第一节 施肥研究

一、林果业肥料施用状况

19世纪，欧洲的科学家在研究林地中土壤和树体之间的养分关系时发现，将土壤表面的枯枝落叶层清理之后，会严重影响林木的生长发育。随着市场对林木需求的增长和化肥肥料产业的发展，各国开始进行施肥实验，研究者提出了在林果业生产中的一些施肥技术和养分丰缺理论。但是大多数理论仅以林木的生产力为衡量标准，没有对林木总体生长发育以及土壤中矿质营养元素的循环进行科学的研究，导致这些理论无法应用于实际的生产管理。20世纪70年代，我国开始在林业生产中进行施肥实验，主要集中在速成林木中。到2010年，我国化肥施用量是世界平均水平的4倍，达到了5.5617×107t。

施肥技术关系到林木、果实的产出和品质，同时关系到树体营养元素以及土壤中矿质养分的含量。目前，在施肥技术上主要有4种方法：经验施肥法、效应模型施肥法、营养诊断法和测土配方施肥法。这些施肥方法在果树的生产中得到广泛应用，但是在实际的生产过程中，是否合理进行施肥，兼顾果树的生长发育和土壤长期的养分循环，依然是果树生产亟待解决的问题。张智峰等在对我国化肥施用量的研究中指出，我国肥料投入量大，但是利用率低，这不仅造成了资源的浪费，还造成了环境污染。张炎等在对新疆农田的化肥施用调查中发现，新疆化肥的增产作用正在不断下降。石磊在调查中指出，果园不合理的化学施肥现象在生产实践中普遍存在，导致果实品质下降，土壤肥力遭到破坏。我国在果园施肥以及果树营养方面也进行了不少的科研调查和实验研究。尤其是在果树施肥和生产管理中，关注的重点不仅是产量的高低，而且更要关注果树施肥对果实品质及土壤养分的可持续发展的影响。

二、不合理施肥的弊端

我国在农业生产过程中所使用的肥料种类以化学肥料为主，化学肥料占总施用量的比例从新中国成立初期的10%上升到目前的90%，而有机肥在农业生产中则与化学肥料的施用量呈负相关。随着化学肥料在农业生产过程中的长期不合理施用，其在生产过程中的弊端也显现出来。林木、果树在其生长过程中对养分的需求是有限的，短期内化学肥料的施用确实能够促进其增加产量，但是在长期生产过程中，化学肥料的过量施用会导致化肥的利用率降低和农产品品质下降，长期富集在土壤中的化学元素得不到充分利用，容易导致土壤污染，并且影响到农产品的产量，甚至破坏农作物的生长环境。同时，不合理的施肥对于农作物本身也具有明显的不良影响，不合理施肥导致农作物的抗病虫害能力下降、树体营养不均衡，间接影响农作物的质量和产量。生产中，施肥过剩的矿质元素会造成土壤污染以及地下水产生富营养化，过剩的肥料还可能随农田排水进入地表水，从而破坏水体生态平衡。

长期不合理施用化肥对土壤和果实有以下影响：①在土壤物理性质方面，不合理施肥会引起土壤容重增大，孔隙度降低，土壤板结、含水量下降，进而导致土壤的水肥缓冲能力下降，土壤出现贫瘠化。②在土壤化学性质方面，不合理施肥会导致土壤中的化学元素失衡，造成土壤污染，进而引起土壤盐碱化或酸化，影响土壤养分循环，破坏生态环境。③不合理施肥还会破坏果园的微生物群，影响果树生长发育，造成果树的缺素症频发，降低了果树的抗逆性，增加了果树的病虫害风险。④不合理施肥会降低果树对营养元素的吸收利用率。以氮肥为例，Okamoto G．等人在研究不同施肥水平对桃树生长和果实品质的影响中指出，氮素的过量施用不仅不能促进果实成长，相反会延长其生长周期，降低果实中的糖分积累，导致果实口味下降，降低了果实的品质，影响果农的经济收益。⑤化学肥料的长期不合理施用还会阻碍果树吸收养分，降低其在作物生产中的贡献率，其投入量跟不上果园产出量，影响果实的产量，造成化学肥料的资源浪费。

三、生物有机肥的定义及研究进展

生物有机肥（microbial organic fertilizer）是指特定功能微生物与主要以动植物残体（如畜禽粪便、农作物秸秆等）为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。相较于化学肥料，其不仅含有植物生长所必需的营养元素，还具有较高的有机质含量以及有益微生物，能够促进植物根系发育，土壤中的养分循环。在生产生物有机肥的过程中，达到国家规定的高温腐熟和发酵过程，能够将其中的病原菌全部杀死，是一种绿色、安全、无污染的新型肥料。我国对于生物有机肥的生产标准中明确指出：生物有机肥中有机质含量应大于或等于40%，氮、磷、钾总含量应达到6%。在植物生长以及土壤学效应中，生物有机肥具有以下特点。

（一）促进植物生长，改善果实品质

生物有机肥因为其生产原料以及生产条件的特性，在植物生长所必需的营养元素的基础上，又具有其自身的特点：有机质含量较高，有特定功能的微生物和微量元素。这些特点使生物有机肥能够满足植物生长过程中对不同营养的需求，克服了化学肥料营养元素相对单一的缺点。在植物生长发育过程中，生物有机肥中的营养元素多以氨基酸等形式直接参与合成作用，促进植物的营养吸收和干物质积累。施用生物有机肥能够促进植物根系微生物的生长，增强根系对氮、磷、钾的吸收和根系的呼吸作用，同时增强植物的光合作用。在果实品质方面，由于生物有机肥的养分释放相对缓慢，有利于作物对养分进行充分吸收，同时生物有机肥中的有机质在其降解过程中消耗了土壤中的硝态氮，降低了果实对硝态氮的吸收，促进果实糖分的积累，提高了果实的品质。

（二）改善土壤的理化性质，提高土壤供养能力

土壤的物理和化学性质直接影响土壤的保水、保肥能力，施用生物有机肥不会对生态环境构成危害，连续施用多年可为农作物生产创造一个良好的土壤理化性状和生态条件。实践证明，中长期地不合理施用化肥、农药，会造成土壤容重增加，孔隙度降低，导致土壤板结等问题。生物有机肥的施用能够改善地力、降低土壤容重、增加土壤孔隙度，使土壤形成更多团粒结构，增强土壤保水、保肥、透气的能力，从而促进植物根系生长。刘国伟在研究生物有机肥对土壤理化性质的影响中指出，长期地施用生物有机肥，土壤容重明显下降，改善了土壤结构，增加了土壤孔隙度，提高了土壤保水、保肥和通气的能力。

在土壤化学性质方面，胡诚等在研究生物有机肥对土壤的氮矿化中指出，虽然施用化肥能提高土壤中的氮含量，但生物有机肥的固氮微生物将土壤和空气中的N2还原为可被作物吸收利用的NH+4，在促进氮矿化效果更为明显，从而提高土壤的氮素水平；土壤中的原生矿物和次生矿物可以被生物有机肥中的微生物自身的特性以及溶磷微生物等分解，形成有效养分，从而促进土壤中的磷和钾的释放，增强植物根系的吸收作用。Brito D.E．等研究发现，根系微生物（简称PGPR）对土壤中难溶性磷的分解具有明显效果；Grayston等的研究指出，PGPR对于土壤中的微量元素的吸收具有较强作用，原因之一在于微量元素的移动能力较差，PGPR将土壤中的铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、硫（S）转化成植物可吸收的SO42-等，从而促进植物对这些元素的利用。

作为土壤肥力的重要指标，土壤有机质在植物生长过程中具有重要作用。生物有机肥中富含有机质，而有机质含量的高低直接影响植物对土壤水肥的吸收，同时土壤的通气性和缓冲性也会受到有机质含量的影响。生物有机肥的使用补充了土壤中被植物吸收的有机质，改善了土壤提供养分的能力。Mineev V.G．等研究指出生物有机肥对土壤有机质具有增加作用。有机质的主要成分为腐殖质，腐殖质是具有酸性、含氮量很高的胶体状的高分子有机化合物，一般占有机质总量的50%～70%。腐殖质的主要组成元素为碳、氢、氧、氮、硫、磷等，在一定条件下缓慢地分解，释放出以氮和硫为主的养分供植物吸收，同时放出二氧化碳加强植物的光合作用。另外，腐殖质可以促进土壤中团粒结构的形成，改善土壤的物理化学性状，平衡土壤中水、肥、气、热。

（三）提高作物抗病虫害能力

生物有机肥在提高作物的抗病虫害能力和改善作物及土壤微生态环境方面具有重要作用。一方面，生物有机肥在其高温发酵过程中将病原微生物全部杀死，用于施用的肥料中均为非病原微生物，在作物生存环境中，这些经过处理后的微生物具有很强的生存竞争性，能够对其他病原微生物起到抑制作用，降低作物病虫害发生的概率。另一方面，生物有机肥中的功能性微生物在其繁殖发育期间，分泌的抗生物质和生长激素能够促进作物体内的蛋白质、核酸等的形成，刺激作物的呼吸作用，增强作物的抗性。Weller D.M．等在研究VA菌根时发现，VA菌根能够产生抑制其他微生物的抗生素物质，保护作物根系，提高根系的抗病害能力；PGPR对作物的枯萎病、红枣黑斑病具有积极的作用。很多用于生物有机肥的功能性微生物都具有防病、促生潜能。高雪莲在生物有机肥对甜瓜土传枯萎病的研究中指出，在其根系施用生物有机肥能使真菌降低85%～95%，病原细菌降低85%～98%，明显增强了其防病率和生物量。

（四）改善作物生态系统，减轻环境污染

生物有机肥中富含一般腐熟的非病原微生物。这些非病原微生物能够将土壤中难溶性的矿质元素转化成作物可利用的有效养分，并且具有改善作物根系微生物生态的能力。由于人们长期不合理施用化学肥料，导致化学肥料在作物生长吸收过程中大量剩余，转化成硝酸盐等随水进入土壤或地下水，从而造成作物生长环境的污染。土壤养分平衡的失调，还易导致土壤重金属等元素富集，这些重金属元素进入作物体内，会直接危害人类的身体健康。在土壤中施入生物有机肥料，能够增加土壤中的微生物量，促进土壤及根系微生物群的生长繁殖，调节其生态结构。生物有机肥在其生产过程中主要依靠发酵、腐熟，因此其生产所消耗的能源资源较少，这就减少了有害气体的排放，对空气质量具有积极作用。同时，生物有机肥对土壤中的重金属具有吸附和转化作用，其中大量的腐殖质能促进重金属等难溶性矿质元素的螯合，以及促进土壤阳离子代换，这对土壤环境具有净化作用。生物有机肥原料大多来源于农业废弃物，例如秸秆、沼渣、菌渣、木薯渣、酒糟、畜禽粪便等，其本身就是对固体垃圾的回收，也能减少环境污染。

综上所述，生物有机肥从其生产原料、过程以及施用方面继承了农家肥的安全、绿色的特点，同时克服了化学肥料污染性大的缺点，在促进植物生长发育、增加作物产量、改善果实品质、增强土壤的供肥能力、防止病虫害和保护生态环境方面均具有良好的效果。