有機肥俗稱農(nóng)家肥,是指含有有機物質(zhì),既能提供農(nóng)作物多種無機養(yǎng)分和有機養(yǎng)分,又能培肥改良土壤的一類肥料,其中大部分為農(nóng)家就地取材,自行積造的。有機肥料來源廣泛,種類繁多,主要包括人畜糞尿、禽糞、堆肥、漚肥、廄肥、餅肥、草木灰、草炭、秸稈、綠肥、河塘泥和土雜肥等。
目前,世界上有機肥積造與利用最早的歷史遺跡可以追溯到6000 年前的蘇美爾文明。我國早在秦漢之前,也有用有機肥養(yǎng)地的實踐,歷代有關(guān)農(nóng)書詳細記述了有機肥的種類、作用、積造與施用方法。到了清代,我國有機肥有10 大類100 多種。1990 年農(nóng)業(yè)部開展全國有機肥料調(diào)查研究,分為10大類433個品種。
我國自古代直至20世紀70 年代,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上所用的肥料主要靠有機肥料,基本保持了水稻和小麥單位面積產(chǎn)量的穩(wěn)定,并有緩慢的增加。20 世紀中期,因為化肥的推廣應(yīng)用,有機肥的地位日益下降。我國1949年有機肥施用占肥料施用總量的比例為99.9%,1957 年為91.0%,1965 年為80.7%,1975 年為66.4%,1980年降為47.1%,1985年為43.7%,1990年為36.7%,2000年為31.4%,2003年為25%。
由于化肥的大量使用,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了巨大的變化,在帶來巨大經(jīng)濟效益和滿足人口急劇增長需求的同時, 其負面影響也日臻顯露, 如土壤地力下降、環(huán)境質(zhì)量惡化、食品質(zhì)量安全事故時有發(fā)生等。因此,人們對有機肥又逐漸重視起來。
但是有機肥的不合理使用也會在土壤質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量以及食品安全方面造成負面影響,如不引起足夠重視,其副作用甚至超過化肥。土壤質(zhì)量是指土壤維持作物生產(chǎn)能力、保持環(huán)境質(zhì)量及促進動植物健康的能力。因此,有機肥的使用將從正反兩個方面強烈影響土壤質(zhì)量。
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,有機肥料的施用不僅直接關(guān)系到土壤質(zhì)量、農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、水體和大氣環(huán)境質(zhì)量,而且它還是種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)之間的重要紐帶,對促進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和生物圈中的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化也有重要作用。有機肥種類繁雜,性質(zhì)各異,為了充分發(fā)揮有機肥的正向作用而盡量減少其負面影響,我們必須對各種有機肥的特性、在土壤中的轉(zhuǎn)化過程及其對土壤、環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)作物的影響有較清晰的了解,從而制訂科學(xué)的施用規(guī)范。
01
有機肥對土壤肥力質(zhì)量的影響
1.1 提高土壤肥力
2000 多年來,有機肥對維護地力起了巨大作用。20世紀初,美國中西部農(nóng)田土壤發(fā)生明顯退化,為尋找對策,1909年美國著名土壤學(xué)家King對中國、朝鮮、日本的農(nóng)業(yè)進行了考察,并于1911年出版了《四千年的農(nóng)民:中國、朝鮮和日本的恒久農(nóng)業(yè)》一書,總結(jié)了有機肥(包括綠肥)在維持土壤質(zhì)量和農(nóng)田生產(chǎn)力方面的重要作用。
世界上最早開展有機肥科學(xué)實驗研究的是英國人魯茨(John Bennet Lawes)。早在1837 年他便采用盆栽試驗研究了有機肥對土壤和作物產(chǎn)量的影響,隨后又開展了田間試驗的探索。其研究結(jié)果直接催生了他1842 年利用骨粉和硫酸生產(chǎn)磷肥,并與吉爾貝特(Joseph Henry Gilbert)一起于1843 年建立了著名的英國洛桑試驗站(Rothamsted Experimental Station)。該站迄今已170 多年,長期定位研究有機肥與化肥連續(xù)施用對土壤和作物產(chǎn)量的影響。1852 年開始的Hoosfield 長期定位試驗結(jié)果表明,連續(xù)每年施用35 t/hm2的廄肥,土壤氮含量增加1 倍以上。
大量長期實驗結(jié)果表明,有機肥施用可增加土壤有機質(zhì),進而顯著增加土壤的礦化氮,作物產(chǎn)量增加明顯。但很多長期試驗結(jié)果也表明,有機肥和化肥對作物均有極好的增產(chǎn)效果和持續(xù)的增產(chǎn)作用,二者間產(chǎn)量無顯著差異,而化肥和廄肥配合無論是近期或者長期都可取得較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。
我國科學(xué)家對各種有機肥料及肥效開展了大量研究。早在20 世紀30—40 年代,陳尚謹?shù)热吮阍谌A北開展了有機肥的調(diào)查與試驗;陳恩鳳、彭家元等在四川開展了有機肥施肥技術(shù)研究;黃瑞采、裴保義等用復(fù)因子設(shè)計,對人糞尿、堆肥和綠肥進行了長達9年的稻田施肥試驗。20世紀50年代以來,我國有關(guān)單位與科學(xué)家對各種有機肥在不同土壤與作物上開展了大量研究,尤其是80 代建立了全國性的肥料長期定位試驗網(wǎng),包括中科院的CERN、中國農(nóng)科院的全國肥料試驗網(wǎng)等。
如中國農(nóng)科院土壤肥料所從1980年開始,在全國135個定位試驗點上進行了5年以上的有機肥肥效試驗研究,結(jié)果表明,有機肥增產(chǎn)效果有逐年增加的趨勢,且有明顯的殘效。我國100多個5年以上的定位試驗研究表明,施用有機肥與不施有機肥比較,平均增產(chǎn)率為12.8%。
國內(nèi)外大量研究結(jié)果表明,合理施用有機肥料不僅可以增加土壤有機碳含量,改善土壤物理結(jié)構(gòu),增加土壤CEC、保水能力、滲透性,提高土壤N、P、K、Ca、Mg、S 及其他微量元素含量,促進土壤微生物活動,改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。
有機肥和無機肥料配合施用效果更佳,還可以提高化學(xué)肥料的利用率。噸糧田能夠連續(xù)17年(1974—1990年)維持養(yǎng)分平衡,其關(guān)鍵在于有機肥和化肥配合施用,并在化肥中再進行N、P、K 適當(dāng)配比。
1985—1990 年,經(jīng)糧、油、果、菜、煙、茶等20 多種作物30多項有關(guān)品質(zhì)指標的分析研究表明,有機肥與化肥養(yǎng)分平衡配合施用均不同程度提高了所有供試作物的產(chǎn)品品質(zhì)。
1.2 抑制作物病害
有機肥施用可抑制作物病害。20世紀70 年代,國外便開始研究有機肥與植物病害的關(guān)系,隨后開發(fā)出各種抑制土傳病害的生物有機肥。從20世紀90 年代開始,我國一些科研單位和企業(yè)相繼研制和生產(chǎn)一類被統(tǒng)稱為“生物有機肥”的產(chǎn)品并投放市場。2008年全國共有商品有機肥企業(yè)3021家,其中生物有機肥企業(yè)270家,占總數(shù)的8.94%,生物有機肥產(chǎn)量345萬噸,占生物有機肥企業(yè)生產(chǎn)能力的83.6%。
具有抗病特性的生物有機肥的作用機理可能包括物理、化學(xué)、生物的作用。一方面有機肥可改善土壤物理結(jié)構(gòu),并平衡提供作物所需養(yǎng)分以及一些生物活性物質(zhì),植物生長健壯而抗病能力增強,同時有機肥含有拮抗菌或促生菌,改變根際微生物區(qū)系,進而抑制病原菌的爆發(fā)。因有機肥、土壤、病害類型復(fù)雜多變,迄今生物有機肥的作用機理尚未完全清楚,其在生產(chǎn)中的應(yīng)用效果也不穩(wěn)定,難以有效地、定向地施用生物有機肥而達到預(yù)期的防病效果。
1.3 引起土壤質(zhì)量退化
傳統(tǒng)的觀念認為有機肥對土壤質(zhì)量均是正向作用,有機肥可減緩?fù)寥腊褰Y(jié)、阻止土壤次生鹽漬化,但有機肥的不合理施用也會造成土壤質(zhì)量退化。《陳旉農(nóng)書·糞田之宜篇》第一次記載了我國古代農(nóng)民“用糞猶用藥”的施肥理念,提出有機肥須合理施用。
規(guī)?;B(yǎng)殖場的畜禽糞,尤其是雞糞含有較高的鹽分和Na離子,如果過量施用,則會有土壤次生鹽漬化的風(fēng)險,使土壤板結(jié)。根據(jù)Moral等人的研究結(jié)果,當(dāng)畜禽糞施用量達到7—10t/(hm2a),農(nóng)田土壤的Na+和Cl-負荷可達415kg/hm2,可致西班牙東南部半干旱地區(qū)土壤產(chǎn)生顯著的次生鹽漬化風(fēng)險。王輝等人的研究表明,在目前的有機肥施用狀況下,畜禽糞便農(nóng)用對露天土壤沒有顯著的土壤次生鹽漬化風(fēng)險,而對于溫室大棚土壤而言,在高施肥量下次生鹽漬化風(fēng)險較大,可嚴重影響農(nóng)作物的生長。
而目前蔬菜等經(jīng)濟作物上有機肥施用量普遍較高,例如山東壽光等地大棚蔬菜地土壤有機肥年施用量最高達240t/hm2鮮糞,有機肥帶來的土壤次生鹽漬化風(fēng)險不容忽視。
02
有機肥對土壤環(huán)境和健康質(zhì)量的影響
自20世紀90年代以來,因系列環(huán)境問題的日益凸顯,國內(nèi)外研究的關(guān)注點逐漸轉(zhuǎn)移到大量施用有機肥對溫室氣體排放的影響,有機肥中氮、磷在土壤中的積累、遷移、淋溶風(fēng)險及其對水體富營養(yǎng)化的貢獻,有機肥中重金屬、抗生素、動物激素及環(huán)境激素、病原生物、抗性菌及抗性基因等對土壤、水體、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和人體健康的影響。
現(xiàn)在的有機肥已與傳統(tǒng)意義的有機肥在組成上有著巨大差別,規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞中P、K、Cu、Zn、As 等元素和抗生素殘留量明顯高于農(nóng)戶家庭小規(guī)模養(yǎng)殖的畜禽糞,同90 年代相比,規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞中不僅N、P含量顯著提高,有害重金屬含量也大幅度增加,因此,有機肥進入農(nóng)田對土壤環(huán)境質(zhì)量和健康質(zhì)量會產(chǎn)生顯著影響,其農(nóng)用的環(huán)境與健康風(fēng)險不容忽視。
2.1 重金屬
20世紀90年代后期,人們開始關(guān)注畜禽糞中有害重金屬的問題。糞肥中常含大量的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As,畜禽糞農(nóng)用是土壤與環(huán)境中重金屬的重要來源之一。作者于2002 年對江蘇省規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場畜禽糞中重金屬開展了調(diào)查,結(jié)果與國外類似,Cu、Zn是主要污染物,與飼料中的重金屬含量分布有較強的相關(guān)性,隨后針對不同區(qū)域和尺度的調(diào)查研究工作相繼展開,對我國規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞的重金屬污染狀況有了初步的認識。
有研究表明,英格蘭與威爾士地區(qū)農(nóng)業(yè)土壤中Zn、Cu的主要來源之一是畜禽糞農(nóng)用,約占到農(nóng)業(yè)土壤Zn、Cu 總輸入量的37%—40%、8%—17%。估計中國畜禽糞便農(nóng)用輸入農(nóng)田土壤的Cu、Cd、Zn分別占到總輸入量的69%、55%和51%。
因此,畜禽糞的大量長期施用,會造成土壤重金屬的積累,進而威脅農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。長期施用豬糞明顯地增加了糙米中鎘含量,并超過國家衛(wèi)生標準。
2.2 抗生素與激素
1999—2000 年美國地質(zhì)勘探局(USGS)在全美39 個州139 條河流中進行的調(diào)查結(jié)果顯示,水環(huán)境中廣泛存在藥品和個人護理用品污染物(PPCPs)。48%的樣品中檢出抗生素,在檢出的95種有機化合物中包含了22種抗生素,其中大部分為獸用或人獸共用抗生素,如大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類及磺胺類抗生素等。自此,抗生素在環(huán)境中的殘留及其化學(xué)行為日益引起重視。
目前,世界上大約50%的抗生素應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè),而40%—90%的藥物又通過糞便排泄出來。因不同畜禽種類、不同地區(qū)的管理水平差異,畜禽糞便樣品中可檢測到的抗生素殘留濃度變化范圍較大。國內(nèi)有關(guān)研究單位也對畜禽糞中的抗生素殘留進行了初步調(diào)查,表明部分畜禽糞樣品中抗生素殘留,尤其是四環(huán)素類抗生素很可能對生態(tài)環(huán)境中的微生物群落造成一定影響。
研究表明,某些抗生素可在施用糞肥的土壤中長期持留,并對某些作物生長造成影響。張慧敏等人對浙北地區(qū)畜禽糞便和農(nóng)田土壤中四環(huán)素類抗生素殘留測定表明,施用畜禽糞肥農(nóng)田表層土壤土霉素、四環(huán)素和金霉素的平均含量分別為未施畜禽糞肥農(nóng)田的38倍、13 倍和12倍。糞肥中的抗生素進入土壤,對抗性菌的發(fā)展可能有一定的影響。
除抗生素外,畜禽糞中還含有相當(dāng)數(shù)量的天然動物雌激素,包括17α-雌二醇、17β-雌二醇、雌激素酮、雌激素三醇、雌馬酚及其代謝中間體。這些物質(zhì)在糞便堆放過程中不易降解,可隨糞肥農(nóng)用進入農(nóng)田與水體。
此外,糞肥中還含有一些被稱為環(huán)境激素(內(nèi)分泌干擾物質(zhì))的持久性有機污染物,如有機氯農(nóng)藥、多環(huán)芳烴等,對土壤和水體環(huán)境也可能帶來一些環(huán)境風(fēng)險。
2.3 病原生物
全世界約有250多種人畜共患疾病,我國有120多種。畜禽糞便中的病原生物主要包括細菌、病毒、原生動物和蠕蟲等。通過糞便可傳染人的病原微生物超過150 種,主要為大腸桿菌、沙門氏菌等腸道細菌及一些病毒等。當(dāng)畜禽糞便未經(jīng)處理或無害化不完全,其所含的病原微生物在土壤中積累可能對水環(huán)境、人類健康甚至生命造成威脅。
這些病原體可在土壤中生存較長時間,其中,沙門氏菌被認為在土壤中的存留時間較長,報道的最長達300天以上。蛔蟲卵在土壤適宜條件下可存活1年,在40—60cm土壤深處的蟲卵可存活2 年或更長的時間。病原體在土壤中的生存時間長短,與土壤及環(huán)境因子如土壤質(zhì)地、pH值、鹽度、有機質(zhì)、氧化還原電位、耕作方式、溫濕度、光照、紫外線強度及土著微生物等有關(guān)。
病原生物隨糞肥進入土壤后,還可以進一步侵入植物體內(nèi),污染作物可食部分,威脅食品質(zhì)量安全。如大腸桿菌O157: H7可以經(jīng)灌溉水或土壤進入植物體內(nèi)。
2.4 抗性菌及抗性基因
隨著抗生素的廣泛使用,抗生素的耐藥問題漸漸暴露出來,2010年在英國和印度發(fā)現(xiàn)超級細菌NDM-1,使細菌耐藥性問題再次成為全球關(guān)注的熱點。由于抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中廣泛和不規(guī)范使用,畜禽糞中抗生素抗性細菌、抗性基因已經(jīng)成為令人關(guān)注的新興污染物。
大量研究結(jié)果表明,沙門氏菌屬的多重耐藥率已從20世紀90 年代的20%—30%增加到了21世紀初的70%,隨著時間的推移,其耐藥率仍將大幅上升,耐藥譜也將不斷增寬。
潘志明等人對1962—1998 年間分離保存的325株雞白痢沙門氏菌進行的研究結(jié)果表明,隨著時間的推移,菌株對16種抗生素的耐藥性呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢,菌株多重耐藥性的上升趨勢更加顯著,60年代菌株幾乎沒有多重耐藥性,70年代四耐、五耐菌株居多,80年代則五耐、六耐、七耐菌株占絕大多數(shù),90年代七耐以上菌株的比率接近90%。
朱力軍對50株動物源性大腸桿菌的測定結(jié)果也表明,菌株對15 種供試抗生素的耐藥性隨時間的推移呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢,20世紀50年代的大腸桿菌分離株對15種抗生素均敏感,60年代的分離株對鏈霉素、四環(huán)素產(chǎn)生抗藥,70年代的分離株對氨芐西林、氯霉素、磺胺甲基異唑、四環(huán)素、鏈霉素、甲氧芐胺嘧啶6種抗生素產(chǎn)生耐藥,80—90年代的分離株對阿莫西林/奧格門丁、慶大霉素、卡那霉素、萘啶酸、頭孢噻吩、氨芐西林、氯霉素、磺胺甲基異唑、四環(huán)素、鏈霉素、甲氧芐胺嘧啶11種抗生素產(chǎn)生抗藥。
Yang等人研究了89株豬源大腸桿菌對19種抗生素的抗藥性,結(jié)果八耐菌株為100%,十一耐菌株占到86%,還有2%的菌株對所有19種供試抗生素完全耐藥。
朱小玲等人研究了來自醫(yī)院和不同養(yǎng)殖場的712株大腸桿菌分離株對15種抗生素的敏感性。結(jié)果表明,肉雞場和醫(yī)院大腸桿菌平均抗藥性頻率較高,分別達到81.27%和59.59%,多數(shù)表現(xiàn)為對12、13種抗生素的抗性,個別菌株對15 抗生素均表現(xiàn)為抗性;豬場次之,平均抗藥性頻率為52.71%,對5到14種抗生素均有抗性,比較集中在9—10抗;奶牛場最低,平均抗藥性頻率為18.72%,大部分菌株集中在1抗和2抗。
此外,動物的抗藥性程度和抗藥譜與飼養(yǎng)員的相關(guān)性顯著,表明抗藥性菌株可以通過環(huán)境和食物鏈在不同宿主之間傳播。Sengel?v 等人測定了從施加豬糞的農(nóng)田土壤中分離的細菌對四環(huán)素、大環(huán)內(nèi)脂類和鏈霉素的抗性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤細菌的四環(huán)素抗性水平可以在短期內(nèi)因豬糞的施用而上升,而且可以隨著豬糞施用量的增加而增加。
Schimitt等人的研究表明,豬糞對土壤中四環(huán)素及磺胺類抗性基因的多樣性具有明顯影響,施肥后土壤中抗性基因數(shù)量明顯增加,且一些抗性基因是原來土壤所沒有的,而是豬糞中特有的,證明這部分抗性基因是由于施用豬糞而帶入的。養(yǎng)豬場周邊土壤的分析結(jié)果顯示,抗性基因tet(W)、tet(T)、tet(M)、tet(O)為豬場土壤中的優(yōu)勢抗性基因,其中tet(W)的含量高達到2.16×108拷貝/g(干土),比含量最低的tet(B/P)高出約兩個數(shù)量級。
朱永官等人研究表明,施用糞肥的土壤中有63 種抗性基因,豐度顯著高于沒有施用糞肥的土壤;同時,抗性基因的豐度與環(huán)境中抗生素和砷、銅等重金屬濃度顯著正相關(guān),表明砷、銅等重金屬和抗生素的復(fù)合污染可以增加環(huán)境中抗性基因的豐度。
Ji 等人也得到了類似的結(jié)論。這些抗性基因在土壤中可發(fā)生基因水平擴散,從而將抗性基因從游離DNA分子轉(zhuǎn)移到完整的細菌體內(nèi),使該細菌獲得抗性。Neilsen 等人研究表明,土壤養(yǎng)分不僅可增強細菌的基因轉(zhuǎn)移能力,還能誘導(dǎo)細菌的轉(zhuǎn)化能力,因此農(nóng)田環(huán)境可能更有利于細菌耐藥性的擴散。
2.5 土壤N、P積累與淋失
英國洛桑試驗站長期定位試驗的監(jiān)測結(jié)果表明,有機肥的施用會導(dǎo)致土壤中硝態(tài)N 的積累,增加向水體淋失的風(fēng)險。隨后,大量的研究表明,過量有機肥的施用會直接導(dǎo)致NO3-N和P在土壤中的積累,并且隨著施肥年限的增加而積累加劇,增加向水體的淋失。
莊遠紅等人研究結(jié)果表明,增施有機肥提高了淋洗液DOP占DTP 的比例,促進土壤P的淋失,TP、DTP、DOP的累積淋失量隨著有機肥的用量比例升高而增大,當(dāng)超過一定值后會導(dǎo)致農(nóng)田磷的環(huán)境風(fēng)險。
2.6 土壤溫室氣體排放
有機肥強烈影響農(nóng)田土壤的碳氮轉(zhuǎn)化。由于有機肥、土壤的類型不同,性質(zhì)各異,而有機肥的施用方式、施用量也不相同,加之研究的環(huán)境條件不一樣,有機肥施用對土壤溫室氣體排放的影響研究結(jié)果差異較大。近年來大量的研究表明,施用有機肥料,尤其是未經(jīng)腐熟的有機肥料如作物秸桿、新鮮綠肥、未經(jīng)腐熟的廄肥,可強烈促進農(nóng)田CH4和N2O等溫室氣體的排放。長期施用廄肥的土壤也可能是N2O的重要排放源,充足的碳源同時并存,將大大促進土壤中的反硝化過程。
Speir 等人研究報道有機碳加入土壤N2O生成量增加的可能原因是提高了反硝化速率。一些研究結(jié)果表明有機肥施用增加了土壤N2O排放,而有些研究結(jié)果顯示,與施用尿素相比有機肥施用可減少土壤N2O排放。
鄒建文等人研究結(jié)果表明,N2O排放與施用的有機肥C/N比有顯著相關(guān)性。陳葦?shù)热搜芯勘砻?豬糞和沼氣渣的施用分別提高稻田CH4 排放量22.14%和4.40%。雙季稻田豬糞替代部分化學(xué)氮肥較全部施用化學(xué)氮肥增加了雙季稻田CH4和N2O排放。有機肥種類和數(shù)量的不同影響了其施用后的CO2和CH4的平均通量,施用有機肥增加了土壤CO2的排放。與單施化肥比較,有機肥單施,以及有機肥與化肥配施,可增加土壤CO2和CH4的排放,但化肥配施秸稈與化肥配施豬糞下稻田生態(tài)系統(tǒng)CH4和CO2的排放沒有顯著差異。
03
展望與建議
有機肥的合理施用將改善土壤質(zhì)量,培育地力,增加作物產(chǎn)量,并改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。農(nóng)業(yè)部已提出化肥、農(nóng)藥零增長的戰(zhàn)略目標,而要滿足我國人口高峰對食物的需求,不斷增加作物單產(chǎn)是不二的選擇,因此,有機肥的作用將日益突出。一些發(fā)達國家有機肥氮與化肥氮的施用比例維持在1:1左右,在保育地力的同時,使得作物生產(chǎn)能力穩(wěn)步提升。在新形勢下,我國有機肥的需求將迅速增大,有機肥的施用也將步入新的高潮。但現(xiàn)在的有機肥含有重金屬、抗生素、激素、病原菌、抗性菌等污染物,其農(nóng)用的環(huán)境風(fēng)險需要高度重視。分析國內(nèi)外的研究熱點,今后有機肥的研究重點將集中在基礎(chǔ)研究、無害化技術(shù)與安全施用等方面。
3.1 基礎(chǔ)研究
雖然有機肥對土壤質(zhì)量的正向、負向作用方面已進行了大量研究,但相比于化肥,有機肥方面的基礎(chǔ)研究尚嫌薄弱。
(1)盡快組織新一輪全國性的有機肥資源普查,并建立質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。上一次全國性調(diào)查是20世紀90年代初,20多年來,有機肥的資源狀況及組分發(fā)生了巨大的變化,應(yīng)調(diào)查分析各類有機肥的資源量,重點分析各類有機肥的物質(zhì)組分變化,尤其是各種污染物的含量狀況,為有機肥的資源化利用提供家底數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,建立全國性主要有機肥質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。
(2)開展有機肥肥效及環(huán)境效應(yīng)長期定位聯(lián)網(wǎng)研究。目前,中科院、中國農(nóng)科院系統(tǒng)已建立長期定位試驗網(wǎng),針對我國主要類型土壤與作物,進行了包括有機肥在內(nèi)的不同施肥處理的長期定位試驗研究。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)補充設(shè)計新的試驗方案,進一步開展針對區(qū)域性主要有機肥對土壤質(zhì)量影響的長期定位試驗,不僅研究有機肥肥效,而且要研究主要污染物在土壤中的長期積累效應(yīng)及對環(huán)境質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的影響。
(3)開展有機肥主要物質(zhì)在土壤中的轉(zhuǎn)化過程及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究。除有機肥中C、N的土壤轉(zhuǎn)化過程與環(huán)境效應(yīng)外,要重點研究有機肥對土壤生態(tài)系統(tǒng)中土壤生物、食物網(wǎng)的影響及其提高化肥利用率的機理,研究有機肥施用下土壤中抗性菌及抗性基因的分布與擴散規(guī)律,研究復(fù)合污染下有機肥特征污染物(抗生素、激素、重金屬、病原生物)的環(huán)境行為與歸趨。
3.2 無害化及安全施用技術(shù)
目前,有機肥的盲目施用,不僅可造成土壤質(zhì)量退化,而且對水體環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全產(chǎn)生威脅。因此,應(yīng)進一步加強有機肥無害化與安全施用規(guī)范方面的研究。
(1)加強有機肥無害化技術(shù)研究。現(xiàn)在的有機肥含有數(shù)量眾多的有毒有害物質(zhì),而目前的有機肥農(nóng)家積造、商品有機肥的工廠化生產(chǎn)工藝仍然處于相對簡單、落后水平,均難以實現(xiàn)完全的無害化,即使商品有機肥,仍可能含有一定量的病原生物、重金屬、抗生素、抗性菌等污染物,其長期或過量施入將帶來一定的環(huán)境風(fēng)險。應(yīng)針對不同的有機肥及其污染物特性,研究相應(yīng)的有毒有害物質(zhì)消減技術(shù)。
(2)加強有機肥標準化質(zhì)量管理體系研究。目前我國有機肥僅有農(nóng)業(yè)部的部頒質(zhì)量標準,且全國僅單級標準。由于商品有機肥原料的來源廣泛,所含養(yǎng)分和其他物質(zhì)(如污染物質(zhì))千差萬別,因此,通過堆肥而生產(chǎn)的有機肥質(zhì)量差異甚大,難以像化肥那樣有相對穩(wěn)定的物質(zhì)組成。這給商品有機肥的生產(chǎn)和使用以及市場的健康發(fā)展帶來諸多不便,尤其是隨著現(xiàn)代社會管理標準化趨勢的發(fā)展,其矛盾更加突出。歐美等發(fā)達國家均建立了不同類別及用途有機肥的質(zhì)量標準。如歐盟將商品有機肥分為2級。在有機肥分級質(zhì)量標準體系的基礎(chǔ)上,歐美國家還制訂了成套的生產(chǎn)、包裝、質(zhì)量認證、標識等管理體系和質(zhì)量控制體系。因此,進一步加強我國有機肥標準化質(zhì)量管理體系研究迫在眉睫。
(3)加強有機肥安全施用技術(shù)研究。一些發(fā)達國家針對不同的土壤、不同的作物、不同的生態(tài)控制區(qū),研究制訂了相應(yīng)的有機肥施用技術(shù)規(guī)范,如有機肥的施用量、施用時期、施用方式等,確保有機肥的安全施用。而我國有機肥的施用多憑經(jīng)驗,盲目施用比較普遍。應(yīng)進一步系統(tǒng)開展不同有機肥在不同土壤、不同作物上的安全施用研究,盡快形成有關(guān)的技術(shù)規(guī)范,指導(dǎo)農(nóng)民的合理用肥。