土壤不是一种惰性的生长介质——它是一种有生命的、能维持生命的自然资源。它与数十亿的细菌、真菌和其他微生物合作,构成了一个和谐的共生生态系统的基础。
一、什么是土壤健康?
土壤健康被定义为土壤持续发挥其作为维持植物、动物和人类生存的重要生态系统功能的能力。健康的土壤为我们提供清洁的空气和水、丰富的农作物和森林、肥沃的牧场、多样的野生动植物以及美丽的风景。土壤通过以下五项基本功能来实现这一切:
•水分调节。土壤有助于控制雨水、融雪水和灌溉水的流向。水要么在地表流动,要么渗入土壤并流过土壤。
•维持植物和动物的生命。生物的多样性和生产力取决于土壤。
•过滤和缓冲潜在污染物。土壤中的矿物质和微生物负责过滤、缓冲、降解、固定和解毒有机和无机物质,包括工业和市政副产品以及大气沉积物。
•养分循环。碳、氮、磷和许多其他养分在土壤中储存、转化和循环。
•提供物理稳定性和支撑。土壤结构为植物根系提供生长介质。土壤还为人类建筑提供支撑,并保护考古宝藏。
二、促进土壤健康的四项基本准则
随着世界人口和粮食生产需求的增长,保持土壤健康和生产力至关重要。通过采用土壤健康管理措施包括免耕、覆盖作物和多样化轮作在内的耕作,越来越多的农民正在增加土壤有机质含量,提高微生物活性。结果,农民们正在封存更多的碳,增加水分渗透,改善野生动植物的栖息地,同时收获更高的产量和利润。
土壤健康研究已经确定了如何以一种改善土壤功能的方式管理土壤,主要的准则有:
•最大限度地增加活根的存在
根际是土壤生态系统中最活跃的部分,因为这里有最易获取的食物,也是养分和水分循环最旺盛的地方。植物根部会分泌微生物的食物,以吸引并养活微生物,这些微生物在根土界面为植物提供养分(及其他化合物),植物可以在此吸收。由于活根是土壤微生物最容易获取的食物来源,因此种植长季作物或在短季作物之后种植覆盖作物,能在生长季尽可能多地为土壤食物网的基础物种提供养分。
健康的土壤取决于土壤食物网的营养状况。为土壤微生物提供大量容易获取的食物有助于它们循环植物生长所需的养分。来自活的植物根系的糖,最近死亡的植物根系,作物残留物和土壤有机质都为土壤食物网的许多不同成员提供食物。
图1植物根际
•最小化的土壤扰动
耕作会破坏土壤有机质和土壤结构,以及土壤生物所需的栖息地。耕作,尤其是在较温暖的月份进行,会降低土壤的入渗能力,增加径流,使土壤的生产力下降。耕作会扰乱土壤的自然生物循环,破坏土壤结构,使土壤更容易受到侵蚀。
减少耕作/免耕的好处包括:
促进植物生长——采用少耕或免耕管理多年的土壤含有更多有机质和水分,可供植物利用。健康的土壤能循环作物养分,支持根系生长,更高效地吸收水分和固碳。
减少土壤侵蚀——全年覆盖的土壤受风和水侵蚀的可能性要小得多。对于种植系统而言,免耕等做法能保持土壤从收获到播种期间不受干扰。
节约成本——减少耕作次数可为农民节省燃料和劳动力成本。改善养分循环使农民有可能减少维持产量所需的补充养分量,进一步降低投入成本。
为野生动物提供栖息地——作物残茬、草和覆盖作物为野生动物提供食物和藏身之所。
生产投入或不当的放牧管理也可能对土壤造成干扰。投入品使用不当可能会破坏植物与土壤生物之间的微妙关系。土壤健康管理有助于将潜在干扰降至最低,同时最大限度地提高养分循环,从而提高生产者的盈利能力。
图1秸秆覆盖的玉米地
•最大限度地增加土壤覆盖
通过种植覆盖作物、一年生作物和多年生作物,并将作物残茬和活体覆盖物留在地面上,可以最大限度地增加土壤覆盖。全年保持土壤覆盖的土壤健康措施能够改善土壤健康状况,并保护土壤免受风蚀和水蚀。
覆盖作物作为为作物种植系统中不可或缺的一部分,在休耕季节为土壤提供覆盖。通过管理覆盖作物,可以改善土壤健康状况,因为它们有助于营造一个能够维持和滋养植物、土壤微生物和有益昆虫的环境。在您的作物轮作中引入覆盖作物,无论农场规模大小,从数千英亩的玉米/大豆农场到小型城市农场,都能从中受益。
覆盖作物通常在夏末或秋季收获后、次年春季作物种植前种植。覆盖作物的例子包括黑麦、小麦、燕麦、三叶草和其他豆科植物、芜菁、萝卜和小黑麦。将几种覆盖作物混合种植可以增强其对土壤健康的影响。每种覆盖作物都有其自身的益处,因此选择合适的覆盖作物混合物以实现管理目标非常重要。
在经济作物季节之间种植覆盖作物的好处包括:
恢复土壤健康——覆盖作物有助于增加土壤中的有机质,通过在一年中的更多月份为土壤增添活根来改善整体土壤健康。覆盖作物能够改善土壤的透水性。像饲料萝卜这类深根作物能自然形成排水通道。豆科覆盖作物可作为天然肥料,而禾本科作物则能吸收收获后或冬季常流失的养分。
保护土壤资源——覆盖作物与地表的作物残茬一起,能保护土壤免受暴雨和强风的侵蚀。覆盖作物能截留多余的氮,防止其渗入地下水或流入地表水——并在之后释放出来供作物生长所需。
提供牲畜饲料——覆盖作物能为牲畜养殖者提供额外的放牧或打草机会。
提供野生动物栖息地——覆盖作物为鸟类和其他野生动物提供冬季的食物和庇护所。在生长季节,它们还能为传粉者提供食物。
•最大限度地提高生物多样性
生物多样性是指给定生态系统或领域内生命形式的变化。这些不同的生命形式包括所有的植物、动物和微生物。增加轮作作物的多样性以及覆盖作物的使用能够提高生物多样性。
生物多样性有助于预防与单一栽培相关的病虫害问题。使用覆盖作物并在轮作中增加多样性可以改善土壤健康和土壤功能,降低成本并提高盈利能力。地上的多样性改善了地下的多样性,这有助于创造健康的生产土壤。
缺乏生物多样性严重限制了任何种植系统的潜力,并增加了病虫害问题。生物多样性最终是任何农业系统成功的关键。多样化且功能齐全的土壤食物网提供了养分、能量和水循环,使土壤能够充分发挥其潜力。