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1、化肥与土壤肥力林葆 金继运中国农业科学院土壤肥料研究所， 北京 100081在我国，化肥的用量越来越大，施用化肥的作物种类越来越多，化肥对提高作物产量的作用得到了公认。同时，又有人 担心，施用化肥会不会破坏土壤，降低土壤肥力。最典型的一种说法是：“土地施化肥，好比抽大烟（鸦片）”，有人甚至 说好比吸海洛因。这种说法公开刊登的不多，但认为施用化肥破坏土壤的论点经常可以从书刊中看到。这些人给施用化肥描 绘了一幅可怕的图画：土地只要施了化肥，就离不开化肥，越施越多，最后毁了土地。事实是这样吗？人们开始生产和施用 化肥已经有 160 年的历史（不包括施用天然的矿质肥料），国外的有识之士几乎在开始生产和
2、施用化肥的同时，就布置了肥 料的长期试验，其中一个很重要的内容就是比较施用有机肥和化肥对作物产量和土壤肥力的影响。我们自己布置的肥料长期 试验，也已经连续进行了20 多年。实践证明，合理施用化肥，既提高了作物产量和品质，又提高了土壤肥力，把施化肥比 作抽大烟是完全不正确的，其根本原因是对化肥的错误认识。化肥对土壤、对植物都是无毒的，它是植物的“粮食”，是植 物必需的养分，施用化肥可以补充土壤中某些养分的不足。化肥不是耗竭土壤养分的“兴奋剂”，更不是毒品。一、在讨论化肥对土壤肥力的影响之前，我们必须明确：何谓土壤肥力关于这方论述是很多的，大致可归纳为几点：肥力是土壤的基本属性，正是因为有了肥力，
3、在土壤上才能生长植物，并使土壤得以区别于没有肥力的成土母质。它在 一定的气候条件下，决定植物的生命活动和农作物的产量和质量。具有肥力的土壤是农业生产的基本生产资料。肥力的概念有狭义和广义之分。狭义的肥力概念是指土壤供给植物所必需养分和水分的能力，以及与养分、水分供给能 力有关的各种土壤性质和状态。这一概念以养分为中心，如养分的含量、存在形态、对植物的有效性，以及影响养分供给的 因素等。而广义的肥力概念是把养分、水分、土壤中的空气和热量（温度）等诸多因素一并考虑在内，是在综合观点基础上 认识土壤肥力的概念，内容广泛，几乎涉及土壤学的各个分支领域。本文在讨论土壤肥力的变化时，以反映土地生产力的综
4、合指标?作物产量变化和土壤养分为主，也涉及与养分有关的土壤有机质、pH等。土壤肥力的形成受母质、气候、植被、成土年龄等自然因素的影响。在开垦以后，又受人为措施的影响。所以，农田土 壤肥力的高低，是自然和人为两方面综合影响的结果。根据全国第二次土壤普查的资料，我国耕地土壤中，低肥力土壤约占 一半左右。我国人多地少，耕地后备资源不足，耕地作为宝贵的资源，土壤的肥力应当逐步提高，而不是逐步下降，这是关 系到我国农业可持续发展和十几亿人口吃、穿、用的重大问题。因此，施用化肥对土壤肥力的影响也必然引起人们的关注。二、长期施用化肥能保持作物高产吗这是一个很实际的问题。在一定的气候、农业技术措施下，无肥区作
5、物产量的高低，往往反映了土壤肥力的状况。如果 土壤肥力已经衰退，土壤本身因施用化肥已经遭到破坏，要获得作物高产是不可能的。无肥区能生长作物，并获得一定的产量，这是地力（土壤肥力）的贡献。也就是说作物在无肥区吸收的养分，主要是从 土壤中来的，一般能代表土壤肥力的高低。根据上海市的资料，粮食作物在无肥区的产量， 20 世纪50年代初（1950-1951） 每公顷是1.5t左右，60年代为2.253t, 70年代约为4.5t，近年达到6t左右。这是由于不断施肥、培肥土壤的结果，说 明上海郊区耕地土壤肥力不是下降，而是明显上升了。这是施用有机肥加化肥的结果。如果只施化肥结果又会怎样呢？在生 产实践中只
6、施化肥，不施有机肥的情况很少。在国内外已进行的肥料长期试验中有只施化肥的处理，可以说明这个问题。先看国内的一些试验结果。从20世纪80年代初，在全国化肥试验网的组织下，我国曾经布置了一批肥料长期定位试验， 并在1992年进行了阶段性总结。当时取得有连续10年产量的试验52个，并按双季水稻、水旱两熟、旱作两熟和旱作一熟4 种种植方式进行了归并和计算。下面是水旱两熟制下 10 年水稻产量的变化（图 1 ）和旱作两熟制下 10 年小麦产量的变化 （图 2）。（图：图1水旱两熟区水稻的10年产量变化（kg/hm2,n=14）WXX107 88 & 10 M* MN*MMP(17503750675C60
7、0037505250（图：图2旱作两熟区小麦的10年产量变化（kg/hm2,n=13）MMr600()105 64 5 6H1iS 9 10M-K4500从图1、图2可以清楚看出：完全不施肥的对照（CK）产量最低，10年中呈缓慢下降趋势。只施氮肥（N），试验 开始时产量较高，10年中产量逐年下降，这主要是由于土壤中磷、钾的消耗，氮、磷、钾养分供应的不平衡引起的。单 施有机肥（M）产量虽然较低，但呈逐年上升的趋势。氮肥和有机肥配合（MN）改变了单施氮肥（N）产量下降的情况，主 要是有机肥起了补充磷、钾营养的作用，使氮磷钾趋于平衡。特别值得注意的是氮、磷、钾化肥配合施用，水稻产量高而 稳定小麦产量
8、有上升的趋势。在施用氮、磷、钾化肥的同时，再施用有机肥，产量可进一步提高。由我国连续10年的多 点试验（水稻14 个试验、小麦13 个试验）的结果看，只有单施氮肥产量下降，氮、磷、钾化肥配合产量高而稳。同时，试 验结果支持化肥与有机肥配合施用。国外肥料长期试验的时间更长，试验数也更多。根据有关资料报道，延续了 50年以上的试验就有3040个，大部分分 布在欧洲，其中首推英国洛桑试验站开始于1843年的肥料试验，并一直延续至今，已经有150多年的历史。布置这些试验 费时、费工，但意义重大，其主要目的就是研究不同营养元素对植物的相对重要性，以及保持土壤肥力必需补充的营养元素； 研究施肥的增产效果，
9、比较厩肥与化学肥料的作用，以及可否用化学肥料代替厩肥，或者更具体说，是比较厩肥与化学肥料 的肥效和对土壤肥力的影响。通过如此长期的试验，已经完全证实，施用化肥对作物产量和品质具有和有机肥同样的作用。 这些试验在确定欧洲农业的格局（如在有机肥基础上大量施用化肥）方面发挥了重要作用。应当说这些试验作为验证作物产 量和土壤肥力变化方面的使命已经完成，虽然其中还有不少信息有待进一步开发。而继续进行这些试验的目的已经逐步向环 境和生态学方面转移。100 多年来施肥，尤其是施用化肥对产量的影响又是怎样的呢？例如英国洛桑试验站1843 年布置的 Broadbalk 小麦连作试验，其中127 年（1852-1
10、978）的小麦产量经整理后列于表1。（表：表1 1852-1978年Boroadbalk连作小麦肥料试验产量（每10年平均）（t/hm2）肥料处理18521862187218821892190219121922192619351945195519651969平均18611871188118911901191119211925193419441954196419671978小麦连作过渡每5年休耕1年无肥1.121.030.720.860.890.80.660.391.021.31.361.581.631.81.08厩肥2.412.672.052.662.852.622.11.642.062.61
11、2.962.973.395.52.75NPK32.522.922.232.712.792.762.071.622.182.612.852.853.3452.75注释：注：厩肥 35t/hm2,NPK 为 N114、P35、K90kg/hm2。 1852-1967 产量资料引自 H.V.Gamer 和 G.V.Dyke（1968）, 1969-19782产量引自 Rothamsted Guide Book（1981）。从表1看出，在试验的前40年，施用化肥（N PK）的产量高于厩肥，此后两者的产量互有高低。大约经历了 80年2后，施厩肥的小麦产量稍高于施化肥的产量。而127 年的平均产量两者完全
12、相同，这不是偶然的巧合。有机肥与化肥比较的 长期试验，按其中所含的养分计算，一般有两种情况，一种是两者所含的氮、磷、钾养分大致是相等的；另一种是不相等的。 英国洛桑试验站的小麦连作试验，厩肥中含有的养分高于化肥。但在试验前期厩肥中的养分能被作物吸收利用的比例较低， 所以产量还是低于化肥。经几十年后由于底肥的逐步分解和后效的积累，其增产效果超过了化肥。同时，厩肥中含有的中、 微量营养元素也可能产生了一定的作用。而有机肥中的有机物质对土壤理化、生物性状的改善也是不可忽视的。这一点在后 面还要讨论。在一些有机肥和化肥施用养分被设计成相等的长期试验，如设在日本鸿巢（Konosu）中央农业试验站的水稻试
13、 验，丹麦Askov试验站的谷物、块根和牧草轮作试验，奥地利维也纳农业大学试验场的大麦、黑麦试验，都一致证实，施用 化肥的产量略高于有机肥，或与有机肥基本一致。例如日本中央农业试验站50年（1926-1975）的水稻平均产量；对照（无 肥）是 2022kg/hm2 （100%），NPK 化肥是 3367 kg/hm2 （167%），有机肥是 3400 kg/hm2 （168%），绿肥（紫云英）是 3340 kg/hm2 （165%）。三个施肥处理的水稻产量基本是一致的。在丹麦Askov试验站从1894年开始的一个肥料长期试验中，不仅测定了不同施肥处理的作物产量变化，还于1964 年、 1968
14、年、 1971年测定了小麦、大麦籽粒中的17种氨基酸含量。结果证实，连续施有机肥（厩肥）或氮磷钾化肥， 70 多年后，小麦、大麦籽粒中不同种类氨基酸含量和总氨基酸含量都没有显著差异。这从另一个方面证实，施用有机肥或化肥， 对麦类作物籽粒食用品质也没有不同的影响。但是在生产实践中，农民还是常常感觉到给土地“喂”化肥，地越吃越馋。在原来的化肥用量基础上要达到相同的效果， 就要施用更多的化肥。一些农业科技人员也感到，现在施用化肥的肥效下降了。原来用1kg尿素，可增产45kg粮食，现在 只能增产 23kg 粮食。这又做何解释？这可能主要有两个原因：第一，近年国内化肥用量增加很快，尤其是氮肥。磷、钾肥
15、未能相应跟上，化肥施用中偏重氮肥而忽视了磷、钾肥的情况相当普遍。也就是说，施肥中的氮、磷、钾养分不平衡。由于 磷、钾养分供应的不足，影响了氮肥肥效的发挥。第二，在当前、当地的生产条件下，化肥是有一个适宜用量的，并不是越 多越好。大家知道，在相对固定的条件下，化肥用量与作物产量并非直线关系，而是抛物线的关系，即肥料用量超过了一定 限度，每增加一个单位的化肥用量，所增加的产量呈下降的趋势，这就是施肥上的报酬递减现象。如果用量继续增加，还可 能引起减产和一些其他负效应。根据全国化肥试验网的多年资料，粮食作物要达到5.256.Ot/hm2的水平，在磷、钾养分供 应充足的情况下，只要施150180kg/hm2的氮肥（N）就够了。超过这一用量，氮肥的效果明显下降。当然，除了以上两点， 还可能与作物品种等因素有关。有的高产品种是“大肚汉”，很能吃，需肥多，而对肥料的利用并不经济。三、长期使用化肥能保持和提高土壤肥力吗从上百年连续施用化肥的作物反应，应当说已经解决了这个问题。如果说土壤已经被化肥破坏了，还能获得和施用有机 肥相同的产量吗？这里，我们还是要引用一些土壤肥力变化的资料。一般说，土壤中养分是增
