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耕地有机质下降意味着什么?   

2016-09-29 07:35:16|  分类: 农业综合开发参考 |  标签: |举报 |字号 订阅

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耕地有机质下降意味着什么?
蒋高明

摘要
分享各种农产品采后保鲜、农业园规划设计、农业策划运营相关的文章和咨询,让新农人的生活生产充满健康与活力。

一、多滴耕地有机质含量下降

有机质,顾名思义,是由有机物组成的物质,其最初的来源是植物光合产物,所含的能量来自太阳能,所需要的合成物质来自自然界。耕地有机质或者土壤中的有机质,是存在于土壤中的所有含碳的有机物质,包括各种动植物残体、微生物及其分解和合成的各种有机质。土壤有机质是土壤固相部分的重要组成成分,尽管土壤有机质的含量只占土壤总量的少部分,但它对土壤形成、土壤肥力、环境保护及农林业可持续发展等方面都有着极其重要的作用。
自农村土地承包经营以来,由于用地不养地,我国耕地有机质出现了下降趋势,直接影响了耕地质量。如控制不住,还会将进一步影响粮食供应,影响国民的身体健康乃至寿命。
  1999-2014年期间,由中国地质调查局,会同省级人民政府及其国土资源主管部门,协调全国77家单位10万多人对全国耕地质量状况进行了全面调查。调查土地总面积150.7万平方公里,其中调查耕地13.86亿亩,占全国耕地总面积的68%。通过对60多万件土、水、生物等样品的54种元素指标进行精度测试,获得了3000多万个数据,建立了全国和31省(区、市)土地的地球化学动态数据库,并据此对我国耕地总体状况形成了初步认识和基本判断。
  调查显示,我国东北区、闽粤琼区、西北区和青藏区部分耕地有机碳含量相比20世纪80年代呈现明显下降趋势,其中东北区耕地有机碳含量下降了21.9%,严重降低了土壤肥力。调查耕地范围内有29.3%的土壤碱化趋势加剧,pH值上升了0.64,主要分布在北方地区;21.6%的耕地酸化严重,pH值降低了0.85,主要分布在重金属污染问题突出的闽粤琼区和湘鄂皖赣区,在降低耕地质量的同时增加了重金属污染,加大了耕地生态和地下水质量恶化风险。耕地酸碱度降低,土壤板结,肥力下降,不利于作物吸收养分。同时,长期化学物质投入过大,对土壤有机质的形成是不利的。
尽管我国部分地区采取了秸秆还田做法,耕地有机质下降的趋势有所减缓,但相对于健康的土壤,有机质含量还是非常低的。除了大量使用化肥和农药,焚烧秸秆、污水灌溉、农膜覆盖、用除草剂除草,造成有机质下降、土壤动物和微生物多样性降低。
健康的土壤中有机质含量。土壤有机质的含量在不同土壤中差异很大,含量高的可达20%或30%以上(如泥炭土,某些肥沃的森林土壤等),含量低的不足1%或0.5%(如荒漠土和风沙土等)。在土壤学中,一般把耕作层中含有机质20%以上的土壤称为有机质土壤,含有机质在20%以下的土壤称为矿质土壤。在健康的土壤中,耕作层土壤有机质含量通常在5%以上。




二、土壤有机质的来源

土壤有机质来源十分广泛。土壤有机质可分成腐殖质和非腐殖质。微生物是土壤有机质的最早来源。下面几种成分是土壤有机质的重要来源:
1)植物残体:包括各类植物的凋落物、死亡的植物体及根系。这是自然状态下土壤有机质的主要来源。森林土壤相对农业土壤而言,具有大量的凋落物和庞大的树木根系等特点。热带雨林凋落物干物质量可达16700kg/(km2·a),而荒漠植物群落凋落物干物质量仅为530kg/(hm2·a)。 2)动物、微生物残体:包括土壤动物和非土壤动物的残体,及各种微生物的残体。这部分来源相对较少。但对原始土壤来说,微生物是土壤有机质的最早来源。 3)动物排泄物和分泌物:土壤有机质的这部分来源虽然量很少,但对土壤有机质的转化起着非常重要的作用。 4)废水废渣:施入土壤中的各种有机肥料(绿肥、堆肥、沤肥等),工农业和生活废水,废渣等,还有各种微生物制品,有机农药等。在传统农业生产中,农夫大量收集人和动物的排泄物,来满足植物营养并维持耕地有机质的。

进入土壤中的有机质一般以3种类型状态存在。1)新鲜的有机物:指那些进入土壤中尚未被微生物分解的动、植物残体,它们仍保留着原有的形态等特征。2)分解的有机物:经微生物的分解,已使进入土壤中的动、植物残体失去了原有的形态等特征。有机质已部分分解,并且相互缠结,呈褐色。包括有机质分解产物和新合成的简单有机化合物。3)腐殖质:指有机质经过微生物分解后并再合成的一种褐色或暗褐色的大分子胶体物质,与土壤矿物质土粒紧密结合,是土壤有机质存在的主要形态类型,占土壤有机质总量的85-90%。

进入土壤的有机物质的组成相当复杂,土壤有机质组成取决于进入土壤的有机物物组成。各种动、植物残体的化学成分和含量因动、植物种类、器官、年龄等不同而有很大的差异。一般情况下,动植物残体主要的有机化合物有碳水化合物、木质素、蛋白质、树脂、蜡质等。土壤有机质的主要元素组成是C、O、H、N,分别占52%-58%、34%-9%、3.3%-4.8%,3.7%-4.1%。

有机质只有进入土壤才能够形成天然中的稳定成分,这个过程是通过矿质化过程完成的,必须有微生物的参加。有机质矿质化过程分为化学转化过程、动物转化过程和微生物的转化过程。这一过程使土壤有机质转化为二氧化碳、水、氨和矿质养分(磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子),同时释放出能量。这一过程为植物和土壤微生物提供了养分和能量,并直接或间接地影响着土壤性质,同时也为合成腐殖质提供了物质基础。

耕地是在破坏自然生态系统而来的,耕地中的有机质最初是来自天然植物群落土壤封存。中华民族很早就有“用地养地”的良好习惯,中原地区很多耕地连续耕作了四五千年,基本不退化,就是用了生态农业的办法养地。纵观今天,内地耕地连续使用化肥、农药、农膜、除草剂短短不到40年,就出现了严重的退化;草原、荒漠绿洲开垦的耕地,起初有机质很高(>5%),但使用不到10年就严重退化,直到成为荒漠。我们的祖先肯定是不会在风口上开垦土地的,只有那些没有节制的资本才可以任性胡来。

三、土壤有机质的重要作用

土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分,但它在土壤肥力上起着多方面的作用却是显著的。通常在其他条件相同或相近的情况下,有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。

第一,土壤有机质为植物提供营养。土壤有机质中含有大量的植物营养元素,如N、P、K、Ca、Mg、S、Fe等重要元素,还有一些微量元素。土壤有机质经矿质化过程释放大量的营养元素为植物生长提供养分;腐殖化过程合成腐殖质,保存了养分,腐殖质又经矿质化过程再度释放养分,从而保证植物生长全过程的养分需求。

有机质矿质化过程分解产生的CO2是植物碳素营养的重要来源,据估计,土壤有机质的分解及微生物和根系呼吸作用产生的CO2,每年可达135亿t,大致相当于陆地植物的需要量。由此可见,土壤有机质的矿质化过程产生的CO2既是大气中CO2的重要来源,也是植物光合和作用的重要碳源。土壤有机质还是土壤N、P最重要的营养库,是植物速效性N、P的主要来源。土壤全N的92%-98%都是储藏在土壤中的有机N中的。据研究,植物吸收的氮素有50%-70%来自土壤。土壤有机质中有机态P的含量一般占土壤全磷的20%-50%,随着有机质的分解而释放出速效磷,供给植物营养。在大多数非石灰性土壤中,有机质中有机硫占全硫的75%-95%,随着有机质的矿质化过程而释放,被植物吸收利用。

第二,土壤有机质促进植物对其它营养元素的吸收。土壤有机质在分解转化过程中,产生的有机酸和腐殖酸对土壤矿物部分有一定的溶解能力,可以促进矿物风化,有利于某些养分的有效化。一些与有机酸和富里酸络合的金属离子可以保留在土壤溶液中,不致沉淀而影响其有效性。土壤腐殖质与铁形成的某些化合物,在酸性或碱性土壤中对植物及微生物是有效的。

土壤腐殖质是一种胶体,有着巨大的比表面和表面能,腐殖质胶体以带负电荷为主,从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子如K+、NH4+、、Ca2+、Mg2+等,一方面可避免随水流失,另一方面又能被交换下来供植物吸收利用。其保肥性能非常显著。在水分保持方面,土壤腐殖质和粘土矿物一样,具有较强的吸附能力,但单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比粘土矿物大几倍至几十倍,因此,土壤有机质具有巨大的保肥能力。
第三,土壤有机质促进植物生长发育。土壤有机质,尤以其中胡敏酸,具有芳香族的多元酚官能团,可以加强植物呼吸过程,提高细胞膜的渗透性,促进养分迅速进入植物体。胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用,胡敏酸钠对玉米等禾本科植物及草类的根系生长发育具有极大的促进作用。土壤有机质中还含有维生素B1、B2、吡醇酸和烟碱酸、激素、异生长素(β-吲哚乙酸)、抗生素(链霉素、青霉素)等对植物的生长起促进作用,并能增强植物抗病能力。 第四,改善土壤物理性质。有机质在改善土壤物理性质中的作用是多方面的,其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构,促进团粒状结构的形成,从而增加土壤的疏松性,改善土壤的通气性和透水性。腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂,土壤中的腐殖质很少以游离态存在,多数和矿质土粒相互结合,通过功能基、氢键、范德华力等机制,以胶膜形式包被在矿质土粒外表,形成有机-无机复合体。所形成的团聚体,大、小孔隙分配合理,且具有较强的水稳性,是较好的结构体。在干旱区,有机质通过改善粘性,降低土壤的胀缩性,防止土壤干旱时出现的大的裂隙(即龟裂)。

土壤腐殖质是亲水胶体,具有巨大的比表面积和亲水基团,据测定腐殖质的吸水率为500%左右,而粘土矿物的吸水率仅为50%左右,因此,能提高土壤的有效持水量,这对砂土有着重要的意义。腐殖质为棕色呈褐色或黑色物质,被土粒包围后使土壤颜色变暗,从而增加了土壤吸热的能力,提高土壤温度,这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。腐殖质的热容量比空气、矿物质大,而比水小,导热性居中,因此,土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高,且变幅小,保温性好。

第五,土壤有机质是土壤生物能量的主要来源。没有土壤微生物就不会有土壤中所有的生物化学过程。土壤微生物的种群,数量和活性随有机质含量增加而增加,具有极显著的正相关。土壤有机质的矿质化率低,不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应,而是持久稳定地向微生物提供能源。因此,富含有机质的土壤,其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。
土壤动物中有的(如蚯蚓等)也以有机质为食物和能量来源;有机质能改善土壤物理环境,增加疏松程度和提高通透性(对砂土而言则降低通透性),从而为土壤动物的活动提供了良好的条件,而土壤动物本身又加速了有机质的分解(尤其是新鲜有机质的分解)。进一步改善土壤通透性,为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。蚯蚓粪就是非常良好的团粒结构,具有泡水不散的特点。自然繁衍的蚯蚓种群大小是健康的土壤的重要指标。

第六,土壤有机质具有活化磷、钾等营养元素作用。 土壤库中的磷一般不以速效态存在,常以迟效态和缓效态存在。因此土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性,可增加磷的溶解度,从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。此外,土壤腐殖酸是一类生理活性物质,它能加速种子萌发,增强根系活力,促进植物生长,对土壤微生物而言,腐殖酸也是一种促进生长发育的生理活性物质。一些微生物具有解钾的功能,这些微生物生存必须有大量有机质的存在。

四、人类健康的源头在土壤有机质

耕地土壤是由固体、空气和水分所组成,固体部分最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于生物(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。有机质在土壤中的地位和数量,一定要保持一个相对稳定数才好。我国的土壤有机质含量,一般旱地为0.5%~3.0%,水田为1.5%~6.0%。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,土壤肥力也相应地随着不断改变。

据广东省生态环境与土壤研究所研究员陈能场介绍,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%,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。

耕地有机质本身就是养分的储藏库,同时深刻地影响土壤的物理、化学和生物学性质。假设某一土壤表土有机质含量4%,有机质氮含量5%,一季作物中有机质分解率2%,则土壤有机质供应之氮可达80kg/公顷,此供应量几乎可满足大部分作物之需求量,据估算,1%的土壤有机质相当于含有18公斤养分/亩。

土壤有机质还深刻影响水分的存储。一英亩大、一英寸厚、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48.5万升。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。

土壤有机质是土壤中各种大大小小生物的碳源和能源。丰富的有机质下,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,都起着极为重要的作用。据陈能场研究员介绍: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、锅虫和蚯蚓3000只,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公斤/亩。

如果对照上述指标,就不难判断出,我国耕地质量是严重下降的,其中最重要的变化,在于以最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来。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。本来杂草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,使得天敌益虫、两栖爬行类和鸟类减少,只有依靠农药。大量抗生素、农药使用,虽暂时控制了庄稼的病虫害,然而食物链被污染了,大量因食物链污染造成的病人进入医院,造成了隐患矛盾加剧。

提高耕地有机质是有很多办法的,专家们提出了以下主要农业技术措施:1)增加生物总产量。在增产的前提下增加土壤有机质,因为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。秸秆还田是直接为土壤增加有机物。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,而且使有机物变成二氧化碳跑到空气中又污染环境;3)增加有机肥用量。合理施肥,实行有机物和无机肥料的配合,不断增加有机物残留在土壤中的数量;4)减少土壤有机质消耗。采取少耕、免耕、覆盖等措施,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。覆盖则可以减少土壤水土流失。

然而,上述办法还存在现实困难:增加生物量就需要大化肥投入:秸秆还田如影响下茬作物种植,农民多不愿意采用;增加有机肥如果不能带来经济效益增加,不会有人干,除非有人买单;免耕办法在理论上成熟,但实践中推广面积不大,可见其技术本身有问题。耕地不是森林土壤,完全靠自然过程实现有机质增加,且乔木的根须发达,难不住它们。耕地上有作物,免耕容易发生土壤板结,作物根系扎不透影响产量。最好的办法是发展高效生态农业,只有收入高,农民就愿意增加耕地地力,就愿意多投入劳动。我们的有机质从0.7%经过10年左右的调整已经达到3.5%。

耕地有机质下降意味着减产,意味着不能生产优质的食物,意味着从源头制造病人。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食品,毕竟为提高有机质,使用有机肥更增加了农业生产劳动强度。唯一的突破口是,城市觉醒的市民,向化学食物宣战,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,人类文明才能够继续继承下去。
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