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蒋高明 郭立月
耕地土壤是由固体、空气和水分所组成的,固体部分主要来自其发育的岩石母体的原生和次生矿物颗粒,以及来自生物(动植物和微生物)活体和残体留下的有机质。土壤有机质就是为作物生长发育提供养分的仓库。有机质在土壤中的数量一定要保持一个相对稳定数。我国的土壤有机质含量一般旱地为 0.5%~4.0%,水田为 1.5%~5.0%。因为有机质的分解和转化是在不断进行的。土壤有机质在消长过程中,土壤肥力也相应地不断改变。
在理想的土壤中,固体占 50%,空气和水分各占 25%。固体中矿物部分占 45%,在余下 5%的有机质中,各种活动的生物有机质占 10%,根系有机质占 10%,已经转化为稳定的高分子的“死的”有机质占 80%左右(陈能场,2015a)。
耕地有机质本身就是养分的储藏库,同时深刻地影响着土壤的物理、化学和生物学性质。假设某一土壤表土有机质含量为 4%,有机质氮含量为 5%,一季作物中有机质分解率为 2%,则土壤有机质供应的氮可达 80 千克/公顷,此供应量几乎可满足大部分作物的需求量。据估算,1%的土壤有机质相当于含有 18 千克养分/亩。土壤有机质还深刻影响着水分的存储。1 英亩大(1 英亩=4 046.86 平方米)、1 英寸厚(1 英寸=2.54 厘米)、含 2%有机质的土壤储水量可达 12.1 万升,含量5%和 8%的土壤分别可储水 30.3 万和 48.4 万升。研究表明,土壤有机质从 1%升到 3%,土壤的保水能力增加 6 倍(陈能场,2015a)。
土壤有机质是土壤中各种大大小小生物的碳源和能源。丰富的有机质使土壤中自然形成庞大的食物网,构建健康的生态系统,这个庞大的生态系统是土壤活力的来源,从养分转化直到病虫害控制,该生态系统都起着极为重要的作用。在理想的土壤生态系统中,每平方米的土壤含脊椎动物 1 只、蜗牛和蛞蝓 100 只、蚯蚓数百至上千条,线虫 500 万只、原生动物 100 亿只、细菌和放线菌 10 万亿个。这些动物和微生物组成一个食物网金字塔,这些生物一年中生物量总和达 400~470 千克/亩(陈能场,2015b;刘亚柏 等,2017)。
对照上述指标不难判断出,我国耕地质量是严重下降的,其中最重要的变化在于以高产为目的的现代农业耕作体系下,土壤状况已经和理想土壤越来越远,曾经是“鱼米之乡”的南方红壤耕地数平方米种不出几斤蔬菜。人类大量合成化学肥料,提供给作物的是速效的无机物,但没有考虑到土壤中动物和微生物群落的需求。土壤微生物和动物群落失衡,造成大量病害和虫害出现。杂草本来是可以提供土壤有机质的,但除草剂杀死了杂草,并杀死了土壤中的其他有益生物,使天敌益虫、两栖爬行类和鸟类减少,只有依靠农药,消除病虫害。大量使用抗生素、农药,虽然暂时控制了作物病虫害,然而食物链被抗生素、农药污染,会引发大量人类疾病。
提高耕地有机质的方法有很多,有人提出了以下几个主要农业技术措施:
①增加生物总产量。在增产的前提下增加土壤有机质,由于地上部分产量增加了,地下的根系也随着增加,同时地下生物也相应兴旺发达,致使动植物残体增多。
②秸秆多还田(马力 等,2011;赵伟 等,2012)。秸秆还田直接为土壤增加了有机物。要改变在田间焚烧秸秆的习惯,因为焚烧秸秆既浪费有机物,又使有机物变成二氧化碳释放到空气中污染环境。
③增施有机肥(邱学礼 等,2011;姚姗姗等,2015;Guo et al.,2016;Erdem and Mehmet,2017;徐基胜 等,2017)。合理施肥,实行有机物和无机肥料的配合,不断增加有机物在土壤中的数量。
④减少土壤有机质消耗。采取少耕、免耕、覆盖等措施(刘亚柏 等,2017),其目的就是减少和控制土壤氧气的供应,削弱微生物分解活动。覆盖还可以减少土壤水土流失。
然而,上述办法还存在一些现实困难:增加生物量就需要加大化肥投入;秸秆还田如果影响下茬作物种植,农民多不愿意采用;增加有机肥如果不能带来经济效益,推广起来困难;免耕办法在理论上成熟,但在实践中推广面积不大。耕地不是森林土壤,完全靠自然过程实现有机质增加比较缓慢,需要人工补充。耕地上有作物,免耕容易发生土壤板结,作物根系无法生长影响产量。最好的办法是发展高效生态农业,只要收入高,农民就愿意增加耕地地力,就愿意多投入劳动。在山东弘毅生态农场,经过 8 年调整,有机质从 0.7%已达到 2.4%(Liu et al.,2016)。
耕地有机质下降严重影响作物产量,并不能生产优质的食物。当前,农产品价格低迷造成从事农业的一线农民增产不增收,国家补贴农药、化肥、农膜、除草剂后,农资更便宜,很方便地替代了劳动力。大量优质劳动力进城打工,农村一线农业生产的人员由老人和妇女组成,他们没有能力也没有心思为城里人生产安全放心的食品,毕竟为提高有机质,使用有机肥增加了农业生产劳动强度。解决这个矛盾的办法是,科学宣传生态农业,让城市市民觉醒,购买安全放心的生态食品,优质优价,尊重农民的劳动,使耕者有其利。只有这样,才能从源头少制造病人,变互害模式为互利模式,促进城乡真正和谐起来。
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