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有机肥与耕地土壤质量
发布日期:2020-11-13
有机肥与犁地土壤质量

有机肥俗称农家肥,是指含有有机物质,既能供给农作物多种无机营养和有机营养,又能培肥改进土壤的一类肥料,其间大部分为农家因地制宜,自行积造的。有机肥料来历广泛,品种繁复,首要包含人畜粪尿、禽粪、堆肥、沤肥、厩肥、饼肥、草木灰、草炭、秸秆、绿肥、河塘泥和土杂肥等。

现在,世界上有机肥积造与运用最早的前史遗址能够追溯到6000年前的苏美尔文明。我国早在秦汉之前,也有用有机肥养地的实践,历代有关农书具体记叙了有机肥的品种、效果、积造与施用办法。到了清代,我国有机肥有10大类100多种。1990年农业部打开全国有机肥料查询研讨,分为10大类433个品种。

我国自古代直至20世纪70年代,农业出产上所用的肥料首要靠有机肥料,根本坚持了水稻和小麦单位面积产值的安稳,并有缓慢的添加。20世纪中期,因为化肥的推广运用,有机肥的位置日益下降。我国1949年有机肥施用占肥料施用总量的份额为99.9%,1957年为91.0%,1965年为80.7%,1975年为66.4%,1980年降为47.1%,1985年为43.7%,1990年为36.7%,2000年为31.4%,2003年为25%。

因为化肥的许多运用,农业出产发作了巨大的改动,在带来巨大经济效益和满意人口急剧添加需求的一同,其负面影响也日臻露出,如土壤地力下降、环境质量恶化、食质量量安全事故时有发作等。因而,人们对有机肥又逐步注重起来。

可是有机肥的不合理运用也会在土壤质量、环境质量以及食品安全方面构成负面影响,如不引起满意注重,其副效果乃至超越化肥。土壤质量是指土壤坚持作物出产才能、坚持环境质量及促进动植物健康的才能。因而,有机肥的运用将从正反两个方面激烈影响土壤质量。

在现代农业出产中,有机肥料的施用不只直接联系到土壤质量、农作物的产值和质量、水体和大气环境质量,并且它仍是种植业与饲养业之间的重要枢纽,对促进农田生态体系和生物圈中的物质循环与能量转化也有重要效果。有机肥品种冗杂,性质各异,为了充分发挥有机肥的正向效果而尽量削减其负面影响,咱们有必要对各种有机肥的特性、在土壤中的转化进程及其对土壤、环境质量和农作物的影响有较明晰的了解,然后制定科学的施用规范。

1有机肥对土壤肥力质量的影响

1.1进步土壤肥力

2000多年来,有机肥对保护地力起了巨大效果。20世纪初,美国中西部农田土壤发作显着退化,为寻觅对策,1909年美国闻名土壤学家King对我国、朝鲜、日本的农业进行了查询,并于1911年出书了《四千年的农人:我国、朝鲜和日本的长久农业》一书,总结了有机肥在坚持土壤质量和农田出产力方面的重要效果。

世界上最早打开有机肥科学实验研讨的是英国人鲁茨。早在1837年他便选用盆栽实验研讨了有机肥对土壤和作物产值的影响,随后又打开了田间实验的探究。其研讨成果直接催生了他1842年运用骨粉和硫酸出产磷肥,并与吉尔贝特一同于1843年树立了闻名的英国洛桑实验站。该站迄今已170多年,长时刻定位研讨有机肥与化肥接连施用对土壤和作物产值的影响。1852年开端的Hoosfield长时刻定位实验成果标明,接连每年施用35t/hm2的厩肥,土壤氮含量添加1倍以上。

许多长时刻实验成果标明,有机肥施用可添加土壤有机质,从而显着添加土壤的矿化氮,作物产值添加显着。但许多长时刻实验成果也标明,有机肥和化肥对作物均有极好的增产效果和继续的增产效果,二者间产值无显着差异,而化肥和厩肥合作无论是近期或许长时刻都可取得较高的产值和经济效益。

我国科学家对各种有机肥料及肥效打开了许多研讨。早在20世纪30 40年代,陈尚谨等人便在华北打开了有机肥的查询与实验;陈恩凤、彭家元等在四川打开了有机肥上肥技能研讨;黄瑞采、裴保义等用复因子规划,对人粪尿、堆肥和绿肥进行了长达9年的稻田上肥实验。20世纪50年代以来,我国有关单位与科学家对各种有机肥在不同土壤与作物上打开了许多研讨,尤其是80代树立了全国性的肥料长时刻定位实验网,包含中科院的CERN、我国农科院的全国肥料实验网等。

如我国农科院土壤肥料所从1980年开端,在全国135个定位实验点进步行了5年以上的有机肥肥效实验研讨,成果标明,有机肥增产效果有逐年添加的趋势,且有显着的残效。我国100多个5年以上的定位实验研讨标明,施用有机肥与不施有机肥比较,均匀增产率为12.8%。

国内外许多研讨成果标明,合理施用有机肥料不只能够添加土壤有机碳含量,改进土壤物理结构,添加土壤CEC、保水才能、渗透性,进步土壤N、P、K、Ca、Mg、S及其他微量元素含量,促进土壤微生物活动,改进土壤微生物群落结构,进步土壤肥力,改进农产质量量。

有机肥和无机肥料合作施用效果更佳,还能够进步化学肥料的运用率。吨粮田能够接连17年坚持营养平衡,其关键在于有机肥和化肥合作施用,并在化肥中再进行N、P、K恰当配比。

1985 1990年,经粮、油、果、菜、烟、茶等20多种作物30多项有关质量目标的剖析研讨标明,有机肥与化肥营养平衡合作施用均不同程度进步了一切供试作物的产质量量。

1.2按捺作物病害

有机肥施用可按捺作物病害。20世纪70年代,国外便开端研讨有机肥与植物病害的联系,随后开宣布各种按捺土传病害的生物有机肥。从20世纪90年代开端,我国一些科研单位和企业相继研发和出产一类被统称为 生物有机肥 的产品并投放商场。2008年全国共有产品有机肥企业3021家,其间生物有机肥企业270家,占总数的8.94%,生物有机肥产值345万吨,占生物有机肥企业出产才能的83.6%。

具有抗病特性的生物有机肥的效果机理或许包含物理、化学、生物的效果。一方面有机肥可改进土壤物理结构,并平衡供给作物所需营养以及一些生物活性物质,植物成长强健而抗病才能增强,一同有机肥含有拮抗菌或促生菌,改动根际微生物区系,从而按捺病原菌的迸发。因有机肥、土壤、病害类型复杂多变,迄今生物有机肥的效果机理没有彻底清楚,其在出产中的运用效果也不安稳,难以有效地、定向地施用生物有机肥而到达预期的防病效果。

1.3引起土壤质量退化

传统的观念以为有机肥对土壤质量均是正向效果,有机肥可减缓土壤板结、阻挠土壤次生盐渍化,但有机肥的不合理施用也会构成土壤质量退化。《陈旉农书 粪田之宜篇》第一次记载了我国古代农人 用粪犹用药 的上肥理念,提出有机肥须合理施用。

规模化饲养场的畜禽粪,尤其是鸡粪含有较高的盐分和Na离子,假如过量施用,则会有土壤次生盐渍化的危险,使土壤板结。依据Moral等人的研讨成果,当畜禽粪施用量到达7 10t/,农田土壤的Na 和Cl-负荷可达415kg/hm2,可致西班牙东南部半干旱区域土壤发作显着的次生盐渍化危险。王辉等人的研讨标明,在现在的有机肥施用情况下,畜禽粪便农用对露天土壤没有显着的土壤次生盐渍化危险,而关于温室大棚土壤而言,在高上肥量下次生盐渍化危险较大,可严重影响农作物的成长。

而现在蔬菜等经济作物上有机肥施用量遍及较高,例如山东寿光等地大棚蔬菜地土壤有机肥年施用量最高达240t/hm2鲜粪,有机肥带来的土壤次生盐渍化危险不容忽视。

2有机肥对土壤环境和健康质量的影响

自20世纪90年代以来,因系列环境问题的日益凸显,国内外研讨的注要点逐步搬运到许多施用有机肥对温室气体排放的影响,有机肥中氮、磷在土壤中的堆集、搬迁、淋溶危险及其对水体富营养化的奉献,有机肥中重金属、抗生素、动物激素及环境激素、病原生物、抗性菌及抗性基因等对土壤、水体、农产质量量安全和人体健康的影响。

现在的有机肥已与传统含义的有机肥在组成上有着巨大不同,规模化饲养场畜禽粪中P、K、Cu、Zn、As等元素和抗生素残留量显着高于农户家庭小规模饲养的畜禽粪,同90年代比较,规模化饲养畜禽粪中不只N、P含量显着进步,有害重金属含量也大幅度添加,因而,有机肥进入农田对土壤环境质量和健康质量会发作显着影响,其农用的环境与健康危险不容忽视。

2.1重金属

20世纪90年代后期,人们开端注重畜禽粪中有害重金属的问题。粪肥中常含许多的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As,畜禽粪农用是土壤与环境中重金属的重要来历之一。作者于2002年对江苏省规模化畜禽饲养场畜禽粪中重金属打开了查询,成果与国外相似,Cu、Zn是首要污染物,与饲猜中的重金属含量散布有较强的相关性,随后针对不同区域和规范的查询研讨工作相继打开,对我国规模化饲养畜禽粪的重金属污染情况有了开始的知道。

有研讨标明,英格兰与威尔士区域农业土壤中Zn、Cu的首要来历之一是畜禽粪农用,约占到农业土壤Zn、Cu总输入量的37% 40%、8% 17%。估量我国畜禽粪便农用输入农田土壤的Cu、Cd、Zn别离占到总输入量的69%、55%和51%。

因而,畜禽粪的许多长时刻施用,会构成土壤重金属的堆集,从而要挟农产品的质量安全。长时刻施用猪粪显着地添加了糙米中镉含量,并超越国家卫生规范。

2.2抗生素与激素

1999 2000年美国地质勘探局在全美39个州139条河流中进行的查询成果显现,水环境中广泛存在药品和个人护理用品污染物。48%的样品中检出抗生素,在检出的95种有机化合物中包含了22种抗生素,其间大部分为兽用或人兽共用抗生素,如大环内酯类、四环素类及磺胺类抗生素等。自此,抗生素在环境中的残留及其化学行为日益引起注重。

现在,世界上大约50%的抗生素运用于饲养业,而40% 90%的药物又经过粪便分泌出来。因不同畜禽品种、不同区域的办理水平差异,畜禽粪便样品中可检测到的抗生素残留浓度改动规模较大。国内有关研讨单位也对畜禽粪中的抗生素残留进行了开始查询,标明部分畜禽粪样品中抗生素残留,尤其是四环素类抗生素很或许对生态环境中的微生物群落构成必定影响。

研讨标明,某些抗生素可在施用粪肥的土壤中长时刻持留,并对某些作物成长构成影响。张慧敏等人对浙北区域畜禽粪便和农田土壤中四环素类抗生素残留测定标明,施用畜禽粪肥农田表层土壤土霉素、四环素和金霉素的均匀含量别离为未施畜禽粪肥农田的38倍、13倍和12倍。粪肥中的抗生素进入土壤,对抗性菌的展开或许有必定的影响。

除抗生素外,畜禽粪中还含有适当数量的天然动物雌激素,包含17 -雌二醇、17 -雌二醇、雌激素酮、雌激素三醇、雌马酚及其代谢中间体。这些物质在粪便堆积进程中不易降解,可随粪肥农用进入农田与水体。

此外,粪肥中还含有一些被称为环境激素的持久性有机污染物,如有机氯农药、多环芳烃等,对土壤和水体环境也或许带来一些环境危险。

2.3病原生物

全世界约有250多种人畜共患疾病,我国有120多种。畜禽粪便中的病原生物首要包含细菌、病毒、原生动物和蠕虫等。经过粪便可感染人的病原微生物超越150种,首要为大肠杆菌、沙门氏菌等肠道细菌及一些病毒等。当畜禽粪便未经处理或无害化不彻底,其所含的病原微生物在土壤中堆集或许对水环境、人类健康乃至生命构成要挟。

这些病原体可在土壤中生计较长时刻,其间,沙门氏菌被以为在土壤中的存留时刻较长,报导的最长达300天以上。蛔虫卵在土壤适合条件下可存活1年,在40 60cm土壤深处的虫卵可存活2年或更长的时刻。病原体在土壤中的生计时刻长短,与土壤及环境因子如土壤质地、pH值、盐度、有机质、氧化复原电位、耕耘方法、温湿度、光照、紫外线强度及土著微生物等有关。

病原生物随粪肥进入土壤后,还能够进一步侵入植物体内,污染作物可食部分,要挟食质量量安全。如大肠杆菌O157:H7能够经灌溉水或土壤进入植物体内。

2.4抗性菌及抗性基因

跟着抗生素的广泛运用,抗生素的耐药问题逐渐露出出来,2010年在英国和印度发现超级细菌NDM-1,使细菌耐药性问题再次成为全球注重的热门。因为抗生素在饲养业中广泛和不规范运用,畜禽粪中抗生素抗性细菌、抗性基因已经成为令人注重的新式污染物。

许多研讨成果标明,沙门氏菌属的多重耐药率已从20世纪90年代的20% 30%添加到了21世纪初的70%,跟着时刻的推移,其耐药率仍将大幅上升,耐药谱也将不断增宽。

潘志明等人对1962 1998年间别离保存的325株鸡白痢沙门氏菌进行的研讨成果标明,跟着时刻的推移,菌株对16种抗生素的耐药性出现不同程度的上升趋势,菌株多重耐药性的上升趋势愈加显着,60年代菌株几乎没有多重耐药性,70年代四耐、五耐菌株居多,80年代则五耐、六耐、七耐菌株占绝大大都,90年代七耐以上菌株的比率挨近90%。

朱力军对50株动物源性大肠杆菌的测定成果也标明,菌株对15种供试抗生素的耐药性随时刻的推移出现不同程度的上升趋势,20世纪50年代的大肠杆菌别离株对15种抗生素均灵敏,60年代的别离株对链霉素、四环素发作抗药,70年代的别离株对氨苄西林、氯霉素、磺胺甲基异唑、四环素、链霉素、甲氧苄胺嘧啶6种抗生素发作耐药,80 90年代的别离株对阿莫西林/奥格门丁、庆大霉素、卡那霉素、萘啶酸、头孢噻吩、氨苄西林、氯霉素、磺胺甲基异唑、四环素、链霉素、甲氧苄胺嘧啶11种抗生素发作抗药。

Yang等人研讨了89株猪源大肠杆菌对19种抗生素的抗药性,成果八耐菌株为100%,十一耐菌株占到86%,还有2%的菌株对一切19种供试抗生素彻底耐药。

朱小玲等人研讨了来自医院和不同饲养场的712株大肠杆菌别离株对15种抗生素的灵敏性。成果标明,肉鸡场和医院大肠杆菌均匀抗药性频率较高,别离到达81.27%和59.59%,大都表现为对12、13种抗生素的抗性,单个菌株对15抗生素均表现为抗性;猪场次之,均匀抗药性频率为52.71%,对5到14种抗生素均有抗性,比较会集在9 10抗;奶牛场最低,均匀抗药性频率为18.72%,大部分菌株会集在1抗和2抗。

此外,动物的抗药性程度和抗药谱与饲养员的相关性显着,标明抗药性菌株能够经过环境和食物链在不同宿主之间传达。Sengel v等人测定了从施加猪粪的农田土壤中别离的细菌对四环素、大环内脂类和链霉素的抗性,成果发现土壤细菌的四环素抗性水平能够在短期内因猪粪的施用而上升,并且能够跟着猪粪施用量的添加而添加。

Schimitt等人的研讨标明,猪粪对土壤中四环素及磺胺类抗性基因的多样性具有显着影响,上肥后土壤中抗性基因数量显着添加,且一些抗性基因是本来土壤所没有的,而是猪粪中特有的,证明这部分抗性基因是因为施用猪粪而带入的。养猪场周边土壤的剖析成果显现,抗性基因tet、tet、tet、tet为猪场土壤中的优势抗性基因,其间tet的含量高到达2.16 108复制/g,比含量最低的tet高出约两个数量级。

朱永官等人研讨标明,施用粪肥的土壤中有63种抗性基因,丰度显着高于没有施用粪肥的土壤;一同,抗性基因的丰度与环境中抗生素和砷、铜等重金属浓度显着正相关,标明砷、铜等重金属和抗生素的复合污染能够添加环境中抗性基因的丰度。

Ji等人也得到了相似的定论。这些抗性基因在土壤中可发作基因水平分散,然后将抗性基因从游离DNA分子搬运到完好的细菌体内,使该细菌取得抗性。Neilsen等人研讨标明,土壤营养不只可增强细菌的基因搬运才能,还能诱导细菌的转化才能,因而农田环境或许更有利于细菌耐药性的分散。

2.5土壤N、P堆集与淋失

英国洛桑实验站长时刻定位实验的监测成果标明,有机肥的施用会导致土壤中硝态N的堆集,添加向水体淋失的危险。随后,许多的研讨标明,过量有机肥的施用会直接导致NO3-N和P在土壤中的堆集,并且跟着上肥年限的添加而堆集加重,添加向水体的淋失。

庄远红等人研讨成果标明,增施有机肥进步了淋洗液DOP占DTP的份额,促进土壤P的淋失,TP、DTP、DOP的累积淋失量跟着有机肥的用量份额升高而增大,当超越必定值后会导致农田磷的环境危险。

2.6土壤温室气体排放

有机肥激烈影响农田土壤的碳氮转化。因为有机肥、土壤的类型不同,性质各异,而有机肥的施用方法、施用量也不相同,加之研讨的环境条件不一样,有机肥施用对土壤温室气体排放的影响研讨成果差异较大。近年来许多的研讨标明,施用有机肥料,尤其是未经腐熟的有机肥料如作物秸杆、新鲜绿肥、未经腐熟的厩肥,可激烈促进农田CH4和N2O等温室气体的排放。长时刻施用厩肥的土壤也或许是N2O的重要排放源,足够的碳源一同并存,将大大促进土壤中的反硝化进程。

Speir等人研讨报导有机碳参加土壤N2O生成量添加的或许原因是进步了反硝化速率。一些研讨成果标明有机肥施用添加了土壤N2O排放,而有些研讨成果显现,与施用尿素比较有机肥施用可削减土壤N2O排放。

邹建文等人研讨成果标明,N2O排放与施用的有机肥C/N比有显着相关性。陈苇等人研讨标明,猪粪和沼气渣的施用别离进步稻田CH4排放量22.14%和4.40%。双季稻田猪粪代替部分化学氮肥较悉数施用化学氮肥添加了双季稻田CH4和N2O排放。有机肥品种和数量的不同影响了其施用后的CO2和CH4的均匀通量,施用有机肥添加了土壤CO2的排放。与单施化肥比较,有机肥单施,以及有机肥与化肥配施,可添加土壤CO2和CH4的排放,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态体系CH4和CO2的排放没有显着差异。

3展望与主张

有机肥的合理施用将改进土壤质量,培养地力,添加作物产值,并改进农产质量量。农业部已提出化肥、农药零添加的战略目标,而要满意我国人口顶峰对食物的需求,不断添加作物单产是不贰的挑选,因而,有机肥的效果将日益杰出。一些发达国家有机肥氮与化肥氮的施用份额坚持在1:1左右,在保育地力的一同,使得作物出产才能稳步进步。在新形势下,我国有机肥的需求将敏捷增大,有机肥的施用也将步入新的高潮。但现在的有机肥含有重金属、抗生素、激素、病原菌、抗性菌等污染物,其农用的环境危险需求高度注重。剖析国内外的研讨热门,往后有机肥的研讨要点将会集在基础研讨、无害化技能与安全施用等方面。

3.1基础研讨

尽管有机肥对土壤质量的正向、负向效果方面已进行了许多研讨,但比较于化肥,有机肥方面的基础研讨尚嫌单薄。

赶快安排新一轮全国性的有机肥资源普查,并树立质量监测网。上一次全国性查询是20世纪90年代初,20多年来,有机肥的资源情况及组分发作了巨大的改动,应查询剖析各类有机肥的资源量,要点剖析各类有机肥的物质组分改动,尤其是各种污染物的含量情况,为有机肥的资源化运用供给家底数据。在此基础上,树立全国性首要有机肥质量监测网。

打开有机肥肥效及环境效应长时刻定位联网研讨。现在,中科院、我国农科院体系已树立长时刻定位实验网,针对我国首要类型土壤与作物,进行了包含有机肥在内的不同上肥处理的长时刻定位实验研讨。在此基础上,应弥补规划新的实验计划,进一步打开针对区域性首要有机肥对土壤质量影响的长时刻定位实验,不只研讨有机肥肥效,并且要研讨首要污染物在土壤中的长时刻堆集效应及对环境质量、农产质量量安全的影响。

打开有机肥首要物质在土壤中的转化进程及生态环境效应研讨。除有机肥中C、N的土壤转化进程与环境效应外,要要点研讨有机肥对土壤生态体系中土壤生物、食物网的影响及其进步化肥运用率的机理,研讨有机肥施用下土壤中抗性菌及抗性基因的散布与分散规则,研讨复合污染下有机肥特征污染物的环境行为与归趋。

3.2无害化及安全施用技能

现在,有机肥的盲目施用,不只可构成土壤质量退化,并且对水体环境、农产质量量安全发作要挟。因而,应进一步加强有机肥无害化与安全施用规范方面的研讨。

加强有机肥无害化技能研讨。现在的有机肥含有数量很多的有毒有害物质,而现在的有机肥农家积造、产品有机肥的工厂化出产工艺依然处于相对简略、落后水平,均难以实现彻底的无害化,即便产品有机肥,仍或许含有必定量的病原生物、重金属、抗生素、抗性菌等污染物,其长时刻或过量施入将带来必定的环境危险。应针对不同的有机肥及其污染物特性,研讨相应的有毒有害物质消减技能。

加强有机肥规范化质量办理体系研讨。现在我国有机肥仅有农业部的部颁质量规范,且全国仅单级规范。因为产品有机肥质料的来历广泛,所含营养和其他物质千差万别,因而,经过堆肥而出产的有机肥质量差异甚大,难以像化肥那样有相对安稳的物质组成。这给产品有机肥的出产和运用以及商场的健康展开带来诸多不便,尤其是跟着现代社会办理规范化趋势的展开,其对立愈加杰出。欧美等发达国家均树立了不同类别及用处有机肥的质量规范。如欧盟将产品有机肥分为2级。在有机肥分级质量规范体系的基础上,欧美国家还制定了成套的出产、包装、质量认证、标识等办理体系和质量操控体系。因而,进一步加强我国有机肥规范化质量办理体系研讨火烧眉毛。

加强有机肥安全施用技能研讨。一些发达国家针对不同的土壤、不同的作物、不同的生态操控区,研讨制定了相应的有机肥施用技能规范,如有机肥的施用量、施用时期、施用方法等,保证有机肥的安全施用。而我国有机肥的施用多凭经历,盲目施用比较遍及。应进一步体系打开不同有机肥在不同土壤、不同作物上的安全施用研讨,赶快构成有关的技能规范,辅导农人的合理用肥。

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