有机肥在农业和生态环境中的作用演变

郝丽娜+吴海华+刘廷+曾洪寿

摘 要：通过综述和评价有机肥在我国不同时期的施用态势，讨论其在农业和生态环境中的作用演变。由分析可知，有机肥在我国早期主要起为作物供肥，完成养分循环的作用；在现代，有机肥和化肥配施不但能提高作物产量，改善作物品质，同时有机肥的施用还可以改善土壤的理化性质，培肥地力；有机肥的新产品，生物有机肥和生物黑炭将对可持续农业生产和生态环境起不可估量的作用，将是农业生产的希望之肥。

关键词：有机肥 农业 生态环境 演变 生物黑炭

中国在历史上长期处于古老农业大国的地位，先民用自己的智慧与实践经验获得了用肥养地的知识，逐步形成了用地与养地相结合的耕种传统，使我国几千年的土壤肥力与粮食生产得到相对的稳定。因此，中国的传统用肥过程，就是历史上施有机肥过程[1]。在农业发展中，有机肥的施用经历了3个阶段，即在传统农业中以施用有机肥为主的时期；自化肥问世后，有机肥悄悄退出农业生产的舞台；现阶段又重新重视有机肥的施用。那么，有机肥在漫长的农业生产中扮演何角色，有何演变。为此，本文对有机肥在农业生产中所起的作用进行分析，以期诠释有机肥在农业生产中的作用演变。

1 早期的有机肥

农业生产中种植业的发展离不开肥料。我国农田施肥始于殷商朝代，至今已有5000多年历史。在悠久漫长的历史长河中，古代劳动人民为了发展农业生产，不断向大自然索取，想方设法扩大肥源，开拓了种类繁多的有机肥源，给我们留下了极其丰富珍贵的农业遗产——有机肥。在20世纪70年代末以前，我国的农业生产中还是以施用有机肥为主[2]。

在单施有机肥阶段，将家庭排泄物作为主要肥料来源，形成了一个家庭圈的物质小循环，在此过程中既提高了土壤质量，又增加了土壤有机碳的含量[3-6]。因此，农家肥的施用是我国土壤肥力持续保持的重要因素[7]。在有机肥施用的第一个阶段中，有机肥主要是为了维持和提高农田土壤肥力，促进营养元素循环，并且提高作物的产量。该时期由于人口少，需求量小，加之交通不发达，农产品的消耗方式主要以自产自消为主。因此，养分资源主要在局部地域范围内循环，实现了农业的可持续发展。

2 现阶段的有机肥

2.1 有机肥的缺位

近代农业化学家李比希在1840年出版的《有机化学在农业和生理学中的应用》中，科学、系统地论证了土壤的肥力问题，他认为除碳、氢、氧和氮外，植物还需要许多其他的元素，例如硫、钾、磷、铁、钙、锰、硅等营养元素。为了不使因为植物不断吸收上述各种元素而使土壤逐渐贫瘠，从而最终导致作物产量下降，就必须对土壤施用人造肥料。1843年世界上第一个化学肥料——过磷酸钙研制成功，这标志着化肥统领农业生产的时代开始了。

世界农业发展的实践证明，化肥的施用是最快最有效的增产措施[2]。由于有机肥肥效长，分解释放养分相对缓慢，当季释放养分量占总氮的30%～50 %[8-9]。因此，自化肥出现后，人们热衷于用化肥来代替有机肥，以谋求更高的粮食产量。据联合国粮农组织报道，从1961年到2001年的40 年间，世界化肥用量从0. 31 × 108 t 增加到1. 38 × 108 t，而粮食的总产量也相应的从8. 77 ×108 t 增加到21. 66 × 108 t，单位面积产量从1. 35 t/hm2 增加3. 11 t/hm2，他們同时指出，发展中国家施肥平均可以使粮食单产提高51. 4 %[2]。随着化肥大量的施用，农业可持续生产及生态环境面临巨大的挑战。据吴乐知[10]报道，单施某种无机化肥使土壤有机碳呈负增长的趋势，而碳含量的高低直接反应了土壤肥力的高低。我国的化肥施用量正在逐年增加，中外专家指出中国农民滥用化肥已严重危害到人体健康和环境质量，中国过量使用化肥已到极限[11]。由此可见，我国农田的有机质正在被快速消耗[10]，生态环境正在向不平衡的方向发展。

2.2 现阶段有机肥的作用

2.2.1 改善土壤理化性质

土壤有机质含有常量、微量元素，对植物生长起着至关重要的作用，它不仅是土壤微生物生命活动的能源，而且反映土壤肥力高低及土壤作物生态系统的重要指标[12]。施用有机肥可以提高土壤的有机质含量，且改善土壤的理化性质。长期施用有机肥可以提高土壤有机质的含量，与单施化肥处理相比，有机质提高了18.8 %[13]。王飞[14]等研究表明，施用有机肥可以提高土壤酶（脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶）活性。同时，施用有机肥还可以降低土壤pH，显著提高土壤微生物的数量，改善微生物营养条件，使微生物保持较高活性，提高土壤微生物的多样性[15-16]。赵红[17]、王宝档[18]等研究表明，有机肥可以增加土壤中的非水稳定性团聚体、水稳定性团聚体及耕层下微团聚体含量，使土壤疏松，阳离子交换量增大。在改良土壤方面，董印丽[19]、高亮[20]等研究发现，有机肥对盐化潮土以及盐碱地的改良效果明显。因此，有机肥是改良土壤经济有效的措施。

2.2.2 提升农作物的产量，改善农作物品质

正是由于化肥所带来的负面影响，让农业科研工作者开始重新认识有机肥。2004年至今，中央“1号文件”连续提出提高土壤有机质的要求，并制定了发展“生态农业”的规划，这促使了有机肥再次从幕后走到台前。近几年，研究人员肯定了有机肥对农业可持续发的重要意义，通过有机肥来改善低肥力土壤的养分状况，藏粮于田，已成为农业专家的共识[21]。但由于有机肥的养分释放缓慢，不足于满足当季作物对养分的需求。因此，实行有机肥与化肥配施的施肥方式就成了目前的最佳施肥方式。在粮食作物上，有研究证明[22]，施用有机肥和化肥可以明显提高小麦产量和土壤肥力，且有机肥与化肥配施比单施化肥效果好。罗连光[23]等也证明了有机肥与化肥配施，能显著增加水稻的产量。在经济作物上，有机肥与化肥配施可以提高烤烟的产量和质量[24]。在对果树研究方面，高树青[25]等验证了有机肥与化肥配施不但能提高果实产量，还能提高果实的品质。

2.2.3 对生态环境的影响

有机肥的施用对生态环境有积极作用。土壤有机质是最重要的自然资源之一，它不仅仅是为了保证粮食安全而在可持续农业生产中起重要作用的关键因素，而且也是影响全球碳循环的基础因素；土壤有机碳库储量（1550Pg）是大气碳库（760Pg）的2倍，因此土壤碳库的微小扰动都会导致大气CO2浓度发生很大的变化，进而影响全球变化[26]。在全球陆地生态系统碳库中，只有农业土壤碳库是受到强烈的认为干扰，且在较短时间尺度上可以调节的碳库[27]。

目前，生物黑炭引起了世界学者的关注。生物黑炭，是生物有机碳在无氧状态高温裂解下分离可燃气后剩余的炭化副产品[28]。这种技术在生物能转化的能量利用上优于其他生物技术，不仅是因为其产物保留了多余50 %能量的生物质碳，更重要的是其产品的田间施用可以改善土壤的理化性质，从而提高作物产量，增加土壤碳库并减少其他温室气体的排放；多处田间试验表明，农田施用20 t/hm2以上的生物黑炭，大约可以减少10 %的肥料投入量，这对农业减排具有特别的意义；同时，在退化和酸性土壤上，通过提高土壤肥力，生物黑炭施用能不同程度地稳定或者保持作物在极端气候下的生产力，因而有助于农业适应和减缓气候变化的影响[28-29]。由于生物碳富含有机碳，因此可以增加土壤有机碳含量[30]，以及土壤有机质[31]或腐殖酸含量，从而可以提高土壤养分吸持容量及持水容量[32]。张阿凤[33]、何绪生[34]等的研究表明生物质炭可以大幅度提升土壤碳库，有利于农田土壤固持养分，提高养分利用率，改善微生物生境，从而达到提高土壤质量而促进作物增产的双赢效果。这也证实生物黑炭对我国农业的可持续发展以及农田增汇减排有重大意义。

另外，许多研究表明，有机肥能够减弱硝酸盐的积累和淋溶，从而减少氮肥的淋溶损失和硝态氮对土壤和地下水的污染[35]。所以，施用有机肥对生态环境的积极影响是不可估量的，且是最直接、最有效、最经济的改善生态环境的方法之一。

3 结语

20世纪80年代我国使用化肥的增长率达到66 %，90年代达47 %，21世纪初达到12 % 。中国是世界上最大的化肥生产国和消费国，2007年化肥产量占世界的33 % ， 消费量占世界的32 %[36]。由于化肥施用量的不断增高，农业土壤面临诸多问题。如土壤板结、次生盐渍化、肥力下降等，而开垦耕地会导致土壤有机碳减少[37]，因此，在有限的耕地上保持粮食安全就成了农业工作者的首要任务。据潘根兴[38]报道，我国全部农业土壤表层土有机碳密度为（38.4±31.2）t/hm2，表土平均有机碳密度略小于全球平均值，是欧盟平均值的70 %～75 %。可见，我国土壤的碳储存是偏低的。面对这样一个局面，我们把目光投给了伴随我国农业发展的有机肥。

有机肥一方面在对作物增产、提高其品质方面起作用，另一方面对改良土壤和改善生态环境起关键作用。而且我国农业生产正逐步从单方面追求高产向“高产、高效、优质、生态、安全”综合方向转变[39]，这使有机肥有了新的天地。目前，对商品有机肥，即生物有机肥的研究颇多，肯定了生物有机肥的增产、改善作物品质及生态环境的作用[40-41]，被誉为希望之肥[42]。同时，生物黑炭的发现给学者們带来了有机肥研究的又一个高潮。因此，有机肥的身份有了新的界定，它不仅能为作物提供养分，而且还能改善土壤理化性质，甚至能改善我们的生态环境。随着时代和生活环境的变化，施用有机肥对人类生存具有重大的作用，它能最大限度的实现农田土壤的增汇减排作用，可谓是农业可持续生产的希望之肥。

参考文献

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