一、土壤肥料長(zhǎng)期定位研究及其意義

至今仍然保留下來(lái)時(shí)間在50年以上的“經(jīng)典試驗(yàn)”包括美國(guó)伊利諾斯州立大學(xué)的Morrow輪作-肥料試驗(yàn)（1875年）、Morrow磷礦石粉肥料試驗(yàn)（1900年）；德國(guó)哥廷根農(nóng)業(yè)研究所的E-Field輪作下的肥料試驗(yàn)（1873年）和多年生黑麥草肥料試驗(yàn)（1873年），林布爾格羅夫農(nóng)業(yè)研究站的化肥對(duì)作物產(chǎn)量及產(chǎn)品質(zhì)量影響試驗(yàn)（1938年）；法國(guó)貴格納國(guó)立農(nóng)業(yè)研究所的Deherain小麥、甜菜肥料試驗(yàn)（1876年），小麥連作肥料試驗(yàn)（1876年）以及芬蘭、荷蘭、丹麥、加拿大和澳大利亞等國(guó)家的相似試驗(yàn)等。而亞洲最早開(kāi)展且持續(xù)至今的土壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)是日本鴻巢縣中央農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站的水稻連作肥料試驗(yàn)（1926年）。但我們同時(shí)還要看到，目前絕大多數(shù)的土壤肥力長(zhǎng)期定位點(diǎn)多集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，而在熱帶地區(qū)以及發(fā)展中國(guó)家的定位研究還比較少。以我國(guó)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)存的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)主要建立于20世紀(jì)70年代后期，而始建于1987年的“國(guó)家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測(cè)站網(wǎng)”當(dāng)屬目前國(guó)內(nèi)最為完整、覆蓋面最大、具有網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)特征的大型長(zhǎng)期土壤肥料試驗(yàn)群。我國(guó)長(zhǎng)期土壤肥力監(jiān)測(cè)研究目前面臨的最大問(wèn)題是經(jīng)費(fèi)不足和隊(duì)伍不穩(wěn)定，不少試驗(yàn)正在被迫關(guān)閉或處于失管狀態(tài)。國(guó)家應(yīng)對(duì)保護(hù)完整的、有代表性的大型長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)研究平臺(tái)給予重點(diǎn)支持和保護(hù)，使之像英國(guó)洛桑試驗(yàn)站和美國(guó)的Morrow長(zhǎng)期試驗(yàn)基地一樣，受到國(guó)家的高度重視，成為國(guó)家科技創(chuàng)新體系重要的基礎(chǔ)條件平臺(tái)。就方法論而言，土壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)是一種采用既“長(zhǎng)期”又“定位”的方法的試驗(yàn)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中很多過(guò)程進(jìn)展緩慢，外部環(huán)境條件也在不斷發(fā)生改變，短期試驗(yàn)往往不能揭示這種長(zhǎng)期的變化趨勢(shì)。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)具有時(shí)間的長(zhǎng)期性和氣候的重復(fù)性（即能克服氣候的年際變化對(duì)肥效的影響）等特點(diǎn)，信息量豐富，準(zhǔn)確可靠，能系統(tǒng)地揭示土壤肥力的演變過(guò)程。不同氣候條件和土壤類(lèi)型下的土壤肥力長(zhǎng)期定位試驗(yàn)得到了一些共性的結(jié)論：

（1）有機(jī)和無(wú)機(jī)肥料的配合施用能夠最大程度地達(dá)到高產(chǎn)的目的，但單施化肥或有機(jī)肥一樣具有持續(xù)增產(chǎn)的效果，連續(xù)合理施用化肥并不影響作物產(chǎn)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(chǎn)量，但這些經(jīng)典試驗(yàn)告訴我們?cè)诤侠硎┓实那闆r下，單一種植也一樣能夠維持一定的高產(chǎn)；

（3）從提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和提高地力的角度而言，有機(jī)肥明顯優(yōu)于化肥，但合理施用化肥對(duì)提高土壤有機(jī)碳、有機(jī)氮庫(kù)仍有微弱作用。依靠從這些土壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中獲得的共性結(jié)論，歐洲、美國(guó)以及其他發(fā)達(dá)國(guó)家在近數(shù)十年內(nèi)迅速形成了依靠單一種植、合理施肥、機(jī)械耕作和科學(xué)用藥為四大支柱的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方式，其中前2項(xiàng)的實(shí)用性和可靠性便來(lái)自長(zhǎng)期肥料試驗(yàn)的研究結(jié)果。同時(shí)，土壤肥力長(zhǎng)期定位試驗(yàn)以長(zhǎng)久固定的土壤管理模式使土壤性質(zhì)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(lèi)型。這些永久保存下來(lái)的不同時(shí)期的土壤樣品，為后來(lái)者研究不同農(nóng)業(yè)耕作模式下土壤的發(fā)展變化過(guò)程以及了解人類(lèi)活動(dòng)對(duì)這些演變過(guò)程的影響提供了珍貴的研究對(duì)象。此外，土壤肥力試驗(yàn)長(zhǎng)期以來(lái)不間斷的試驗(yàn)結(jié)果存檔也為驗(yàn)證土壤肥力變化模型的可靠性提供了寶貴的數(shù)據(jù)，將有助于研究和預(yù)測(cè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)耕作措施對(duì)未來(lái)土壤質(zhì)量乃至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。

二、農(nóng)田土壤肥力培育研究及其進(jìn)展

張福鎖等研究指出，土壤肥力是土壤質(zhì)量的重要特征，是作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的保證，土壤的基礎(chǔ)地力越高，作物的產(chǎn)量也就越高。而就我國(guó)現(xiàn)有耕地而言,中低產(chǎn)田面積比例高達(dá)71.3%，因此如何提升土壤地力已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)科技工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。全球諸多不同氣候條件以及土壤類(lèi)型上的長(zhǎng)期土壤肥料定位實(shí)驗(yàn)總結(jié)并闡明了在不同耕作措施下的土壤肥力的長(zhǎng)期演變規(guī)律，為土壤地力提升提供了有效的理論依據(jù)及其技術(shù)支撐，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1、優(yōu)化化肥施用

化肥持續(xù)大量施用造成近年來(lái)土壤肥力下降很快、生態(tài)環(huán)境惡化。究其原因除了忽視有機(jī)肥的投入以外，化肥投入比例不當(dāng)亦是重要的一個(gè)方面。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)施用化肥比例N∶P2O5∶K2O為1∶0.34∶0.25，磷鉀不足，嚴(yán)重失調(diào)。平衡施肥是目前普遍提倡的科學(xué)施肥方法，傳統(tǒng)的平衡施肥主要目的是提高作物產(chǎn)量，為我國(guó)的糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收作出了重大貢獻(xiàn)。推廣平衡施肥，除了作物產(chǎn)量與品質(zhì)之外，還要關(guān)注施肥對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)其他因素產(chǎn)生影響。陳建國(guó)等在南方缺磷水稻田上的試驗(yàn)表明，平衡施肥能夠提高土壤肥力，與不施磷肥和過(guò)量施磷處理相比明顯增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，顯著提高土壤微生物生物量。而王伯仁等和林新堅(jiān)等的研究也都指出，平衡施肥在提高作物產(chǎn)量及其施肥效益的同時(shí)，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(jī)肥的基礎(chǔ)上，科學(xué)施用化學(xué)肥料，可以改善耕地養(yǎng)分失調(diào)，同時(shí)有利于優(yōu)化土壤理化性狀。

2、合理增施有機(jī)肥

全球不同區(qū)域的土壤肥料長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的結(jié)果均指出，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能夠明顯增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，而土壤有機(jī)質(zhì)含量正是反映土壤肥力的重要指標(biāo)之一，對(duì)于土壤中養(yǎng)分的積蓄、良好結(jié)構(gòu)的形成以及土壤中有害物質(zhì)毒性的消除等均具有重大的意義。其次，孫福來(lái)、勞秀榮等的研究表明有機(jī)肥培肥措施還能夠有效明顯增加土壤中有效氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量，而且是對(duì)于表層土壤（0~20cm）有效養(yǎng)分的增加尤為顯著。再次，有機(jī)肥的施用還能增強(qiáng)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(jī)C、非水穩(wěn)性團(tuán)聚體、水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，有效地提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性；還有研究認(rèn)為，施用有機(jī)肥后土壤容重降低，致使有效水分、導(dǎo)熱率和氣體比例得到改善，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。最后，有機(jī)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(lái)以農(nóng)戶(hù)家庭為單元的家畜養(yǎng)殖存欄量的逐漸減少，導(dǎo)致農(nóng)民的有機(jī)肥積造量急劇下降。如何充分挖掘和利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的有機(jī)肥源，合理循環(huán)使用有機(jī)物質(zhì)已成為了實(shí)現(xiàn)有機(jī)-無(wú)機(jī)肥配合施用的物質(zhì)基礎(chǔ)和前提。其中農(nóng)作物秸稈還田和綠肥種植重新引起了人們的關(guān)注。農(nóng)作物的秸稈含有相當(dāng)數(shù)量的碳、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈還田必然增加土壤中相應(yīng)養(yǎng)分的儲(chǔ)量。作物秸稈還田還提高了土壤耕層有機(jī)質(zhì)含量，Gra－h(huán)am等認(rèn)為，隨著作物秸稈還田量的增加，0~10cm土層中有機(jī)質(zhì)含量也隨之增加。關(guān)連珠等的研究進(jìn)一步指出，在配施化肥的基礎(chǔ)上,施用有機(jī)肥可提高有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量9%~15%。此外，秸稈還田還能夠提升土壤有機(jī)質(zhì)的品質(zhì)，孫星等的研究結(jié)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(guó)南方農(nóng)作區(qū)冬閑田面積大、空閑時(shí)間長(zhǎng)。因此利用冬季空閑茬口種植一季綠肥作物，既能增加當(dāng)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(yǎng)分，翻壓還田后能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，為后季作物提供速效養(yǎng)分。李繼明等通過(guò)26年的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅壤稻田區(qū)綠肥與化肥長(zhǎng)期配合施用不僅有利于水稻穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，減少了化學(xué)肥料的使用量，而且土壤中有機(jī)質(zhì)、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(fā)現(xiàn)，綠肥種植不僅增加了土壤中速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，還能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重。因此，綠肥與化肥長(zhǎng)期配合施用可以減少化肥的使用量，提高化肥氮、磷、鉀養(yǎng)分的農(nóng)學(xué)效率，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，是作物增產(chǎn)和培肥地力的有效途徑。

3、優(yōu)化耕作制度

近十幾年在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的保護(hù)性耕作法是一個(gè)成功范例。大量的研究表明，保護(hù)性耕作減少了土壤的翻動(dòng)，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(shù)的應(yīng)用還對(duì)土壤理化性質(zhì)改善，進(jìn)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(yùn)動(dòng)和氣體交換。免耕還可以顯著改善土壤化學(xué)性狀，土壤有機(jī)碳顯著提高，同時(shí)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(shù)量和活性。由此可見(jiàn)，實(shí)施保護(hù)性耕作措施改良了土壤物理結(jié)構(gòu)，提高了土壤養(yǎng)分水平，使得土壤團(tuán)粒穩(wěn)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(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)思考

所謂現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)而言，是廣泛應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)提供的生產(chǎn)資料和科學(xué)管理方法進(jìn)行的社會(huì)化農(nóng)業(yè)，是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)技術(shù)手段應(yīng)用的水平、程度和范圍來(lái)確定的。凡是大量應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使勞動(dòng)生產(chǎn)率大幅度提高，并有較發(fā)達(dá)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境和其他高技術(shù)配套產(chǎn)業(yè)的密切配合，這就是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。目前我國(guó)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的過(guò)渡階段。農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依賴(lài)提高土地產(chǎn)出率為重點(diǎn)的勞動(dòng)實(shí)用型的生物化學(xué)技術(shù)創(chuàng)新。所通行的仍然是以農(nóng)戶(hù)為單位的小規(guī)模生產(chǎn)，也沒(méi)有跳出傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方式的范疇。由此可見(jiàn)，中國(guó)農(nóng)業(yè)出現(xiàn)的增長(zhǎng)，從總體上來(lái)看，主要還是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方式下的增長(zhǎng)行為。那么，伴隨農(nóng)業(yè)家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的推行，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，土壤肥力究竟發(fā)生了什么樣的變化？不少學(xué)者認(rèn)為，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平與復(fù)種指數(shù)的提高，耕地質(zhì)量出現(xiàn)了令人擔(dān)憂(yōu)的征兆，綜合表現(xiàn)為土壤基礎(chǔ)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(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。特別是1980年以后高產(chǎn)品種、高產(chǎn)栽培技術(shù)的應(yīng)用以及化學(xué)物質(zhì)（化肥、農(nóng)藥）投入量激增，作物產(chǎn)量水平也隨之迅速提高；但由于小規(guī)模生產(chǎn)的限制，農(nóng)家肥投入不斷降低，綠肥種植幾乎絕跡，農(nóng)民對(duì)土壤養(yǎng)分的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤的產(chǎn)出，導(dǎo)致了土壤肥力退化嚴(yán)重。以張炳寧等在揚(yáng)州的研究為例，20世紀(jì)八九十年代，隨著作物產(chǎn)量的激增，該地農(nóng)田土壤大都出現(xiàn)了耕作層變淺、土壤物理結(jié)構(gòu)變差、耕層養(yǎng)分含量下降等一系列土壤肥力退化癥狀。這一現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)的中國(guó)極具代表性。土壤不僅是人類(lèi)生存的基本資源，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展是以持續(xù)農(nóng)業(yè)為戰(zhàn)略體系。發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)的目的，是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，保持清潔的環(huán)境和生物多樣性，其內(nèi)涵主要是在保持和提高代傳土地質(zhì)量，增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)的緩沖能力，使土地在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上永續(xù)利用，并不斷提高其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，人們通過(guò)了解土壤肥力的演化規(guī)律，采用不同的耕作措施調(diào)節(jié)土壤肥力的發(fā)育過(guò)程，使其朝著高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、安全和生態(tài)方向發(fā)展，已經(jīng)成為了現(xiàn)代持續(xù)農(nóng)業(yè)的根本措施。在此意義上，根據(jù)現(xiàn)代持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，我國(guó)土壤學(xué)中長(zhǎng)期發(fā)展優(yōu)先研究?jī)?nèi)容可集中以土壤質(zhì)量提升與調(diào)控為核心，具體有以下5個(gè)方面：

（1）交互作用。從研究土壤本身轉(zhuǎn)向研究土壤與人口、資源、生態(tài)、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)，從單一學(xué)科走向與其他相關(guān)學(xué)科相互綜合、相互滲透和相互交叉，不斷豐富和發(fā)展土壤肥料領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容。包括不同生態(tài)區(qū)域土壤肥力的演變規(guī)律與主要驅(qū)動(dòng)因子及機(jī)制，土壤肥力演變與生態(tài)環(huán)境之間相互關(guān)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(yǎng)分含量與肥力的相互關(guān)系，土壤肥力與土壤生產(chǎn)力、作物產(chǎn)量與品質(zhì)等的相互關(guān)系，施肥與耕作等措施對(duì)土壤肥力的影響，探討提高土壤肥力的方法與對(duì)策，建立土壤肥力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從而為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)大生產(chǎn)中的土壤管理提供理論支持。

（3）過(guò)程變化。土壤研究從靜態(tài)走向動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)、預(yù)控和長(zhǎng)期定位觀測(cè)。土壤作為一個(gè)獨(dú)立的歷史自然體無(wú)論在時(shí)間上還是空間上都處于變化之中。同時(shí)土壤本身的發(fā)生發(fā)展過(guò)程是緩慢的，有其自身的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。因此，要研究土壤的形成演變規(guī)律、養(yǎng)分變化動(dòng)態(tài)等一系列問(wèn)題，必需從靜態(tài)的研究走向動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)、預(yù)控和長(zhǎng)期定位觀測(cè)。

（4）時(shí)空尺度。土壤學(xué)的全球變化研究已從全球、區(qū)域、流域到土鏈、田塊、顆粒，從結(jié)構(gòu)、表面、內(nèi)層到分子、原子、電子，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從短時(shí)到長(zhǎng)久。人類(lèi)活動(dòng)在地球各圈層中發(fā)揮著重要影響，從根本上改變了各環(huán)節(jié)或各圈層的物源、能源和信息流，從而影響生態(tài)環(huán)境與生物健康。

（5）注重應(yīng)用。在土壤資源方面要強(qiáng)化土壤發(fā)生、分布分類(lèi)、區(qū)劃制圖和利用對(duì)策研究。在土壤肥力方面，要關(guān)注水肥耦合，有機(jī)質(zhì)、調(diào)理劑研究，在改良技術(shù)方面，要注重信息、根際、指示、修復(fù)、模式的研究，同時(shí)要深化物質(zhì)循環(huán)、污染修復(fù)、全球變化、退化恢復(fù)、廢物管理、地理醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的聯(lián)合探索，還要注重配位誘導(dǎo)植物吸收、植物交互作用與轉(zhuǎn)化、植物刺激與根際生物降解的交叉專(zhuān)業(yè)研究，以求加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)、新手段的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

作者：翁伯琦 鄭祥洲 單位：福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所