编译/陈能场（广东省生态环境技术研究所研究员、中国科协环境生态领域首席传播专家） 原题：Managing Fertilizers to Enhance Soil Health 作者：Bijay Singh and John Ryan First edition， IFA， Paris， France， May 2015 Part 3 刊载的部分目录 肥料利用对土壤生物量的影响 肥料的使用减少了土壤侵蚀 肥料使用促进土壤有机物衰减 - 神话还是现实？ 过量施肥：潜在的土壤健康恶化 肥料管理：土壤健康效应 氮肥：对土壤酸度的潜在贡献者 肥料利用对土壤生物量的影响 土壤提供的有益功能，即生态系统服务，是由许多相互关联和复杂的土壤生物过程驱动的。土壤健康的概念不仅考虑了土壤生物群落和发生的无数生物相互作用，还考虑到土壤为生物群落提供了生存空间。由于土壤系统是开放的，其健康或完整性受外部环境和人为的或人造的（anthropogenic or man-made）压力的影响。作为肥料或有机投入施用的营养物质是土壤系统及其内部过程的控制输入。在C之后，氮和磷的循环及其在土壤中的动态或通量对生态系统服务的提供包括农业生产具有控制性影响。尽管控制养分供应以增加土壤系统的生产性产出对农业至关重要，但是关于养分添加对土壤生物不同组合状况的影响的知识是有限的。然而,近几十年来,随着'有机农业'的兴起,无论是真实的还是想象的，人们开始担心现代农业对土壤生物的影响。有人提出，诸如C、能源、养分和水供应不足等农业做法,以及通过连续机械耕作和使用农药等密集补充做法,都会削弱土壤的自然功能。有人声称，过量的肥料（超出作物需求）可能会通过对土壤生物群落的组成和结构产生重大且负面的影响来损害土壤健康。 人们普遍认为C底物的有效性是土壤中微生物活性的主要限制因素。然而，情况并非总是如此，因为有越来越多的证据表明土壤微生物可能经常受到土壤中氮的供应的限制（Schimel等，2005）。当氮的需求超过其供应时，土壤系统的功能容量受氮有效性的强烈影响。如果没有通过无机肥料或有机肥增加氮的投入，特别是在没有适当考虑生物量的相关C需求的情况下，农业系统的土壤健康会下降。同样，土壤中的磷库通过种植或侵蚀减少，缺乏任何通过肥料的补充供应下，导致土壤健康下降。显然，添加动物粪便和使用矿物肥料可以抵消氮、磷和其他营养素的损失， 并有助于恢复和维持土壤健康。 农业干预措施，例如使用杀虫剂、过度使用无机肥料和强力耕作，会破坏土壤中的生物群落，破坏它们的栖息地和功能，从而影响它们（Kibblewhite等，2008）。由于生物之间的相互作用及其功能，干扰、目标生物群与功能影响之间的关联远非线性。由于大多数土壤生物直接或间接地通过一个或多个营养水平依赖于有机物分解过程的能量来源和碳，这种能量产生系统的任何破坏都可能导致能量流动和碳流向不同的功能。然而，由于土壤健康系统的整合特征和任何一种土壤生物可具有多种功能的可能性，评估不同功能的相对能量分配可能会比较困难。例如，参与养分循环和土壤结构维持的大部分生物也是有机物分解的主要或次要力量。阐明这些问题仍然是一项重大的研究挑战。显然，从功能意义上讲，土壤健康不应被视为一套单独的土壤特征，而应被视为整个生态系统的一个整体属性，并应加以管理。然而，大量研究表明，土壤微生物活动对土壤的养分周转和长期生产力至关重要，通过无机肥料的使用而增加，甚至通过有机改良剂和无机肥料的综合利用得到进一步提高。 肥料使用对土壤生物群的直接影响可以是积极的，也可以是消极的，其持续时间长短取决于所考虑的时间范围、肥料的种类和用量以及施用方式。高浓度氨肥条施对土壤微生物的潜在危害通常是短期的，且仅限于施肥区。在澳大利亚进行的一项研究中，在条带中注入尿素和氨会使窄带施用的总微生物活性减少5周，之后水平恢复正常。原生动物数量减少了80％，5周后没有恢复正常。从积极的方面来看，在施用尿素/氨后5周内土壤中的硝化细菌数量大幅增加（Angus等，1999）。最近，Geiseller和Scow（2014）发表了一项荟萃分析，该分析基于来自世界各地的64个长期实验的107个数据集，并显示矿物肥料的应用导致微生物生物量的显着增加（15.1％）高于未施肥的对照处理。 施肥倾向于减少施肥处理中pH值低于5的土壤中的微生物生物量，但在土壤pH值至少为7的实验中，微生物生物量的施肥相关增加平均为48％（表1）。此外，微生物生物量的增加在已经存在至少20年的研究中是最高的。Biederbeck等人(1996)记录了10年尿素和无水氨施肥对土壤微生物数量和土壤质量的影响最小。一直有报道认为，施用磷肥会降低菌根真菌的含量，但这种真菌的发生程度取决于所涉及的真菌种类和植物可利用的磷水平。大量使用氮肥对土壤生物群的间接影响通常较持久。这是由于pH值的变化或作物生产力的变化，残留物输入和土壤有机质水平的变化。鉴于关于土壤生物群氮和磷效应的报告相互矛盾，需要更明确的研究来澄清这一问题。 表1 肥料氮（ N）和未施氮（-N）处理的土壤微生物生物量碳（mg kg-1）。 未加权平均值基于来自世界各地的64个非低温水稻长期试验的107个数据集的荟萃分析（改编自Geiseller和Scow，2014） 肥料的使用减少了土壤侵蚀 关于人类在引起土壤侵蚀方面的作用已经写了很多（Lal，2007），但是土壤侵蚀固有的各种过程(侵蚀性，侵蚀性1)和作物生产实践之间的联系，特别是矿物肥料的使用，并没有详细记录。在许多热带和亚热带地区，肥料和/或有机肥形式的营养供应不足以及营养物质的不适当管理会迅速降低土壤生产力和养分，富含有机物质的表土会因侵蚀而丧失。农业领域的养分供应不足，例如由于撒哈拉以南非洲大部分地区的肥料使用不足，导致土壤肥力下降，并可能因植被覆盖不足而导致土壤侵蚀加剧。生物固氮和肥料循环利用是当地唯一的养分来源，但并不总是得到最佳利用。由于无法使作物收成与足够的养分投入相匹配，导致养分和有机质的耗竭，土壤健康状况下降，并通过侵蚀增加土地退化的风险。当地面覆盖物不足以保护土壤并减少降雨和风对土壤表面的影响以及由于土壤有机质有限而导致总体稳定性降低时，土壤侵蚀是一个问题。在这种情况下，径流和侵蚀损失的增加导致水库和沿海地区的沉积和淤积，并在某些情况下导致河流和湖泊的富营养化。 肥料使用促进土壤有机物衰减 - 神话还是现实？ 由于SOM对土壤肥力、生产力和环境的重要影响，它作为土壤健康的一项重要指标已被大量报道。鉴于微生物C和N循环的基本耦合，由于碳氮是SOM中两种主要元素，以及土壤C和N矿化之间的密切关联，导致土壤有机碳损失的实践也对N的储存具有严重影响。、来自15N-tracer调查的大量证据表明，植物从天然土壤中吸收的氮通常比通过化肥施用的氮要多(Stevens等， 2005)。因此，土壤天然氮素决定了施用肥料氮的效率以及从土壤 - 植物系统中损失的氮的量。有机氮的损失降低了土壤生产力和氮肥的农艺效率，并且与产量停滞和粮食减产有关（Mulvaney等，2009）。土壤氮供应的减少本质上不利于生产力。尽管每单位施氮量的增量回报较低，但通过使用改良品种或由于较高的施肥量可以维持甚至增加作物产量，但最终，土壤退化可能导致产量下降或停滞，这对于投入密集型农业是一个新出现的关注点。 各种研究表明，SOM随栽培和施氮量的变化而变化;这是一个越来越有争议的问题。通常，SOM随着不施氮的栽培而降低，但随着施用氮肥可能会增加。肥料N施用可能通过两种机制影响SOM： （i）与未接收N的土壤相比，它可以通过促进植物生长来增加SOM，从而增加土壤中添加的枯枝落叶和根系生物量，以及 （ii）它可能通过土壤中已经存在的枯枝落叶（叶子、稻草、粪便等）和土壤中已有的有机碳的分解或微生物转化来加速SOM的损失（Recous等，1995）。第一种机制被广泛接受，但第二种机制尚未得到充分证明。 根据45个主要来自温带地区、持续时间从7到136年不等的长期试验的结果，Glendining和Powlson（1995）表明，与在研究点84％没有肥料氮的处理相比，长期施用氮肥可增加土壤有机氮的总量。另一方面，在温带和热带地区的长期试验中，连续施肥N导致92％的站点的土壤有机氮净减少，74％的站点土壤有机碳损失（Khan等，2007，Mulvaney等，2009）。然而， Powlson等（2010）认为，在解释土壤氮和碳的变化时，需要考虑过去的粪肥和合成肥料氮的投入变化以及无氮控制区土壤中氮和碳的变化，这些作者还质疑Khan等（2007年）和Mulvaney等（2009）使用的数据集是否足够全面以支持合成肥料N导致有机C和N组分下降的结论。 对全球农业和粮食生产具有重要意义的一个紧迫问题是：长期使用合成肥料N会导致土壤中SOM的下降？ Ladha等（2011）试图通过收集来自世界各地的114项长期实验的数据来解决这一争议，并得出Khan等（2007年）和Mulvaney等（2009）所采用的方法并没有考虑到未使用肥料时有机碳和有机氮随时间的变化。施用长期施肥后土壤有机碳和氮的总量绝对变化，据Khan等（2007年）和Mulvaney等（2009）的报道，长期施用化肥N后土壤总有机C和N的绝对变化遵循时间-响应率,因此呈下降趋势。然而,在按肥料N反应比分析数据后,在无氮处理下有机C下降7%至16%,有机N下降7至11%, 但随着土壤施用肥料N,SOM损失率下降。基于成对比较变化的按肥料反应比方法显示,有机C和有机N的平均增幅分别为8%和12%。与Ladha等（2011年）的结果一样，最近Geiseller和Scow（2014年）和Körschens等（2013）发现，在来自世界各地的长期实验中，与不施用肥料的地块相比，充足和均衡地使用矿物肥料导致SOM增加（图4）。如果在施用合成肥料N后SOM的下降是一种普遍现象，它几乎肯定会对粮食生产产生重大影响，因为它会导致土壤功能和作物生产力的下降。 图4 与来自世界各地的长期实验中的未施肥的对照相比，施肥导致土壤有机碳增加。
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