重新認識我們腳下的土壤

2019-02-21 05:59:08張立功

果農之友 2019年2期

張立功

(陜西西果聯農業發展有限公司西安710065)

有機水果生產一個最為關鍵的條件就是土壤，也就是果樹的立地條件，根本問題。從對土壤的形成和認識開始，我們需要一個高度的、系統的土壤生態學管理理念，只有用這樣的管理理念選地建園和管理，才有利于生產真正的有機水果。

1 重新認識土壤

地球表面的大地是由巖石構成的。在太陽能的不斷作用下，并在獲得空氣和水等的力量的同時反復地進行著物理的、化學的風化作用，形成了極為細小的顆粒，大地歷經8億多年形成了土。土再經過幾千萬年乃至幾億年的時間，微生物菌群（主要是好氧腐生菌）有氧分解動植物殘體制造的有機肥，在土壤中被微生物分解后的產物（灰分、木質素等）和由微生物生成的土壤蛋白相結合而產生的物質，才是真正的土壤腐殖質。土壤微生物賦予土壤消化功能和孕育萬物生命的功能，研究資料表明，形成1厘米厚的黑土層需要100萬～200萬年的時間，形成1厘米厚的耕層土壤需要300萬～400萬年的時間（圖1）。

圖1 重新認識我們腳下的土壤

在地球形成之前，形成我們今日所見土壤的原材料——太空巖石正飄蕩在宇宙空間的一片黑暗之中。這種太空巖石誕生于太陽系誕生初期，富含大量黏土類物質，是它們構成了地球上最早的土壤。

大約46億年前，地球逐漸形成，頻繁發生且規模巨大的隕星撞擊將會徹底摧毀這個星球剛剛出現的原始土壤層。此時這些黏土類物質構成的原始土壤便開始在地球的表面逐漸積累。在大約38億年前，此前將地球變為煉獄的頻繁隕星撞擊開始逐漸消退，于是液態水體開始有機會在地球表面形成并累積，湖泊和海洋開始出現。液態水造成的風化作用會沖刷并侵蝕地球表面的巖石，產生礦物質并形成更多永久性的土壤。

大約在35億年前，地球上最早的生命出現，開始對土壤產生影響，并同時被土壤所影響。那些最早的生物結構是由能夠進行光合作用的有機體產生的，它們能夠利用太陽的能量制造出大量的有機質。這些有機質在海灘上不斷積累并混入由被侵蝕的巖石產生的礦物質成分，最終逐漸形成了最早的真正的土壤。

然而這些仍然不是我們今天所看到的這種土壤。這些最早的土壤貯存水分和營養物質的性能很差，而后者都是維持生命的關鍵物質。土壤的這種貯存能力很大程度上與其內部顆粒間的孔隙度有關系，而早期土壤簡單的內部結構意味著水分和營養物質能夠很快流失殆盡。沒有任何生命能夠產生足夠的適應力，從而可以離開海岸向陸地推進，占據那片荒蕪的土地。

大約7億～5.5億年前地衣開始出現。地衣是由藻類和真菌共同構成的穩定而又互利的共生聯合體，有時候還有細菌的參與—它們三者共同代表了生命的三個“界”。而正是受益于這種緊密的互利合作關系，地衣擁有了極強的環境適應性。藻類可以進行光合作用，從而為地衣提供能量，而真菌可以收集水分，防止地衣脫水。真菌擁有長長的細絲，非常適合從周圍環境中收集水分。地衣中還含有一種能夠進行光合作用的細菌，名為藍藻，這種藻類能夠從環境中汲取氮氣成分，而當它們死亡時，這些氮元素便被融入了土壤之中，逐漸提升了土壤中養分的蓄積量。通過緊密的有機協作，這些不同的細小生命將它們各自的技能結合起來，逐漸適應了這片5億年前荒蕪的大陸。地衣能夠分泌酸性物質，從而加速巖石的風化過程。地衣不僅占據了地球早期的土壤，而且正在逐漸改造地球早期土壤。通過加速巖石風化過程，地衣更進一步增加了土壤中營養成分的積累，從而使土壤變得更加肥沃。這就為其他形式的生命向陸地進發鋪平了道路。

大約4.4億年前，早期植物開始大舉向陸地蔓延，并在顯著地改變土壤的性質。植物除了促成土壤結構，還將大量的磷和鉀等營養物質帶入了土壤。這種增加土壤肥力的特性背后，一大關鍵便在于其根部的真菌：菌根。菌根產生大量長長的菌絲，增加了植物獲取營養水分的范圍并使其更牢固地扎根于土壤中，并能夠從土壤中吸收氮和其他植物生長所需的營養物質。菌根的菌絲可以加速巖石分解，從而釋放出更多營養物質，包括磷、鈣和鐵等等，這些生理活動進一步增加土壤肥力。這種互利共生的關系對于陸地植物的演化過程是至關重要的，它幫助植物征服了早期的陸地，甚至是在它們發展出根系之前，而當時的陸地上甚至根本沒有我們今天所言的土壤。隨著時間推移，植物在結構上演化越來越復雜，發展出復雜的維管結構、葉片和根系。這一過程會將更多有機物帶入了土壤，并幫助穩定土壤，使之免于被侵蝕殆盡。超過80%的現代植物與真菌菌根之間構建起了某種共生關系，并且這一機制對于增加土壤中的氮含量具有重要意義。

隨著植物開始逐漸向陸地蔓延并將大量有機物質融入土壤之中，土壤的持水性能增強了。大約在4.9億～4.3億年前，動物開始從海洋登上陸地并逐漸擴大自己的生存空間。到了大約4.2億年前，陸生無脊椎動物已經高度繁盛，同樣的，它們也會對土壤的演化產生影響。這些早期的陸生動物都是食草的，以先期占據陸地的藻類生物和地衣類為食并將產生的營養物質混入土壤。這些動物繁衍生息，開始在土壤中鉆洞并占據了土壤內部，吞食死亡的有機體并將排泄的有機物與黏土類物質和其他來自巖石風化產生的礦物質成分相混合。動物們產生的影響造就了土壤獨特的結構并幫助植物繼續演化，在遠離水體的地方發展繁盛。生活在土壤中生物的多樣性迅速增強。新的無脊椎動物物種不斷出現，包括千足蟲、跳蟲、螨等的早期祖先。到了大約3.6億年前，土壤已經發展到與今天的現代土壤相當近的地步，其生物多樣性甚至已經與今天我們腳下的土壤相接近（圖2）。

圖2 土壤組成成分

2 土壤的特性

2.1 我們需要認識土壤

那什么是土壤呢？大部分農戶知道土壤里面有養分、有昆蟲、有水分、有機質。植物生長發育需要的養分是來自土壤，所有的作物必須依靠土壤，土壤的好壞會影響作物的好壞。土壤里面有數量驚人的微生物，因為微生物太小，肉眼無法看見。土壤是一個有生命的生態系統，不是簡簡單單的泥巴。1克肥土中大約有5億個微生物，25億個細菌，40萬個真菌，70萬個放線菌，5萬個藻類、3萬個原生動物（數據來源：《環境土壤學》第二版，2016年化學工業出版社）。

2.2 土壤微生物的作用

土壤微生物中有細菌、真菌、放線菌和土壤藻類。

（1）土壤中的細菌，它們個體小，數量龐大，占土壤微生物總數的70%～90%，變異性與適應性強。它能對土壤中污染物的轉化起重要作用，分解有機物和纖維素，固氮、氨化、硝化和反硝化等，即細菌對土壤元素的循環起主要作用。如果土壤里面沒有這些微生物，作物就很難吸收營養。有的農戶長期偏施化肥，導致土壤里面的酸堿值失衡，殺死了土壤里面的細菌，從而導致作物很難吸收肥料。

（2）土壤中的真菌數量少，但個體龐大，1公頃表土中真菌菌體質量可達500～5 000千克，它適宜酸性的環境，好氧，在土壤的表層多，下層少，以氧化含碳有機物質來獲取能量。它的作用是分解含碳有機質，是土壤中糖類、纖維素、果膠和木質素等含碳物質分解的積極參與者。土壤中的有益真菌，有些具有養分分解、提高肥料利用率的作用，有些菌根菌和根系共生，刺激根系生長，有些則具有抑制根部病害等功能。

（3）土壤中的放線菌數量較大，土壤中的生物量與細菌相當，放線菌數量是細菌的1%～10%。放線菌的作用：參與有機質轉化；促進作物生長。在分解有機物質的過程中，產生生長刺激物質，維生素等；抑制病原菌的繁殖，減輕土傳病原菌對作物的危害。產生抗菌素及揮發性物質。土壤的放線菌可以減輕病害的危害，增強作物的抗病性。

（4）土壤藻類個體微小，大多數為無機營養型，可自身進行光合作用合成有機物質，分布在表層。也有少數分布在較深的土層，通常為有機營養型，以土壤中的有機物質為生。作用：其一，加速土壤形成。能和真菌結合成共生體，在風化的母巖或瘠薄的土壤上生長，積累有機質，活化土壤；其二，分解、增加土壤礦質元素。有些藻類可以直接溶解巖石，如硅藻可以分解正長石、高嶺石，補充土壤鉀素；其三，改良土壤結構。許多藻類在代謝過程中，要分泌出大量黏液，從而改良土壤結構，變成團粒結構；其四，改善土壤的通氣狀況。藻類進行光合作用時，吸收水中的二氧化碳，放出氧氣，促進氣體循環，從而改善通透性。

土壤具備疏松、造肥、解毒、抗病、保水、促進生物生長等功能，保護好土壤微生物是土壤管理的重要目標。土壤的功能是有限度的，地球是滿足人類的生存，滿足不了人們的欲望和貪欲，（如以我們的標準判定食物的好處，如反季節等等）。只要人們遵循自然規律，土壤是能夠滿足我們需要的。土壤管理的核心目標是保護好土壤微生物。

2.3 土壤動物的作用

土壤動物是土壤中和落葉下生存著的各種動物的總稱，土壤動物作為生態系統物質循環中的重要消費者，在生態系統中起著重要的作用，一方面積極同化各種有用物質以建造其自身，另一方面又將其排泄產物歸還到環境中不斷改造環境。研究資料表明，土壤中的原生動物、線蟲、螨類、跳蟲、蚯蚓和一些大型節肢動物直接參與氮的循環。它們與共生的菌類和原生動物一起能夠分解纖維素和木質素，參與碳的循環。而且以傳播接種微生物等方式來加速營養物質的分解和還原，不但促進植物的生長，也加速土壤的發育，以及增進土壤團粒的形成，增強土壤的通氣、持水、保肥和抗侵蝕的能力（圖3）。

圖3 蚯蚓糞

以我們談過的蚯蚓為例，肥沃土壤中平均每平方米蚯蚓最高可達170多條，一畝土壤有14萬條。10年時間，蚯蚓可以增加腐殖土的厚度在0.83英寸～2.2英寸（2.1厘米～5.6厘米），腐殖土這么多，就相當于給土地每年施3 000千克上好的有機肥。一條蚯蚓可深入地下2.4米，壽命6年，一年遷徙幾千米，幫你疏松土壤。一條健康的蚯蚓一生所搬運的土壤總量將超過3 500千克。蚯蚓糞中鈣含量高，能避免很多植物因缺鈣引起的各類病害。蚯蚓以有機質、微生物、礦物質、脂肪、肉類為食，并且使微生物（真菌、細菌等）數量發生數量級的變化。在土壤中加入一些蚯蚓糞可有效地預防病蟲害，減少植物的發病率。例如一種寄生于地老虎的線蟲常以蚯蚓腹中的微生物為食并在蚯蚓體內大量繁殖，蚯蚓與地老虎是在一個體系里面。試驗證明，土壤里面加入蚯蚓糞會減少作物的病害的發生。

3 科學的土壤管理

土壤具有化學性、物理性、生物性（圖4），三者同等重要，缺一不可?；瘜W性是指與pH、電導率、土壤鹽度等有關的化學性質的因素。其對應土壤的化學肥力，例如土壤中所含有植物能吸收利用的營養元素氮、磷、鉀大量元素和硫、鈣、鎂中量元素，以及銅、錳、鋅、鐵、鉬、氯等微量元素。當然，我們也要千方百計預防和減輕某些有害化學元素鉛、砷、汞等重金屬的污染，保證有機生產。物理性是指表現在力學、結構等方面的因素，亦稱物理化學性。其對應的就是土壤的物理肥力，一般指的是土壤的物理性狀，如團粒結構、通氣性、溫度和水分等。生物性是指土壤微生物的生態系統，要保持好氣性的有益狀態。其對應的就是土壤的生物肥力，主要就是土壤中有利于改善土壤化學肥力和物理肥力、有益于作物生長發育的有益微生物菌群的活性、多少及生存和繁殖能力。這三個條件在長期連續地互相保持均衡的狀態時，才能成為培育健康作物的土壤。

圖4 土壤具有化學性、物理性、生物性

3.1 土壤管理的核心目標是保護土壤的微生物生態

要促進陸地和土壤生物多樣性的繁榮，主要是保護好土壤微生物和土壤昆蟲。充分利用自然的力量，通過免耕、適當休耕、輪作、間作、套種綠肥和生草、落葉歸根、重視有機肥和有益微生物等措施，讓土壤休養生息，自行改良，恢復生態環境，保持生物的多樣性，土壤才會更有活力。如果看到土壤里有大量的土壤微生物和各種各樣的蟲子，特別是蚯蚓生長發育得好，土壤自然好了。

保護土壤微生物。我們要了解土壤微生物的特點和生活習性：有生命、好氧、厭氧、pH值、光照、溫度水分等等，我們不一定全部研究，土壤會根據自己的習性選擇合適的土壤微生物。那么，破壞微生物的生產方式有：有毒的投入品：如農藥、除草劑可以直接殺死土壤微生物；影響pH值的投入品：如化肥、農藥（酸性）；改變土壤空氣和光照的耕作方式：覆蓋農膜（溫度、濕度、空氣）、大水漫灌、耕地等，耕地會導致微生物遭遇到地震一樣，給微生物帶來危害，好心做了壞事。破壞超過土壤的恢復程度，會導致土壤的沙化。例如秸稈焚燒（燒死微生物）、土壤裸露（曬死、餓死、淋死、冷死、熱死微生物），所以土壤需要覆蓋些東西。

其次是謹慎使用農藥和化肥，減少農藥、化肥、除草劑、蓋膜、秸稈焚燒、反復深耕等不良的管理的行為。因為化肥會改變土壤pH值，水溶性肥料導致作物無選擇的吸收，作物驟飽驟餓；用化肥相當于輸液而不是吃飯，導致作物自身的功能減弱。實行少(免)耕法，可以減少二氧化碳排放，保留作物殘留物可以提高土壤有機質含量。研究顯示，免耕地的速效磷比翻耕地高出1.1倍，速效鉀比翻耕地高出34.3%。因為免耕地的微生物比翻耕地的多100倍，（《自然農法》，顧克禮著）。免耕需要注意的是排水通暢，在平地和低洼地，一定要開溝排水，壟作。

3.2 土壤覆蓋

為什么要覆蓋土壤呢？土壤是地球的皮膚，大自然里，凡是有土壤的地方，都有植物覆蓋，植物和土壤是共生、依存關系。覆蓋有什么好處呢？通過增加地被植物、植被、覆蓋物和堆肥不但可以提升土壤中的有機質，而且保護了土壤微生物和昆蟲，腐爛的秸稈是微生物和有些昆蟲的食物。覆蓋可抑制雜草，雜草無法見光，在一定程度能控制雜草長勢。覆蓋可使土壤保濕，抑制土壤水分蒸發，保持土壤濕度。調節土溫，使土壤冬暖夏涼，相當于自然空調。增加養分，秸稈腐爛后，是非常好的有機肥。改良土壤，通過微生物和昆蟲的作用，改良了土壤結構。保持水土，避免土壤被陽光暴曬、被暴雨沖刷，避免水土流失。此外，通過種植植被和覆蓋土壤還可以保護土壤免受風化和鹽化的影響。

覆蓋的方法和原則：土壤不能裸露，所有綠色植物，不管是作物的秸稈，還是路邊的雜草，都可以用來做覆蓋物；任何作物都可以覆蓋。最好是完整的覆蓋，而不用打碎，更不能用機械粉碎還田。兩種覆蓋模式：秸稈和生草，有機結合。