有机肥料是一类重要的肥料，在农业生产中有养分全面、肥效长、污染少、增加地力、提高作物产量和品质等重要作用。有机肥料经过堆沤、腐熟处理，可达到加速养分分解和释放，减少和消除病虫危害及杀灭杂草种子的目的，其中水分、通气状况、温度、pH等是影响有机肥堆沤的因素；粪尿肥、秸秆肥、微生物肥、绿肥是有机肥料的主要类型。有机肥在利用上存在着积肥数量小、秸秆还田少、绿肥种植面积小以及城市农用垃圾利用率低等问题。 无论是有机农业还是无机农业均离不开有机肥料，因为有机肥料不仅是不断维持与提高土壤肥力从而达到农业可持续发展的关键措施，也是农业生态系统中各种养分资源得以循环、再利用和净化环境的关键一链，有机肥还能持续、平衡地给作物提供养分从而显著改善作物的品质。因此常有人将农业生产中的有机肥比作物医药上的“中药”，虽然没有象化肥那样作用迅速，但有机肥医治和改善土壤环境的意义远比“中药”来得更重要。
11.1.1 有机肥料的概念
有机肥料是农村中利用各种有机物质、就地取材、就地积制的自然肥料的总称，又称农家肥料。有机肥料资源极为丰富，品种繁多，几乎一切含有有机物质、并能提供多种养分的材料，都可用来制作有机肥料。
根据其来源、特性和积制方法，有机肥料一般可分四类：
第一类粪尿肥，包括人粪尿、家畜粪尿及厩肥、禽粪、海鸟粪以及蚕沙等；
第二类堆沤肥，包括堆肥、沤肥、秸秆直接还田利用以及沼气池肥等；
第三类绿肥，包括栽培绿肥和野生绿肥；
第四类杂肥，有泥炭及腐植酸类肥料、油粕类肥料、泥土类肥料、海肥和农盐以及生活污水、工业污水、工业废渣等。
另外，有机肥料也可根据腐熟过程中发热程度而分两类：
第一类热性肥料，有机肥料在腐熟过程中堆温可升到50℃以上者，包括马粪、羊粪和秸秆堆肥等。
第二类冷性肥料，在腐熟过程中不能产生高温。有各种土粪、人粪尿。
猪粪冷、热性主要决定于猪圈中的垫料，以土为垫料的土粪为冷性肥料，以草为垫料的猪粪为热性肥料，就纯猪粪而言，可以认为是热性肥料。
11.1.2 有机肥和无机肥的关系
11.1.2.1有机肥和无机肥的特点
有机肥料含有丰富的有机物和各种营养元素，具有数量大、来源广、养分全面、施用污染少等优点，但也存在脏、臭、不卫生、养分含量低、肥效慢、体积大、使用不方便等缺点。无机肥料即化学肥料，是工厂化学合成或加工精制的肥料，它的特点恰好与有机肥相反，具有养分含量高、肥效快、使用方便等优点，但也存在养分单一、肥效短、制造成本高、污染环境等不足。
11.1.2.2有机肥和无机肥的关系有机肥料与化学肥料配合施用，可以取长补短，缓急相济，充分发挥其效益。且使有机肥料本身具有的改良土壤、培肥地力、增加产量和改善品质等作用得到进一步提高。
11.1.3 有机肥料在培肥土壤和植物营养中的作用
11.1.3.1有机肥料的元素含量有机肥料不仅含有植物所需要的各种营养元素，如氮、磷、钾、钙、镁、硫及微量元素，而且还含有大量的有机物质，因而是一类完全肥料(表11-1)。（单位：％） |
粪肥
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N
|
P
|
K
|
Mn
|
B
|
Zn
|
Cu
|
Mo
|
Fe
|
牛粪
|
0.87
|
0.39
|
0.53
|
0.036
|
0.0023
|
0.0019
|
0.0016
|
0.00037
|
0.159
|
猪粪
|
1.05
|
0.64
|
1.05
|
0.029
|
0.0022
|
0.0199
|
0.0050
|
0.00030
|
0.185
|
羊粪
|
1.25
|
0.59
|
0.95
|
0.019
|
0.0031
|
0.0146
|
0.0023
|
0.00034
|
0.192
|
鸡粪
|
1.78
|
0.62
|
1.37
|
0.014
|
0.0024
|
0.0130
|
0.0018
|
0.00042
|
0.190
|
|
11.1.3.2有机肥料与土壤生物及其活性施用有机肥料可增加土壤微生物数量，特别是有益微生物如固氮菌、氨化菌、硝化菌等，随着这些微生物活动的加强，可提高土壤有机质含量，改善土壤的物理、化学和生物学特性，从而提高土壤的吸收性能、缓冲性能和抗逆性能。
11.1.3.3有机肥与植物生长活性物质有机肥中含有维生素、激素、酶、生长素、泛酸和叶酸等，它们能促进作物生长和增强抗逆性。有机肥料分解产生的酚类物质，有抑制脲酶和反硝化微生物的作用。有机肥在分解过程中产生的有机酸，对土壤中难溶性养分有螯合增溶作用，可活化土壤潜在养分，从而提高难溶性磷酸盐及微量元素养分的有效性。有机肥料在分解过程中形成的腐殖质是一种弱有机酸，它在土体中与无机胶体结合形成有机-无机胶体复合体，可熟化土层，促进水稳性团粒结构形成，调节土体中水、肥、气、热状况。腐殖质对种子萌发、根的生长均有刺激作用。
11.1.3.4有机肥与作物品质科学施用有机肥能提高作物产品的营养品质、食味品质、外观品质和降低食品硝酸盐含量，这主要与有机肥养分供应平衡有密切关系。 |
堆肥和沤肥是重要的有机肥料，它们是利用秸秆残渣、人畜粪尿、城乡生活废物、垃圾，山青湖草等为原料混合后按一定方式进行堆沤而成的。有机肥料堆制或沤制的过程称为腐熟过程。一般北方以堆肥为主，而南方水网地区以沤肥为主。
11.2.1 腐熟的目的
堆肥或沤肥材料按性质可分为三类：①不易分解的物质，如秸秆、杂草、垃圾等，这类物质含纤维素、木质素、果胶较多，碳氮比较大，一般在60~100:1之间。②促进分解的物质，如人畜粪尿、污水、污泥和适量的化肥。其目的是补充足够的氮、磷、钾营养，调节碳氮比，增加各种促进腐熟的微生物。③吸收性强的物质，主要是加入一些粉碎的粘土、草炭、秸秆或锯末，用于吸附腐解过程中分解出来的易流失的氮、钾等营养元素，促进养分转化，形成高质量的有机肥。
堆、沤肥材料虽含有一定量的养分，但大都不能直接被作物吸收利用，通过堆沤腐熟过程，使有机物料尽快释放养分，还可经过发酵过程产生的高温杀灭寄生虫卵和各种病原菌，杀死各种危害作物的病虫害及杂草种子，实现无害化的目的，同时还缩小了有机物料庞大的体积，节约运输成本，施用后便于耕作，提高了耕作质量。
11.2.2 腐熟的过程及其调控技术
11.2.2.1堆肥堆肥是秸秆等有机废物或其它植物残体在好气条件下堆腐而成的有机肥料，分为普通堆肥和高温堆肥。普通堆肥一般混土较多，堆腐时温度较低，且变化不大，所需堆置时间较长，适用于常年积造，是我国北方普遍采用的方法。高温堆肥以纤维素多的有机物料为主，加入一定量的人畜粪尿等物质，以调节C/N比。堆腐中有明显的高温阶段，堆置时间较短。适合于集中处理大量农作物秸秆物料或生活垃圾，使之短期内迅速成肥。
(1) 堆肥的积制
① 备料
Ⅰ粪引物主要为人、畜、禽粪尿，这类材料含氮丰富，并有大量微生物。粪引物是保证微生物活动的养料物质，是堆肥发酵不可少的原料，也是影响粪肥质量的主要成分。
Ⅱ酿热物 主要为秸秆、垃圾、各种植物残体、杂草等。这些物质富含纤维素和半纤维素等，是造肥过程中升温的原料。
Ⅲ 吸附物 主要为干肥土、河塘泥等。其本身含有一定量养分，并是吸水、吸肥(NH4+)的主要物质。
以上三种堆肥原料的大致比例为：吸附物:酿热物:粪引物=5:3:2，可依当地自然资源，灵活搭配就地利用。
② 合料堆积：将已备好的原料，浇上粪汁，充分混合均匀后，堆放在已选好的场地上(地基坚实向阳处)。堆放时以自然状态为好，以利通风透气。堆至一半高地时再设通风柱，常用草粗玉米杆、木棍等，最好高出堆顶半尺，数量4~5个。
堆的大小一般为长2~3米，宽2米，高1.5米，过大管理和施用不便，过小不易发酵。
③泥封：堆好后立即用泥封堆，厚4~6厘米，泥封的目的一是保肥、保温，如不泥封，氮的损失可达17%~20%；二是有利环境卫生，防蚊蝇。
④调温管理：封堆后要定期测定温度，可采用温度计或温度遥测仪测定。高温阶段（>50℃）要持续3~4天。当温度大于65℃时，应向堆内加冷水，或局部开封降温，在高温阶段，应堵死通气孔，否则分解过快，易损失氮素。如温度已达40℃又突然下降，应立即堵住风口以保温。冬季造肥一般不用通气孔。
（2）堆制过程中的微生物活动堆肥的整个腐解过程，是一系列微生物活动的复杂过程，包括堆制材料的矿质化和腐殖化过程。堆腐初期以矿质化为主，后期则为腐殖化占优势。这种过程的快慢和方向，受堆肥材料的组成和含有各种微生物及其环境条件所左右。因此，了解这些因子的变化规律及其相互关系，对于积制好堆肥具有重要意义。
从高温堆肥的堆温变化大体可以反映出微生物活动概况。
① 发热阶段堆制初期，堆温上升到50℃左右称发热阶段。堆内温度在25~40℃范围内适合于一些无芽孢杆菌、球菌、芽孢杆菌、放线菌、真菌和硝酸细菌等中温性的微生物活动，它们能先利用水溶性的有机物质而迅速繁殖，继而分解蛋白质和部分的半纤维素和纤维素，同时释放出NH3、CO2和热量。
② 高温阶段堆制2~3天后，堆温升到50~60℃，称为高温阶段。此时出现大量好热性的微生物，如好热真菌的一些类群，普通小单孢菌、好热褐色放线菌和高温纤维素分解菌等代替了原有的中温性微生物。它们除对尚存的易分解有机物继续分解外，主要是分解半纤维素、纤维素和部分木质素。与此同时进行腐殖化过程。本阶段后期，有机物分解强度渐弱，高温维持一定时期后开始下降。
③ 降温阶段在高温过后，堆温逐渐下降到50℃以下，称为降温阶段。此时，堆内微生物种类和数量较高温阶段多，例如有中温性的纤维分解粘细菌、芽孢秆菌、真菌和放线菌等数量显著增加。一些好热性和耐热性微生物种类，在降温过程中仍然维持着活动。在这个阶段里，堆内可分解的有机物料基质锐减，腐殖化作用占绝对优势。
④ 腐熟保肥阶段此时堆内物质的C/N比已逐步减小，腐殖质累积量明显增加。但分解腐殖质等有机物的放线菌数量和比例也有所增加，嫌气纤维分解细菌、嫌气固氮菌和反硝化细菌逐步增多。在堆表层，常形成真菌菌丝体为主所构成的白毛。此时如不采取保肥措施，会导致新形成的腐殖质强烈分解，并逸出NH3。而且，硝化作用形成的硝酸盐，有可能随雨水淋入堆底层进行反硝化作用，使氮素损失。所以，堆肥在降温阶段之后，必须将堆积材料堆紧压实，加土覆盖，使其处于嫌气状态。在这种情况下，嫌气纤维素分解细菌也能旺盛地进行纤维素分解作用，缓慢地进行后期的腐熟作用。堆肥已完全发酵腐熟，其基本特征是黑、臭、烂。
总之，堆肥的腐熟过程是一个多种微生物交替活动的过程，是微生物对粗有机物进行的分解和再合成的过程。这一过程受堆肥材料、环境温度、水分、通气、pH值等因子的影响。
（3）影响堆肥腐熟的因子
① 水分水是微生物生命活动必需的物质之一。同时，堆肥材料必须先吸水软化后，才能被微生物分解。水分过多或过少均能抑制微生物活动而影响堆肥腐解。一般堆肥材料的含水量应掌握在最大持水量的60%~70%(即加水到手握成团，触之即散的状态最为适宜)，冬季酌减。应注意的是，常常因堆内高温后水分消耗多，要及时补水。因此最好在升至高温期以前，就保持堆内具有足够的水分，这是极为重要的。
② 通气堆肥的腐熟发酵，主要靠好气性微生物如氨化细菌、硝化细菌、纤维素分解细菌等，当通气不良，好气微生物活动繁殖都受到抑制，不易升温。通气过分，不利保温、保肥。
③ 养分微生物维持生命活动与繁殖要消耗必要的养分和能量，常以C/N比为指标。一般微生物每吸收25~30份碳时，需要消耗1份氮。因此一般C/N比以25~30:1为基准。C/N比过小，说明氮多(养料多)，而碳少(能量少)，造成氮的积累，不利于微生物正常活动。C/N比过大，缺乏微生物细胞繁殖所需的N素，也不利于微生物活动。堆肥材料中，一般植物残体C/N比大，而人畜粪尿的C/N比较小。所以，应合理搭配植物残体与人畜粪尿的比例或适量加入一些含氮化肥如尿素等，以保证微生物对碳、氮直接吸收，有利于其活动，加速发酵腐解。各种有机物C/N比如下。
稻草62~67:1；麦秆98:1；玉米秆63:1；泥炭16~22:1；豆秆37:1；苜蓿18:1；杂草25~45:1；人粪12~13:1；畜粪15~29:1。
④ 温度堆温是微生物活动的必要条件，也是关系堆腐速率和堆肥质量的主要因子之一。不同温度范围有不同微生物类群。将高温阶段控制在50~60℃，腐熟保肥阶段控制在30℃左右最为适宜。如果堆温高达75℃，微生物的作用几乎全部受到抑制；65℃时，仅有少数高温纤维分解菌和放线菌发生作用。相反，在20℃以下，又会影响堆腐速率。
⑤ pH值堆肥中的纤维分解菌、氨化细菌以及多数有益的微生物都适于中性或微碱性反应下进行生命活动。pH大于8.5和小于5.3都不利于微生物的活动。同时，pH过高还会引起氨的挥发。在堆肥腐解过程中会产生有机酸和碳酸，酸的积累不利于微生物活动。在堆制时，要加入适量碱性物质，如石灰、草木灰(石灰用量约为材料量的2%~3%)以调节酸碱度，并且能破坏茎秆表层的蜡质，有利秸秆吸水和分解。
上述这些因子是相互联系和制约的。目前普遍的问题是对堆材调氮认识不足，致使堆肥质量不高；在北方低温季节堆制肥料时，低温是主要障碍因子；在缺水地区或旱季堆肥则是以水分更为突出。
11.2.2.2沤肥沤肥材料与堆肥相似，不同的是沤肥加入过量的水(或污泥、污水)，使原料在淹水条件下进行发酵，为常温发酵。沤肥在南方较为普遍。
沤制的方法很多，其中以塘肥、凼肥、草塘泥最普遍。下面以早期的草塘泥为例说明沤肥的过程。
（1）配料：草塘泥的配料以泥为主，主要搭配稻草、绿肥，包括水生绿肥或青草和厩肥等，也可加稻根、垃圾、草皮、草木灰及磷肥。
（2）沤制
①罱泥配制稻草河泥 在冬春季节罱取河泥，将稻草切成15~30cm，拌入泥中。
②挖塘 在田边地角挖塘，将挖出的泥作埂，塘底要夯实，以防漏水。
③入塘沤制稻草河泥于翌年二、三月间加入猪灰移入塘中，或在三、四月份将稻草河泥、猪灰、青草及适量水分分次分层加入。每加一层，都要不断踩踏，使配料混匀，塘面保持浅水层。
④翻塘精制将塘内肥料取出，结合加绿肥、猪灰等按以上要求再分批移入塘内。一般要进行1~2次。精制后3~5天即有大量甲烷及二氧化碳等气体逸出，中间突起为馒头形。当水层由浅棕色变为红棕色，并有臭味时，标志着已腐熟。翻塘的目的是结合加料改善通气条件，加速腐解。若配料充足，充分拌匀，也可不翻塘，节省劳力。
草塘泥与堆肥相比腐熟时间长，受气温影响大，气温高分解快。但塘温及酸碱度变化比较平稳，养分损失少，并且有利于腐殖质的积累。一般塘温变幅为12~20℃，pH6~7。
堆肥和沤肥常用作基肥，整地时施入。 |
11.3.1 粪尿肥
粪尿肥可分为牲畜粪尿和人粪尿。
11.3.1.1牲畜粪尿是指猪、牛、羊、马等饲养动物的排泄物，含有丰富的有机质和各种植物营养元素，是良好的有机肥料。牲畜粪尿与各种垫圈物料混合堆沤后的肥料称之为厩肥。厩肥是农村的主要肥源，占农村有机肥料总量的63%~72%。其中猪粪尿提供的养分最多，占牲畜粪尿养分的36%，牛粪尿占17%~20%，马、驴、骡占5%~6%，羊粪尿占7%~9%。
畜尿中含有较多的氮素，都是水溶性物质。除有大量的尿素外，还有较多的马尿酸和少量的尿酸态氮。这些成分较复杂，需腐熟后施用。畜粪中的氮素大部分是有机态的，如蛋白质及其分解产物，植物不能直接利用，分解缓慢，属于迟效性。畜粪中的磷，一部分是卵磷脂和核蛋白等有机态的，另一部分是无机磷酸盐类，由于这些盐类与其它有机质共同存在，磷被分解出来以后，能和有机酸形成络合物，可以减少被土壤中铁、铝、钙等离子的固定，所以畜粪中的磷素肥效较高。畜粪中的钾大部分是水溶性的，肥效很高。各种家畜粪尿的成分和理化性质依种类、饲料及饲养方式而有所不同。
（1）马粪：以高纤维粗饲料为主，咀嚼不细，因排泄物中含纤维素高，粪质粗松，含有大量高温性纤维分解细菌，增强纤维分解，放出大量热，故称热性肥料，多用于温床酿热物，施马粪能显著改善土壤物理性状，施在质地粘重的土壤为佳。还适合施用在低洼地、冷浆土壤上。
（2）牛粪：牛是反刍类动物，虽然饲料与马相同，但饲料可为牛反复咀嚼消化，因此粪质较马粪细密。加上牛饮水量大，粪中含水量高，通透性差，所以分解缓慢，发酵温度低，故称冷性肥料。为加速分解腐熟，常混入一定量的马粪。施在轻质砂性土上效果较好。
（3）羊粪：羊也是反刍类动物。对多纤维的粗饲料反复咀嚼，这与牛相同；但羊饮水少于牛，所以羊粪粪质细密又干燥，肥分浓，三要素含量在家畜粪中最高。其腐解时发热量界于马粪与牛粪之间，发酵也较快，故也称为热性肥料。
（4）猪粪：猪为杂食性动物，饲料不以粗纤维为主，所以碳氮比值小，也是热性肥料。猪粪质地细于马粪，比马粪含水量高。含腐殖质量较高，阳离子代换量也大，适用于各种土壤，能提高土壤保水保肥能力。各种家畜粪尿中养分含量见表11-2。 |
| 种类 | 水分 | 有机质 | N | P2O5 | K2O | CaO | C:N | | 猪 | 粪 | 81.5 | 15.0 | 0.6 | 0.40 | 0.44 | 0.09 | 14:1 | | 尿 | 96.7 | 2.8 | 3.0 | 0.12 | 0.95 | - | | 马 | 粪 | 75.8 | 21.0 | 0.58 | 0.30 | 0.24 | 0.15 | 24:1 | | 尿 | 90.1 | 7.1 | 1.20 | 微量 | 1.50 | 0.45 | | 牛 | 粪 | 83.3 | 14.5 | 0.32 | 0.25 | 0.16 | 0.34 | 26:1 | | 尿 | 93.8 | 3.5 | 0.95 | 0.03 | 0.95 | 0.01 | | 羊 | 粪 | 65.5 | 31.4 | 0.65 | 0.47 | 0.23 | 0.46 | 29:1 | | 尿 | 87.2 | 8.3 | 1.68 | 0.03 | 2.10 | 0.16 |
|
| （5）禽粪：家禽包括鸡、鸭、鹅等，它们以各种精料为主，所含纤维素量少于家畜粪，所以粪质好，养分含量高于家畜粪，属于细肥，经腐熟后多用于追肥。各种家禽粪养分含量如表11-3。 |
种类
|
水分
|
有机物
|
N
|
P2O5
|
K2O
|
鸡
|
50.5
|
25.6
|
1.63
|
1.55
|
0.82
|
鸭
|
56.6
|
26.2
|
1.10
|
1.40
|
0.62
|
鹅
|
77.1
|
23.4
|
0.55
|
0.50
|
0.95
|
|
利用牲畜粪尿积制的厩肥多做基肥施用，基肥秋施的效果较春施好。一般亩用量2000~3000kg，撒铺均匀后耕翻，也可采用条施或穴施。
11.3.1.2人粪尿是一种养分含量高、肥效快的有机肥料，常被称为“精肥”或“细肥”。人粪是食物经消化后未被吸收而排出体外的残渣，其中约含70%~80%的水分；20%左右的有机质，主要是纤维素和半纤维素、脂肪和脂肪酸、蛋白质、氨基酸和各种酶、粪胆汁，还有少量的粪臭质、吲哚、硫化氢、丁酸等臭味物质；5%左右的灰分，主要是钙、镁、钾、钠的无机盐。此外，人粪中还含有大量已死的和活的微生物，有时还含有寄生虫和寄生虫卵。新鲜人粪一般呈中性反应。
人尿是食物被消化、吸收并参加新陈代谢后所产生的废物和水分。其中含水约95%，其余5%左右是水溶性有机物和无机盐类，其中尿素、尿酸和马尿酸约占1%~2%，无机盐为1%左右。健康人的新鲜尿为透明黄色，呈弱酸性反应。
人粪尿中有机质和养分含量的高低，以及排泄量的多少，与人的年龄、饮食和健康状况等有关。现将成年人粪尿养分状况和年排泄量的水平列于表11-4。 |
表11-4 人粪尿的养分含量及一成年人一年粪尿中养分排泄量
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| 类别 | 主要各成分含量(占鲜物%) | 一成年人排泄量(kg) | | 水分 | 有机物 | N | P2O5 | K2O | 鲜物 | N | P2O5 | K2O | | 人 粪 | >70 | 约20 | 1.00 | 0.50 | 0.37 | 90 | 0.90 | 0.45 | 0.34 | | 人 尿 | >90 | 约3 | 0.50 | 0.13 | 0.19 | 700 | 3.50 | 0.91 | 1.34 | | 人粪尿 | >80 | 5~10 | 0.5~0.8 | 0.2~0.4 | 0.2~0.3 | 790 | 4.40 | 1.36 | 1.67 |
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从养分含量来看，不论人粪或人尿都是含氮较多，而磷、钾较少。所以，人们常把人粪尿当作速效性氮肥施用。
其常用施肥方法如下：
（1）加水沤制成粪稀，经腐熟后可作追肥，多施用于叶菜类作物如白菜、菠菜、甘兰、芹菜等，加水稀释4~5倍，直接浇灌。为提高肥效，减少氨的挥发，可开沟、穴，施后立即覆土。
（2）作为造肥的原料掺入堆肥中进行堆制，这样不仅促进微生物活动，加速有机质分解，还能提高粪肥质量。大粪土一般作基肥较好，但在土壤湿润的条件下，也可以沟施或穴施作旱地作物的追肥。
（3）因人粪尿中含有0.6%~1.0%NaCl盐，施用时应注意：
禁施于忌氯作物如瓜果类、薯类、烟草和茶叶等，以免降低这些作物的产量和品种；盐碱土尽量少施或不施，以防加剧盐、碱的累积，有害于作物；不能连续大量施用，因Na+能大量的代换盐基离子，使土壤变碱，一般在水田不易发生。
11.3.2 秸秆类肥
各种农作物的秸秆含有相当数量的营养元素，又具有改善土壤的物理、化学和生物学性状、增加作物产量等作用。大量秸秆被烧掉，既浪费，又污染大气，应采取适宜措施大力推广秸秆还田，做到物尽其用。
作物秸秆因种类不同，所含各种元素的多少也不相同。一般来说，豆科作物秸秆含氮较多，禾本科作物秸秆含钾较丰富(表11-5)。根据对作物秸秆的不同处理方式，秸秆的利用分为堆沤还田、过腹还田和直接还田等。秸秆直接还田大致可分为秸秆翻压和秸秆覆盖两种。 |
| 秸秆种类 | 几种营养元素含量(占干物重%) | | N | P | K | Ca | S | | 麦 秸 | 0.50~0.67 | 0.09~0.15 | 0.44~0.50 | 0.16~0.38 | 0.12 | | 稻 草 | 0.63 | 0.11 | 0.70 | 0.16~0.44 | 0.11~0.19 | | 玉 米 秸 | 0.48~0.50 | 0.17~0.18 | 1.38 | 0.39~0.80 | 0.26 | | 豆 秸 | 1.30 | 0.13 | 0.41 | 0.79~1.50 | 0.23 | | 油 菜 秸 | 0.56 | 0.11 | 0.93 | - | 0.35 |
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11.3.2.1秸秆分解的阶段性 秸秆直接翻埋在土壤中，通过微生物分解活动来完成腐解，分以下三个阶段：
最初分解阶段：通过喜糖酶和无芽孢细菌为主的微生物群落活动，使秸秆中可溶性糖、淀粉等易分解的碳水化合物分解，当温度为20~30℃及土壤适当的含水量时，就能迅速分解，这一阶段为全程分解最快的阶段，可维持15~40天左右。
第二阶段：从快速阶段进入减缓分解阶段，这时是以芽孢细菌和纤维分解细菌为主的微生物活动，分解较复杂的高分子碳水化合物，如纤维、果胶类和蛋白质等。
第三阶段：放线菌、某些真菌类取代了芽孢细菌，分解那些难分解的木质素、单宁、蜡质等成分更为复杂的高分子碳水化合物，该阶段分解速度缓慢。
11.3.2.2秸秆分解中的有害物质 秸秆被微生物分解时，常伴随产生一些有害物质：
(1)有机酸类秸秆分解释放大量的有机酸，积累于作物根部，对根系有抑制作用，尤其是低级的饱和脂肪酸，危害更大。这种有害作用是随碳原子数的增加而增大，其有机酸的有害性依下列顺序：丁酸>丙酸>乙酸>甲酸>草酸。
当乙酸浓度大于1×10-3M时，使作物吸收磷、钾、硅等无机营养能力下降。此外对水稻的毒害表现出根系生长受抑制，严重时根系变黑的现象，尤其是乙酸对幼苗毒害性最大。玉米、小麦秸秆分解5天后开始产生毒素，20天后可达高峰，一个月后逐渐下降而消失。一般水田分解较旱田慢，水田秸秆分解5~7天后，旱田4~6天后，毒害作用下降，利用时应予以注意掌握还田时间，避开毒害。
(2)毒素物质在水田嫌气条件下，分解产物有香草酸、P-香豆酸、儿茶酸、丁香酸、阿魏酸等均为有机物腐解的产物。据国外报导，通过色层分析证实了苯乙酸、丁酸、阿魏酸是植物毒素，它会抑制种子萌发，伤害作物幼根，抵抗营养的吸收，致使作物黄化、枯萎而死亡。一般情况下，水田、旱田不常有高浓度的累积。
有些毒性物质，常在秸秆分解20天后达高峰，40天后逐渐消失。在旱田好气条件下所产生的有害物质，可被好气微生物分解而减少危害，因此旱田利用秸秆还田比水田更为安全。
(3)高浓度二氧化碳产生新鲜有机物在分解初期，因激发作用，使土壤空气中CO2急剧增加，使作物幼苗、幼根都受到抑制。这种危害不是CO2本身造成，而是因CO2浓度过高，使土壤空气中O2减少，使作物与微生物发生氧气争夺的矛盾，因而抑制根系和种子萌发时的呼吸作用，使氧供应不足。但在通气良好情况下，虽CO2浓度高，但对根、种子呼吸抑制作用会得到缓和。这种危害是暂时的，不久会自然消失。
11.3.2.3影响秸秆还田分解的因素
(1)C/N：C/N比大的秸秆施入农田后，土壤微生物进行分解活动时碳源充足，氮量不足，而微生物分解活动必须有碳、氮平衡条件，为此土壤微生物要从土壤中争夺氮素，呈现土壤氮的饥饿现象，影响作物和幼苗的生长发育。为克服这种现象，在还田时必须采取补氮措施，以调解碳氮平衡，促进分解。
据报导，在秸秆还田时加入一定量的氨水，可减少硝酸盐的积累和氮的损失，此外还可加入一定量石灰氮，促进有机氮化物分解。一般情况下C/N=25~28/1最为合适，有利于分解，而一般秸秆的C/N都高于这个标准（见表11-6）。 |
| 种类 | C(%) | N(%) | C/N | | 玉米秆 | 47.4 | 0.93 | 51.0 | | 稻 草 | 42.7 | 0.93 | 61.6 | | 麦 秸 | 52.1 | 0.70 | 104.2 |
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(2)秸秆处理：为保证翻压效果，将秸秆切碎至5~10cm长为宜。其原因是，第一细碎增加吸水与保水能力，促进分解；第二可增加与土壤的接触面积，有利于分解。相反，若直接翻压(不经切碎处理)，不仅托延了分解时间，还不利于土壤保墒，降低整地质量，影响出苗率。
(3)水、温条件：秸秆翻埋入土壤中，进行矿质化和腐质化作用其快、慢速度主要决定于水分与温度。通常情况下，当温度在25~30℃，土壤水分含量占田间持水量50%~80%时，秸秆分解速度最快；当土温低于5℃，土壤含水量少于田间持水量20%时，分解几乎停止。
(4)还田时期：秸秆还田要考虑合理的时期，一方面要避开毒害物质分解高峰期以减少对作物的危害，提高还田效果，一般水田常在播前40~45天还田为好，而在旱田应在播前30~40天为合适。另一方面还要考虑秸秆的含水量，还田时秸秆含水量应不少于30%~40%，过干不易分解，影响还田效果。此外应掌握土壤的含水量，这是决定秸秆中碳释放和氮损失的一个重要环境因素。一般以占土壤全持水量的60%时翻压为好。
目前对秸秆还田利用途径存在异议，有的认为秸秆应以沼气或经发酵作饲料过腹还田更为经济、效益更高，但也有人认为秸秆直接还田，对培肥改土更为有效。当前广大农村存在燃料、饲料、肥料不足的矛盾，秸秆还田的利用方式，可结合本地具体情况，合理安排；而国营农场，地多人少，机械化还田能力强，应大力推广秸秆还田，是一举多得、切实可行的农艺措施。
11.3.3 绿肥
11.3.3.1绿肥的概念利用植物生长过程中所产生的全部或部分绿色体，直接耕翻到土壤中作肥料，这类绿色植物体称之为绿肥。绿肥的类型很多，利用方式差异很大。按其来源可分为栽培型和野生型；按植物学划分为豆科和非豆科；按种植季节划分为冬季、夏季和多年生绿肥。
11.3.3.2绿肥在农业生产中的作用
（1）绿肥可提高土壤肥力
① 有利于土壤有机质的积累和更新一切绿色体，包括豆科或非豆科植物，均含有丰富的有机物质，一般鲜草中含12%~15%，若以每公顷翻埋15吨，施入土壤的新鲜有机质约1800~2250kg／ha。翻埋绿肥能增加土壤有机质的含量，其增加的数量与施用绿肥品种的化学组成以及土壤原有有机质含量有关。
② 增加土壤氮素含量绿肥作物鲜草中含氮量一般在0.3%~0.6%范围内。生产上所施用的绿肥作物一般多为豆科植物。豆科绿肥和豆科作物都有较强的固定空气中游离氮的能力。一般认为，豆科绿肥作物总氮量的1/3左右是从土壤中吸收的，约2/3是由共生根瘤菌固氮作物而获得的。每亩耕埋1000kg鲜草，可净增加土壤氮素30~60kg。因此，种植豆科植物(包括豆科绿肥)可以充分利用生物固氮作用增加土壤氮素，扩大农业生产系统中的氮素来源。
③ 富集与转化土壤养分绿肥作物根系发达，吸收利用土壤中难溶性矿质养分的能力强。豆科绿肥作物主根入土较深，一般达2~3米。所以，绿肥作物能吸收利用土壤耕层以下的一般作物不易利用的养分，将其转移、集中到地上部，待绿肥翻耕腐解后，这些养分大部分以有效形态存留在耕层中，为后茬作物吸收利用。
④ 改善土壤理化性状、加速土壤熟化，改良低产田绿肥能提供较多的新鲜有机物质与钙素等养分，绿肥作物的根系有较强的穿透能力与团聚作用。绿肥大多具有较强的抗逆性，能在条件较差的土壤环境中生长，如瘠薄的砂荒地、涝洼盐碱地及红壤等。因此，绿肥不但能改善土壤的理化性状，而且在改良土壤方面起着重要的作用。
⑤ 减少养分损失绿肥多在农田中就地种植和翻压利用，在其生长过程中将土壤中无机态营养物质转化为有机态，翻压后又分解为农作物可吸收利用的形态，这样减少了土壤养分的损失。
（2）绿肥是防风固沙、保持水土的有效生物措施种植绿肥作物，除能养地外还有护田保土作用。因为绿肥具有繁茂的地上部，是良好的生物覆盖物，裸露的土地，经受着风沙侵蚀，雨水的冲刷，久而久之造成水土流失，将好端端的良田，冲刷得沟壑纵横，支离破碎，缺水少肥，生产力极低。仅黑龙江省耕地受侵蚀之害，其面积可达8000余万亩，约占总耕地面积的36%以上。国营农场3000万亩土地中风蚀面积占64%，水蚀面积达53%，平均每年可带走表土0.5~0.8厘米。
绿肥除地上部具有覆盖作用、减少冲刷外，地下部还有发达的根系，具有固沙、护坡作用，如紫花苜蓿、草木栖等根入土深达2~3米，穿透力强，根量大。据试验证明生长70天紫花苜蓿根量1500~1750kg，是草木栖根重的1.3倍，秣食豆的2倍，苕子的4倍，这样发达的根系在土壤中盘根错节，固着土壤，使丘陵、坡岗地，不致受破坏。绿化造林对防风、保土效果最佳，但因成林速度很慢，种绿肥当年收效。不仅保地还兼养地，不仅能促进粮食作物增产增收，还可促进畜牧业发展，以牧保农，所以发展绿肥也是农田基本建设项目之一。
（3）有利于生态环境保护种植绿肥，可以改善农作物茬口，而且一些绿肥作物还是害虫天敌的良好宿主，对病虫害的生物防治，减少农药对环境污染具有良好作用。
（4）绿肥是促进农牧业发展的纽带农、牧业间是互相依存、互相制约又互相促进的大农业。而绿肥又是种植业与养殖业共同发展的纽带。我国近年来实践证明，绿肥作物茎叶养畜，根茬还田，一举两得，效益成倍增加。作饲料时，茎叶中30%养分被家畜吸收后转化为肉、奶等动物蛋白；另有70%养分以粪尿排出体外，为农田提供细肥。种绿肥则当年养畜有饲草，翌年种地有肥料，比直接翻压肥田更科学、更合理、经济效益高。绿肥综合利用的结果真可谓是，草(绿肥)多畜兴旺，畜旺肥必增，肥增粮必丰，粮丰人心安。
11.3.3.3 常用绿肥作物有10科42属60多种，共1000多个品种。其中生产上应用较普遍的有4科20属26种，约有品种500多个。现将我国生产上常用的重要绿肥作物的特性和分布简介如下：
(1)紫云英(Astragalus sinicus L.)又叫红花草，豆科黄芪属，一年生或越年生草本植物。多在秋季套播于晚稻田中，作早稻的基肥。种植面积约占全国绿肥面积的60%以上，是我国最重要的绿肥作物。
喜凉爽气候，适于排水良好的土壤。最适生长温度为15~20℃，种子在4~5℃时即可萌发生长。适宜生长的土壤水分为田间持水量的60%~75%，低于40%，生长受抑制。虽然有较强的耐湿性，但渍水对其生长不利，严重时甚至死亡。因此，播前开挖田间排水沟是必要的。当气温降低到-5~10℃时，易受冻害。对根瘤菌要求专一，特别是未曾种过的田块，拌根瘤菌剂是成败的关键。
紫云英固氮能力较强，盛花期平均每亩可固氮5~8kg。
(2)毛叶苕子(Vicia villosa Roth.)又叫毛巢菜、长柔毛野豌豆。豆科巢菜属，一年生或越年生匍匐草本。20世纪40年代自美国引进，后又陆续自原苏联和东欧等地引进部分品种。现广泛栽培利用于华北、西北、西南等地区和苏北、皖北一带。一般用于稻田复种或麦田间套种，也常间种于中耕作物行间和林果种植园中。
具有较强的抗旱和抗寒能力。5℃时种子开始萌发，15~20℃生长最快，能耐短时间的-20℃低温。对土壤要求不严格，耐涝性差，以在排水良好的壤质土生长最好。
另有一变种系引自美国俄勒岗州，因其植株光滑无茸毛，故称之为光叶苕子(V. villosa var. glabrescens)。其耐寒性比毛叶苕子差，在-15℃时即出现冻害。但早发性优于毛叶苕子。一般适于我国南部和中部地区种植，不宜在北方利用。
(3)兰花苕子(Vicia cracca L.)又叫兰花草。豆科巢菜属，一年生或越年生草本。原产中国，主要分布在我国南方各省，尤以湖北、四川、云南、贵州等省较普遍，一般用于稻田秋播或在中耕作物行间间种。
不耐寒，在-3℃时即出现冻害，10~17℃时生长迅速。耐湿性较强，短期地面积水可正常生长，但不耐旱。在酸性红壤上可生长。
(4)箭筈豌豆(Vicia sativa L.)又叫磊巢菜，野豌豆。豆科巢菜属，一年生或越年生草本。原引自欧洲和澳大利亚，中国有野生种分布。广泛栽培于全国各地，多于稻、麦、棉田复种或间套种，也可在果、桑园中种植利用。
箭筈豌豆适应性较广，不耐湿，不耐盐碱，但耐旱性较强。喜凉爽湿润气候，在-10℃短期低温下可以越冬。种子含有氢氰酸(HCN)，人畜食用会过量有中毒现象。但经蒸煮或浸泡后易脱毒，种子淀粉含量高，可代替蚕豆、豌豆提取淀粉，是优质粉丝的重要原料。
(5)香豆子(Trigonella foenum-graecum L.)又叫胡卢巴、香草。豆科胡卢巴属的一年生直立草本。植株和种子均可食用，是很好的调味品。种子胚乳中有丰富的半乳甘露聚糖胶(Galactomannan gum)，广泛用于工业生产。植株和种子含有香豆素，是提取天然香精的重要原料，还是重要的药用植物。在我国西北和华北北部地区种植较普遍，多于夏秋麦田复种或早春稻田前茬种植，也可在中耕作物行间间种。
喜冷凉气候，忌高温，在水肥条件和排水良好的土壤上生长旺盛，不耐渍水和盐碱，也不耐寒，在-10℃低温时，越冬困难。
(6)金花菜(Medicago hispida Gaertn.)又叫黄花苜蓿、草头。豆科苜蓿属，一年生或越年生草本。原产地中海地区，我国主要在长江中下游的江苏、浙江和上海一带秋季栽培，是水稻、棉花和果、桑园的优良绿肥。其嫩茎叶是早春优质蔬菜，经济价值较高。
喜温暖湿润气候，可在轻度盐碱地上生长，也有一定的耐酸性，能在红壤坡地上种植。其耐旱、耐寒和耐渍能力较差，水肥条件良好时生长旺盛。
(7)豌豆(Pisum sativum L.)为豆科豌豆属，一年生或越年生草本。全国各地均有种植，是重要的粮、菜、肥兼用作物。主要用作水稻和棉花前茬利用或麦田和中耕作物行间间种。多以摘青嫩荚作蔬菜，茎秆翻压作绿肥。
适于冷凉耐湿润气候，种子在4℃左右即可萌芽，能耐-4~-8℃低温。对水肥要求较高，不耐涝，在排水不良的田块上，易腐烂死亡。如遇干旱，生长缓慢，产量低。
(8)蚕豆(Vicia faba L.)又叫胡豆、罗汉豆。豆科巢菜属，一年生或越年生草本。原产欧洲和非洲北部，我国各地均有栽培，也是一种优良的粮、菜、肥兼用作物。主要于秋季或早春播种，多用于稻、麦田套种或中耕作物行间间种，摘青荚作蔬菜或收子食用，茎秆和残体还田作肥料。
喜温暖湿润气候，对水肥要求较高，不耐渍，不耐旱。
(9)草木樨(Melilotus L.)又叫野良香、野苜蓿。豆科草木樨属，一年生或二年生直立草本。其种类很多，我国生产上常用的种类为二年生白花草木樨(M. albus Desr.)，主要在东北、西北和华北等地区栽培。多与玉米、小麦间种或复种，也可在经济林木行间或山坡丘陵地种植，保持水土。在南方多利用一年生黄花草木樨(M. officinalis Lam.)，主要在旱地种植，用作麦田或棉花肥料。
草木樨耐旱、耐寒、耐瘠性均很强。主根发达，可达2米以上，在干旱时仍可利用下层水分而正常生长。在-30℃时可越冬。在耕层土壤含盐量低于0.3%时，种子可出苗生长，成龄植株可耐0.5%以上的含盐量。草木樨养分含量高，不仅是优良的绿肥，也是重要的饲草。但植株含香豆素，直接用作饲草，牲畜往往需经短期适应。在高温高湿情况下，饲草易霉变，使香豆素转化为双香豆素，牲畜食后会发生中毒现象。
(10)田菁(Sesbania cannabina Pers.)又叫碱青、涝豆。豆科田菁属，一年生木质草本。原产热带和亚热带地区。我国最早于台湾、福建、广东等地栽种，以后逐渐北移，现早熟品种可在华北和东北地区种植。其种子有丰富的半乳甘露聚糖胶，是重要工业原料。
喜高温高湿条件，种子在12℃开始发芽，最适生长温度为20~30℃。遇霜冻时，叶片迅速凋萎而逐渐死亡。其耐盐、耐涝能力很强，当土壤耕层全盐含量不超过0.5%时，可以正常发芽生长，但氯离子含量超过0.3%，生长受抑制。成龄植株受水淹后仍能正常生长，受淹茎部形成海绵组织和水生根，并能结瘤和固氮，是一种改良涝洼盐碱地的重要夏季绿肥作物。
(11)柽麻(Crotalaria juncea L.)又叫太阳麻。豆科野百合属，一年生草本。原产南亚，我国台湾最早引种，以后逐渐推广到全国各地。其前期生长十分迅速，多作为间套或填闲利用，也是一种重要的夏季绿肥。
喜温暖湿润气候，适宜生长温度为20~30℃。耐旱性较强，但不耐渍，以在排水良好的田块上种植为好。枯萎病是柽麻的一种主要病害，严重时几乎绝产，忌重茬连作。
(12)绿豆(Vigna radiata Wilczek)为豆科豇豆属，一年生草本。原产东南亚，中国有野生种分布，全国各地均有栽培。是一种优良的粮肥兼用作物，也是重要的豆类经济作物。多在春夏种植，间种于中耕作物行间或麦田复种。
喜温暖湿润气候，种子在8~10℃时开始发芽。生育期间要求较高的气温，最适生长温度为25~30℃；对低温较敏感，遇霜冻易凋萎。耐湿性较强，但土壤过湿易徒长倒伏。在瘠薄地上可生长良好。从东南亚引进的大绿豆，又叫乌绿豆、番绿豆，种皮黑色，植株高大茂盛，分枝性强，产草量高，但生育期长，仅适于南方栽培利用。
(13)乌豇豆(Vigna cylindrica Skeels)豆科豇豆属，一年生蔓生草本。生长期短，枝叶繁茂，是长江中下游和黄河故道以南地区广泛利用的夏季绿肥，也用于果、桑园中种植作覆盖绿肥。
喜温暖湿润气候，在20℃以上温度时生长迅速，花期对低温很敏感。耐旱、耐荫，但不耐湿。在瘠薄的酸性红壤上可以良好生长，是改良红壤的优良绿肥。
印度豇豆(v. sinensis Sari.)系引自东南亚的另一种豇豆属优良夏季绿肥作物，生长旺盛，覆盖地面能力优于乌豇豆，也是优质的饲料作物。但生育期长，只适宜在长江以南各省栽培，多用作果、桑茶等种植园的覆盖绿肥。
(14)沙打旺(Astragalus adsurgens Pall. ‘Shadawang’)又叫地丁、麻豆秧、薄地犟，豆科黄芪属的一种多年生直立草本植物。沙打旺系由野生的直立黄芪、经人工驯化栽培繁育而分化出来的一个种群。原产我国黄河故道地区，是一种绿肥、饲草和水土保持兼用型草种。现主要栽培于我国东北、西北和华北等地，可与粮食轮作或林果行间及坡地上种植。
适应性强，抗寒、抗旱和风沙，耐瘠薄，但不耐涝。气温在5~6℃时开始发芽生长，-30℃低温下可以越冬，是半干旱地区优良肥饲兼用绿肥。
(15)多变小冠花(Coronilla varia L.)简称小冠花。豆科小冠花属，多年生匍匐性草本。原产欧洲，60年代自美国和欧洲引进，在华北和西北等地表现优异，是一种优良的沙土保持和覆盖绿肥作物，也是反刍类家畜的优质饲草。多于丘陵坡地、道路两旁种植以护坡，也用于林果行间种植，覆盖地表，改善生态环境。
多变小冠花适应性广，抗逆性强，耐寒、耐旱也耐踩踏，但不耐涝。在-28℃低温下能正常越冬，短期高温仍能良好生长。其强大的侧根可萌发大量根蘖芽，形成新株，是一种侵占性强的覆盖绿肥。
(16)肥田萝卜(Raphanus sativus L.)又叫满园花、茹菜。十字花科萝卜属，一年生或越年生直立草本。全国各地均可栽培，以江西、湖南、广西、云南、贵州等省(区)尤为普遍。多用于稻田冬闲田利用或在红壤旱地种植，也是果园优良的绿肥。
喜凉爽气候，当气温在4℃时可以发芽生长，15~20℃为最适生长温度，耐酸、耐瘠，吸收利用土壤中难溶性磷素能力较强，是一种改良新垦红壤低产田的先锋作物。常与豆科绿肥作物如紫云英、苕子等混播，以提高产量和质量。
(17)黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)系禾本科黑麦草属，一年生或越年生草本。20世纪40年代引入我国，现在长江中下游和淮河流域各省广为栽培。
喜温暖湿润气候，在10℃气温时可生长良好，-16℃低温可以越冬，但不耐高温，当气温超过25℃时，生长受抑制。耐瘠、耐盐能力较强，多用于与紫云英、苕子、箭筈豌豆等豆科绿肥混播。
(18)红萍(Azolla spp.)又叫绿萍、满江红。满江红科满江红属，是一种繁殖系数很高的水生蕨类植物。其植物体管腔内有鱼腥藻(Anabaenc azolla)与之共生，有较强的固氮能力。广泛用作稻田绿肥和饲饵料。我国生产利用较普遍的有中国满江红(A. imbricata(Roxb.)Nakai)，蕨状满江红(A. filiculoides Lamk.)，又叫细叶满江红、细绿萍和卡洲满江红(A. caroliniana Willd.)。
红萍对温度十分敏感，但种类不同，反应也不一样。蕨状满江红耐寒性较强，起繁温度为5℃左右，15~20℃为适宜生长温度，多在冬春放养；中国满江红和卡洲满江红，耐热性较强，起繁温度为10℃以上，适宜生长温度为20~25℃，多于夏季放养。几种红萍配合放养，有利于延长放养期和提高产萍量。红萍耐盐性也较强，在0.5%含盐量的水中可以正常生长。其吸钾能力也强，在水中钾素含量很低的情况下，生长良好，是一种富钾的水生绿肥。
11.3.3.4绿肥种植方式
依我国气候、土壤及种植制度特点，绿肥栽培可分以下几种类型：
（1）北方低产区，采用粮草轮作
该区包括东北西部、内蒙、西北黄土高原、青海东部、柴达木盆地、天山北麓等地。粮食产量不足75kg/亩，并尚有轮荒休闲习惯，整个地区有耕地面积2.2526亿亩，其中的1/3面积用来粮草轮作。宜栽的品种有草木樨，还可种箭舌豌豆、苕子、紫花苜蓿等，一般采用第一年种草，第二年、第三年种粮，每三年为一轮作周期，可提高粮食产量2倍。
（2）北方春麦区，可进行草麦复种
我国春麦集中于黑龙江、甘肃河西走廊、青海及北疆部分地区，共有耕地面积6242万亩，其中约有2500万亩可在小麦行间套种草木樨或麦后复种油菜、秣食豆等均可收到良好效果。
（3）松辽平原、东北的东部山区、辽西丘陵及燕山山地。这类地区属于一年一熟有余，两熟不足，并多采用垄作或中耕作物。亦可利用一熟多余季节进行前套或后套绿肥作物。
（4）黄淮海及汾渭河谷地，可按粮棉间复种的途径。这个地区包括黄淮海平原、燕山太行山山麓平原、华北低洼平原、山东丘陵、汾渭河谷地等，温度及水利条件较好，一般一年两熟为多，也有三熟，适宜采用草间套形式，其中还包括部分盐碱低产区可采用复种，宜种的绿肥作物有草木樨、田菁、柽麻、苕子等。
（5）南方水田区，积极发展稻田养萍，可克服粮草争地矛盾，同时还要种植冬季绿肥，主要品种有紫云荚、苕子、三叶草等，养萍多达几千万亩面积，还可以进一步发展。
（6）经济园林区，种于林木行间，不存在争地矛盾，既保持土壤又可生产饲料、肥料。
11.3.4 微生物菌剂
11.3.4.1 菌剂的概念和作用
菌剂是指一类含有活微生物的特定制品。它是以微生物生命活动的过程和产物来改善作物营养条件，发挥土壤潜在肥力，刺激作物生长发育，抵抗病菌危害，从而提高作物产量和品质。它不象一般的肥料那样直接给植物提供养料物质。
微生物菌剂的种类很多，按其制品中特定的微生物种类分为细菌菌剂、放线菌菌剂(如抗生菌类)、真菌菌剂(如菌根真菌类)、固氮蓝藻等；按其作用机理分为根瘤菌类菌剂、固氮菌类菌剂、解磷菌类菌剂、解钾菌类菌剂；按其制品内含物可分为单纯的微生物菌剂和复合(或复混)微生物菌剂等。
从广义上说，微生物菌剂的作用主要是与营养元素的来源和有效性有关，或与作物吸收营养、水分和抗病有关，概括起来有以下几个方面：
（1）增进土壤肥力这是微生物菌剂的主要功效。例如各种自生、联合或共生的固氮菌剂，可以增加土壤中的氮素来源。多种分解磷钾矿物的微生物，如一些芽孢秆菌(Bacillus)、假单胞菌(Pseudomonas)的应用，可以将土壤中难溶的磷、钾溶解出来，转变为植物能吸收利用的磷、钾元素。许多微生物能够产生大量的多糖物质，约占土壤有机质的0.1%，可以改善土壤团粒结构，增强土壤的物理性能和保护植物根免受病原微生物的入侵和土壤颗粒的损失。
（2）制造和协助农作物吸收营养微生物菌剂中最重要的品种之一是根瘤菌剂。其中的根瘤菌可以侵染豆科植物根部，在其根部形成根瘤，生活在根瘤里的根瘤菌类菌体利用豆科植物寄主提供的能量将空气中的氮气转化成氨，进而转化成谷氨酰胺和谷氨酸类植物能吸收利用的氮素化合物，供给豆科植物的氮素需求，这就是生物固氮，也就是根瘤菌在根瘤中的生命活动给豆科植物寄主制造和提供了氮素营养来源。氮素营养中生物固氮约占68%，化肥只占32%。根瘤菌的共生固氮是解决人类氮素来源的一个重要方面，其作用不可低估。VA菌根是一种土壤真菌，它可以与多种植物根共生，其菌丝伸出根部很远，可以吸收更多的营养供给植物吸收利用，其中以对磷的吸收最明显。对移动缓慢的元素如锌、铜、钙等元素也有加强吸收的作用。除此以外，许多用作微生物菌剂的微生物还可以产生大量的植物生长激素，能够刺激和调节植物生长，使植物生长健壮，营养状况得到改善。
（3）增强植物抗病和抗旱能力有些微生物菌剂的菌种接种后，由于在植物根部大量生长繁殖，成为植物根际的优势菌，除了它们自身的作用外，还由于它们的生长、繁殖、抑制或减少了病原微生物的繁殖机会，有的还有拮抗病原微生物的作用，起到减轻植物病害的功效。菌根真菌则由于在植物根部的大量生长，其菌丝除了吸收有益于植物的营养元素外，还可增加水分吸收，利于提高植物的抗旱能力。
除了上述的直接作用外，应用微生物菌剂还有一些间接的好处。其一，可以节约能源，降低生产成本。与化学肥料相比，在生产时所消耗的能源要少得多。其二，使用微生物菌剂不仅用量少，而且由于其本身的无毒无害特点，没有污染环境的问题。
一种合格的微生物菌剂，若要充分发挥其作用，必须具备以下几个特点，这也是与其它肥料的不同之处：
第一，微生物菌剂的核心是起特定作用的微生物，即人工选育出来的、并非随便分离一个菌种即可用于生产。这些生产菌种必须不断选育，即有一个不断更新的过程，有的菌种还需要不断纯化和复壮。例如用于生产根瘤菌剂的菌种就不宜长期连续试管传代，应该隔一定时间使其回到原寄主植物根部结瘤，然后再重新分离出来，以保持它的良好的侵染结瘤能力和固氮能力。
第二，微生物菌剂作用的基础是活的微生物。无论哪一种微生物制品必须是含有大量的、纯的和有活性的微生物组成。微生物菌剂也是一种生物制品，数量和纯度是衡量一个微生物菌剂质量好坏的重要标志。一种微生物菌剂当其中的特定的微生物数量下降到某一数量时，其作用也就不存在了。因此，微生物菌剂是有一定的有效期的。
第三，微生物菌剂中的特定微生物必须是经过鉴定的，它们必须是对人、畜、植物无害的。有些微生物在其生长、繁殖过程中也有一定的作用，如某些假单胞菌，可以产生刺激素或有的可以产生溶解某些营养元素的作用，但其本身又是人类或动物或植物的病原菌，所以这类微生物是不能作为菌种来生产微生物菌剂的。
11.3.4.2 几种主要的微生物菌剂
（1）根瘤菌菌剂指含有大量根瘤菌的微生物制品。根瘤菌是一类可以在豆科植物上结瘤和固氮的秆状细菌，可侵染豆科植物根部，形成根瘤，与豆科寄主植物形成共生固氮关系。根瘤菌的各个菌株，只能感染一定的豆科植物，两者的共生关系具有专一性，也就是说不是任何根瘤菌和任何豆科植物都可以形成根瘤，各种根瘤菌都必须生活在它们各种相应的豆科植物上，才能建立共生关系形成根瘤的。根据根瘤菌在豆科植物上形成根瘤的专一性，构成几个互接种族。在同一互接种族中可以互相地利用其根瘤菌形成根瘤，不同互接种族的植物之间则不能互相接种形成根瘤，见表11-7。 |
| 互接种族 | 结瘤的根瘤菌 | 共生的豆科植物寄主 | | 苜蓿族 三叶草族 豌豆和野豌豆族 菜豆族羽扇豆族 大豆族 豇豆族 紫云英族 | 苜蓿根瘤菌 三叶草根瘤菌 豌豆根瘤菌菜豆根瘤菌 羽扇豆根瘤菌 慢生大豆根瘤菌、中华根瘤菌 豇豆根瘤菌 华癸根瘤菌 | 紫花苜蓿、黄花苜蓿、草木樨、胡卢巴等红三叶、白三叶、地三叶、绛三叶等 各种豌豆、蚕豆、箭 豌豆、茹子、兵豆、山黧豆、鹰嘴豆四季豆、扁豆、芸豆等 各种羽扇豆 各种大豆、野大豆等 豇豆、绿豆、赤豆、花生、木豆、山蚂蝗等 紫云英 |
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根瘤菌菌剂一般用于缺少根瘤菌的耕地土壤，将根瘤菌菌剂拌在种子上或将菌液在苗期追施于根部，以促进共生固氮，达到固氮的目的。
（2）固氮菌菌剂指含有好气性的自生固氮菌的微生物制剂。固氮菌也能固定大气中的游离态氮，但与共生固氮菌(根瘤菌)不同，它不侵入根内形成根瘤与豆科植物共生，而是利用土壤中的有机质或根分泌物作为碳源，直接固定大气中的氮素。它本身也能分泌某些化合物如维生素B1、B2和B12以及吲哚乙酸等，刺激植物生长和发育。
固氮菌固氮，只有当其在土壤中占优势和适宜的环境条件下才能表现出来。满足固氮菌生活所必须的条件是进行固氮作用的前提，但生活条件不一定就是固氮作用的适宜条件。固氮菌固氮的条件：
① 环境中有丰富的碳水化合物而且缺少化合态氮；当土壤中C/N低于70~40:1时，则固氮作用停止；
② 最适宜pH为6.5~7.5，酸性土壤中施用石灰，有利于提高固氮效率；
③ 固氮菌是好气性微生物，要求土壤通气状况良好，但氧化还原反应电位不能过高；
④ 固氮菌对湿度要求较高，以在田间持水量的60%~70%生长最好。
⑤ 固氮菌是中温性微生物，最适宜在25~30℃生活，温度过高，造成固氮菌死亡。
固氮菌剂常拌种施用，也可直接施在蔬菜苗床上，施用量视其中所含活菌数而定，一般要求每亩使用500~1000亿个活菌数。
（3）磷细菌菌剂 指施用后能够分解土壤中难溶态磷的细菌制品。
土壤中有一些种类的微生物在生长繁殖和代谢过程中能够产生一些有机酸，如乳酸、柠檬酸和一些酶，如植酸酶类物质，使固定在土壤中的难溶性磷如磷酸铁、磷酸铝以及有机酸磷酸盐矿化成植物能利用的可溶性磷，供植物吸收利用。先在实验室分离、筛选分解难溶性磷能力强和抗逆性强的微生物，然后将其发酵，制成肥料，施于土壤。以改善作物磷素营养供应状况，促进植物生长并达到增产作用。
目前主要研究和应用的解磷微生物有以下几种：
① 巨大芽孢杆菌Bacillus megatherium
② 假单胞菌属中的一些种Pseudomonas spp.
③ 节杆菌属中的一些种Arthrobacter spp.
④ 氧化硫硫杆菌Thiobacillus thiooxidaas
⑤ 孢杆菌属中的一些种Bacillus spp.
⑥ 一些真菌
解磷微生物菌剂主要是固体吸附剂类型，在实际应用时还应注意以下问题：
① 应了解其解磷的范围和环境。
② 与磷矿粉合用效果较好。
③ 把菌种接入堆肥中，发挥其分解作用，效果比单施为好。
④ 互不拮抗的解磷菌种，可复合使用。
（4）硅酸盐菌菌剂 指硅酸盐细菌(Bacillus spp.)中的一些种在培养时产生的有机酸类物质能够将土壤中的钾长石矿中的难溶性钾溶解出来供植物利用，将其称为钾细菌，用这类菌种生产出来的菌剂叫硅酸盐菌菌剂。
目前已知芽孢杆菌属中的一些种，如胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilagin-osus)、软化芽孢杆菌(B. macerans)、环状芽孢杆菌(B. circulans)等能利用磷钾矿物为营养，并分解出少量磷钾元素。
硅酸盐细菌菌剂的剂型主要是用草炭吸附的固体剂型，多应用于土壤有效钾极缺的地区。
（5）其它微生物菌剂
① VA菌根菌剂菌根是土壤中某些真菌侵染植物根部，与其形成的菌—根共生体。其中由内囊霉科真菌中多数属、种形成的泡囊，称为丛枝状菌根，简称VA菌根(Vesicular-arhuscular mycorrhiza)。它与农业关系非常密切。现已肯定了VA菌根至少可为200个科20万个种以上的植物进行共生生活。VA菌根的菌丝具有协助植物吸收磷素营养的功能，对硫、钙、锌等元素的吸收和对水分的吸收也有很大的促进作用。也就是说接种VA菌根可增强农作物对一些营养元素的吸收，从而起到增加产量，改善品质，提高养分利用率等多方面的作用。现已应用到甘蓝、大麦、小麦、花生、西瓜、香瓜、各类花卉、药材等植物的栽种技术中。
② 抗生菌菌剂指用能分泌抗菌物质和刺激素的微生物制成的微生物制品，菌种通常是放线菌。我国曾应用过的“5406”即属此类。这种菌剂不仅具有增加土壤有效养分的作用，而且能抑制一些植物病害，刺激和调节植物生长。
（6）复合(复混)微生物菌剂指两种或两种以上的微生物或一种微生物与其它营养物质复配而成的微生物菌剂制品。复合(复混)目的在于提高接种效果，有两种类型：①两种或两种以上的微生物复合(或复混)，可以是同一微生物的不同菌系或是不同微生物菌种的混合，复合的菌种间不应存在拮抗作用。②一种微生物和其它营养物质复配，即微生物肥料可分别与大量元素、微量元素、植物生长激素等复合，但应须注由于添加的营养物质多半是盐类，这些盐类对菌种无疑会产生失活作用，因此这种复合微生物肥料中的微生物多半应该是能形成休眠孢子的微生物。当它们被施入土壤后就萌发繁殖，然而，施用这类微生物肥料所需要的土壤条件值得进一步研究以便能使这类肥料的效果更好。
11.3.5 有机废弃物的利用
有机肥料除上述几种外还有许多种类，如土杂肥、饼肥、海肥、腐殖酸类肥以及城镇废弃物类等。其中土杂肥包括肥土、泥肥、灰肥、屠宰废弃物等。饼肥是指含油分较多的种子经过压榨去油后剩下的残渣，主要有大豆饼、菜籽饼、花生饼、茶籽饼、柏子饼等。海肥则指利用海产物制成的肥料，包括动物性海肥(如海鱼类、贝类)、植物性海肥(如海藻、海苔)、矿物性海肥(如海泥)。腐殖酸类肥料是一种含腐殖酸类物质(泥炭、褐煤、风化煤等)为主的肥料，常见的有腐殖酸铵、腐殖酸钠等。城镇废弃物类主要包括城市垃圾、城市污水、城市污泥及粉煤灰、糠醛渣等。对可能污染土壤的废弃物严禁作肥料施用，可考虑制成建筑用砖等用途。 |
11.4.1 有机肥利用过程中的问题
有机肥料在培肥地力、增加产量方面具有一定的作用，而且我国传统农业长期以来一直依赖有机肥料，在其使用技术方面积累了宝贵的经验。但近年来，由于化肥工业的迅猛发展，导致有机肥利用上存在以下问题：
第一、有机肥使用量减少，尤其是农家肥使用量减少，而化肥施用量剧增，导致养分比例不合理。
第二、大多数秸秆仍被当作燃料烧掉，目前就地焚烧越来越严重，还田比例很小。这不仅使有机养分浪费，而且污染环境。
第三、绿肥种植还没纳入到轮作制度中，种植面积越来越小。
11.4.2 发展有机肥料的对策
第一、有机无机肥料的配合施用有机肥与化肥的肥效特点不同，只有将它们配合施用，才能发挥其各自优势，相互补充，起到缓解、保持土壤养分平衡且显著改善作物品质的作用。目前已有许多有机无机商品肥料相继投入市场，这是农业生产和肥料行业发展的必然趋势，然而这方面的研究无论是基础理论还是技术攻关均很薄弱，今后需加大力度进行深入研究。
第二、在当前种植业结构调整中，建议从一元结构发展到三元结构，即谷物-经济作物-牧草、饲料作物，发展饲草、绿肥兼用的新品种。
第三、推行秸秆还田秸秆是一种数量多、来源广，可就地利用的优质肥源。它有补充和平衡土壤养分、补充土壤新鲜有机质、疏松土壤、改善土壤理化性状和提高土壤肥力的作用。秸秆还田是缓解当前有机肥源和钾肥资源不足的一项有效措施。秸秆可作饲料通过家畜等实行过腹还田，加速其转化；有条件的地方还可推广沼气和快速堆沤技术，做成更优质的有机肥料。
第四、开发利用城市有机肥城镇人粪尿、有机废弃物和一些畜禽场的粪便是一个很大的肥源，应充分利用，这样既减少了环境污染，又增加了有机肥数量。这部分肥源开发和利用对资源的合理利用、保护我国的生态环境、促进农业生产的发展具有重要意义。
我国地域广阔，有机肥料资源丰富、种类繁多，利用上的问题各不相同。只有因地制宜，利用各种技术和方法，提高有机肥质量，加大有机肥攻关研究的投入，才能充分发挥其作用。 |
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