(fēn)菌株集中(zhōng)在1抗和2抗。

此外(wài),動物(wù)的抗藥性程度和抗藥譜與飼養員(yuán)的相關性顯著,表明抗藥性菌株可以通過環境和食物(wù)鏈在不同宿主之間傳播。Sengeløv 等人測定了從施加豬糞的農田土壤中(zhōng)分(fēn)離(lí)的細菌對四環素、大(dà)環内脂類和鏈黴素的抗性,結果發現土壤細菌的四環素抗性水平可以在短期内因豬糞的施用而上升,而且可以随着豬糞施用量的增加而增加。

Schimitt等人的研究表明,豬糞對土壤中(zhōng)四環素及磺胺類抗性基因的多樣性具有明顯影響,施肥後土壤中(zhōng)抗性基因數量明顯增加,且一(yī)些抗性基因是原來土壤所沒有的,而是豬糞中(zhōng)特有的,證明這部分(fēn)抗性基因是由于施用豬糞而帶入的。養豬場周邊土壤的分(fēn)析結果顯示,抗性基因tet(W)、tet(T)、tet(M)、tet(O)爲豬場土壤中(zhōng)的優勢抗性基因,其中(zhōng)tet(W)的含量高達到2.16×108拷貝/g(幹土),比含量最低的tet(B/P)高出約兩個數量級。

朱永官等人研究表明,施用糞肥的土壤中(zhōng)有63 種抗性基因,豐度顯著高于沒有施用糞肥的土壤;同時,抗性基因的豐度與環境中(zhōng)抗生(shēng)素和砷、銅等重金屬濃度顯著正相關,表明砷、銅等重金屬和抗生(shēng)素的複合污染可以增加環境中(zhōng)抗性基因的豐度。

Ji 等人也得到了類似的結論。這些抗性基因在土壤中(zhōng)可發生(shēng)基因水平擴散,從而将抗性基因從遊離(lí)DNA分(fēn)子轉移到完整的細菌體(tǐ)内,使該細菌獲得抗性。Neilsen 等人研究表明,土壤養分(fēn)不僅可增強細菌的基因轉移能力,還能誘導細菌的轉化能力,因此農田環境可能更有利于細菌耐藥性的擴散。

2.5 土壤N、P積累與淋失


英國洛桑試驗站長期定位試驗的監測結果表明,有機肥的施用會導緻土壤中(zhōng)硝态N 的積累,增加向水體(tǐ)淋失的風險。随後,大(dà)量的研究表明,過量有機肥的施用會直接導緻NO3-N和P在土壤中(zhōng)的積累,并且随着施肥年限的增加而積累加劇,增加向水體(tǐ)的淋失。

莊遠紅等人研究結果表明,增施有機肥提高了淋洗液DOP占DTP 的比例,促進土壤P的淋失,TP、DTP、DOP的累積淋失量随着有機肥的用量比例升高而增大(dà),當超過一(yī)定值後會導緻農田磷的環境風險。

2.6 土壤溫室氣體(tǐ)排放(fàng)


有機肥強烈影響農田土壤的碳氮轉化。由于有機肥、土壤的類型不同,性質各異,而有機肥的施用方式、施用量也不相同,加之研究的環境條件不一(yī)樣,有機肥施用對土壤溫室氣體(tǐ)排放(fàng)的影響研究結果差異較大(dà)。近年來大(dà)量的研究表明,施用有機肥料,尤其是未經腐熟的有機肥料如作物(wù)稭杆、新鮮綠肥、未經腐熟的廄肥,可強烈促進農田CH4和N2O等溫室氣體(tǐ)的排放(fàng)。長期施用廄肥的土壤也可能是N2O的重要排放(fàng)源,充足的碳源同時并存,将大(dà)大(dà)促進土壤中(zhōng)的反硝化過程。

Speir 等人研究報道有機碳加入土壤N2O生(shēng)成量增加的可能原因是提高了反硝化速率。一(yī)些研究結果表明有機肥施用增加了土壤N2O排放(fàng),而有些研究結果顯示,與施用尿素相比有機肥施用可減少土壤N2O排放(fàng)。

鄒建文等人研究結果表明,N2O排放(fàng)與施用的有機肥C/N比有顯著相關性。陳葦等人研究表明,豬糞和沼氣渣的施用分(fēn)别提高稻田CH4 排放(fàng)量22.14%和4.40%。雙季稻田豬糞替代部分(fēn)化學氮肥較全部施用化學氮肥增加了雙季稻田CH4和N2O排放(fàng)。有機肥種類和數量的不同影響了其施用後的CO2和CH4的平均通量,施用有機肥增加了土壤CO2的排放(fàng)。與單施化肥比較,有機肥單施,以及有機肥與化肥配施,可增加土壤CO2和CH4的排放(fàng),但化肥配施稭稈與化肥配施豬糞下(xià)稻田生(shēng)态系統CH4和CO2的排放(fàng)沒有顯著差異。

3 展望與建議


有機肥的合理施用将改善土壤質量,培育地力,增加作物(wù)産量,并改善農産品品質。農業部已提出化肥、農藥零增長的戰略目标,而要滿足我(wǒ)國人口高峰對食物(wù)的需求,不斷增加作物(wù)單産是不二的選擇,因此,有機肥的作用将日益突出。一(yī)些發達國家有機肥氮與化肥氮的施用比例維持在1:1左右,在保育地力的同時,使得作物(wù)生(shēng)産能力穩步提升。在新形勢下(xià),我(wǒ)國有機肥的需求将迅速增大(dà),有機肥的施用也将步入新的高潮。但現在的有機肥含有重金屬、抗生(shēng)素、激素、病原菌、抗性菌等污染物(wù),其農用的環境風險需要高度重視。分(fēn)析國内外(wài)的研究熱點,今後有機肥的研究重點将集中(zhōng)在基礎研究、無害化技術與安全施用等方面。

3.1 基礎研究


雖然有機肥對土壤質量的正向、負向作用方面已進行了大(dà)量研究,但相比于化肥,有機肥方面的基礎研究尚嫌薄弱。

(1)盡快組織新一(yī)輪全國性的有機肥資(zī)源普查,并建立質量監測網。上一(yī)次全國性調查是20世紀90年代初,20多年來,有機肥的資(zī)源狀況及組分(fēn)發生(shēng)了巨大(dà)的變化,應調查分(fēn)析各類有機肥的資(zī)源量,重點分(fēn)析各類有機肥的物(wù)質組分(fēn)變化,尤其是各種污染物(wù)的含量狀況,爲有機肥的資(zī)源化利用提供家底數據。在此基礎上,建立全國性主要有機肥質量監測網。

(2)開(kāi)展有機肥肥效及環境效應長期定位聯網研究。目前,中(zhōng)科院、中(zhōng)國農科院系統已建立長期定位試驗網,針對我(wǒ)國主要類型土壤與作物(wù),進行了包括有機肥在内的不同施肥處理的長期定位試驗研究。在此基礎上,應補充設計新的試驗方案,進一(yī)步開(kāi)展針對區域性主要有機肥對土壤質量影響的長期定位試驗,不僅研究有機肥肥效,而且要研究主要污染物(wù)在土壤中(zhōng)的長期積累效應及對環境質量、農産品質量安全的影響。

(3)開(kāi)展有機肥主要物(wù)質在土壤中(zhōng)的轉化過程及生(shēng)态環境效應研究。除有機肥中(zhōng)C、N的土壤轉化過程與環境效應外(wài),要重點研究有機肥對土壤生(shēng)态系統中(zhōng)土壤生(shēng)物(wù)、食物(wù)網的影響及其提高化肥利用率的機理,研究有機肥施用下(xià)土壤中(zhōng)抗性菌及抗性基因的分(fēn)布與擴散規律,研究複合污染下(xià)有機肥特征污染物(wù)(抗生(shēng)素、激素、重金屬、病原生(shēng)物(wù))的環境行爲與歸趨。

3.2 無害化及安全施用技術


目前,有機肥的盲目施用,不僅可造成土壤質量退化,而且對水體(tǐ)環境、農産品質量安全産生(shēng)威脅。因此,應進一(yī)步加強有機肥無害化與安全施用規範方面的研究。

(1)加強有機肥無害化技術研究。現在的有機肥含有數量衆多的有毒有害物(wù)質,而目前的有機肥農家積造、商(shāng)品有機肥的工(gōng)廠化生(shēng)産工(gōng)藝仍然處于相對簡單、落後水平,均難以實現完全的無害化,即使商(shāng)品有機肥,仍可能含有一(yī)定量的病原生(shēng)物(wù)、重金屬、抗生(shēng)素、抗性菌等污染物(wù),其長期或過量施入将帶來一(yī)定的環境風險。應針對不同的有機肥及其污染物(wù)特性,研究相應的有毒有害物(wù)質消減技術。

(2)加強有機肥标準化質量管理體(tǐ)系研究。目前我(wǒ)國有機肥僅有農業部的部頒質量标準,且全國僅單級标準。由于商(shāng)品有機肥原料的來源廣泛,所含養分(fēn)和其他物(wù)質(如污染物(wù)質)千差萬别,因此,通過堆肥而生(shēng)産的有機肥質量差異甚大(dà),難以像化肥那樣有相對穩定的物(wù)質組成。這給商(shāng)品有機肥的生(shēng)産和使用以及市場的健康發展帶來諸多不便,尤其是随着現代社會管理标準化趨勢的發展,其矛盾更加突出。歐美等發達國家均建立了不同類别及用途有機肥的質量标準。如歐盟将商(shāng)品有機肥分(fēn)爲2級。在有機肥分(fēn)級質量标準體(tǐ)系的基礎上,歐美國家還制訂了成套的生(shēng)産、包裝、質量認證、标識等管理體(tǐ)系和質量控制體(tǐ)系。因此,進一(yī)步加強我(wǒ)國有機肥标準化質量管理體(tǐ)系研究迫在眉睫。

(3)加強有機肥安全施用技術研究。一(yī)些發達國家針對不同的土壤、不同的作物(wù)、不同的生(shēng)态控制區,研究制訂了相應的有機肥施用技術規範,如有機肥的施用量、施用時期、施用方式等,确保有機肥的安全施用。而我(wǒ)國有機肥的施用多憑經驗,盲目施用比較普遍。應進一(yī)步系統開(kāi)展不同有機肥在不同土壤、不同作物(wù)上的安全施用研究,盡快形成有關的技術規範,指導農民的合理用肥。

具體(tǐ)參考文獻略。

文/ 董元華(中(zhōng)國科學院南(nán)京土壤研究所研究員(yuán))
來源:中(zhōng)國科學院院刊(2015年第30卷增刊)


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