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健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?
2019-01-10   来源:中国科学报   

健康的土壤是食物系统的基础。我们的土壤是农业基础,并且几乎是所有粮食作物赖以生长的介质。健康土壤生产出健康农作物,这些农作物再滋养人类和动物。事实上,土壤质量和粮食数量及质量直接相关。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

板结的土壤

土壤提供了粮食作物蓬勃生长所需的必要养分、水、氧气和根部支持。土壤也保护了纤弱的植物根部,使其免受温度大幅波动的影响。

健康的土壤是活性的土壤

健康的土壤是一个活性的、动态的生态系统,富含大大小小有机体,他们扮演着众多至关重要的功能,诸如,将死亡的、衰败的物质及矿物质转换成植物所需的养分(养分循环);控制植物病害、昆虫和田间害虫,通过积极影响土壤保湿能力及肥力来改善土壤结构,并最终提升作物产量。健康土壤也能通过维持或增加碳含量,来缓解气候变化带来的影响。

为何土壤有机质如此重要?

土壤有机质,即现场生物分解的产物影响土壤的化学和物理性质及其整体健康。其组成和降解率影响:土壤结构和孔隙度;土壤渗入速率和保湿能力;多样性和土壤有机物的生物活性;以及植物养分供给。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

为达到维持土壤肥力并实现可持续生产的目标,有机物、水和土壤之间的养分交换必不可少。如果土壤在被用于种植农作物时,没有恢复有机质和营养成分,那么,养分循环将被破坏,土壤肥力将出现下降,农业生态系统的平衡将被打破。

土壤是食品安全和营养的重要伙伴

粮食供应依赖于土壤:只有健康的活性土壤才能生产营养丰富、品质优良的粮食和动物饲料。在过去50年间,农业技术的提高和因人口增长而带来的粮食需求增长,使得土壤承受的压力越来越大。在许多国家,集约化作物生产已经耗尽土壤资源,破坏了土壤生产能力,危及子孙后代的粮食供给。

保持土壤健康意味着土地可持续管理

预计到2050年,全球人口将超过90亿,土地及水资源竞争,加之气候变化的影响,使得我们现在和将来的粮食安全将取决于我们如何利用目前已开发的土壤资源来增加产量和提高质量。

整体生产管理系统可以促进和增强农业生态系统健康,使其在社会、生态及经济层面都保持可持续发展,对于保护土壤并提高产能而言必不可少。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

农民在这一方面扮演着重要的角色。各种各样不同的农耕办法可以推广可持续土壤管理,并最终提高生产力,例如:生态农业、保护性农业、有机农业、免耕农业和农林业。

最终,更好地了解土壤生命和生态系统功能与人类干预措施之间的联系将降低负面影响,并更加有效地获取土壤生态活性带来的利益,从而使农业更可持续、更高产。

粮农组织项目

目前,粮农组织正在全世界范围内开展一些可持续土地管理和土壤养护项目,其中包括:莱索托的促进保护性农业项目,帕劳的加强可持续有机农耕能力项目,以及中国的种植杨树以实现粮食安全项目。

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。

在这些组分中,能够影响土壤健康、人类能调节的土壤部分自然是有机质,有机质是土壤活力的核心。

最近走访到两个典型的案例。第一个案例是意大利的一个葡萄园,园龄16年,曾经是块烂地。园主是个70多岁的意大利农民,独自管理着3公顷的土地。到访时满园挂满葡萄,同事数过一株,高达60串,园主称最重一串达6公斤。收获时让销售商自采,约70%销售,而余下30%的葡萄连同落叶等埋入园中作为肥料。

第二个案例是国内顺德的一个菜地,在顺德这个曾经的鱼米之乡,一块2~3平方米的菜地竟然生产不出3~4斤的菜!

前者土壤极为疏松,轻轻一挖,可以看到充满活力的葡萄根,捧起土壤一闻,有种芳香,在一小撮的黝黑色土壤中,可以看到很多白丝状物质;而后者土壤极为板结,拔菜苗时,要么在菜苗根土接触位置折断,要么整个土块带出,用力敲碎后,主根系竟然长不过5厘米!

虽然目前的判断还只能依靠外观,但两块地的土壤的差别让我极为感慨,让我不禁要说说健康的土壤该是什么样子。

理想的土壤构成

大家知道土壤是由固体、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。

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。

在这些组分中,能够影响土壤健康、人类能调节的土壤部分自然是有机质,有机质是土壤活力的核心。无怪乎出版于1911年的《四千年农夫》的作者F.H.King将中国历经数千年的耕地肥力依然高于美国未开垦的土地的原因,归结于轮作、绿肥、河泥回填、农家肥施用等精细化的土壤养护和管理。

有机质是土壤活力的核心

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。

同时,土壤有机质是衡量土壤保肥能力的阳离子交换量(CEC)的主要贡献者,高达50%~100%。因此有研究表明,土壤中的有机质从2%降低到1.5%,土壤的保肥能力将下降14%。

此外,土壤有机质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。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

当然,土壤有机质也深刻影响着土壤的质地和结构。丰富的有机质下,土壤可以形成稳定的大量的有机无机复合体,具有良好的土壤结构,不仅抗土壤侵蚀,也为根系提供理想的水分和空气条件。

最主要的是,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。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

有研究认为,一个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。

真的是我们该保护土壤的时候了

以最高产为目的的现代农业的耕作体系下,土壤状况已经和理想土壤越来越远,无怪乎我们看到了曾经是鱼米之乡的顺德有数平方米种不出几斤蔬菜的土地。

健康的土壤应该是啥样的?究竟健康土壤对作物生长有多重要?

对照着以上理想土壤的条件和应该有的有机质含量、土壤生物网,我们现在的土壤距离有多远呢?11月1日的新闻报道称:“全国年均损失耕地百万亩,东北一些黑土层流失殆尽”,很令人痛心。《四千年农夫》告诉我们,祖先为我们养护了最好的土壤,而无论科技多么发达,此后的子子孙孙也还需要依靠这片土地繁衍生息。

今年是国际土壤年,提出了“健康土壤,健康生活”的愿景,我们应该深深感到,是时候保护土壤了。

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标签:健康 土壤 重要

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