论干旱区农业建设中土壤的培肥方向段争虎，刘新民，赵强（中国科学院兰州沙漠研究所·兰州７３ ００００）摘要通过分析干旱区农业特点和过去几十年世界粮食增产的原因，讨论了长期施用化肥 对作物产量和土壤肥力的影响、施用化肥培肥土壤的机理，以及施用化肥的效益，提出了干旱区生 态农业建设要注重土地内涵的发展，建立物质、能量和不断扩大养地用地的良性循环，而这些都必 须增加化肥的投入。关键词化肥施用；土壤培肥；干旱区农业近年来，随着化肥工业的飞速发展， 化肥用量不断增加．使大量无机形态的营养物质投入到农业生态系统。从而改变了原有的肥料结构 ，打破了旧的有机农业低水平的平衡状态，促进了物质再循环，为保证作物高产化肥正起着越来越 重要的作用。但在干旱区现代化农业建设中，能否施用化肥提高作物产量和培肥土壤，这是需要研 究的。１干旱区农业必须以增施化肥为前提１．１干旱区农业的特点干旱农业区的一般特点是降雨 稀少，环境条件严酷，人少地多，土壤贫瘠，有机肥少，生产力低下，因而相应地也就导致其生态 系统结构简单，稳定性差，特别是土壤贫瘠，农田投入能量少，有限的有机肥根本满足不了作物对 养分的需求，故难以获得丰产。针对这种情况，只有增施化肥，才能满足作物对养分的需要，作物 丰产才有可能。１．２化肥在历史上起过巨大的作用１９世纪中叶，德国化学家李比希（Ｊ．Ｖ。 Ｌｉｅｂｉｓ）首先提出植物矿质营养学说和归还理论，对当时西欧的农业生产，起了划时代的推 动作用。在１９世纪末到２０世纪初短短的２０年中，西欧小麦产量增加了一倍［１］．如１８８ ５～１８９０年，荷兰、比利时的小麦产量为１．５～１．７ｔ／ｈｍ２，到１９１０～１９１３ 年时，荷兰全国平均小麦产量为２．６ｔ／ｈｍ２，比利时为２．５ｔ／ｈｍ２，其中有５０％是 由于化肥施用的结果。从农业现代化的发展史看，大体上有过４次粮食产量的突破，也都与增施化 肥有关。１９７８年世界肥料会议认为［２］，发展中国家过去２０年中所增产的粮食，约有３０ ％是由于化肥的施用。由于耕地资源的局限性，粮食生产和其他农产品的增加要求继续扩大化肥的 生产和施用，根据联合国粮农组织的预测，到２０００年全世界对化肥的需要将达到３亿ｔ，营养 元素的生产比１９７９年增加两倍以上。在我国，农业比较发达的地区，单产大幅度上升的一个重 要方面是增施肥料，施好肥该项目得到国家自然科学基金（４９５７１ｏ４６）和中国科学院沙坡 头沙漠开放试验站中日合作项目基金的资助。料（特别是化肥）。它不仅是创造作物营养的最适条 件，提高作物产量的物质基础，也是我国提高粮食单位面积产量，走向农业现代化的最根本措施之 一。参照农业发达国家过去所走道路的经验，不论是耕地相对较多而人口不密集、不争取很高的单 位面积产量的国家，如美国、澳大利亚、加拿大等，还是耕地少、人口密集、力争提高单位面积产 量的国家，诸如西欧等国与日本，但农业的发展都伴随着化肥用量的大量增加。所有这些都有力地 说明了化肥给农业生产带来了新的繁荣，是农业生产发展和采取的最有效的措施之一。干旱区现代 化农业的建设，也必须依赖于化肥的大量施用。１．３化肥从农业自身循环以外给土壤增加了巨大 的增产能力农业生产中的植物养分在土壤—作物—动物—土壤之间的封闭式循环中，除了光、热、 水、气以外，所有物质、能量基本上都来自系统内部，在循环过程中，每一个环节上都有一个能量 损失问题，单靠自然界的光、热、水、气和循环内的物质补充往往难以抵偿系统内的炳产生。因而 ，每循环一次，养分必然有所损失，久而久之，土壤肥力不但不会递增，而只能递减。只有化肥才 是来自土壤以外纯粹从外界增加进来的“肥力”。化肥参加了这一循环，循环才能扩大，循环才能 由旧有递减的循环变成一个螺旋式不断扩大的循环。每次循环以后，土壤中养分就可以增多，土壤 肥力才能得到提高。２增施化肥的效益分析据计算，１ｇ氮的合成耗能１０４．７ｋＪ，而１ｇ氮 至少可增产１２ｇ谷粒和１２ｇ茎秆，共２４ｇ植物干物质。其中，每克植物于物质贮存化学能１ ７．６ｋＪ，总计能量贮存约４１８．６ｋＪ，故利用化肥是最经济而有利的事情，以致发达的农 业集约国家，大量应用化肥，在能量上仍然有利可图。近年来发达国家有机生态农业呼声日渐高涨 ，但国外从事有机农业的人不少是出于一种信念，而不是取决于一己的利益［３］。有机农业一般 单位面积产量在一定时间内较低，农场的收益不一定能增加。在美国调查表明［４］，有机农场支 出费用少，成本低，产量低，而产品出售价格较高，净收入和普通农场接近。英国调查１００个有 机农场的结果是产量降低，收入减少［５］。联邦德国有机农场估计有２０００多个，但实际面积 很小，只占总耕地面积的０．３％，而且在不施肥的情况下，养分不能自我平衡，产量一般减少２ ０％～３０％［３］。增施化肥使成本大幅度提高，会不会导致“高产穷队”。从狩猎采集时代至 现代化农业的漫长期间，主要粮食生产上能量的投入与产出之比的变化并不大，其比值以只有单纯 使用人力的时代最高。就世界谷类作物来说．单位土地面积以及每个农业劳动力投入与产出的能量 之间调查表明，有投入多，产出也多的趋势。发达国家与发展中国家相比较，后者不但单位面积产 出少，而且单位产品消耗的能量反倒多。所以，增施化肥也是夺取农业高产最经济最科学的措施之 一［６］。３长期施用化肥对作物产量、品质和土壤的影响３．１长期施用化肥对作物产量的影响 早在１００多年前，世界上许多国家部布置了各式各样的长期肥料试验，这些试验具体设计虽各有 不同，其中有一个共同的目的就是用比较厩肥和矿质肥料的效果来研究施肥对提高土地生产力的作 用［７］。１００多年的试验结果已经表明（表１），化学肥料具有和有机肥一样的持续增产效果 ，且二者的产量效果几乎不相上下。由于在许多试验中（例如丹麦、日本和澳地利等试验），厩肥 和矿质肥料中的有效成分用量被设计成相同量，因此，若以相当有效成分量的厩肥和矿质肥料比较 ，二者的增产效果也十分接近或厩肥还略为逊色。许多试验已持续进行百年上下，并都连续施用化 肥而使作物产量不断上升，例如Ｂｒｏａｄｂａｌｋ小麦近１０余年的平均产量（表２），不论在 厩肥区或ＮＰＫ化肥区均比过去提高了一倍，达到５ｔ／ｈｍ２上下，个别好年收成可达７ｔ／ｈ ｍ２上下。Ｍｏｒｒｏｗ试验的结果还说明（表３），连续７９年不施肥料的极为瘠薄的农田土壤 ，一旦施用矿质肥料，可立即大幅度提高土壤的生产力。例如无肥区的连作玉米产量可由２６３０ ｋｇ／ｈｍ２提高到７０９０ｋｇ／ｈｍ２。这些数字一分接近连续施用５０年有机肥料后再增施 ＮＰＫ化肥的玉米产量。而在玉米—燕麦—三叶草轮作中，在两种施肥基础上极不相同（连续７９ 年不施肥和连续５０年施有机肥），因而在肥力基础也极不相同的土壤上，一旦施用ＮＰＫ化肥二 者的玉米产量几乎相同。这一情况也可以说明，在提高作物产量方面，供给作物以充足的养分较之 土壤原有的肥力基础似更为重要。３．２ 长期施用化肥对土壤肥力的影响长期肥料试验结果（表 ４）可看出，在缺乏腐殖质的生草灰化土上施与不施矿质肥料的土壤相互比较，施化肥增加了土壤 中有机氮含量，与施用厩肥的方向一致，与不施肥料的土壤相比，全Ｎ含量增长１３％～４０％。 堆厩肥对于产量的效果是以作为肥料的可分解性有机物肥效为主的。就土壤肥力来说，堆厩肥的效 果与氮素肥料的肥效是同性质的。因为施入土壤的化学肥料一部分成为土壤的有机氮素而被固定， 使之有机化，这一部分在生育后半期再被无机化供作物吸收。因而，化学肥料一部分和有机态氮素 作同样的用途，它们只是在施肥后的土壤中，无机态和有机态在数量上存在着差异［１０］。肥料 试验还表明，长期施用化肥对土壤有机质的状态没有不良影响，长期施用矿质肥料的土壤中，有机 质的质与量的变化，与施用厩肥的土壤中的变化相类似，而有机质对土壤的物理化学性状起着决定 性作用。但至今不少人，笼统地相信长期施用化肥会使土壤板结或物理性质恶化，我们认为这种观 点的形成乃起因于“老观念”，而对目前的化肥性质与施用不甚了解。数十年前，化肥仅为硫酸铵 ，而硫酸铵是一种生理酸性肥料，长期单一施用确实会使土壤性质恶化。但目前化肥品种多样，硫 酸铵比重很小，主要氮肥碳酸氢铵与尿素均无致酸作用，也没有任何副成分残留在土壤中，对土壤 没有不良影响，并不存在施用化肥使土壤板结的事实。３．３施用化肥对作物产品品质的影响施用 化肥可以影响作物产品的品质是无可非议的［１１，１２］，粮食作物多年试验结果指出（表５） ，不同处理的小麦和玉米矿质成分是不一样的，单施化学氮肥比无肥区的所有矿质成分都有所增加 ，比单施有机肥的Ｎ，Ｐ，Ｋ等元素含量也要高，说明化学氮肥不仅能提供作物氮素需要，而且能 增强作物对其他元素的吸收能力。同时也可提高小麦、玉米中的淀粉、可溶糖、蛋白质、面筋等含 量和玉米中的各种维生素含量（表６），从而使其营养品质和商业品质得到改善。４干旱区农业土 壤培肥的途径当前提高土壤肥力的途径一般认为有“有机农业”、“石油农业”和有机无机相结合 的途径３种。“石油农业”是指发达国家大量施用化学产品和采用高能耗的机械化作业，现代化程 度高，与我国情况很不一样，全盘照搬在我国却不现实。近年来从美国传入我国的所谓有机农业理 论，颇有一定影响。但目前的有机农业乃是指有充分化肥、农药供应的情况下，发展以畜牧业为主 的完全应用有机肥的农业。其共同之处皆为畜牧业比重大，饲料基地与人均土地面积都很充分，能 耗虽低，但单位面积产量比当地一般农户低３０％［５］，这与我国人多地少，高产复种的情况无法比较，与建立干旱区生态农业高效利用，提高土地单位面积生产力，为国家提供大量商品粮的目的更不相适宜。有机一无机相结合，以无机促有机是我国农业现代化建设中，经过证明是正确的肥料政策，但干旱生态农业区不同于其他农业区。相对而言，干旱区人少地多，畜业不发达，有机肥
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