過度施肥對土壤的污染及化肥減量增效技術(shù)分析

竇 麗，顏士平

（兗州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東濟寧 272100）

0 引言

過度施肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為常見的問題，主要表現(xiàn)為施肥結(jié)構(gòu)、施肥方法不合理以及缺乏使用微量元素等。過度施肥會導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本明顯增加，也會影響農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，更會對土壤、生態(tài)環(huán)境等造成污染與破壞，并不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康、良好、可持續(xù)發(fā)展。這一背景下，化肥減量增效技術(shù)自然受到了廣泛關(guān)注。

1 過度施肥對土壤的污染分析

自改革開放以來，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展逐步邁入現(xiàn)代化階段，化肥使用量及施用強度均在持續(xù)增長，不過增速在逐漸放緩，同時化肥施用結(jié)構(gòu)也在持續(xù)調(diào)整，且復(fù)合肥施用占比持續(xù)提升。這既反映了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對化肥的過度依賴，也反映了我國農(nóng)業(yè)在不斷的發(fā)展過程中對化肥施用的持續(xù)調(diào)整與優(yōu)化。綜合來看，改革開放以來我國農(nóng)業(yè)的化肥施用經(jīng)歷了三大階段，分別是化肥增量增產(chǎn)、增量調(diào)結(jié)構(gòu)以及減量增效。化肥的減量增效施用是針對過度施肥問題而提出的解決措施，其既可以有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥成本，又能減輕化肥施用對土壤造成的污染以及對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過度施肥對土壤的污染問題不容忽視，其造成的負面影響主要體現(xiàn)于以下幾點。

1.1 土壤板結(jié)

過度施肥會導(dǎo)致土壤板結(jié)。首先，土壤中如果施用過量氮肥，會導(dǎo)致微生物快速生長，并使得土壤中的大量有機質(zhì)被消耗。當(dāng)土壤有機質(zhì)的消耗量達到一定程度后，土壤中有機質(zhì)含量會降到極低水平，進而導(dǎo)致土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成受到阻礙，最終引發(fā)土壤板結(jié)的問題。其次，土壤中如果施用過量磷肥，磷肥中的大量磷酸根會與土壤中的各種陽離子反應(yīng)并生成沉淀物質(zhì)，如鈣離子、鎂離子等。當(dāng)土壤中生成大量磷酸根的沉淀物質(zhì)后，土壤透氣性會受到明顯影響，進而出現(xiàn)板結(jié)情況。最后，土壤中如果施用過量的鉀肥，會導(dǎo)致大量鉀離子進入土壤之中。當(dāng)土壤中鉀離子含量過高時，土壤團粒結(jié)構(gòu)的多價陽子會逐漸被鉀離子所替換，進而使得團粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，久而久之，會出現(xiàn)土壤板結(jié)現(xiàn)象。土壤板結(jié)意味著土壤通透性降低，土壤中的空氣流通變得更為困難，同時植物根系難以充分下扎，還會出現(xiàn)土壤中營養(yǎng)元素減少的情況，并不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，會導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量明顯下滑，甚至可能出現(xiàn)大量農(nóng)作物死亡的情況[1]。

1.2 土壤酸化

過度施肥會導(dǎo)致土壤酸化。如果農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用大量氮肥，那么土壤中盈余氮肥逐漸累積成硝態(tài)氮。硝態(tài)氮流失的時候會將土壤中的鈣離子、鎂離子等帶走，久而久之，土壤中陰離子數(shù)量占比明顯多于陽離子，土壤便會逐漸變?yōu)樗嵝裕宜嵝詴鸩皆鰪姟Ｓ绕涫窃诖罅考薪涤甑挠昙净蛘叽笏嗍焦喔鹊那闆r下，土壤中的堿基離子會被沖刷并快速流失，殘留的氫離子和硫酸根等離子相結(jié)合，會進一步加劇土壤酸化情況。土壤酸化會導(dǎo)致土壤板結(jié)問題加劇，也會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞，大量養(yǎng)分會隨著陽離子的流失而流失，嚴重影響農(nóng)作物對養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致農(nóng)作物的生長大受影響，容易出現(xiàn)各種缺素癥。土壤酸化會導(dǎo)致土壤微生物的活動受到抑制，進一步影響農(nóng)作物的發(fā)育和生長。另外在土壤酸化嚴重的情況下，重金屬離子會在土壤中被活化，進而使得農(nóng)作物的根系遭到毒害，農(nóng)產(chǎn)品重金屬殘留問題也會出現(xiàn)。

1.3 土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過度施肥，會使得土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)。土壤中使用大量化肥，會使得土壤有機質(zhì)減少，同時也會消耗大量微量元素。這意味著在長期過度施肥的情況下，土壤中的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)會受到影響，無法維持穩(wěn)定，難以為農(nóng)作物的生長提供適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分供給，自然會出現(xiàn)部分養(yǎng)分供給過多、部分養(yǎng)分供給不足的情況，嚴重影響農(nóng)作物生長，同時會造成各種缺素癥。

1.4 土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡

農(nóng)作物種植生產(chǎn)中過度施肥，會造成土壤微生物群落結(jié)構(gòu)失衡的問題。過度施用氮肥，會對土壤中細菌、真菌以及放線菌的數(shù)量造成明顯影響。施用過量氮肥的情況下，土壤中放線菌、細菌的生長會受到明顯抑制，枯萎菌的生長則會變得更為旺盛，進而使得土壤中的枯萎菌逐漸成為優(yōu)勢菌群，相應(yīng)的土壤微生物群落結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯變化。而在過量施用磷肥的情況下，土壤中細菌、真菌以及放線菌的生長均會出現(xiàn)較為明顯的被抑制現(xiàn)象，不過枯萎菌這種真菌的生長卻變得更為有利，同樣會造成枯萎菌逐漸成為優(yōu)勢菌群的問題。過度施用鉀肥的情況下，土壤中微生物的生長會受到土壤pH值變化以及水溶性鹽分含量變化的影響，進而導(dǎo)致土壤中細菌、真菌以及放線菌的數(shù)量及占比發(fā)生變化，難以形成穩(wěn)定且適合作物生長的土壤微生物條件[2]。

2 化肥減量增效技術(shù)的應(yīng)用要點

2.1 測土配方施肥技術(shù)

測土配方施肥技術(shù)是常見而高效的化肥減量增效技術(shù)，其核心是基于土壤測試及肥料田試驗為施肥方案的制定與實施提供支持，進而實現(xiàn)減量增效。測土配方有科學(xué)依據(jù)作為支持，主要包括養(yǎng)分歸還學(xué)說、最小養(yǎng)分律、同等重要律、不可代替律、報酬遞減律、因子作用律等。養(yǎng)分歸還學(xué)說強調(diào)通過施肥維持土壤養(yǎng)分的攜出和輸入間的平衡，以此保障土壤有足夠的養(yǎng)分供應(yīng)容量及強度，支持農(nóng)作物良好生長和發(fā)育。最小養(yǎng)分律指明限制農(nóng)作物產(chǎn)量的往往是土壤中相對含量最小的養(yǎng)分因素，其本質(zhì)上和“木桶理論”一致，即只有確保各種養(yǎng)分均能達到一定程度才能為農(nóng)作物的良好生長提供支持。同等重要律強調(diào)各種元素都是農(nóng)作物生長中不可或缺的部分，不管大量元素還是微量元素都是支持農(nóng)作物生長的必要元素。不可替代律強調(diào)不同營養(yǎng)元素在作物生長發(fā)育中都發(fā)揮著不可替代的作用，但凡任一元素不足或缺失，均會影響作物生長和發(fā)育。報酬遞減律則表明隨著土壤中施肥量的增加，作物產(chǎn)量的增加速度會逐漸減慢，甚至在肥料施用過量的情況下會造成負面作用。因子作用律則強調(diào)作物產(chǎn)量受多個因子的綜合影響，肥料的施用往往還需配合其他農(nóng)業(yè)技術(shù)措施共同促進農(nóng)作物的良好生長。測土配方施肥主要包含五大環(huán)節(jié)，其一為測土，即對土壤肥力、pH值等進行測試，從而準確掌握土壤情況，為后續(xù)的肥料施用方案制定提供依據(jù)；其二為配方，即根據(jù)土壤肥力、pH情況以及氣候、地貌、耕作制度等因素，對不同作物施肥配方加以確定；其三為配肥，即針對土壤配方結(jié)果配置合適的肥料以及相應(yīng)施用方案，以便施肥操作的規(guī)范化與標準化發(fā)展，為廣大農(nóng)戶科學(xué)施肥提供支持；其四為供應(yīng)，即在做好配方加工工作的基礎(chǔ)上進行示范推廣與宣傳培訓(xùn)；其五為施肥指導(dǎo)，面向廣大農(nóng)戶做好相應(yīng)的施肥指導(dǎo)工作，獲得農(nóng)戶的反饋信息，不斷完善相應(yīng)的管理體系、技術(shù)體系與服務(wù)體系，確保肥料施用到位。

2.1.1 取土

取土需要在一塊集中連片種植統(tǒng)一作物的土地上設(shè)置一個采樣單元，并在前茬作物拉秧后、后茬作物種植前階段以及作物生長期間的追肥前階段進行取土。土壤樣品的采集應(yīng)當(dāng)遵循“隨機、等量、多點混合”的基本原則，而且針對酸化與鹽化地塊進行采樣時通常只采集從壟背從地表開始向下0～20 cm土層的土壤。土壤取樣要做到各采樣點的采樣量一致、土壤上層與下層采樣比例相同，最好使用圓形空心管、鐵鍬等進行采樣，如果需要測定土壤中的微量元素則應(yīng)使用不會造成金屬污染的不銹鋼取土器或竹器進行采樣處理。采樣后需將土壤樣品置于干凈容器中，并碾碎、充分混合，然后通過四分法留取對角兩份樣品以及丟棄其余兩份樣品[3]。

2.1.2 檢測

測土配方中的土壤檢測涉及多個方面，檢測項目內(nèi)容廣泛包括有機質(zhì)、酸堿度、全鹽含量、大量元素、中微量元素等，并且有儀器速測與化學(xué)檢驗兩種方式。為了保障測土配方的準確性，土壤檢測中多采取化學(xué)檢驗方式。一般來說，適宜農(nóng)作物生長的土壤有機質(zhì)含量為20%左右、pH值為6.7～7.5、微量元素含量能滿足最低需求、氮元素含量為120～150 mg/kg、磷元素含量為80～120 mg/kg、鉀元素含量為250～400 mg/kg、全鹽含量不超過2 g/kg、有害物質(zhì)含量較少，這可以作為土壤檢測的重要參考，同時也是后續(xù)配方的重要依據(jù)。

2.1.3 配方

根據(jù)土壤檢測結(jié)果制定相應(yīng)的施肥建議，是測土配方施肥的關(guān)鍵。針對不同作物的品種，綜合考量土壤檢測結(jié)果、待種植作物的目標產(chǎn)量、待種植作物的需肥規(guī)律等因素，對施肥的肥料種類、用量、施用時期以及施用方法等加以確定即可。在此過程中需通過公式對施肥量進行計算，即施肥量應(yīng)當(dāng)為作物目標產(chǎn)量與作物單位面積產(chǎn)量養(yǎng)分吸收量之和減去地塊土壤可供養(yǎng)分量再與肥料養(yǎng)分含量和肥料當(dāng)季利用率的乘積進行相除。

2.1.4 配肥

以配方結(jié)果為依據(jù)，由肥料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)相應(yīng)的配方肥，能為測土配方施肥的有效實踐提供重要支持，大幅提升施肥的易操作性，充分發(fā)揮測土配方作用，進而促進肥料施用實現(xiàn)減量增效。地方農(nóng)業(yè)技術(shù)部門需做好相應(yīng)的指導(dǎo)、管理和監(jiān)督工作，確保肥料企業(yè)生產(chǎn)的配方肥完全符合對應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

2.1.5 供肥與施肥

肥料經(jīng)銷商應(yīng)在地方農(nóng)業(yè)技術(shù)部門的指導(dǎo)下做好肥料的購買與經(jīng)銷工作，農(nóng)戶則應(yīng)通過正規(guī)渠道從肥料經(jīng)銷商處購買基于測土配方的配方肥。農(nóng)業(yè)技術(shù)部門應(yīng)指導(dǎo)農(nóng)戶進行科學(xué)施肥，對施肥深度、時期、方式等進行科學(xué)指導(dǎo)，以此保障施肥的科學(xué)性與有效性，提升肥料利用率。

2.1.6 監(jiān)測與修訂

測土配方施肥是一項長期工作，需在長期實踐中不斷調(diào)整與優(yōu)化。科學(xué)施用配方肥后，還需對作物生長過程以及最終的產(chǎn)量與質(zhì)量進行動態(tài)監(jiān)測與綜合評估，從而分析施肥配方的科學(xué)性與有效性，同時充分了解農(nóng)戶的反饋信息，做好田間校驗研究、土壤測試、田間營養(yǎng)診斷、數(shù)據(jù)處理等工作，進而對測土配方施肥方案進行修訂與優(yōu)化，不斷提升施肥水平。

2.2 機械化深施肥技術(shù)

機械化深施肥技術(shù)能提高施肥精準性與效率，從而嚴格控制肥料施用量，降低肥料成本，同時還能減少肥料過量施用對土壤造成的污染以及避免肥料施用深度不足而影響作物吸收與生長。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展以及肥料減量增效施用進程的推進，機械化深施肥技術(shù)需要進一步得到大力推廣。目前常見的機械化深施肥技術(shù)主要有三種。其一為噴施技術(shù)，即通過機械裝置將化肥溶液以細小顆粒噴射到農(nóng)田中，從而實現(xiàn)減量增效；其二為穴施技術(shù)，即通過機械設(shè)備將肥料直接注入土壤中，從而對施肥點、施肥深度、施肥量的精準控制，實現(xiàn)減量增效；其三為分布器施肥技術(shù)，即通過旋轉(zhuǎn)分布器、盤式分布器等把肥料均勻地撒播于土壤表面，嚴格控制施肥用量和范圍，從而實現(xiàn)減量增效[4]。進行機械化深施肥應(yīng)當(dāng)提前做好土壤分析工作，全面了解土壤養(yǎng)分情況以及作物需肥量，以此作為施肥的依據(jù)。合理制定施肥計劃，對施肥量與方式加以確定，準備好相應(yīng)的機械設(shè)備，做好肥料試施工作，在試施無問題的情況下，再正式進行機械化深施肥。施肥后同樣要對作物生長情況進行監(jiān)測與評估，從而對施肥方案的有效性進行綜合分析，為后續(xù)機械化深施肥方案的調(diào)整提供依據(jù)。

2.3 水肥一體化技術(shù)

水肥一體化技術(shù)作為灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)技術(shù)，其在減量增效方面有著巨大優(yōu)勢。水肥一體化技術(shù)的特點在于肥效快、養(yǎng)分利用率高，能避免肥料直接施用于表土層而造成的揮發(fā)損失、溶解慢等問題，其相較于常規(guī)施肥方式往往能實現(xiàn)50%～70%的節(jié)肥量。水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用難點在于成本較高，需要花費大量成本建設(shè)一套合適的滴灌系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，肥料的減量增效施用以及節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展均對水肥一體化技術(shù)的推廣提出了一定要求。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)一定要根據(jù)地形、田塊、單元、土壤質(zhì)地、作物種植方式、水源特點等因素，對滴灌系統(tǒng)進行合理設(shè)計，科學(xué)設(shè)計管道埋深、管道長度、灌區(qū)面積、灌水方式、蓄水池與混肥池位置、水泵肥泵等[5]。另外，水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用還對肥料有著較高要求，優(yōu)先選擇液態(tài)肥料，如需使用固態(tài)肥料則需確保肥料水溶性強、雜質(zhì)少，以免堵塞管道。

3 結(jié)語

綜上可知，針對過度施肥問題需通過推廣應(yīng)用化肥減量增效技術(shù)的方式進行應(yīng)對和解決。地方農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門應(yīng)當(dāng)從實際出發(fā)，全面、準確剖析地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的過度施肥問題，并做好相應(yīng)的試驗、分析工作，嘗試制定和完善化肥減量增效技術(shù)方案，做好相應(yīng)的農(nóng)技推廣工作，不斷推動地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥減量增效施用水平的提升，進而為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來有力保障。