化肥与土壤肥力

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施用化肥的同

2、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，在土壤上才能生长植

3、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合指标?作物产量变化和土壤养

4、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，无肥区作物产量的高低，往往反映了土壤肥力的

5、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？在生产实践中只施化肥，不施有机肥的情况很少。在国内外已进行的肥料

6、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)(图：图2 旱作两熟区小麦的10年产量变化(kg/hm2,n=13)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

7、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

8、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，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）

9、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（1852-1978）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1861

10、1871188118911901191119211925193419441954196419671978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2.412.672.052.662.852.622.11.642.062.612.962.973.395.52.75N3PK2.522.922.232.712.792.762.071.622.182.612.852.853.3452.75注释：注：厩肥35t/hm2，N2PK为N114、P35、K90kg/hm2。 1852-1967产量资料引自

11、H.V.Gamer和G.V.Dyke(1968)，1969-1978产量引自Rothamsted Guide Book(1981)。从表1看出，在试验的前40年，施用化肥（N2PK）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

12、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

13、（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

14、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

15、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150180 kg/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

16、土壤肥力变化的资料。一般说，土壤中养分是增加还是减少，主要取决于投入和产出的平衡情况。投入大于产出（包括损失），土壤中的养分就有积累，反之，则逐渐耗竭。氮、磷、钾三元素在我国土壤中的变化各不相同。而土壤有机质通常又被看作是肥力高低的综合指标。我们还是先从国内的一些结果看起。根据作者的计算，在20世纪70年代中期以前，我国农田氮、磷、钾养分的产出量大于投入量，因此，是处于消耗土壤肥力的阶段。在这种情况下要想大幅度增加产量是难以实现的。此后主要是化肥用量的迅速增加，进入80年代以后，氮、磷养分都有了盈余，尤其是磷素养分。而钾素虽然是有机肥中的主要营养元素，但由于我国化学钾肥用量较少，在农田养分平衡

17、中一直是亏缺的，最大亏缺量曾达到每年450万t左右。近年随着钾肥用量的增加。亏缺的数量才有所减少（表2）。(表：表2 我国农田养分投入和产出平衡概况(万t) )盈亏19651975198519952000投入N421.8788.61770.628353166P2O5208.4380.9679.313241317K2O344.2540.3768.311361491产出N521.8749.1111413371662.4P2O5237333.9478.7557664.4K2O559.8813.21207.714551739.4平衡N-199.4-18813.4369.6525.9P2O5-28.64

18、7200.6747652.6K2O-245.6-272.9-439.4-319-248.4注释：注：化肥氮按损失45%，有机肥氮按损失15%计算。这一总的情况决定了我国土壤肥力近年变化的总趋势。即土壤氮素、磷素养分上升，缺氮、缺磷的耕地面积有所减少，或严重程度有所缓和，但缺钾的面积和严重程度增加。这是土壤养分状况变化的一个总趋势。但是，单施氮肥或氮磷钾化肥配合对土壤肥力的影响，还得从肥料长期定位试验的结果进行比较。从20世纪8090年代的全国肥料长期定位试验的氮、磷、钾养分投入量和产出量分析，一季作物施用氮肥（N）150180kg/hm2、磷肥（P205）4575 kg/hm2、钾肥（K20）

19、60120 kg/hm2，一般氮、磷有盈余而钾亏缺。这与上述我国的总趋势一致。其结果是土壤有机质和全氮含量在氮、磷、钾化肥配合的处理，能保持在10年前试验开始时的水平，或略有增加，而氮、磷、钾化肥与有机肥配合的处理增加较为明显。只有无肥区或单施氮肥区有机质和全氮略有下降（表3）。(表：表3 土壤有机质和全氮的变化 )项目种植方式测定时间处理CKNNPKMMNPK有机质双季稻区(n=4)基础样第10年2.642.642.64-2.642.52.342.63-3.11旱作两熟区(n=7)基础样第10年2.252.252.252.252.252.132.232.332.382.43旱作两熟区(n=7

20、)基础样第10年1.411.381.381.261.271.321.411.491.451.46旱作一熟区(n=5)基础样第10年1.921.971.931.852.141.841.841.992.042.13全氮双季稻区(n=4)基础样第10年0.1390.1390.139-0.1390.1470.1350.165-0.183水旱两熟区(n=7)基础样第10年0.1530.1530.1530.1530.1530.1460.150.1570.1680.171旱作两熟区(n=7)基础样第10年0.0810.0820.0830.0780.0780.0790.0830.0870.0910.094旱作

21、一熟区(n=5)基础样第10年0.1020.1160.1060.1160.1240.1030.1020.1330.1140.124土壤速效磷（Olsen-P）和全磷在施用磷肥（P2054575 kg/hm2）的情况下都有增加，速效磷每年约可加1mg/kg，全磷也有增加趋势。磷肥配合有机肥施用，土壤速效磷每年可增加2mg/kg左右，全磷增加明显。反之，在不施磷肥和不施有机肥的情况下，土壤速效磷下降很快，10年时间可由1015mg/kg下降到5mg/kg左右。土壤速效钾（醋酸铵浸提，火焰光度计测定）在施钾肥（K20）60120mg/hm2的情况下保持在试验开始时的水平，钾肥加有机肥处理土壤速效钾是

22、上升趋势。但在有的试验中，同时测定缓效钾和全钾，结果都有下降趋势。某些土壤物理性状的测定结果：在多数试验中施用氮、磷、钾化肥的处理土壤容重和试验前比较无明显变化，而施有机肥或化肥加有机肥的处理土壤容重有下降，而土壤孔隙度和田间最大持水量相应增加。另外，长期施用一些生理酸性氮肥，如（NH4）2SO4、NH4Cl等，由于作物吸收离子间的差异，往往在土壤中残自下酸根（S042-、Cl-），在酸性土壤上会引起pH的进一步下降，是一个值得注意的问题。而施用无酸根残留的氮肥，如尿素、碳酸氢铵，一般不会引起土壤酸化问题。但在保护地栽培（如塑料大棚）中，由于大量施用氮肥及精细有机肥（如饼肥、禽类等），土壤中积

23、累了大量氮素，在旱地上氧化成N03-，也可引起土壤pH的下降。国外在长期施肥，包括长期施用化肥引起土壤肥力的变化方面积累了较多的资料。在比较不同施肥处理的土壤肥力变化时有两种情况：一种是与试验开始时的原始土样比，看经过十几年、几十年甚至上百年后的历史变化，可称为纵向比较；另一种情况是在施用不同肥料若干年后，同时取不同施肥处理的土样比较，看不同处理间的差异，可称为横向比较。其实第一种比较，也包括了第二种在内。只是国外的长期试验，在一开始也很少有土壤肥力的详细测定结果和记载，只是在试验进行一段时间后，才开始做较为详细的测定工作。以下是英国洛桑试验站肥料试验百年后的土壤肥力变化的横向比较资料（表4）

24、，以及洛桑试验站和丹麦Askov试验站的两个土壤氮素和腐殖质变化的纵向比较资料（表5、表6）。(表：表4 Rothamsted试验站肥料试验百年后土壤肥力变化 )试验地处理有机C(%)全N(%)全P(%)0.5mol NaHCO3溶P(mg/kg)代换(mg/kg)Broad balk小麦连作101年后(1843-1994)*无肥1.090.1065808102厩肥2.580.236121487655N3PK1.190.123111981295Hoosfield大麦连作113年(1852-1965)*无肥0.810.101-587厩肥3.370.304-102758NPK0.960.108-1

25、19406注释：注：资料来源：G.W.Cook(1976)。 资料来源：R.G.Warren & A.E.Johnsto(1966)。(表：表5 Broadbakl小麦连作肥料试验表土(023cm)含氮百分率 )处理1865188118931914193619441966平均无肥0.1050.1010.0990.0930.1030.1060.0990.101厩肥0.1750.1840.2210.2520.2260.2360.2510.221N3PKNaMg-0.1260.1190.129-0.1230.1180.123(表：表6 Askov轮作肥料试验土壤养分含量(%)变化(A.Dam Kof

26、oed,O.Nemming,1976) )年份壤土砂土N(%)腐殖质(%)N(%)腐殖质(%)无肥NPK厩肥无肥NPK厩肥无肥NPK厩肥无肥NPK厩肥19490.1060.1240.1462.252.512.890.0640.0760.0881.341.511.7719530.1060.1210.1432.182.512.860.0640.0720.0811311.511.6919570.1040.1230.1442.22.562.840.0620.0660.081.241.461.719610.1060.1240.1452.12.492.820.0590.0630.0771.191.391.6919650.1050.1190.1382.182.412.860.0540.0650.0711.141.361.5119690.1060.1210.1372.152.372.720.0520.0660.0721.171.391.5319720.1080.1230.142.172.412.710.0530.0660.0731.121.361.46平均0.1060.1220.1422.162.482.820.0580.0680.0771.221.431.62注释：注：试验开始于1894年，4区轮作：冬谷物-块根作物-夏谷物-