一、土壤肥料長期定位研究及其意義

至今仍然保留下來時間在50年以上的“經典試驗”包括美國伊利諾斯州立大學的Morrow輪作-肥料試驗（1875年）、Morrow磷礦石粉肥料試驗（1900年）；德國哥廷根農業研究所的E-Field輪作下的肥料試驗（1873年）和多年生黑麥草肥料試驗（1873年），林布爾格羅夫農業研究站的化肥對作物產量及產品質量影響試驗（1938年）；法國貴格納國立農業研究所的Deherain小麥、甜菜肥料試驗（1876年），小麥連作肥料試驗（1876年）以及芬蘭、荷蘭、丹麥、加拿大和澳大利亞等國家的相似試驗等。而亞洲最早開展且持續至今的土壤肥料長期定位試驗是日本鴻巢縣中央農業試驗站的水稻連作肥料試驗（1926年）。但我們同時還要看到，目前絕大多數的土壤肥力長期定位點多集中在發達國家，而在熱帶地區以及發展中國家的定位研究還比較少。以我國來說，現存的長期定位試驗主要建立于20世紀70年代后期，而始建于1987年的“國家土壤肥力與肥料效益監測站網”當屬目前國內最為完整、覆蓋面最大、具有網絡試驗特征的大型長期土壤肥料試驗群。我國長期土壤肥力監測研究目前面臨的最大問題是經費不足和隊伍不穩定，不少試驗正在被迫關閉或處于失管狀態。國家應對保護完整的、有代表性的大型長期定位監測研究平臺給予重點支持和保護，使之像英國洛桑試驗站和美國的Morrow長期試驗基地一樣，受到國家的高度重視，成為國家科技創新體系重要的基礎條件平臺。就方法論而言，土壤肥料長期定位試驗是一種采用既“長期”又“定位”的方法的試驗。農業生態系統中很多過程進展緩慢，外部環境條件也在不斷發生改變，短期試驗往往不能揭示這種長期的變化趨勢。長期定位試驗具有時間的長期性和氣候的重復性（即能克服氣候的年際變化對肥效的影響）等特點，信息量豐富，準確可靠，能系統地揭示土壤肥力的演變過程。不同氣候條件和土壤類型下的土壤肥力長期定位試驗得到了一些共性的結論：

（1）有機和無機肥料的配合施用能夠最大程度地達到高產的目的，但單施化肥或有機肥一樣具有持續增產的效果，連續合理施用化肥并不影響作物產量；

（2）盡管在相同施肥條件下，作物輪作較連作可獲得較高產量，但這些經典試驗告訴我們在合理施肥的情況下，單一種植也一樣能夠維持一定的高產；

（3）從提高土壤有機質含量和提高地力的角度而言，有機肥明顯優于化肥，但合理施用化肥對提高土壤有機碳、有機氮庫仍有微弱作用。依靠從這些土壤肥料長期定位試驗中獲得的共性結論，歐洲、美國以及其他發達國家在近數十年內迅速形成了依靠單一種植、合理施肥、機械耕作和科學用藥為四大支柱的現代農業方式，其中前2項的實用性和可靠性便來自長期肥料試驗的研究結果。同時，土壤肥力長期定位試驗以長久固定的土壤管理模式使土壤性質按不同的方向不斷地改變，從而形成具有不同肥力性狀和生物活性的各種土壤類型。這些永久保存下來的不同時期的土壤樣品，為后來者研究不同農業耕作模式下土壤的發展變化過程以及了解人類活動對這些演變過程的影響提供了珍貴的研究對象。此外，土壤肥力試驗長期以來不間斷的試驗結果存檔也為驗證土壤肥力變化模型的可靠性提供了寶貴的數據，將有助于研究和預測現代農業耕作措施對未來土壤質量乃至農業生產的影響。

二、農田土壤肥力培育研究及其進展

張福鎖等研究指出，土壤肥力是土壤質量的重要特征，是作物高產穩產的保證，土壤的基礎地力越高，作物的產量也就越高。而就我國現有耕地而言,中低產田面積比例高達71.3%，因此如何提升土壤地力已經成為我國農業科技工作者關注的焦點。全球諸多不同氣候條件以及土壤類型上的長期土壤肥料定位實驗總結并闡明了在不同耕作措施下的土壤肥力的長期演變規律，為土壤地力提升提供了有效的理論依據及其技術支撐，為農業的可持續發展提供決策依據。

1、優化化肥施用

化肥持續大量施用造成近年來土壤肥力下降很快、生態環境惡化。究其原因除了忽視有機肥的投入以外，化肥投入比例不當亦是重要的一個方面。據有關資料統計，目前我國施用化肥比例N∶P2O5∶K2O為1∶0.34∶0.25，磷鉀不足，嚴重失調。平衡施肥是目前普遍提倡的科學施肥方法，傳統的平衡施肥主要目的是提高作物產量，為我國的糧食增產、農民增收作出了重大貢獻。推廣平衡施肥，除了作物產量與品質之外，還要關注施肥對土壤生態系統其他因素產生影響。陳建國等在南方缺磷水稻田上的試驗表明，平衡施肥能夠提高土壤肥力，與不施磷肥和過量施磷處理相比明顯增加土壤有機質含量，顯著提高土壤微生物生物量。而王伯仁等和林新堅等的研究也都指出，平衡施肥在提高作物產量及其施肥效益的同時，還有利于保持和提高紅壤旱地的土壤肥力。因此，在增施有機肥的基礎上，科學施用化學肥料，可以改善耕地養分失調，同時有利于優化土壤理化性狀。

2、合理增施有機肥

全球不同區域的土壤肥料長期定位試驗的結果均指出，長期施用有機肥能夠明顯增加土壤中有機質的含量，而土壤有機質含量正是反映土壤肥力的重要指標之一，對于土壤中養分的積蓄、良好結構的形成以及土壤中有害物質毒性的消除等均具有重大的意義。其次，孫福來、勞秀榮等的研究表明有機肥培肥措施還能夠有效明顯增加土壤中有效氮、磷、鉀養分的含量，而且是對于表層土壤（0~20cm）有效養分的增加尤為顯著。再次，有機肥的施用還能增強土壤的保水性和固氮能力，有利于水肥的耦合；增加土壤有機C、非水穩性團聚體、水穩性團聚體的含量，有效地提高土壤團聚體的穩定性；還有研究認為，施用有機肥后土壤容重降低，致使有效水分、導熱率和氣體比例得到改善，促進作物生長發育。最后，有機肥的施用還有效地提高了土壤酶活性以及微生物碳、氮的含量。但隨著近年來以農戶家庭為單元的家畜養殖存欄量的逐漸減少，導致農民的有機肥積造量急劇下降。如何充分挖掘和利用農業生態系統中的有機肥源，合理循環使用有機物質已成為了實現有機-無機肥配合施用的物質基礎和前提。其中農作物秸稈還田和綠肥種植重新引起了人們的關注。農作物的秸稈含有相當數量的碳、氮、磷、鉀等營養元素，秸稈還田必然增加土壤中相應養分的儲量。作物秸稈還田還提高了土壤耕層有機質含量，Gra－ham等認為，隨著作物秸稈還田量的增加，0~10cm土層中有機質含量也隨之增加。關連珠等的研究進一步指出，在配施化肥的基礎上,施用有機肥可提高有機質含量7%~15%，其中尤以施用未腐熟秸稈處理效果最好，可提高有機質含量9%~15%。此外，秸稈還田還能夠提升土壤有機質的品質，孫星等的研究結果表明，秸稈與化肥配施能夠改變土壤腐植酸的組分，其中胡敏酸與富里酸的比例比單施化肥土壤明顯提高。我國南方農作區冬閑田面積大、空閑時間長。因此利用冬季空閑茬口種植一季綠肥作物，既能增加當季地面覆蓋，保持水土，又能增加生物固氮量，活化富集土壤磷、鉀等養分，翻壓還田后能提高土壤有機質含量，為后季作物提供速效養分。李繼明等通過26年的長期定位試驗發現，紅壤稻田區綠肥與化肥長期配合施用不僅有利于水稻穩產增產，減少了化學肥料的使用量，而且土壤中有機質、全N和全P均明顯高于單施化肥處理。王勁松等的研究還發現，綠肥種植不僅增加了土壤中速效養分和有機質含量，還能夠改良土壤結構，降低土壤容重。因此，綠肥與化肥長期配合施用可以減少化肥的使用量，提高化肥氮、磷、鉀養分的農學效率，增加土壤有機質，改善土壤物理結構，提高土壤肥力，是作物增產和培肥地力的有效途徑。

3、優化耕作制度

近十幾年在生產實踐中總結出的保護性耕作法是一個成功范例。大量的研究表明，保護性耕作減少了土壤的翻動，加上秸稈覆蓋作用，可以有效地控制土壤侵蝕，減少水土流失。該技術的應用還對土壤理化性質改善，進而提升土壤肥力起到積極的作用。朱文珊等的研究表明，免耕土壤的孔隙分布較合理，有利于土壤上下層的水流運動和氣體交換。免耕還可以顯著改善土壤化學性狀，土壤有機碳顯著提高，同時可提高土壤表層的N、P和K含量。此外，免耕還可增加土壤生物和微生物數量和活性。由此可見，實施保護性耕作措施改良了土壤物理結構，提高了土壤養分水平，使得土壤團粒穩定，增加了水分入滲量，從而減少了徑流和土壤流失，有效提高了土壤肥力。

三、提升土壤肥力與發展現代農業思考

所謂現代農業，相對于傳統農業而言，是廣泛應用現代科學技術、現代工業提供的生產資料和科學管理方法進行的社會化農業，是以農業生產過程中生產技術手段應用的水平、程度和范圍來確定的。凡是大量應用現代先進的科學技術，使勞動生產率大幅度提高，并有較發達的社會經濟環境和其他高技術配套產業的密切配合，這就是現代農業。目前我國正處于傳統農業向現代農業的過渡階段。農業發展主要依賴提高土地產出率為重點的勞動實用型的生物化學技術創新。所通行的仍然是以農戶為單位的小規模生產，也沒有跳出傳統農業方式的范疇。由此可見，中國農業出現的增長，從總體上來看，主要還是傳統農業方式下的增長行為。那么，伴隨農業家庭聯產承包責任制的推行，在傳統農業向現代農業轉變的過程中，土壤肥力究竟發生了什么樣的變化？不少學者認為，由于農業生產水平與復種指數的提高，耕地質量出現了令人擔憂的征兆，綜合表現為土壤基礎肥力下降、土壤物理性狀變差（如耕層變淺、容重增加）、土壤緩沖能力下降、各種污染加劇等，已明顯地制約著農業可持續發展。特別是1980年以后高產品種、高產栽培技術的應用以及化學物質（化肥、農藥）投入量激增，作物產量水平也隨之迅速提高；但由于小規模生產的限制，農家肥投入不斷降低，綠肥種植幾乎絕跡，農民對土壤養分的投入遠遠低于土壤的產出，導致了土壤肥力退化嚴重。以張炳寧等在揚州的研究為例，20世紀八九十年代，隨著作物產量的激增，該地農田土壤大都出現了耕作層變淺、土壤物理結構變差、耕層養分含量下降等一系列土壤肥力退化癥狀。這一現象在當時的中國極具代表性。土壤不僅是人類生存的基本資源，也是農業可持續發展的重要基礎。現代農業的發展是以持續農業為戰略體系。發展持續農業的目的，是獲得高產優質的農業產量，保持清潔的環境和生物多樣性，其內涵主要是在保持和提高代傳土地質量，增強抗風險的緩沖能力，使土地在保護環境的基礎上永續利用，并不斷提高其農業生產力和經濟價值。因此，人們通過了解土壤肥力的演化規律，采用不同的耕作措施調節土壤肥力的發育過程，使其朝著高產、優質、高效、安全和生態方向發展，已經成為了現代持續農業的根本措施。在此意義上，根據現代持續農業發展的需求，我國土壤學中長期發展優先研究內容可集中以土壤質量提升與調控為核心，具體有以下5個方面：

（1）交互作用。從研究土壤本身轉向研究土壤與人口、資源、生態、環境、社會經濟發展相協調，從單一學科走向與其他相關學科相互綜合、相互滲透和相互交叉，不斷豐富和發展土壤肥料領域的研究內容。包括不同生態區域土壤肥力的演變規律與主要驅動因子及機制，土壤肥力演變與生態環境之間相互關系的研究等。

（2）土壤管理。研究土壤肥力及其影響因素，土壤養分含量與肥力的相互關系，土壤肥力與土壤生產力、作物產量與品質等的相互關系，施肥與耕作等措施對土壤肥力的影響，探討提高土壤肥力的方法與對策，建立土壤肥力評價指標體系，從而為現代化農業大生產中的土壤管理提供理論支持。

（3）過程變化。土壤研究從靜態走向動態的監測、預控和長期定位觀測。土壤作為一個獨立的歷史自然體無論在時間上還是空間上都處于變化之中。同時土壤本身的發生發展過程是緩慢的，有其自身的發生發展規律。因此，要研究土壤的形成演變規律、養分變化動態等一系列問題，必需從靜態的研究走向動態的監測、預控和長期定位觀測。

（4）時空尺度。土壤學的全球變化研究已從全球、區域、流域到土鏈、田塊、顆粒，從結構、表面、內層到分子、原子、電子，從靜態到動態，從短時到長久。人類活動在地球各圈層中發揮著重要影響，從根本上改變了各環節或各圈層的物源、能源和信息流，從而影響生態環境與生物健康。

（5）注重應用。在土壤資源方面要強化土壤發生、分布分類、區劃制圖和利用對策研究。在土壤肥力方面，要關注水肥耦合，有機質、調理劑研究，在改良技術方面，要注重信息、根際、指示、修復、模式的研究，同時要深化物質循環、污染修復、全球變化、退化恢復、廢物管理、地理醫學等多學科的聯合探索，還要注重配位誘導植物吸收、植物交互作用與轉化、植物刺激與根際生物降解的交叉專業研究，以求加強對新技術、新手段的開發與應用。

作者：翁伯琦 鄭祥洲 單位：福建省農業科學院農業生態研究所 福建省農業科學院土壤肥料研究所