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有机高产优质农业技术体系研究

时间:2017-02-20 来源:中国土壤与肥料 作者:梁鸣早,路森,王天喜, 本文字数:9886字
  摘要

        近几十年,我国农业由于过量使用化学农药和化肥引起面源污染、土壤板结、农产品品质下降、风味变差、病虫害加重、化肥利用率低,同时对环境造成巨大危害[1],致使我国耕地状况不容乐观,表现在:1. 2亿hm2耕地中的70%为中低产田,退化面积占总面积40%以上[2],土壤污染 ( 点位调查) 超标率达19. 4%,其中82. 8%为重金属污染,南方土壤酸化,地表水富营养化,华北平原耕层变浅,地下水硝酸盐污染,西北地区耕地盐渍化、沙化,加上农膜残留污染[3]; 而我国还有后备耕地资源不足、水资源短缺问题,涉及国家粮食安全和农产品质量安全,也影响百姓生活。
  
  我国有数千年农耕文化传承,特色是精耕细作、种养结合; 历代农书[4]《齐民要术》、 《天工开物》等对中国乃至世界影响巨大[5]; 在新的历史时期和新科技背景下,一个全新理念的有机高产优质农业技术体系正在形成,它是传统农耕文化与现代科技融合的产物,此技术内涵的农耕文化和东方思维[6],被称为中国式有机农业,特色是采取防重于治的多项技术: 提供充足的碳为作物高产打基础; 用有益微生物复合菌 ( 具有生物固氮、快速降解有机物、促进根系和植株生长、对作物终生胁迫和固碳减排等多项功能) ,使微生物成为土壤中最有活力的生力军; 矿物质肥料在促进土壤结构形成和参与代谢中有不可或缺的作用; 对作物进行胁迫诱导打开次生代谢增强免疫力。上述多项措施可实现免用农药,提高作物产量、品质和风味的目标。
  
  1秸秆有机肥高碳源是高产的基础
  
  1. 1作物的碳饥饿
  
  植物生长必需的17种元素中碳、氢、氧占总量的96%,众所周知,作物光合作用所需的二氧化碳来源于土壤和空气,而氢和氧来源于光合作用中水的光解,正由于碳、氢、氧原材料容易获得,久而久之被人们所漠视。长期以来的化学农业过分强调对氮、磷、钾的投入,而有机肥、秸秆等有机碳类物质未适量补充,事实上碳是构建植物体各种物质的骨架,是合成糖类、蛋白质、氨基酸、酶、激素、信号传递物质等的基础材料,碳在作物体内占约45%,作物靠天补碳方式仅能满足作物五分之一需要[7],作物长期处于“碳饥饿”中。
  
  1. 2多途径补充碳为高产打基础
  
  生产中大量投入有机肥、秸秆、腐殖酸等有机碳类肥料,在有益微生物菌的作用下被降解为高活性小分子有机碳和有机氮及矿物质[8],可为作物根系直接吸收[9],有机碳无需消耗光能; 在作物生长中也可直接喷洒腐殖酸、氨基酸等有机碳类液体肥料,4 h内被作物吸收利用,及时满足作物对碳的需要。
  
  土壤中有机物经微生物作用生成复杂且较稳定的大分子有机化合物腐殖质,其结构以芳香族核为主体附以各种功能团 ( 酚羟基、羧基、甲氧基等) ,腐殖质与粘土矿物结合为有机无机胶体复合体,形成土壤团粒结构,使土壤变得松软,改善了土壤的通透性,增强土壤对水分和养分的吸持能力,土壤渐渐成为各种土壤动物、微生物和植物根系和谐相处的类生命体,此状态的土壤释放二氧化碳的能力强,作物的光合效率高,光合产物丰富。
  
  作物通过根系和叶面吸收有机碳,还从土壤与空气中获得二氧化碳,这种多途径补充碳是作物获得高产的基础。
  
  2有益微生物菌是土壤物质流和能量流的推动者
  
  研究表明[10],在自然生态系统中,新增的可为有机体所用的氮主要来源于生物固氮; 植物体内的氮约80% ~ 90%来源于生物固氮,地球上陆地生态每年生物固氮量9千万~ 1. 4亿t; 海洋生态每年的生物固氮3千万~ 3亿t.自然界具有生物固氮能力的细菌多为原核生物,有100多个属。研究发现,很多芽孢杆菌属的联合固氮菌 ( 属于非豆科固氮) 广泛存在于水稻[11]、玉米[12]、小麦[10]、蔬菜[12 - 13]等作物的体内和根际,为作物提供活性氮,还发现一些菌具备高效固氮和强竞争性[14 - 15].有益微生物在土壤与作物生态环境中的积极作用是多方面的,分述如下:
  
  2. 1菌群优势
  
  在有机农业中使用活性高的有益微生物 ( 含多种芽孢杆菌) 复合菌剂,在适当的土壤环境中这些菌群自成食物链,在土壤中形成竞争优势占领优势生态位,从而减轻土壤中各种有害微生物和根结线虫等对作物的侵害[13].
  
  2. 2氮肥替代
  
  目前有机种植中所使用的有益菌群,其中芽孢杆菌类[15]和光合细菌 ( 非豆科) 有固氮作用。有益微生物可为作物提供两种活性氮: 一种的微生物固氮[16 - 17]为作物提供铵态氮[18],另一种是微生物降解有机物生成的小分子高活性的有机氮。氮是植物生长必需的营养元素,氮是蛋白质、叶绿素、核酸、酶、生物激素等重要生命物质的组成部分; 如何补充作物生长需要的氮至关重要,化学氮肥在土壤中只有3个月的有效期,而微生物与作物共生可不断提供给作物活性氮。
  
  2. 3促进生育
  
  有益菌群中的嗜酸乳杆菌和5406放线菌具有促进根系生长的作用; 近年来人们发现用有益微生物菌剂拌种,玉米的秸秆和叶片长时间保持绿色,使果穗活杆成熟,收获后秸秆可作青储饲料,也可还田快速降解,为下茬提供营养。
  
  2. 4固碳减排
  
  有益菌群中的绿色木霉菌能快速降解土壤有机物中的纤维素、半纤维素、木质素,促进腐殖质的形成。腐殖质是含有多个官能团的大分子,其中碳、氮、磷、硫比值大约为100∶ 10∶ 1∶ 1; 腐殖化过程是一个固碳过程,有益微生物与矿物质元素及秸秆配合使用有叠加作用,腐殖质占有机质的50% ~ 70%,按照0 ~ 20 cm土层的有机质提升1%计算,相当于给土壤固碳13. 2 t/hm2,如能在我国20%的耕地上应用此技术相当于碳减排3亿t/年[19].
  
  2. 5终生胁迫
  
  有益菌群与作物的关系是共生/联合固氮方式,其活动不断地穿透细胞壁[10]给作物以胁迫,这种胁迫是伴随终身的,因此可以不断地促使作物打开次生代谢产生化感物质,化感物质就是各种抗击病虫草害和抗击灾害性天气的物质,同时还产生品质物质和风味物质。
  
  综上所述,在有机农业中有益微生物菌群是土壤物质流和能量流的推动者,是有机农业生产中最活跃的生力军[20].
  
梁鸣早,路森,王天喜,光立虎,路遥,李秀凤,孙建光,刘立新. 高产优质有机农业技术体系探索[J]. 中国土壤与肥料,2016,03:5-12+18.
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