土壤有机质研究状况及发展

土壤有机质研究状况及发展

 

全球人口在不断的增长,与之密切相关的粮食问题已成为人们关注的焦点。“民以食为天”,近年来,粮食的生产发展成为政府和学术界关注的重要问题。国内外对于粮食生产的研究也很深入和广泛,包括:粮食直补政策的分析,粮食价格的分析及粮食生产的风险分析等;或单独对某种作物进行研究。从目前发展趋势看,随着城镇化、工业化的发展及人口增加,粮食消费需求将呈上升趋势,而水资源短缺、耕地减少、气候变化等对粮食生产的约束日益明显,它所依托的主要媒介就是土地,然而土地又是人类赖以生存的重要介质。土壤有机质是土壤中各种营养元素的重要来源,它还含有刺激植物生长的胡敏酸等物质。一般认为,除低洼地土壤外,判断土壤肥力高低的一个重要指标就是土壤有机质含量的多少。粮食在人们的生活中起着重要的作用,如何提高其产量,是众多科学家及学者研究的重要课题。   1土壤有机质研究现状   1.1土壤有机质   土壤有机质(soilorganicmatter,SOM)在土壤中所起的作用是其他物质无法代替的,有机质的组成包括3类物质:(1)分解很少,仍保持原来形态学特征的动植物残体;(2)动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物;(3)有机质的分解和合成的较稳定的高分子化合物—腐殖酸类物质。SOM包括腐殖物质(HS)和非腐殖物质[1]。HS一直是SOM的主体,SOM中60%~90%为HS,HS可以传统的分为胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM),HM又可以再细分[2]。众多研究集中在土壤中可溶性的腐殖物质(HA、FA),一般研究不溶性腐殖物质组分(HM)的较少,张晋京等详细的介绍了胡敏素的分离、结构与性质、作用与功能[3]。何牡丹等总结了SOM的7种测定方法,并简明的介绍了它们的优点与不足[4]。有机质中所含的C为土壤有机碳(soilorganiccarbon,SOC),李娜等总结了SOC估算的5种方法:生命地带类型法、森林类型法、土组法、气候参数法和土壤类型法[5]。在目前条件下,特别在含SOC较低的土壤中,增加土壤有机物的来源,会增加SOC的含量。但是,在有机碳含量丰富的地区,增加土壤有机物的来源,并没有显著增加SOC的含量[6]。任军等回顾了国内外SOC研究趋势及进展,总结了全球SOC库存量及分布,并指出我国在SOC研究方面存在的不足及今后的发展趋势[7]。在全球变暖的形势下,对SOM含量、分步进行研究,并揭示其生态效应和影响因素,对探索如何科学地保护和利用有限的土壤资源,减缓土壤中温室气体排放,提高土壤质量有很大帮助[8]。SOC对生态系统和作物生长的土壤性质起着重要作用,它的维护很重要,应引起人们的关注[9]。   1.2高产土壤对有机质的影响   所谓高产土壤是指在适宜的气候、栽培技术、灌溉、施肥等条件下,为获得高产稳产,土壤物理性状、养分肥力和土壤生物特性处于最佳条件下的综合表现。它对SOM会产生怎样的影响,研究人员已经进行了论证。王淑华等人以松辽平原玉米带高产培育土壤与平产土壤为研究对象,提出高产增加了SOC的损失[10]。还有研究表明:高产土壤比一般土壤所含的有机质高[11-12]。杨力等证明了高产粮田比中低产田有机质含量高[13]。但也有研究表明,一些超高产田有机质低于普通生产田,其原因可能与超高产田氮素施用量较高、促进了SOM矿化有关[14]。高产土壤中有机质的含量并不是都呈正相关的,由于作物种类、年份不同及其它因素影响,致使有机质的含量也不同。   1.3其它影响有机质的因素   不仅高产土壤对有机质有影响,土壤的各种属性(物理、化学、生物属性)对有机质均有影响,无论是一种还是多种因素的组合都会直接或间接影响土壤有机质的含量。有机质的含量与气候、地形地貌、植被、耕作方式和成土母质等因素有关[15]。关松等概述了土壤水分、温度、微生物、pH等驱动因素对SOM的影响[16]。石彦琴等证明了不同耕层厚度对耕层有机碳的影响不同[17]。汪军等认为双季秸秆还田比单季秸秆还田更有效地增加了SOM[18]。方华军等综述了农田SOC动态进展,认为土壤所处的气候区的温度、地形、耕作措施等的管理方式、施肥制度、轮作方式、灌溉制度等,以及土壤本身的一些性质对SOM的形成与稳定关系密切;土壤pH和CaCO3含量对SOM含量也有重要影响[19]。   1.4有机质对高产的影响   粮食对养分的需要,约67%~75%是从土壤中吸收的,而土壤中有机质含量的多少,直接影响土壤的结构、通透性。因此土壤中有机质含量和养分的多少,是高产土壤重要标志。研究表明,增加SOM含量有利于作物高产[20-22]。张振江通过对草甸暗棕壤进行定位田间试验,结果表明,实行麦秆直接还田可使作物增产[23];邱建军等利用农田生态系统生物地球化学模型DNDC,得出在其它投入既定的条件下,全国各地均存在通过提高耕地有机碳含量,增加产量的潜力,发现每增加SOM1g,玉米产量增加176kg/hm2[24]。但也有一些研究指出,并不是作物产量随有机质的增加而增高[25],而是在一定的范围内呈现正态分布[26-28]。   1.5其它对高产的影响因素   除了有机质对高产有影响之外,还有许多因素影响着高产,它们也对作物高产起着重要作用。柳虹等认为地势平坦,土壤结构好,土层深厚,富含有机质和速效养分;水分适量,合理灌溉;配方施肥,合理施肥是实现高产稳产应具备的条件[29]。耕作可使作物高产[30],有研究表明增加有机质与深松的措施结合起来[31]、免耕和秸秆还田[32]、轮作[33]均有助于提高有机质含量,进而达到高产。施用肥料[34]、有机无机结合还田[35]等措施都可以使作物达到高产。长期秸秆还田并配施适量的化肥,是提高产量的有效措施之一[36]。李保刚通过对高产玉米施肥的探讨,施足基肥、用好种肥、分次追肥,采用“三攻”追肥法(即拔节期攻秆,孕穗期玫穗,灌浆期攻粒)可以提高玉米产量[37]。夏永胜等提出根据玉米的施肥原则,选择适宜的肥料,采用合理的施肥方法,可达到高产高效[38]。金学泳等通过实验设计浅湿干、浅水、浅深浅3个不同的灌溉方式处理,得出这3种处理都有相应的增产效应[39]。张胜全等连续4a对同一块地比较春季3种节水灌溉模式对冬小麦产量的影响,结果表明3种灌溉模式的产量水平可分别稳定达到6000、7500和8000kg/hm2[40],滴灌方式也可使产量增加[41]。#p#分页标题#e#   2展望   SOM是土壤中重要的一部分,为农作物的生长提供了重要的营养,也为粮食的高产做出了重要贡献。就目前的研究来看,还存在的主要问题及今后的研究方向大致包括以下方面:   (1)应注意保护环境。施用化肥可以达到高产的目的,但过多的N、P、K会使环境受到污染,能否找到一种既可提高产量又不会污染环境的的方法,是今后应着重研究的问题之一。   (2)深入研究SOM的转化过程将有助于掌握土壤物质循环的本质。有机碳、氮的转化、循环和截获是由一系列复杂生物和生物化学过程决定的,生物是这些过程的主导因素。如果能够揭示SOM生物化学转化过程及其机制,就可以定向调控这些生态过程,进而达到优化土壤功能的目的。   (3)需进一步研究粮食的高产稳产问题,加强制定一系列对土壤的管理方案。要发挥粮食区域生产优势,根据中国的自然资源特点和社会经济发展趋势,依靠科技,合理布局,趋利避害,充分挖掘粮食高产的潜力。