土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展.pdf

2022 年 9 月 灌溉排水學(xué)報(bào) Sep 2022 Journal of Irrigation and Drainage 第null 41 卷 第null 9 期 No 9 Vol 41 1 專家評(píng)述 文章編號(hào) 1672 3317 2022 09 0001 05 土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展 趙偉霞 1 栗巖峰 1 張寶忠 1 于穎多 1 羅 朋 2 徐海洋 3 彭坤海 4 雷振東 3 1 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100048 2 太原理工大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院 太原 030024 3 永定河流域投資有限公司 北京 100091 4 永定河懷來(lái)生態(tài)發(fā)展有限公司 河北 懷來(lái) 075499 摘 要 提升土壤肥力是維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保障我國(guó)糧食安全的重要保證 為了從根本上實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地力相對(duì)較 差地塊的土壤肥力提升目標(biāo) 本研究通過(guò)對(duì)土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展的系統(tǒng)總結(jié) 圍繞土壤肥力概念 土 壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法 土壤肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系 土壤肥力提升的技術(shù)措施和研究展望 5 個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的 闡述 分析表明 有機(jī)肥物料 尤其是加工后的生物炭和商品有機(jī)肥的施用 是我國(guó)現(xiàn)階段提升土壤肥力的關(guān)鍵技 術(shù)措施 而分類建立生物炭和有機(jī)肥生產(chǎn)和施用的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)展有機(jī)無(wú)機(jī)配施理論 則是今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi) 實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升的重要研究方向 關(guān) 鍵 詞 土壤肥力 生物炭 商品有機(jī)肥 無(wú)機(jī)肥 中圖分類號(hào) S274 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2022004 OSID 趙偉霞 栗巖峰 張寶忠 等 土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展 J 灌溉排水學(xué)報(bào) 2022 41 9 1 5 ZHAO Weixia LI Yanfeng ZHANG Baozhong et al Technologies and Mechanisms for Improving Soil Fertility A Review J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 9 1 5 0 引 言 保障糧食安全是關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù) 發(fā)展的重要基礎(chǔ) 在 2021 年 12 月 25 26 日召開的 中央農(nóng)村工作會(huì)議上 習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào) 保障好初級(jí) 產(chǎn)品供給是一個(gè)重大的戰(zhàn)略性問(wèn)題 耕地保護(hù)要求要 非常明確 18 億畝耕地必須實(shí)至名歸 農(nóng)田就是農(nóng) 田 而且必須是良田 但據(jù)統(tǒng)計(jì) 截至 2019 年 我 國(guó)仍有 4 44 億畝耕地存在基礎(chǔ)地力相對(duì)較差 生產(chǎn) 障礙因素突出問(wèn)題 需持續(xù)開展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和 耕地內(nèi)在質(zhì)量建設(shè) 1 充分科學(xué)地利用有機(jī)和無(wú)機(jī)養(yǎng) 分資源 是保證我國(guó)農(nóng)田生產(chǎn)力不斷提高 作物持續(xù) 增產(chǎn)和良好生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵 2 這一措施也與各國(guó)普 遍推行的加快并鼓勵(lì)有機(jī)肥投入 減少化肥施用的國(guó) 家政策相一致 3 隨著我國(guó)從事農(nóng)業(yè)種植人口的老齡化和大批青 壯年勞力的外出務(wù)工 尤其是近年來(lái)以無(wú)機(jī)肥施用為 主的農(nóng)業(yè)種植管理模式的普遍使用 以家庭為單元進(jìn) 行傳統(tǒng)有機(jī)肥料制備的工藝和技術(shù)已逐漸消失 將有 收稿日期 2 022 01 05 基金項(xiàng)目 河北省科技項(xiàng)目 HBAT02242202010 CG 山西省水利科學(xué) 技術(shù)研究與推廣項(xiàng)目 2021LS014 作者簡(jiǎn)介 趙偉霞 1980 女 河南長(zhǎng)葛人 正高 博士 主要從事節(jié) 水灌溉理論與新技術(shù)研究 E mail zhaowx 通信作者 羅朋 1979 女 陜西西安人 高級(jí)工程師 碩士 主要從 事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究 E mail 15634490 機(jī)物料進(jìn)行商品化加工與生產(chǎn) 是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求 推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥料大面積推廣應(yīng)用及土壤肥力提 升目標(biāo)的關(guān)鍵措施 本文從土壤肥力概念出發(fā) 闡述 了土壤肥力的實(shí)質(zhì)及評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法 并分析了土壤 肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系 基于有機(jī)物料產(chǎn)品 生物炭 和商品有機(jī)肥 的土壤肥力提升原理與技術(shù) 及其發(fā) 展趨勢(shì) 為從根本上實(shí)現(xiàn) 18 億畝耕地全部為良田的 發(fā)展需求提供了理論基礎(chǔ) 1 土壤肥力概念 土壤肥力 又稱地力 是土壤的基本屬性和本質(zhì) 特征 是農(nóng)作物產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ) 但是目前還沒(méi) 有統(tǒng)一的土壤肥力概念 因?yàn)橥寥婪柿κ请S土壤科學(xué) 的發(fā)展而逐步充實(shí)與完善的 是需要用綜合觀點(diǎn)和系 統(tǒng)方法來(lái)研究的復(fù)雜問(wèn)題 4 另一方面 土壤肥力的 時(shí)空變異性也為評(píng)判土壤肥力帶來(lái)了極大困難 5 關(guān) 于土壤肥力概念的發(fā)展歷程 土壤學(xué)家熊毅先生曾經(jīng) 有過(guò)詳細(xì)的描述 4 肥力 一詞原先是由 Fertility翻 譯過(guò)來(lái)的 原意只局限于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貯量 后來(lái)蘇聯(lián) 土壤學(xué)家威廉士把水分也放進(jìn)肥力中去 20 世紀(jì) 50 年代國(guó)內(nèi)把肥力擴(kuò)展為水 肥 氣 熱 從土壤肥力 的綜合觀點(diǎn)出發(fā) 土壤肥力是土壤從環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)條件 二方面供應(yīng)和協(xié)調(diào)作物生長(zhǎng)發(fā)育的能力 是有關(guān)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的土壤理化生物特性的綜合反映 且評(píng)價(jià)土壤肥 灌溉排水學(xué)報(bào) 2 力的因素及指標(biāo)因時(shí) 因地 因作物和所要求的產(chǎn)量 水平而產(chǎn)生變化 這種綜合觀點(diǎn) 強(qiáng)調(diào)了土壤營(yíng)養(yǎng)條 件 環(huán)境條件與植物生長(zhǎng)三者的統(tǒng)一 表現(xiàn)了土壤對(duì) 植物生長(zhǎng)所需的水肥氣熱的供應(yīng)和協(xié)調(diào)能力 這一觀 點(diǎn)至今仍然獲得國(guó)內(nèi)土壤科學(xué)專家的贊同 6 2 土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法 由于土壤肥力概念不統(tǒng)一 且我國(guó)綜合的土壤肥 力概念難以定量化 土壤肥力 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取根據(jù)評(píng) 價(jià)目的的不同存在很大差異 至今未形成具有共識(shí)的 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)值 6 7 由當(dāng)前階段的 土壤肥力概念可以看出 土壤肥力指標(biāo)包括物理指標(biāo) 化學(xué)指標(biāo)和生物指標(biāo)等 常用的物理指標(biāo)有土壤質(zhì)地 耕層厚度 土壤緊實(shí)度 土壤濕度和土壤溫度等 8 土壤化學(xué)指標(biāo)主要包括有機(jī)質(zhì) 全氮 堿解氮 有效 磷 速效鉀 土壤 pH值 等 因?yàn)橥寥阑瘜W(xué)指標(biāo)與歐 美國(guó)家關(guān)于土壤肥力的概念和評(píng)價(jià)指標(biāo)相一致 這些 化學(xué)指標(biāo)也是目前土壤肥力研究中指標(biāo)選擇的主要 關(guān)注點(diǎn) 6 7 9 土壤生物指標(biāo)主要包括土壤微生物 酶 活性及動(dòng)物等 10 其中用于土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí)使用頻 數(shù)最多的有酶活性 細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量 11 土壤 生物指標(biāo)被認(rèn)為是稻田生態(tài)系統(tǒng)中土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí) 最敏感的指標(biāo) 12 近年 來(lái) 除了上述的土壤物理 化學(xué) 生物指標(biāo)外 對(duì)土壤肥力有顯著影響的立地 條件 成土母質(zhì) 地貌類型 剖面構(gòu)型也逐漸 納入 土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo) 13 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 耕地質(zhì)量等級(jí) GB T 33469 2016 14 劃分方法中 選擇的與土 壤肥力有關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)量 耕層質(zhì)地 土壤 體積質(zhì)量 質(zhì)地構(gòu)型 土壤養(yǎng)分狀況 生物多 樣性和酸堿度等 由于表征土壤肥力的指標(biāo)豐富多樣 且不同指標(biāo) 間存在相互作用關(guān)系 評(píng)價(jià)土壤肥力的指標(biāo)需要避免 多重 共線性 問(wèn)題 構(gòu)建一套能夠保證原有信息丟失最 少的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)體系 最小數(shù)據(jù)集 Minimum Data Set MDS 是反映土壤肥力最少指標(biāo)參數(shù)的集 合 最早由 Larson等 15 于 1991年提出 目前已成為 土壤質(zhì)量指標(biāo)選取和評(píng)價(jià)的常用方法 但與研究對(duì)象 和全土壤肥力數(shù)據(jù)集參數(shù)選取的主觀性有關(guān) 篩選出 的最小數(shù)據(jù)集的參數(shù)數(shù)量和指標(biāo)組成差異較大 例如 陳方正等 13 基于 2個(gè)立地條件 成土母質(zhì) 地形部位 1個(gè)剖面性狀 土體構(gòu)型 2個(gè)土壤物理指標(biāo) 耕層 質(zhì)地 體積質(zhì)量 和 9個(gè)化學(xué)指標(biāo) pH值 有機(jī)質(zhì) 全氮 堿解氮 有效磷 速效鉀 陽(yáng)離子交換量 全 磷和全鉀 組成的全部土壤肥力指數(shù)數(shù)據(jù)集 通過(guò)主 成分分析法選取的適合于洞庭湖流域南部耕地的最 小數(shù)據(jù)集包括成土母質(zhì) 剖面土體構(gòu)型 陽(yáng)離子交換 量 體積質(zhì)量 有機(jī)質(zhì) 有效磷和全鉀 7項(xiàng)指標(biāo) 王 杰等 16 基于選取 的 6 項(xiàng)土壤肥力指標(biāo) pH 值 有機(jī) 質(zhì) 全氮 堿解氮 有效磷和速效鉀 運(yùn)用 主成分 分析法選取 的 影響廣安區(qū)柑橘土壤綜合肥力的主要 因素為有機(jī)質(zhì) 全氮 堿解氮和 pH 值 對(duì)土壤肥力評(píng)價(jià)的方法主要包括單因子肥力評(píng) 價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和基于多因子的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)法 土壤肥 力綜合評(píng)價(jià)法主要包括模糊綜合評(píng)判法 修正的內(nèi)梅 羅指數(shù)法 灰色關(guān)聯(lián)度法等 單因子肥力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就 是依據(jù)第二次全國(guó)土壤普查的土壤養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)和 相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)單個(gè)肥力指標(biāo) 17 模糊綜合評(píng)判法是 根據(jù)隸屬函數(shù)的建立及權(quán)重系數(shù)的確定對(duì)多指標(biāo)制 約的土壤肥力作出總體評(píng)價(jià)的方法 基于隸屬度值和 權(quán)重計(jì)算的土壤肥力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值可用于對(duì)土壤 肥力進(jìn)行等級(jí)分級(jí) 18 修正的內(nèi)梅羅指數(shù)法是將評(píng)價(jià) 指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理 以消除各參數(shù)間量綱的 差別 獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的肥力指數(shù)后再計(jì)算土壤綜合 肥力指數(shù) 19 其中的各分肥力指數(shù)不僅表示養(yǎng)分含量 的相對(duì)高低 也可用于推薦施肥 20 灰色關(guān)聯(lián)分析是 根據(jù)事物因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度來(lái)衡 量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法 根據(jù)計(jì)算出的灰色關(guān)聯(lián)度 可實(shí)現(xiàn)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土壤肥力的分級(jí) 21 灰色 關(guān)聯(lián)分析的優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)樣本量的多少?zèng)]有過(guò)多要求 也不需要樣本典型的分布規(guī)律 22 進(jìn)行土壤肥力評(píng)價(jià)時(shí) 土壤樣品的采集時(shí)間需 要充分體現(xiàn)土壤基礎(chǔ)肥力狀況 一般要求在上茬作 物成熟或收獲以后 下茬作物尚未使用底肥和種植 以前 采集深 度與研究目的和研究尺度密切相關(guān) 例如 在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范 DZ T 0295 2016 中規(guī)定 23 對(duì)果園地進(jìn)行土壤 采樣時(shí) 針對(duì) 1 250 000 1 50 000的面積性調(diào)查評(píng) 價(jià) 采樣深度為 0 20 cm 在 1 10 000 1 2 000及 更大比例尺的面積性評(píng)價(jià)與重點(diǎn)區(qū)評(píng)價(jià)工作中 果園 地土壤采集部位為毛根區(qū) 0 60 cm 3 土壤肥力與作物產(chǎn)量的關(guān)系 作物在不施肥情況下獲得的產(chǎn)量 即基礎(chǔ)地力 產(chǎn)量 是農(nóng)田土壤肥力的直觀表現(xiàn) 24 衡量土壤肥 力對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)一般用地力貢獻(xiàn)率 不施肥時(shí) 的作物產(chǎn)量與適宜肥料施用下的產(chǎn)量之比 表示 湯勇華 等 25 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)大量有關(guān)糧食作物水稻 小 麥和玉米地力貢獻(xiàn)率的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)研整理 發(fā)現(xiàn)不 同種植區(qū)的地力貢獻(xiàn)率與土壤基本特性及地理位置 間存在顯著的相關(guān)關(guān)系 水稻 小麥和玉米的地力 貢獻(xiàn)率均值和標(biāo) 準(zhǔn)差分別為 60 2 12 5 45 7 15 7 和 51 0 19 7 趙偉霞 等 土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展 3 通過(guò)對(duì)不同土壤基礎(chǔ)地力條件下作物的產(chǎn)量對(duì) 比研究 不同學(xué)者 26 27 的研究均表明 土壤基礎(chǔ)地力 與良好的施肥管理?xiàng)l件下作物的產(chǎn)量正相關(guān) 基礎(chǔ)地 力高的土壤 對(duì)作物產(chǎn)量的相對(duì)貢獻(xiàn)越大 農(nóng)作物獲 得高產(chǎn)的潛力越大 另外 在水肥一體化技術(shù)管理?xiàng)l 件下 基礎(chǔ)地力高的田塊存在進(jìn)一步節(jié)肥增產(chǎn)和減少 施肥灌溉次數(shù)的優(yōu)勢(shì) 28 因此 提升土壤基礎(chǔ)地力 是促進(jìn)作物高產(chǎn) 縮減區(qū)域高產(chǎn)潛力產(chǎn)量差 增強(qiáng)糧 食生產(chǎn)穩(wěn)定性和可持續(xù)性 確保糧食安全和 藏糧于 地 戰(zhàn)略實(shí)施的重要途徑 29 4 土壤肥力提升的技術(shù)措施 4 1 有機(jī)肥施用是土壤肥力提升關(guān)鍵 土壤培肥是指通過(guò)人工措施對(duì)土壤肥力進(jìn)行調(diào) 控 以使土壤肥力得以保持和提高的過(guò)程 土壤培肥 的實(shí)質(zhì)是把調(diào)節(jié)和改善土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì) 即有機(jī) 無(wú)機(jī)復(fù)合體及由之形成的不同粒級(jí)微團(tuán)聚體組成 作 為土壤培肥的主攻方向 30 在復(fù)合體和微團(tuán)聚體中 相對(duì)于黏粒量 有機(jī)質(zhì)量雖不足 5 但是對(duì)復(fù)合體 和微團(tuán)聚體及肥力的形成有重要的貢獻(xiàn) 且因有機(jī)質(zhì) 容易被人為調(diào)控所改變 所以土壤培肥的著眼點(diǎn)是土 壤中有機(jī)質(zhì)的積累與更新 4 通過(guò)補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)實(shí)現(xiàn)土 壤肥力提升的觀點(diǎn) 也與近些年提出的 有機(jī) 無(wú)機(jī) 礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō) 相一致 是區(qū)別于自覺(jué)利用土壤肥 力 有限投入農(nóng)家肥的 土壤腐殖質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō) 重 無(wú)機(jī)養(yǎng)分 輕有機(jī)養(yǎng)分的 植物礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)學(xué)說(shuō) 構(gòu)建新時(shí)期 土肥和諧 理論 實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效與育化 土壤雙重作用的關(guān)鍵措施 31 4 2 我國(guó)有機(jī)肥資源量及利用現(xiàn)狀 施用有機(jī)物料的方式 取決于施用有機(jī)物料的目 的 在以供給養(yǎng)分為主要目的時(shí) 應(yīng)選用綠肥 人糞 尿等短期內(nèi)易分解 C N比小的有機(jī)物料 在以提高 基礎(chǔ)肥力為目的時(shí) 應(yīng)選用秸稈 廄肥等 C N 比大 復(fù)合系數(shù)和腐殖化系數(shù)高的有機(jī)物料 且不宜堆腐 30 根據(jù)牛新勝等 32 對(duì)我國(guó)有機(jī)肥料資源與利用資料的 近 30年 統(tǒng)計(jì)結(jié)果 當(dāng)前我國(guó)每年約有 57億 t的有機(jī) 肥料基礎(chǔ)資源實(shí)物量 其中包括約 38億 t 鮮 的畜 禽糞尿 約 8億 t 鮮 的人糞尿 約 10億 t 風(fēng)干 的秸稈 約 1 億 t 鮮 的綠肥和約 0 2 億 t 風(fēng)干 的餅肥 折合約 3 000萬(wàn) t的 N 約 1 300萬(wàn) t的 P2O5 約 3 000萬(wàn) t的 K2O 然而 由于社會(huì) 政策 技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 推廣等多方面的原因 我國(guó)有機(jī)肥料資源回田 率不高 利用率較低 氮的回田率尚不足 40 加強(qiáng) 有機(jī)肥料資源收集 加工和施用各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)開發(fā) 和相關(guān)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè) 例如 將有機(jī)物料加工成 生物炭和商品有機(jī)肥料施入土壤 是解決當(dāng)前有機(jī)肥 料資源利用中許多技術(shù)難題的選擇 生物炭和商品有 機(jī)肥的生產(chǎn)和施用 正逐漸成為國(guó)內(nèi)外土壤學(xué) 農(nóng)學(xué) 和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn) 4 3 基于生物炭的土壤肥力提升技術(shù) 生物炭是有機(jī)物料如農(nóng)作物秸稈 木質(zhì)物 畜禽 糞便等在低氧環(huán)境下經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤夂螽a(chǎn)生的一種富 含碳的材料 33 根據(jù)袁帥等 34 對(duì)生物炭主要類型與理 化性質(zhì)的研究總結(jié) 受生物炭來(lái)源物質(zhì) 裂解工藝 裂解設(shè)備差異影響 生物炭含碳量在 30 90 之間 平均 64 灰分量主要在 0 40 之間變動(dòng) 平均 16 灰分中主要包括鈉 鎂 鉀 鈣等礦物元素 比表面 積的變化范圍絕大多數(shù)在 0 520 m2 g 之間 平均為 124 83 m2 g pH 值在 5 12之間 平均值為 9 15 陽(yáng) 離子交換量從 0到 500 cmol kg都有分布 平均值為 71 91 cmol kg 作為有機(jī)肥物料間接還田的一種方式 生物炭由于具有高度穩(wěn)定性 強(qiáng)吸附性 多孔性 低 密度性等理化特性 并且含有一定量的礦質(zhì)養(yǎng)分和鹽 基離子 在改良土壤 提高肥力 固碳減排和修復(fù)污 染等方面具有較大的應(yīng)用潛力 被認(rèn)為是維持農(nóng)業(yè)可 持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵 易獲得的投入產(chǎn)物 35 對(duì)大量生物炭應(yīng)用研究的結(jié)果表明 34 36 施用生 物炭后可以顯著降低土壤密實(shí)度和土壤體積質(zhì)量 提 高土壤通氣性和持水能力 提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性 增加土壤有機(jī)質(zhì)量和含碳量 促進(jìn)土壤中有機(jī)氮的礦 化 固定和轉(zhuǎn)化 提高土壤速效磷 速效鉀和速效氮 量 提高土壤 pH值 增加土壤過(guò)氧化氫酶 蔗糖酶 脲酶活性和土壤微生物量 生物炭添加到被污染的土 壤中后 還可以吸收土壤中的有毒有害物質(zhì) 增加污 染物的降解 另外 生物炭復(fù)雜穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形態(tài) 可 以長(zhǎng)期減少碳排放 起到固定碳和減少溫室氣體 CH4 N2O CO2 排放的作用 4 4 基于商品有機(jī)肥料的土壤肥力提升技術(shù) 商品有機(jī)肥料是指以畜禽糞便 動(dòng)植物殘?bào)w和以 動(dòng)植物產(chǎn)品為原料加工的下腳料為原料 經(jīng)發(fā)酵腐熟 后制成 作為商品流通的肥料 37 相比于傳統(tǒng)有機(jī)肥 料 商品有機(jī)肥料具有工業(yè)化生產(chǎn) 發(fā)酵完全腐熟 質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定 符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn) 屬于有機(jī) 質(zhì)量 45 的精制有機(jī)肥 38 目前 我國(guó)共有 2 000 多家有機(jī)肥企業(yè) 有機(jī)肥產(chǎn)能大約 3 000 多萬(wàn) t 實(shí) 際產(chǎn)量為 1 500萬(wàn) 2 000萬(wàn) t 與我國(guó)每年農(nóng)業(yè)上利 用的純養(yǎng)分 5 500萬(wàn) 6 000萬(wàn) t還有較大差距 39 與 無(wú)機(jī)肥料相比 有機(jī)肥料中不僅含有多種有機(jī)養(yǎng)分 還含有多種無(wú)機(jī)元素 以及大量的微生物和酶 施用 商品有機(jī)肥料后 通過(guò)有機(jī)肥料與土壤的相融 有機(jī) 膠體與土壤礦質(zhì)黏粒的復(fù)合 改善了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的 形成 降低了土壤密實(shí)度和體積質(zhì)量 提高了土體的 灌溉排水學(xué)報(bào) 4 空隙率和蓄水保水能力 調(diào)節(jié)了土體的水肥氣熱比例 有機(jī)肥中豐富的有機(jī) 無(wú)機(jī) 微量元素量和有機(jī)物質(zhì) 的強(qiáng)吸附性能 提高了土壤養(yǎng)分的全面供給能力 同 時(shí) 有機(jī)肥中豐富的有機(jī)物質(zhì)為土壤微生物和酶提供 了充足的養(yǎng)分和能源 加速了微生物的生長(zhǎng)和繁殖 激活了土壤酶活性 40 5 土壤肥力提升關(guān)鍵理論與技術(shù)研究展望 無(wú)論生物炭還是商品有機(jī)肥 施入土壤后均是通 過(guò)調(diào)節(jié)土壤物理 化學(xué) 生物 環(huán)境等特性實(shí)現(xiàn)了土 壤肥力的提升 并最終實(shí)現(xiàn)了作物高產(chǎn)和品質(zhì)的改善 但是 二者的有機(jī)物料原材料均存在來(lái)源廣泛和就地 取材 以及制備工藝不同等問(wèn)題 導(dǎo)致所含養(yǎng)分和其 他物質(zhì)差別較大 難以像化肥那樣有相對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì) 組成 這給商品有機(jī)肥和生物炭的生產(chǎn)和使用以及市 場(chǎng)的健康發(fā)展帶來(lái)諸多不便 尤其是隨著現(xiàn)代社會(huì)管 理標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)的發(fā)展 其矛盾更加突出 目前在生物 炭的應(yīng)用過(guò)程中 因缺少針對(duì)生物炭使用目的而研發(fā) 的專用生物炭產(chǎn)品及其制備工藝 導(dǎo)致了部分生物炭 還田后不能達(dá)到設(shè)定目標(biāo)的問(wèn)題 36 并產(chǎn)生了某些生 物炭 作物組合后不利于植物生長(zhǎng)的現(xiàn)象 35 另一方面 生物炭和商品有機(jī)肥中的有機(jī)肥養(yǎng)分 總量相對(duì)不足且分解緩慢 例如 商品有機(jī)肥料中 N P2O5 K2O的總養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅 5 0 37 不能及時(shí) 滿足作物養(yǎng)分需求 需配合無(wú)機(jī)肥料一起施用 近年 來(lái)有關(guān)有機(jī)肥替代部分無(wú)機(jī)肥技術(shù)的相關(guān)研究論文 發(fā)表數(shù)量快速增長(zhǎng) 已經(jīng)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn) 41 但是 截至目前還沒(méi)有明確的有機(jī)無(wú)機(jī)配比概念 預(yù)計(jì)在很 長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是需要研究的重要課題 39 因此 避 免 使用目的和制備方法的脫節(jié) 通過(guò)系統(tǒng)性研究和示 范后分類建立生物炭和有機(jī)肥生產(chǎn)和施用關(guān)鍵技術(shù)與 標(biāo)準(zhǔn) 是我國(guó)基于有機(jī)肥物料的收集 加工和施用技 術(shù) 從本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)土壤肥力提升的關(guān)鍵措施 參考文獻(xiàn) 1 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 2019年全國(guó)耕地質(zhì)量等級(jí)情況公報(bào) R 北京 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公報(bào) 2020 2 朱兆良 金繼運(yùn) 保障我國(guó)糧食安全的肥料問(wèn)題 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥 料學(xué)報(bào) 2013 19 2 259 273 ZHU Zhaoliang JIN Jiyun Fertilizer use and food security in China J Plant Nutrition and Fertilizer Science 2013 19 2 259 273 3 龍文軍 姜楠 發(fā)達(dá)國(guó)家有機(jī)肥規(guī)范及推廣的經(jīng)驗(yàn)做法 J 農(nóng)村工 作通訊 2021 9 59 61 4 熊毅 有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合與土壤肥力 J 土壤 1982 14 5 161 167 5 熊順貴 呂貽忠 成春彥 土壤肥力概念與肥力評(píng)判方法 J 中國(guó) 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1997 2 S2 21 24 XIONG Shungui LYU Yizhong CHENG Chunyan Soil fertility and its evaluation methods J Journal of China Agricultural University 1997 2 S2 21 24 6 蔡祖聰 淺談 十四五 土壤肥力與土壤養(yǎng)分循環(huán)分支學(xué)科發(fā)展戰(zhàn) 略 J 土壤學(xué)報(bào) 2020 57 5 1 128 1 136 CAI Zucong Discussion on the strategies for development of the subdiscipline of soil fertility and soil nutrient cycling for the 14th five year plan J Acta Pedologica Sinica 2020 57 5 1 128 1 136 7 駱東奇 白潔 謝德體 論土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法 J 土壤與環(huán) 境 2002 11 2 202 205 LUO Dongqi BAI Jie XIE Deti Research on evaluation norm and method of soil fertility J Soil and Environmental Sciences 2002 11 2 202 205 8 MUELLER L SHEPHERD G SCHINDLER U et al Evaluation of soil structure in the framework of an overall soil quality rating J Soil and Tillage Research 2013 127 74 84 9 肖安水 土壤肥力的測(cè)定及其評(píng)價(jià) J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué) 2008 5 23 24 XIAO Anshui Determination of soil fertility and its evaluation J Modern Agricultural Sciences 2008 5 23 24 10 房娜娜 劉凱 劉國(guó)棟 等 黑土肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)的生物指標(biāo)研究進(jìn)展 J 地質(zhì)與資源 2020 29 6 518 524 542 FANG Nana LIU Kai LIU Guodong et al Research progress on biological indicators of black soil fertility quality evaluation J Geology and Resources 2020 29 6 518 524 542 11 林卡 李德成 張甘霖 土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中文文獻(xiàn)分析 J 土壤通報(bào) 2017 48 3 736 744 LIN Ka LI Decheng ZHANG Ganlin Literature analysis on soil quality assessment in China based on CNKI database J Chinese Journal of Soil Science 2017 48 3 736 744 12 LIMA A C R BRUSSAARD L TOTOLA M R et al A functional evaluation of three indicator sets for assessing soil quality J Applied Soil Ecology 2013 64 194 200 13 陳方正 任健 劉思涵 等 基于最小數(shù)據(jù)集的洞庭湖流域南部耕地 土壤肥力綜合評(píng)價(jià) J 土壤通報(bào) 2021 52 6 1 348 1 359 CHEN Fangzheng REN Jian LIU Sihan et al Comprehensive assessment of soil fertility of cultivated land in southern Dongting Lake Basin based on minimum data set J Chinese Journal of Soil Science 2021 52 6 1 348 1 359 14 耕地質(zhì)量等級(jí) GB T 33469 2016 S 北京 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 15 LARSON W E PIERCE F Conservation and enhancement of soil quality M Chiang Rai Thailand International Board for Soil Research and Management Inc 1991 16 王杰 張春燕 盧加文 等 廣安區(qū)柑橘土壤養(yǎng)分狀況及綜合肥力評(píng) 價(jià) J 土壤通報(bào) 2021 52 6 1 360 1 367 WANG Jie ZHANG Chunyan LU Jiawen et al Nutrient status and comprehensive fertility evaluation of the citrus soil in Guang an district J Chinese Journal of Soil Science 2021 52 6 1 360 1 367 17 吳小芳 張振山 范瓊 等 海南省果園土壤肥力綜合評(píng)價(jià)研究 J 熱帶作物學(xué)報(bào) 2021 42 7 2 109 2 118 WU Xiaofang ZHANG Zhenshan FAN Qiong et al Comprehensive evaluation of soil fertility in orchards of Hainan Province J Chinese Journal of Tropical Crops 2021 42 7 2 109 2 118 18 黃婷 王旭東 王彩霞 等 黃土高原溝壑區(qū)果園土壤質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià) J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技 2009 21 212 214 216 HUANG Ting WANG Xudong WANG Caixia et al Evaluation of orchard soil quality status on loess plateau J Xiandai Nongye Keji 2009 21 212 214 216 19 闞文杰 吳啟堂 一個(gè)定量綜合評(píng)價(jià)土壤肥力的方法初探 J 土壤 通報(bào) 1994 25 6 245 247 20 苗慶選 郭滿 馬海林 等 不同生態(tài)區(qū)核桃林地肥水管理及土壤肥 力差異研究 J 中國(guó)土壤與肥料 2021 1 296 302 MIAO Qingxuan GUO Man MA Hailin et al Study on the variation of fertilizer and water management and soil fertility of walnut woodland in different ecological regions J Soil and Fertilizer Sciences in China 2021 1 296 302 趙偉霞 等 土壤肥力提升原理與技術(shù)研究進(jìn)展 5 21 韓春建 梁朝信 吳克寧 等 基于 GIS技術(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度法土壤肥 力綜合評(píng)價(jià) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2008 24 S1 53 56 HAN Chunjian LIANG Chaoxin WU Kening et al Comprehensive evaluation of soil fertility based on GIS technology and grey correlative degree method J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2008 24 S1 53 56 22 李躍林 李志輝 李志安 等 桉樹人工林地土壤肥力灰色關(guān)聯(lián)分析 J 土壤與環(huán)境 2001 10 3 198 200 LI Yuelin LI Zhihui LI Zhian et al Gray relation grades analyses of soil fertility of eucalyptus plantation J Soil and Environmental Sciences 2001 10 3 198 200 23 土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范 DZ T 0295 2016 S 北京 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 出版社 2016 24 夏圣益 土壤基礎(chǔ)地力 施肥水平與農(nóng)作物產(chǎn)量的關(guān)系 J 上海農(nóng) 業(yè)科技 1998 1 6 8 25 湯勇華 黃耀 中國(guó)大陸主要糧食作物地力貢獻(xiàn)率及其影響因素的 統(tǒng)計(jì)分析 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2008 27 4 1 283 1 289 TANG Yonghua HUANG Yao Statistical analysis of the percentage of soil fertility contribution to grain crop yield and driving factors in China s mainland J Journal of Agro Environment Science 2008 27 4 1 283 1 289 26 黃興成 石孝均 李渝 等 基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn) 穩(wěn)產(chǎn)和可 持續(xù)生產(chǎn)的影響 J 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017 50 8 1 476 1 485 HUANG Xingcheng SHI Xiaojun LI Yu et al Effect of the inherent soil productivity on high stable and sustainable yield of grain and oil crops in yellow soil region J Scientia Agricultura Sinica 2017 50 8 1 476 1 485 27 喬磊 江榮風(fēng) 張福鎖 等 土壤基礎(chǔ)地力對(duì)水稻體系的增產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn) 作用研究 J 中國(guó)科技論文 2016 11 9 1 031 1 034 1 045 QIAO Lei JIANG Rongfeng ZHANG Fusuo et al Improving inherent soil productivity enhances yield and resilience of rice farming systems J China Sciencepaper 2016 11 9 1 031 1 034 1 045 28 ZHAO W X SHAN Z J LI J S et al Effects of fertigation splits through center pivot on the nitrogen uptake yield and nitrogen use efficiency of winter wheat grown in the North China Plain J Agricultural Water Management 2020 240 106 291 29 熊仕娟 黃興成 提升基礎(chǔ)地力 實(shí)現(xiàn) 藏糧于地 戰(zhàn)略 J 現(xiàn)代園 藝 2017 15 46 47 30 竇森 徐冰 鞠善宏 土壤肥力與培肥 J 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 1992 14 S1 70 72 31 曾憲成 李雙 培育土壤肥力產(chǎn)業(yè) 土肥學(xué)說(shuō) 三分較 腐殖酸是 培育土壤肥力產(chǎn)業(yè)的核心力量 J 腐殖酸 2016 4 1 9 ZENG Xiancheng LI Shuang Cultivating soil fertility industry and comparing three soil and fertilizer theory Humic acid is the core strength of cultivating soil fertility industry J Humic Acid 2016 4 1 9 32 牛新勝 巨曉棠 我國(guó)有機(jī)肥料資源及利用 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué) 報(bào) 2017 23 6 1 462 1 479 NIU Xinsheng JU Xiaotang Organic fertilizer resources and utilization in China J Journal of Plant Nutrition and Fertilizer 2017 23 6 1 462 1 479 33 BLANCO CANQUI H Biochar and soil physical properties J Soil Science Society of America Journal 2017 81 4 687 711 34 袁帥 趙立欣 孟海波 等 生物炭主要類型 理化性質(zhì)及其研究展 望 J 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2016 22 5 1 402 1 417 YUAN Shuai ZHAO Lixin MENG Haibo et al The main types of biochar and their properties and expectative researches J Journal of Plant Nutrition and Fertilizer 2016 22 5 1 402 1 417 35 SEMIDA W M BEHEIRY H R S TAMOU M et al Biochar implications for sustainable agriculture and environment A review J South African Journal of Botany 2019 127 333 347 36 TAN Z X LIN C S K JI X Y et al Returning biochar to fields A review J Applied Soil Ecology 2017 116 1 11 37 有機(jī)肥料 NY 525 2012 S 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 2012 38 張文 韓健 李先信 等 淺談商品有機(jī)肥 J 南方農(nóng)業(yè) 2021 15 15 230 232 39 牛立亭 有機(jī)肥的五個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 訪中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū) 劃研究所研究員白由路 J 中國(guó)農(nóng)資 2021 21 16 40 趙秉強(qiáng) 新型肥料 M 北京 科學(xué)出版社 2013 ZHAO Bingqiang New fertilizers M Beijing Science Press 2013 41 萬(wàn)連杰 李俊杰 張績(jī) 等 有機(jī)肥替代化肥技術(shù)研究進(jìn)展 J 北方 園藝 2021 11 133 142 WAN Lianjie LI Junjie ZHANG Ji et al Research progress on the technology of organic fertilizer partial substituted for chemical fertilizer J Northern Horticulture 2021 11 133 142 Technologies and Mechanisms for Improving Soil Fertility A Review ZHAO Weixia1 LI Yanfeng1 ZHANG Baozhong1 YU Yingduo1 LUO Peng2 XU Haiyang3 PENG Kunhai4 LEI Zhendong3 1 State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin China Institute of Water Resources and Hydropower Research Beijing 100048 China 2 College of Water Conservancy Science and Engineering Taiyuan University of Technology Taiyuan 030024 China 3 Yongding River Investment CO LTD Beijing 100091 China 4 Yongding River Huailai Ecological Development CO LTD Huailai 075499 China Abstract Intensive agriculture and other anthropogenic activities have led to soil degradation in many regions across China Improving soil fertility and restoring soil functions is important to maintain sustainable agricultural production and safeguard food supply in China In this paper we systematically review the methods and technologies developed over the past decades to improve soil fertility which includes