农田土壤有机碳管理与有机质平衡算法

现代土壤肥料研究推动全球不同国家和地区建立了主要作物对氮、磷、钾等矿质养分需求量的推荐指标,这些量化指标成为科学施肥的基础,促进了农业实现增产、增收、增效和环境安全。土壤培肥是发展农业的基础。有机肥、绿肥、秸秆还田是培肥土壤的主要措施,尽管已有研究证实,过量施用有机肥料不仅造成人力、物力浪费,还会产生农田养分流失和环境污染。迄今为止,在国际范围,对农田培肥尚无量化推荐指标。近年由德国科学家建立并尝试采用的农田有机质平衡算法及推荐指标将可能打破这一僵局。本文择要介绍这一方法原理、应用范围和示例,以期为我国提供可资借鉴的经验。有机质平衡算法的科学基础是通过多点长期定位试验,获得作物和有机肥料的土壤有机质碳当量值,前者用以度量不同作物在其典型种植方式下,引起土壤有机质碳量变化的趋势,后者用于表征不同有机肥料施入土壤后产生的有机质量。通过有机质碳当量值,可以对作物在典型种植方式下引起土壤有机质的亏缺量或盈余量、秸秆还田或施用有机肥引起土壤有机质的增加量统一在一个量纲基准上进行分析和计算。该方法作为官方推荐方法,自2004年始在德国多个州和奥地利推广采用,既适用于综合农业,也适用于有机农业。在不允许使用矿质氮肥的有机农业上,该法兼作农田氮素养分管理方法。多点大田校验试验显示,采用此方法,农田土壤有机质供应水平从"低"提高至"平衡"等级时,产量增加幅度可达到50%—150%。有机质平衡算法作为专为农民研制的分区、分类、量化技术指标,延续德国为农民定制的其他技术指标风格,采用了五等级评价指标体系架构。五等级的各分级名、分级释义充分汇总各地长期试验和大量农户调查与验证结果,形成了全国统一的等级释义,保证了指标体系架构的稳定性,既便于各地农民记忆和长期推广,也便于与国家绿色农业补贴政策关联,是有机质平衡算法的前台指标。而与5个分级对应的农田有机质碳当量值范围、作物与肥料有机质碳当量作为支持前台指标的专业指标,允许各地农业科研机构根据本地条件,在保证前台指标释义不变前提下进行相应调整,从而保证了整个指标体系的可扩展性、科学性和实用性,促进了其在各地的广泛推广,切实提高了农民科学施肥与耕地保育技术水平,推动了农田精准化、标准化管理和农业面源污染管控效率,这一做法也值得我国借鉴。在中国应用这一方法的关键是研制适合各主要农区作物和有机肥料的有机质碳当量值。鉴于目前我国长期定位试验数量有限,可借鉴德国相关研究基础,采用长期与中、短期定位试验结合,大田定位试验与模拟试验、校验试验及农田定位调查相结合方式,边试验、边研制、边校验改进、边推广,逐步完善。     

无公害生产中有机肥的无害化处理

有机肥的无害化处理,主要包括堆肥、沤肥、厩肥技术和工厂化生产。国内外农业生产持续、稳步发展的经验及土壤定位监测试验结果表明：只有将化肥与有机肥合理配合施用,才能有效地抑制土壤有机质的过度消耗,保持土壤碳、氮代谢的平衡,才能为作物生长提供良好的生态环境,从而获得作物稳产高产。近几年来,由于党和政府对有机肥料的高度重视,有机肥资源量、积制方法和肥料质量都得以提高和发展。根据我省实际,下面重点介绍一下无公害生产中堆肥的无害化处理。     

有机肥料对实现“碳达峰、碳中和”的作用

有机肥料以农业废弃物为主要原料,含有丰富的有机质,具有改良土壤微生态环境,提高肥料利用率,增强作物抗逆性,促进作物生长等作用,符合农业绿色发展的要求,对“碳达峰、碳中和”目标的实现,能够发挥重要作用。本研究总结相关文献资料,从国家政策、节能减排、农业废弃物资源化利用、提高土壤和植物固碳等角度,对有机肥料在实现“双碳”目标所发挥的作用进行阐述分析,并对有机肥料产业的发展提出一些建议,以期为有机肥料的推广应用和“双碳”目标的实现提供参考。     

试析如何保持南汇区粮田土壤有机质的平衡

农田土壤有机质不断进行着矿化分解，同时因作物根茬、脱落物以及各种有机肥料的输入而得到补充，其含量变化取决于每年分解消耗和新形成有机质数量的相对多少。土壤有机质是土壤肥力的重要因素，在很大程度上决定土地生产力高低，是农业持续高产稳产的物质基础。如长期忽视有机肥投入，土壤有机质矿化消耗得不到补充，土壤生物物质和能量不能形成良性循环，理化及生物性状逐渐恶化，进而影响农田的永续利用和农业的可持续发展。这是一个隐性的、缓慢的渐进过程，一旦出现土壤贫瘠化明显影响，也不是短期内能恢复的。因此，研究并了解土壤有机质的动态变化，应积极采取措施来维持土壤生态系统的良性循环，培肥地力，提高土地生产力。现就2001年肥料调查，试析保持南汇粮田土壤有机质的平衡。     

土壤有机碳作用及转化机制研究进展

对土壤有机碳作用的综述研究显示：直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中的转化特征进行分组,尝试建立这一分组与土壤有机碳功能的关联。按照转化特征,土壤有机碳可分为稳定性有机碳和营养性有机碳两大类型。前者主要指封存于土壤黏粒中的有机碳,很难被土壤微生物分解和矿化。后者主要指通过作物收获后地表及根系残留物、还田秸秆、有机肥施肥进入土壤的有机碳,是土壤有机碳中易于转化的、活跃的组分,也是形成土壤腐殖质和团聚体的主要前体物质。对土壤肥力具有重要意义。多点长期定位试验研究结果显示：土壤有机碳含量实际上表达了土壤中有机碳输入与分解两个过程的动态平衡。当输入量小于矿化量,将导致土壤有机碳含量和土壤肥力下降。当每年输入的有机碳量大于矿化量,土壤有机碳含量会持续上升;直至每年输入量与矿化量相等,土壤有机碳含量不再增加,此时,土壤有机碳含量达到平衡点。在一般农业生产条件下,达到平衡点的时间周期为20—30年。在营养性有机碳投入量过高情况下,这一动态平衡系统也会导致入多出多,达到新的平衡点后,每年会有高量土壤有机物质的矿化,从而引起农田土壤中矿质养分,特别是矿质氮的流失,进入水体及大气环境中。为实现土壤培肥和环境保护双重目标,农田土壤营养性有机碳的投入量应以有机碳的矿化流失不致产生环境风险为宜。新的研究还证实：营养性有机碳进入农田后,在土壤生物作用下分解为一系列短链化合物,再通过生物构建作用与土壤矿物颗粒形成土壤团聚体,并以此对多项土壤肥力性状发挥积极作用。受土壤中腐殖化、有机碳分解等不同过程影响,土壤团聚体持续发生着聚合和崩解,只有持续而丰富的营养性有机碳输入,才能维持土壤中总有机-无机团聚体的稳定度。多点长期定位试验结果揭示：土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。在人为因素中,土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大,而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。耕地土壤上,作物类型不同,其典型的耕作和收获方式不同,收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同,有机质生成能力不同。在种植有机质消耗性作物时,需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料,以保持土壤肥力。     

土壤有机碳作用及转化机制研究进展

对土壤有机碳作用的综述研究显示:直至20世纪末,对于土壤有机碳的研究主要集中于阐明具不同化学结构有机物质在土壤中的功能,如胡敏酸、富里酸、黄腐酸的化学结构特征及在土壤肥力中的作用。中欧近年的研究则更关注按照有机碳在土壤中的转化特征进行分组,尝试建立这一分组与土壤有机碳功能的关联。按照转化特征,土壤有机碳可分为稳定性有机碳和营养性有机碳两大类型。前者主要指封存于土壤黏粒中的有机碳,很难被土壤微生物分解和矿化。后者主要指通过作物收获后地表及根系残留物、还田秸秆、有机肥施肥进入土壤的有机碳,是土壤有机碳中易于转化的、活跃的组分,也是形成土壤腐殖质和团聚体的主要前体物质。对土壤肥力具有重要意义。多点长期定位试验研究结果显示:土壤有机碳含量实际上表达了土壤中有机碳输入与分解两个过程的动态平衡。当输入量小于矿化量,将导致土壤有机碳含量和土壤肥力下降。当每年输入的有机碳量大于矿化量,土壤有机碳含量会持续上升;直至每年输入量与矿化量相等,土壤有机碳含量不再增加,此时,土壤有机碳含量达到平衡点。在一般农业生产条件下,达到平衡点的时间周期为20—30年。在营养性有机碳投入量过高情况下,这一动态平衡系统也会导致入多出多,达到新的平衡点后,每年会有高量土壤有机物质的矿化,从而引起农田土壤中矿质养分,特别是矿质氮的流失,进入水体及大气环境中。为实现土壤培肥和环境保护双重目标,农田土壤营养性有机碳的投入量应以有机碳的矿化流失不致产生环境风险为宜。新的研究还证实:营养性有机碳进入农田后,在土壤生物作用下分解为一系列短链化合物,再通过生物构建作用与土壤矿物颗粒形成土壤团聚体,并以此对多项土壤肥力性状发挥积极作用。受土壤中腐殖化、有机碳分解等不同过程影响,土壤团聚体持续发生着聚合和崩解,只有持续而丰富的营养性有机碳输入,才能维持土壤中总有机-无机团聚体的稳定度。多点长期定位试验结果揭示:土壤有机碳含量主要取决于气候条件、土壤质地与土地利用类型。在人为因素中,土地利用方式的变化对土壤有机碳含量的影响最大,而施肥、秸秆还田、耕作等农作措施对土壤有机碳含量的影响比较小。耕地土壤上,作物类型不同,其典型的耕作和收获方式不同,收获后存留地表和土壤中的根系残留物数量和质量不同,有机质生成能力不同。在种植有机质消耗性作物时,需要注意在轮作制度中引入有机质增加型作物或施用有机肥料,以保持土壤肥力。     

农田碳汇管理策略及其效果评价

目前增加农田生态系统的碳储量的措施主要有：减少碳损失,包括提高能源利用率,减少水土流失和提高水肥利用率;增加土壤有机碳,包括调整耕作制度,使用有机肥料,应用深根作物和增加土壤中微团聚体的含量。在分析各种策略与措施的基础上,笔者认为以下几种农田碳汇管理措施有效且较容易推广。①实施土地用途转换管理：把低产及土壤退化严重的农田变成草地或森林;集约管理农田,实行农林复合、林草复合经营方式;在区域或地区尺度变单一土地利用方式为承担不同人类需要的多种土地利用方式等。②调整耕作制度：免耕不仅使土壤团聚体的数量和稳定性增加,从而减少了团聚体内部有机质的分解作用;还能有效地抑制土壤的过度通气,减少有机碳的氧化降解,防止土壤侵蚀;此外,免耕土壤有机碳的平均滞留时间比常规耕作土壤增加了约1倍。轮作能提高土壤固碳效率,在轮作中加入豆科作物或豆科牧草更可增加土壤有机质汇集,是实现土壤蓄存碳潜力的重要途径。提高复种指数,降低休耕频率可以提高作物产量并增加土壤作物残茬和根的有机质输人,从而增加土壤中有机碳的含量。③改善经营与管理：有机肥或有机肥和化肥配合施用,能显著提高土壤有机碳含量．应当优先选择;人为改变土壤的水分条件可以调节土壤排放温室气体的总量、组成及其产生的潜在温室效应;残茬和土壤有机质库的增加,可以改善植物的水分利用效率和营养再循环能力,减少养分流失,加强碳汇集。④依托技术进步：如改良作物品种,有计划地抓紧培育具有对高温、干旱等极端气候及病虫害有抗性的品种,确保在新的生态环境中产量不断提高,扩大碳的吸收存储。此外,采用新型节能的农机部件对拖拉机等农业动力机械进行改装,也可减少农田碳排放,增加农田碳汇的潜力。     

甘谷县农田土壤有机质的演变及应采取的技术措施

结合甘谷县1985年和2000年对农田土壤有机质含量的测定分析结果，研究分析了甘谷县农田土壤有机质的演变规律，探讨了植被、海拔高度，作物，有机肥料等因素对农田有机质的影响。提出进一步提高农田土壤有机质的技术措施是：重视增施有机肥，增加土壤有机质，发展畜牧业，增加有机肥源，种植短期绿肥，增加土壤有机质的积累；改进种植方式，提高土壤肥力；改进施肥技术，走有机无机相结合的道路。     

尉犁县耕地土壤监测报告

耕地土壤长期定位监测,对自然状态下大面积生产中农民常规施肥水平与作物产量、土壤养分进行连续定位监测,可以了解主要土壤类型、主要耕作制度的施肥水平、养分状况、肥料结构以及土壤肥力动态变化和土壤障碍因子的发生发展状况,从而为实行农田养分管理、实现农业可持续发     

朝阳地区耕地土壤有机质平衡的研究

有机质与土壤肥力的关系极为密切。本文对朝阳地区主要耕地土壤的有机质含量与土壤常年产量的关系,耕地土壤的适宜有机质含量,低产、中产、高产土壤的有机质矿化率和年矿化量,有机肥料在低产、中产、高产土壤中的腐殖化系数分别作了研究,初步得到了有关指标和数据。根据试验结果,可以作为朝阳地区对有关土类指导合理施用有机肥料,保持耕地土壤有机质平衡的参考。     

不同豆科田菁属(Sesbania spp)绿肥对酸性土壤有机碳含量的影响

豆科植物是热带、亚热带地区重要的绿肥资源,为了探明我国豆科绿肥的培肥效果,笔者通过田间试验,研究施用7份野生豆科田菁属绿肥后酸性土壤有机碳含量随时间的动态变化。结果表明,施用绿肥后,不同种质绿肥对土壤有机碳含量的影响不同,且不同绿肥对土壤有机质碳含量的影响效果随着施用时间的变化而不断变化;虽然不同田菁绿肥对土壤有机质含量影响的效果不一,但在施用1年内均能显著(P0.05)增加土壤有机碳的含量,并在施用1个月后效果最好,但随着时间的延长,土壤有机碳含量不断降低。     

稳定发展绿肥生产初探

绿肥是数量大,肥效好,质量高的有机肥料。稳定发展绿肥是解决粮食生产上有机肥源不足和培肥地力、增强农业后劲,提高农田综合生产能力,实现粮食增产的一项有效措施。本文根据项目试验结果分析绿肥提高农田综合生产能力的机理,介绍发展绿肥生产应用的先进技术,指出当前绿肥生产中存在的突出问题并提出解决措施。     

不同有机肥配比对水稻产量和土壤肥力的影响

为充分利用有机肥资源,生产优质高效水稻,研究了不同有机肥配比对水稻产量和土壤肥力的影响。结果表明:试验选择的4种有机肥料5种配比中,处理1鸡粪、猪粪、牛粪(1∶1∶1)配比对水稻的株高、分蘖数影响最大,比对照高16.21%和20.5%;处理3鸡粪、猪粪、牛粪(1∶3∶1)配比水稻产量最高,比对照产量高2.4%,差异极显著,与其它处理相比差异达到了显著水平。而其它处理间差异不显著。不同有机肥配比对土壤有机质有很大提高。     

基于信息扩散理论的广东大宝山地区土壤重金属污染评价

采用完全组合试验设计,比较了果壳有机肥（NM）、猪粪有机肥（PM）、污泥有机肥（SM）、腐殖土有机肥（HM）和蚯蚓土有机肥（EM）在不同用量下对不同污染程度土壤[外源添加（CH₃COOH）₂Pb溶液]中有效Pb的影响,并探讨了土壤有效Pb变化与Pb形态转化的联系。结果表明,施用有机肥能降低轻度、中度和重度污染土壤中有效Pb的含量,且随着有机肥用量增加降幅增大,其中在中度和重度污染程度土壤中尤为显著。各有机肥中以SM、PM处理的效果最为突出,其土壤有效Pb含量较对照分别降低24.22%~36.10%和19.33%~35.48%。5种有机肥处理土壤有效Pb含量都随时间呈现先上升后下降的变化趋势,在培养至10 d达到峰值,此后逐步降低并在60 d后趋于稳定,其变化动态与Pb各形态转化动态具有一致性。经有机肥处理后,轻度污染土壤中,碳酸盐结合态铅（Carb-Pb）含量降低5.36%~12.91%,有机结合态铅（OM-Pb）含量稍有上升,残渣态铅（Res-Pb）含量增加18.92%~45.47%;在中度污染土壤中,Carb-Pb含量稍有下降,Res-Pb含量显著增加24.30%~38.04%;在重度污染土壤中,Carb-Pb含量无显著变化,OMPb和Res-Pb含量都有大幅增加,其增幅分别为14.46%~41.06%和29.02%~56.29%。土壤中Carb-Pb对有效Pb具有显著正向贡献,而OM-Pb和Res-Pb表现为显著的负向贡献。研究表明,有机肥主要通过降低Carb-Pb含量而大幅增加OM-Pb和Res-Pb含量,使得土壤Pb的有效性显著降低。     

有机肥料对滨海盐渍土理化性质和绿化植物的影响

在杭州湾慈溪滩涂盐渍土试验区块中,研究施加固体有机肥、绿化栽培介质、有机液肥和无有机肥等对盐渍土和绿化植物的影响。利用统一栽植20种植物模式的每个试验块(15m×20m),进行4个试验组,试验周期为18个月的研究。结果表明:施加有机肥能够降低和稳定表层土壤的pH值和含盐量,但未达到显著差异;3种有机肥均显著增加了土壤有机质含量,有机液肥的长期效果比绿化栽培介质和固体有机肥料差;施加有机肥料对20种植物的存活率、高度生长速率和径向生长速率等指标,改善效果,因植物种类存在较大差异;综合慈溪滩涂表层土壤理化性质和植物的变化情况,4个试验组改良效果大小为:绿化栽培介质≈固体有机肥料>有机液肥>无有机肥。     

新疆主要有机肥料资源及其利用

本文研究了目前新疆人畜粪尿，主要农作物(棉花，小麦、玉米、水稻和油菜)秸杆和绿肥等有机肥料资源与利用状况。并研究了农田施用各种有机肥料的数量。     

Organic farming in the corn belt

A small minority of farmers in the Midwest produces crops on a commercial scale without using modern fertilizers and pesticides. On the basis of a 5-year study, it appears that these farmers have more in common with the majority of farmers in the region than with certain stereotypes of organic farmers. Their farming practices (other than chemical use), the size and labor requirements of their farms, and the production and profitability they achieve differ from those of conventional farmers by considerably less than might be expected on the basis of the fundamental importance of chemicals in modern agricultural production. Compared to conventional methods, organic methods consume less fossil energy and cause less soil erosion, but have mixed effects on soil nutrient status and grain protein content.     

长期施肥对两种稻田土壤微生物量氮及有机氮组分的影响

【目的】土壤有机氮和微生物量氮（MBN）是土壤肥力的重要指标，并对土壤质量演变具有重要的指示意义。本文旨在研究长期不同施肥处理对稻田土壤MBN和酸解有机氮（AHON）及其组分的影响。【方法】以湖南省新化县和桃江县两个稻田肥力长期定位试验点的土样作为研究对象，采用氯仿熏蒸-K2SO4提取法和酸解-蒸馏法分别对土壤的MBN及AHON进行了测定。【结果】不施肥处理（对照）土壤的MBN含量分别为30 mg•kg-1（新化）和28 mg•kg-1（桃江）。与对照相比，单施化肥对土壤MBN含量没有显著的影响，而化肥配施有机肥则显著提高了土壤MBN的含量。AHON占土壤全氮的69%～89%，是土壤氮的主体。长期不同施肥处理对AHON含量及其组分有显著的影响。对照处理的土壤AHON含量在新化和桃江两试验点分别为821.54和1 471.35 mg•kg-1。化肥配施有机肥可以提高土壤AHON及其组分中的氨基酸氮（AAN）、氨基糖氮（ASN）和氨态氮（AN）的含量。与对照处理相比，不同施肥处理使土壤酸解未知氮（HUN）的含量有所降低，而使非酸解性氮（NHN）的含量有所增加。土壤TN与MBN和AHON之间的相关性均达极显著水平，土壤MBN与AHON和氨基态氮之间存在显著的正相关关系。【结论】土壤氮素含量的提高和演变与施肥措施密切相关，化肥配合有机肥施用能提高土壤有机氮及微生物量氮的含量，增加了与土壤微生物密切相关的氨基态氮含量。     

有机无机肥配施对湘北早晚稻作用特点的研究

为了研究湘北双季稻田不同有机无机肥配施对双季稻生产发育及产量的影响,在洞庭湖区湘阴县进行了大田试验。结果表明:(1)有机无机肥配施同单施化肥相比,水稻株高、分蘖、SPAD值没有显著差异,且早稻以施化肥表现较好,晚稻却以有机无机肥配施最佳,充分体现了有机肥养分释放缓慢的特点;(2)从产量来看,有机无机肥配施与单施化肥产量差异不明显,早稻以纯化肥产量最高,晚稻以20%猪粪有机堆肥产量最高,这就说明,有机无机肥配施不仅可以提高水稻产量,且可以改善土壤环境,并能有效解决农村有机废弃物排放量大、处理难等问题。     

建德市不同农作系统肥料结构的调查与分析

调查农田施肥现状可为深入了解施肥中存在的问题、进一步完善测土配方施肥工作提供科学依据。通过对建德市31块定位农田连续5年的肥料结构跟踪监测,比较分析了8类农作系统农田的氮、磷、钾施用情况。结果表明,该市农田肥料的投入量因种植方式、农户等的不同有较大的差异,氮、磷、钾纯量的年总投入量在219.45~1526.55 kg/hm2之间变化,平均为734.70 kg/hm2;部分农田存在超量施用肥料的现象。有机肥的施用量呈现增加趋势,其对农田氮、磷、钾养分投入总量的贡献平均约为10.89%;投入肥料中氮：磷：钾平均比例大致为1:0.6:0.6。经济作物的肥料施用量明显高于粮食作物,且有机肥及磷、钾肥被优先施于经济作物中。目前建德市在有机肥与化肥配合施用及氮磷钾施用比例方面还不尽合理,建议继续加大力度推广施用有机肥,增加粮食作物农田中磷、钾肥及有机肥的施用,以全面提升耕地地力。