有機(jī)肥的“好”與“壞”!
研究表明，有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力水平、土壤重金屬有效性和溫室氣體排放均有至關(guān)重要的作用。有機(jī)肥能顯著改善土壤物理性狀，緩解土壤酸化，增加土壤有效養(yǎng)分，維持土壤養(yǎng)分平衡，提高土壤生物和生物化學(xué)特性，優(yōu)化土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成;
有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面、肥效長(zhǎng)，能改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，改良土壤，維持地力，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)(Zhangetal.，2009;徐明崗等，2008)。
另外，有機(jī)肥在物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境保護(hù)上有重要作用，施用有機(jī)肥符合有機(jī)農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求。
但是近年來有機(jī)肥在原料和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，使其對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響。
奚振邦等(2004)指出，畜禽糞便等多數(shù)有機(jī)肥所含的有害物質(zhì)普遍高于化肥，包括重金屬、添加劑殘余，甚至微生物病原體等。
有研究報(bào)道，現(xiàn)在畜禽飼料中通常含有大量重金屬，因此以畜禽糞便為主要原料的有機(jī)肥重金屬含量經(jīng)常超標(biāo)(劉赫等，2009)。
此外，有機(jī)肥施入土壤中，可能產(chǎn)生更多的溫室氣體，加重溫室效應(yīng)。大量施用有機(jī)肥，超過土壤本身自凈能力，其二次污染將是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又一個(gè)難題。
因此,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低有機(jī)肥施用所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
重點(diǎn)
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為施加有機(jī)肥會(huì)提高土壤肥力，但是有機(jī)肥種類繁多，所含成分復(fù)雜，在土壤中變化的歷程較長(zhǎng)，對(duì)土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量造成不確定的影響。
那么如何加強(qiáng)有機(jī)肥的管理?
選擇安全優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥(重金屬和持久性污染物含量低)，建立有機(jī)肥施用的配套技術(shù)，改革施肥方式，適時(shí)適地施肥，有機(jī)與無機(jī)相結(jié)合.....
本文概括了國(guó)內(nèi)外有機(jī)肥施用對(duì)農(nóng)田土壤物理性狀、養(yǎng)分狀況、土壤微生物、土壤重金屬和溫室氣體的影響(表1)，重點(diǎn)探討有機(jī)肥影響土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量的機(jī)理和與化肥的對(duì)比效果，以便正確認(rèn)識(shí)有機(jī)肥的優(yōu)缺點(diǎn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥的合理施用提供參考依據(jù)。
以下為文章主體內(nèi)容
有機(jī)肥對(duì)土壤物理性狀的影響
施有機(jī)肥對(duì)土壤物理性狀的改善有顯著的作用,但它是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。
有機(jī)肥施入土壤后首先進(jìn)行的是礦質(zhì)化，將有機(jī)物徹底分解為CO2、H2O和礦物質(zhì)養(yǎng)分(N、P、K、Ca等)，至一定時(shí)間后，如物料、水、熱等條件適宜，腐殖化過程逐漸發(fā)展，產(chǎn)生能改善土壤理化性狀的腐殖物質(zhì)(腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸等)，從而增強(qiáng)土壤保水保肥的能力，提高土壤養(yǎng)分和水分的有效性(奚振邦等，2004;韓秉進(jìn)等，2004;樓濤等，2014)。劉光榮等(2009)3年的大田試驗(yàn)研究表明，腐熟豬糞和粉碎秸稈均可降低旱地耕層土壤容重，增加總孔隙度和物理性粘粒含量。鄧超等(2013)研究發(fā)現(xiàn),施用有機(jī)肥增加了土壤的大、中孔隙度，有機(jī)肥處理的大、中孔隙度分別是化肥處理和不施肥處理的1.45~1.68和1.22~1.43倍。另外，有機(jī)肥的施用提高了植煙土壤的pH、EC、CEC(李軍營(yíng)等，2012)。
土壤團(tuán)聚體是由膠體和土壤原生顆粒凝聚、膠結(jié)而成，不同粒級(jí)團(tuán)聚體的數(shù)量和空間排列方式?jīng)Q定了土壤孔隙的分布和連續(xù)性，進(jìn)而決定了土壤的水力性質(zhì)，影響土壤的通氣性、透水性、蓄水性和耕性(Dexter，1988;Bronicketal.，2005;彭新華等，2003)。
研究表明,施有機(jī)肥有利于大團(tuán)聚體的形成和保持(Whalenetal.，2003;毛霞麗等，2015)。有機(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑，施有機(jī)肥除了可直接增加有機(jī)質(zhì)外，其殘?bào)w分解能激發(fā)微生物活性，形成真菌和糖，這些物質(zhì)也可以膠結(jié)土壤顆粒形成大團(tuán)聚體(Mikhaetal.，2004)。
高飛等(2010)通過連續(xù)3年的田間試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥不同施用量均可顯著增加土壤中大團(tuán)聚體的比例，改良土壤中團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)，適宜的施肥量在60t·hm-2左右。龔偉等(2011)研究表明，有機(jī)肥有利于增加土壤微團(tuán)聚體的團(tuán)聚度，使不同粒級(jí)團(tuán)聚體的比例更趨合理，進(jìn)而提高土壤的水肥調(diào)控能力和肥力水平。
土壤酸化已經(jīng)成為制約土壤生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵因子和影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的難題。而有機(jī)肥在改良土壤酸化方面起到積極的作用。土壤中NH4+硝化、硝酸鹽淋溶以及作物對(duì)陰陽離子吸收的不均衡是加速土壤酸化的重要因素(Julianeetal.，2000)。有機(jī)肥在分解過程中產(chǎn)生的腐殖酸是含有許多酸性功能團(tuán)的弱酸，可通過酸基解離和胺基質(zhì)子化提高土壤的酸堿緩沖性。很多研究報(bào)道，牛糞、雞糞、農(nóng)家肥、農(nóng)作物秸稈均可提高土壤pH(Singhetal.，2010;Chaiyaratetal.，2011)。張永春等(2010)通過26年的肥料定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單施尿素降低了土壤pH和酸堿緩沖容量，而增施有機(jī)肥處理雖然也降低了土壤pH，但土壤酸堿緩沖容量保持穩(wěn)定甚至提升。Butleretal.(2006)研究發(fā)現(xiàn)田間牛糞堆肥施用量從11.2t·hm-2到179.2t·hm-2，土壤pH平均增加了0.5個(gè)單位。另外，由于土壤酸化往往伴隨著鹽基離子的耗竭與養(yǎng)分的淋失，而施用有機(jī)肥能加強(qiáng)土壤保水保肥的能力，減少土壤養(yǎng)分的淋失，有效緩解土壤和地下水的酸化程度(謝紅梅等，2006;Jongtae，2010)。
有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響
研究表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可以增加土壤供肥容量，加快腐殖酸對(duì)土壤養(yǎng)分的活化速度，提高土壤養(yǎng)分含量，保持速效養(yǎng)分供應(yīng)平衡，改良和培肥地力效果明顯(Huangetal.，2010)。
唐繼偉等(2006)近20年的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等施肥情況下，有機(jī)肥在增加土壤營(yíng)養(yǎng)、改善土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量等方面具有極其顯著的作用。
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分,對(duì)養(yǎng)分供給和防止養(yǎng)分淋失有重要作用。有機(jī)肥的施用將大量的有機(jī)質(zhì)帶入土壤，有機(jī)質(zhì)的分解會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，通過酸溶作用可促進(jìn)礦物的風(fēng)化和養(yǎng)分釋放，通過絡(luò)合(螯合)作用可增加礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性。有機(jī)肥還會(huì)增加土壤活性炭和活性氮組分，增強(qiáng)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物和酶的活性，從而提高土壤有效養(yǎng)分(張亞麗等，2002;Lazcanoetal.，2013)。Yangetal.(2012)通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)證實(shí)，單施化肥、有機(jī)肥或有機(jī)-無機(jī)肥配施均能顯著提高土壤全氮量，且隨著有機(jī)肥投入比例的增加，土壤全氮呈增加的趨勢(shì)。Hartletal.(2003)通過5年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用堆肥的土壤速效鉀含量比不施堆肥平均增加26%。
盧志紅等(2009)則研究表明，有機(jī)-無機(jī)肥配施的土壤中活性較高的有機(jī)磷組分(活性和中度活性有機(jī)磷)均高于無肥處理和單施化肥處理，有利于土壤有效磷的穩(wěn)定供給。磷肥施入土壤后極易被吸附形成難溶性磷酸鹽，從而影響磷的釋放。增施有機(jī)肥可使有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化，并且通過腐殖質(zhì)包裹Fe、Al、Ca等的氧化物而降低對(duì)磷的吸附，提高磷素的有效性(楊麗娟等,2009)。另外，有機(jī)質(zhì)對(duì)速效養(yǎng)分的吸附可減少速效養(yǎng)分的流失，因此有機(jī)-無機(jī)肥配施既可保證足量的速效養(yǎng)分，又減少了養(yǎng)分流失，提高了肥料利用率。
不同的有機(jī)-無機(jī)肥配比會(huì)產(chǎn)生不同的效果，學(xué)者普遍認(rèn)為，有機(jī)肥以占50%左右的比例為好，高產(chǎn)田可以低一些，化肥與有機(jī)肥的比例約為3∶2，低產(chǎn)田則應(yīng)高一些，化肥與有機(jī)肥的比例約為2∶3(黃鴻翔等，2006)。
有機(jī)肥不僅含有作物生長(zhǎng)所需的N、P、K等大量元素,又含有S、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、B等微量元素。有機(jī)肥輸入農(nóng)田的微量元素遠(yuǎn)高于化肥，且有效含量遠(yuǎn)高于土壤，有機(jī)肥承擔(dān)了農(nóng)田中絕大部分微量元素的補(bǔ)給，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的土壤一般不缺乏微量元素(王激清等，2005;朱先進(jìn)等，2010)。有機(jī)肥對(duì)土壤微量元素的影響與有機(jī)肥的種類有關(guān)。王飛等(2012)通過26年的定位試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)單施化肥降低了土壤有效態(tài)B、Fe、Zn、Cu的含量，而化肥配施牛糞或作物秸稈緩解了微量元素的下降趨勢(shì)，尤其配施牛糞處理顯著提高有效態(tài)Zn、B、Mn含量。Abu-Zahraetal.(2010)研究表明，施用羊糞對(duì)土壤Fe、Mn含量提升最大，而牛糞對(duì)增加土壤Zn、Cu含量效果最明顯。有機(jī)肥還可通過改變土壤的理化性狀來影響土壤微量元素的有效性，比如pH、其它元素、有機(jī)質(zhì)等(Lietal.，2007)。
有機(jī)肥對(duì)土壤微生物特性的影響
研究表明，有機(jī)肥不僅直接增加土壤有效養(yǎng)分和改善土壤理化性質(zhì)，還對(duì)土壤的生物和生物化學(xué)特性有明顯的影響，且土壤生物和生物化學(xué)特性對(duì)土壤環(huán)境變化和施肥管理的響應(yīng)更敏感更迅速(Govietal.，1992;Dineshetal.，2010)。
土壤微生物在有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)過程中有重要作用，土壤微生物數(shù)量和活性是反映土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)(Gil-Sotresetal.，2005)。有機(jī)肥為土壤微生物的活動(dòng)提供所需的碳源、氮源和能量，并改善土壤微生態(tài)環(huán)境的理化性狀，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，增加微生物數(shù)量和活性，優(yōu)化土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能(陳芝蘭等，2005;Timoetal.，2006)。有學(xué)者將土壤微生物群落的變化歸因于長(zhǎng)期施用的有機(jī)肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力，而有機(jī)質(zhì)則被認(rèn)為是影響土壤微生物動(dòng)態(tài)的主要因素(Diaconoetal.，2010)。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分化肥能明顯增加棉田土壤細(xì)菌、放線菌和假單胞桿菌數(shù)量，但抑制了真菌的生長(zhǎng)，改變了土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成(陶磊等，2014)。葉俊等(2012)研究表明，有機(jī)肥能顯著增加土壤細(xì)菌群落多樣性，而土壤pH是其關(guān)鍵因子。此外，有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量C、N的礦化和土壤呼吸也有積極的促進(jìn)作用，而且跟土壤有機(jī)質(zhì)水平呈極顯著正相關(guān)(Dineshetal.，2010;馬曉霞等，2012;臧逸飛等，2015)。
土壤酶是一類具有生物化學(xué)催化性質(zhì)的特殊物質(zhì)，它參與了土壤中許多重要的生物化學(xué)過程。土壤酶是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，也是土壤有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要因素。土壤酶與土壤微生物關(guān)系密切，影響土壤微生物的因素必然影響土壤酶活性。
施用有機(jī)肥的同時(shí)把大量的微生物和酶帶入土壤，且提高了土壤有機(jī)質(zhì)和微生物量C、N含量，為土壤微生物提供大量的養(yǎng)分和酶促基質(zhì)，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，提高了酶活性(Bolanetal.，2003;林瑞余等，2007)。另外，土壤酶絕大多數(shù)為吸附態(tài)，以物理和化學(xué)的形式吸附在土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)顆粒上，或與腐殖物質(zhì)絡(luò)合共存。有機(jī)肥的施用增加了土壤中有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)含量，為土壤酶提供了豐富的結(jié)合位點(diǎn)或保護(hù)性位點(diǎn)，有利于土壤酶活性的提高(Martensetal.，1991;Pascualetal.，1999)。關(guān)于這一點(diǎn)眾多研究均得出類似的結(jié)果,例如，馬寧寧等(2010)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的處理中土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶和中性磷酸酶活性均顯著高于化肥處理;王飛等(2011)研究發(fā)現(xiàn)與化肥等養(yǎng)分配施條件下，有機(jī)肥處理的土壤脲酶活性提高6.2%~22.1%，磷酸酶活性提高7.9%~27.9%，過氧化氫酶活性提高45.1%~65.2%。
有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬的影響
20世紀(jì)以來，許多國(guó)家相繼出現(xiàn)了農(nóng)田土壤重金屬累積和超標(biāo)問題，給作物生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，并通過食物鏈威脅人體健康(Chojnachaetal.，2005)。重金屬在土壤中的含量超過背景值，過量沉積就會(huì)造成土壤重金屬污染，近年來土壤重金屬污染問題越來越嚴(yán)重。
有機(jī)肥作為農(nóng)田養(yǎng)分輸入的優(yōu)質(zhì)肥源，除了為作物提供生長(zhǎng)必須的大量和微量元素外，也含有不同程度的重金屬元素，特別是以畜禽糞便為原料的有機(jī)肥，施用時(shí)必然增加土壤重金屬含量和作物吸收積累重金屬的風(fēng)險(xiǎn)(Ociepaetal.，2008;Gossetal.，2013)(表2)。
劉榮樂等(2005)對(duì)全國(guó)14個(gè)省(市)進(jìn)行不同有機(jī)肥取樣測(cè)定，發(fā)現(xiàn)污泥和豬糞中的重金屬含量高于其他來源的有機(jī)廢棄物，其中污泥中Cr、Pb、Ni、Hg的平均含量較高，豬糞中Zn、Cu、Cd、As的平均含量較高，而雞糞中普遍含有較高的Cr含量。李本銀等(2010)研究發(fā)現(xiàn)施用農(nóng)作物秸稈、綠肥和豬糞均明顯提高了土壤Cu、Zn、Cd的總量和有效態(tài)含量，其中施用豬糞的影響最顯著。王開峰等(2008)通過稻田長(zhǎng)期定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥加大了稻田土壤受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，中、高量有機(jī)肥處理明顯提高了Zn、Cu、Cd和Pb全量,有效態(tài)含量及活化率。類似的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著年限的增長(zhǎng)，施用化肥和有機(jī)肥的土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的含量均呈增加的趨勢(shì)，且以單施有機(jī)肥和有機(jī)肥-化肥配施的影響最為明顯(劉赫等，2009)。
重金屬總量是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度的常用指標(biāo),然而重金屬有效性主要與其化學(xué)形態(tài)有關(guān)(Tandyetal.，2009)。有機(jī)肥是影響土壤中重金屬化學(xué)行為的一類最重要的有機(jī)物質(zhì),可通過改變pH、Eh、有機(jī)質(zhì)等影響土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)(Sims,1986;Singhetal.，1988)。
但是施用有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬有效性的認(rèn)識(shí)觀點(diǎn)不一。
一方面,施用有機(jī)肥料具有提高土壤重金屬有效性的作用，因?yàn)橛袡C(jī)肥本身攜帶的重金屬的生物有效性較強(qiáng)，且有機(jī)物腐解過程中釋放的有機(jī)酸對(duì)土壤強(qiáng)結(jié)合態(tài)重金屬具有活化效應(yīng)，從而增加重金屬的有效性(高明等，2000);
另一方面，有機(jī)質(zhì)具有大量的官能團(tuán)，對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力(Tianetal.，2012)，腐殖質(zhì)分解產(chǎn)生的腐植酸可與重金屬離子形成絡(luò)(螯)合物，固定重金屬，降低重金屬的有效性，減輕對(duì)作物的毒害(Udovicetal.，2012)。華珞等(2002)研究表明，腐植酸中的胡敏酸、胡敏素與金屬離子形成的絡(luò)合物是不易溶的，能顯著抑制植物吸收土壤中的重金屬元素，而富里酸與金屬離子之比大于2時(shí)，有利于形成水溶性的絡(luò)合物，小于2時(shí)易形成難溶性絡(luò)合物。
所以施用有機(jī)肥是否會(huì)促進(jìn)植物吸收土壤中的重金屬取決于以上兩方面。
另外,有機(jī)肥影響土壤重金屬有效性還與有機(jī)肥種類和土壤類型有關(guān)，對(duì)于重金屬污染的土壤，有機(jī)肥的長(zhǎng)期施用會(huì)使土壤中重金屬與有機(jī)質(zhì)發(fā)生絡(luò)合并積累在土壤表層，降低重金屬有效性，減少作物對(duì)重金屬的吸收。劉秀珍等(2014)研究不同有機(jī)肥對(duì)鎘污染土壤鎘形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥促進(jìn)了土壤中的鎘由可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)轉(zhuǎn)化，即由生物有效性向非生物有效性轉(zhuǎn)化。
有機(jī)肥對(duì)土壤溫室氣體的影響
土壤溫室氣體主要包括CO2、CH4、N2O等，對(duì)全球氣候變暖有重要影響。農(nóng)田是主要的溫室氣體排放源之一,農(nóng)田溫室氣體的排放不僅受溫度、降水、光照和土壤質(zhì)地等自然因素的影響，也受施肥等農(nóng)田管理措施的影響，研究施肥對(duì)土壤溫室氣體的影響是近年來的熱點(diǎn)。
盡管有機(jī)肥在提高土壤肥力和維持土壤健康方面有積極的作用，但是相對(duì)化肥而言卻對(duì)土壤溫室氣體的排放有促進(jìn)的趨勢(shì)。
CO2是最重要的溫室氣體，土壤CO2排放通量受土壤物理、化學(xué)和生物過程的影響，與土壤碳含量、氮含量、陽離子交換能力等有關(guān)(Laetal.，2000)。眾多研究表明，有機(jī)肥及有機(jī)-無機(jī)肥配施能顯著增加CO2的排放(Iqbaletal.,2009;張蛟蛟等，2013)。首先，有機(jī)肥的施用增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高了土壤水溶性有機(jī)碳和熱水溶性有機(jī)碳的含量，促進(jìn)CO2的產(chǎn)生，且活性有機(jī)碳的礦化分解也會(huì)增加土壤CO2的排放量(Meijideetal.，2010)，其次，有機(jī)肥的施用能增加土壤總孔隙度，促進(jìn)土壤中CO2的擴(kuò)散和釋放。此外，有機(jī)肥增加了土壤微生物數(shù)量和活性，土壤呼吸加強(qiáng)，進(jìn)而影響地表CO2通量(張慶忠等，2005)。
CH4的產(chǎn)生和排放是嚴(yán)格厭氧條件下產(chǎn)甲烷菌作用的結(jié)果，充足的產(chǎn)甲烷基質(zhì)和適宜的產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)環(huán)境是CH4產(chǎn)生的先決條件(Blairetal.，1995)。CH4主要由水田排放，水田施用有機(jī)肥不僅直接增加土壤的碳匯，而且改變了土壤中供產(chǎn)甲烷菌利用的碳源和氮源的有效性，使其更容易被產(chǎn)甲烷菌利用。產(chǎn)甲烷菌活性與土壤溫度、pH等環(huán)境條件密切相關(guān)，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌適宜生活在中性或弱堿性的環(huán)境中，最適溫度為35~37°C。施用有機(jī)肥可改善土壤的熱特性，使其吸收更多的輻射能，提高土壤溫度;對(duì)于酸性土壤還可提高土壤pH，為產(chǎn)甲烷菌提供了有利的生長(zhǎng)條件，促使其產(chǎn)生更多的CH4(Parasharetal.，1993;李海防等，2007)。另外，CH4在好氧條件下容易被氧化菌氧化而減少土壤中CH4的排放。有機(jī)質(zhì)的分解會(huì)降低土壤氧化還原電位(Eh)，從而導(dǎo)致CH4的排放量增加(Blairetal.,1995)。研究發(fā)現(xiàn)，施用作物秸稈、畜禽糞便、堆肥、沼渣等各種有機(jī)肥均能增加稻田的CH排放量，且不同有機(jī)肥對(duì)CH4的影響不同，施用秸稈處理的CH排放量顯著高于其它有機(jī)肥(秦曉波4等，2006;霍蓮杰等，2013)。
N2O的增溫效應(yīng)是CO2的296~310倍，且能在大氣中滯留較長(zhǎng)時(shí)間，參與大氣中許多光化學(xué)反應(yīng)，破壞臭氧層(Ravishankaraetal.，2009)。土壤微生物參與下的硝化與反硝化過程是生成N2O的主要途徑(Eghballetal.，1997)。研究表明，土壤N2O的生成與排放受反應(yīng)底物碳和氮的雙重影響，當(dāng)有機(jī)肥料等碳量施用時(shí)，N2O的排放主要受外源氮供應(yīng)水平的制約，而當(dāng)有機(jī)肥料等氮量施用時(shí)，N2O排放主要受外源碳供應(yīng)水平的制約(Chadwicketal.，2000)。因此有機(jī)肥不僅提供微生物活動(dòng)所需能量，還可通過改變土壤C/N來影響微生物活動(dòng)，進(jìn)而影響硝化、反硝化反應(yīng)產(chǎn)物N2O的生成與排放。通常土壤微生物適宜的C/N為(25~30)/1，如果C/N大于(25~30)/1，則有機(jī)質(zhì)分解變慢，微生物活性減弱，N2O排放受到抑制;反之，則促進(jìn)N2O的排放(徐榮，2006)。
由此可見，不同種類有機(jī)肥對(duì)土壤N2O的影響存在差異。例如，董玉紅等(2007)研究發(fā)現(xiàn)，在等氮量投入下，小麥秸稈還田的土壤N2O排放通量大于單施化肥處理。郝小雨等(2012)研究則表明，相比化肥，秸稈和豬糞肥的施用均顯著降低了N2O的排放。目前，有機(jī)肥施用對(duì)土壤N2O排放的影響尚未得出統(tǒng)一的結(jié)論，其影響機(jī)理需進(jìn)一步深入研究。
結(jié)論與展望
綜上所述有機(jī)肥在改善土壤理化性狀、維持土壤養(yǎng)分平衡和提高土壤微生物活性等方面具有化肥不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是有機(jī)肥(主要來源于畜禽糞便)的施用存在增加土壤重金屬含量和作物吸收累積重金屬的風(fēng)險(xiǎn)，而且會(huì)增加土壤溫室氣體(CO2、CH4等)的排放，加重溫室效應(yīng)。因此，建議農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)肥的管理，嚴(yán)格規(guī)范有機(jī)肥的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥(低重金屬和持久性污染物含量)，并且建立有機(jī)肥施用的配套技術(shù)，改革施肥方式，適時(shí)適地施肥，有機(jī)與無機(jī)相結(jié)合，盡量降低有機(jī)肥施用帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
現(xiàn)階段，有機(jī)肥資源呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是不能盲目追求“有機(jī)”，更不能過量施用有機(jī)肥，正視有機(jī)肥和化肥的優(yōu)缺點(diǎn)，遵循農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展原則，特別是在以化肥為主體的背景下，建立對(duì)有機(jī)肥的新認(rèn)識(shí)、新觀念。有機(jī)肥的“好”與“壞”!
研究表明，有機(jī)肥含有豐富的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤肥力水平、土壤重金屬有效性和溫室氣體排放均有至關(guān)重要的作用。有機(jī)肥能顯著改善土壤物理性狀，緩解土壤酸化，增加土壤有效養(yǎng)分，維持土壤養(yǎng)分平衡，提高土壤生物和生物化學(xué)特性，優(yōu)化土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成;
有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面、肥效長(zhǎng)，能改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，改良土壤，維持地力，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)(Zhangetal.，2009;徐明崗等，2008)。
另外，有機(jī)肥在物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境保護(hù)上有重要作用，施用有機(jī)肥符合有機(jī)農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求。
但是近年來有機(jī)肥在原料和生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，使其對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響。
奚振邦等(2004)指出，畜禽糞便等多數(shù)有機(jī)肥所含的有害物質(zhì)普遍高于化肥，包括重金屬、添加劑殘余，甚至微生物病原體等。
有研究報(bào)道，現(xiàn)在畜禽飼料中通常含有大量重金屬，因此以畜禽糞便為主要原料的有機(jī)肥重金屬含量經(jīng)常超標(biāo)(劉赫等，2009)。
此外，有機(jī)肥施入土壤中，可能產(chǎn)生更多的溫室氣體，加重溫室效應(yīng)。大量施用有機(jī)肥，超過土壤本身自凈能力，其二次污染將是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又一個(gè)難題。
因此,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡量降低有機(jī)肥施用所帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
重點(diǎn)
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為施加有機(jī)肥會(huì)提高土壤肥力，但是有機(jī)肥種類繁多，所含成分復(fù)雜，在土壤中變化的歷程較長(zhǎng)，對(duì)土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量造成不確定的影響。
那么如何加強(qiáng)有機(jī)肥的管理?
選擇安全優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥(重金屬和持久性污染物含量低)，建立有機(jī)肥施用的配套技術(shù)，改革施肥方式，適時(shí)適地施肥，有機(jī)與無機(jī)相結(jié)合.....
本文概括了國(guó)內(nèi)外有機(jī)肥施用對(duì)農(nóng)田土壤物理性狀、養(yǎng)分狀況、土壤微生物、土壤重金屬和溫室氣體的影響(表1)，重點(diǎn)探討有機(jī)肥影響土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量的機(jī)理和與化肥的對(duì)比效果，以便正確認(rèn)識(shí)有機(jī)肥的優(yōu)缺點(diǎn)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥的合理施用提供參考依據(jù)。
以下為文章主體內(nèi)容
有機(jī)肥對(duì)土壤物理性狀的影響
施有機(jī)肥對(duì)土壤物理性狀的改善有顯著的作用,但它是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。
有機(jī)肥施入土壤后首先進(jìn)行的是礦質(zhì)化，將有機(jī)物徹底分解為CO2、H2O和礦物質(zhì)養(yǎng)分(N、P、K、Ca等)，至一定時(shí)間后，如物料、水、熱等條件適宜，腐殖化過程逐漸發(fā)展，產(chǎn)生能改善土壤理化性狀的腐殖物質(zhì)(腐殖質(zhì)、腐殖酸、胡敏酸等)，從而增強(qiáng)土壤保水保肥的能力，提高土壤養(yǎng)分和水分的有效性(奚振邦等，2004;韓秉進(jìn)等，2004;樓濤等，2014)。劉光榮等(2009)3年的大田試驗(yàn)研究表明，腐熟豬糞和粉碎秸稈均可降低旱地耕層土壤容重，增加總孔隙度和物理性粘粒含量。鄧超等(2013)研究發(fā)現(xiàn),施用有機(jī)肥增加了土壤的大、中孔隙度，有機(jī)肥處理的大、中孔隙度分別是化肥處理和不施肥處理的1.45~1.68和1.22~1.43倍。另外，有機(jī)肥的施用提高了植煙土壤的pH、EC、CEC(李軍營(yíng)等，2012)。
土壤團(tuán)聚體是由膠體和土壤原生顆粒凝聚、膠結(jié)而成，不同粒級(jí)團(tuán)聚體的數(shù)量和空間排列方式?jīng)Q定了土壤孔隙的分布和連續(xù)性，進(jìn)而決定了土壤的水力性質(zhì)，影響土壤的通氣性、透水性、蓄水性和耕性(Dexter，1988;Bronicketal.，2005;彭新華等，2003)。
研究表明,施有機(jī)肥有利于大團(tuán)聚體的形成和保持(Whalenetal.，2003;毛霞麗等，2015)。有機(jī)質(zhì)是土壤團(tuán)聚體的主要膠結(jié)劑，施有機(jī)肥除了可直接增加有機(jī)質(zhì)外，其殘?bào)w分解能激發(fā)微生物活性，形成真菌和糖，這些物質(zhì)也可以膠結(jié)土壤顆粒形成大團(tuán)聚體(Mikhaetal.，2004)。
高飛等(2010)通過連續(xù)3年的田間試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥不同施用量均可顯著增加土壤中大團(tuán)聚體的比例，改良土壤中團(tuán)聚體的結(jié)構(gòu)，適宜的施肥量在60t·hm-2左右。龔偉等(2011)研究表明，有機(jī)肥有利于增加土壤微團(tuán)聚體的團(tuán)聚度，使不同粒級(jí)團(tuán)聚體的比例更趨合理，進(jìn)而提高土壤的水肥調(diào)控能力和肥力水平。
土壤酸化已經(jīng)成為制約土壤生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵因子和影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的難題。而有機(jī)肥在改良土壤酸化方面起到積極的作用。土壤中NH4+硝化、硝酸鹽淋溶以及作物對(duì)陰陽離子吸收的不均衡是加速土壤酸化的重要因素(Julianeetal.，2000)。有機(jī)肥在分解過程中產(chǎn)生的腐殖酸是含有許多酸性功能團(tuán)的弱酸，可通過酸基解離和胺基質(zhì)子化提高土壤的酸堿緩沖性。很多研究報(bào)道，牛糞、雞糞、農(nóng)家肥、農(nóng)作物秸稈均可提高土壤pH(Singhetal.，2010;Chaiyaratetal.，2011)。張永春等(2010)通過26年的肥料定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)單施尿素降低了土壤pH和酸堿緩沖容量，而增施有機(jī)肥處理雖然也降低了土壤pH，但土壤酸堿緩沖容量保持穩(wěn)定甚至提升。Butleretal.(2006)研究發(fā)現(xiàn)田間牛糞堆肥施用量從11.2t·hm-2到179.2t·hm-2，土壤pH平均增加了0.5個(gè)單位。另外，由于土壤酸化往往伴隨著鹽基離子的耗竭與養(yǎng)分的淋失，而施用有機(jī)肥能加強(qiáng)土壤保水保肥的能力，減少土壤養(yǎng)分的淋失，有效緩解土壤和地下水的酸化程度(謝紅梅等，2006;Jongtae，2010)。
有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響
研究表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可以增加土壤供肥容量，加快腐殖酸對(duì)土壤養(yǎng)分的活化速度，提高土壤養(yǎng)分含量，保持速效養(yǎng)分供應(yīng)平衡，改良和培肥地力效果明顯(Huangetal.，2010)。
唐繼偉等(2006)近20年的定位試驗(yàn)結(jié)果表明，在同等施肥情況下，有機(jī)肥在增加土壤營(yíng)養(yǎng)、改善土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量等方面具有極其顯著的作用。
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤固相部分的重要組成成分,對(duì)養(yǎng)分供給和防止養(yǎng)分淋失有重要作用。有機(jī)肥的施用將大量的有機(jī)質(zhì)帶入土壤，有機(jī)質(zhì)的分解會(huì)產(chǎn)生有機(jī)酸，通過酸溶作用可促進(jìn)礦物的風(fēng)化和養(yǎng)分釋放，通過絡(luò)合(螯合)作用可增加礦質(zhì)養(yǎng)分的有效性。有機(jī)肥還會(huì)增加土壤活性炭和活性氮組分，增強(qiáng)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化有關(guān)的微生物和酶的活性，從而提高土壤有效養(yǎng)分(張亞麗等，2002;Lazcanoetal.，2013)。Yangetal.(2012)通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)證實(shí)，單施化肥、有機(jī)肥或有機(jī)-無機(jī)肥配施均能顯著提高土壤全氮量，且隨著有機(jī)肥投入比例的增加，土壤全氮呈增加的趨勢(shì)。Hartletal.(2003)通過5年的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用堆肥的土壤速效鉀含量比不施堆肥平均增加26%。
盧志紅等(2009)則研究表明，有機(jī)-無機(jī)肥配施的土壤中活性較高的有機(jī)磷組分(活性和中度活性有機(jī)磷)均高于無肥處理和單施化肥處理，有利于土壤有效磷的穩(wěn)定供給。磷肥施入土壤后極易被吸附形成難溶性磷酸鹽，從而影響磷的釋放。增施有機(jī)肥可使有機(jī)磷向無機(jī)磷轉(zhuǎn)化，并且通過腐殖質(zhì)包裹Fe、Al、Ca等的氧化物而降低對(duì)磷的吸附，提高磷素的有效性(楊麗娟等,2009)。另外，有機(jī)質(zhì)對(duì)速效養(yǎng)分的吸附可減少速效養(yǎng)分的流失，因此有機(jī)-無機(jī)肥配施既可保證足量的速效養(yǎng)分，又減少了養(yǎng)分流失，提高了肥料利用率。
不同的有機(jī)-無機(jī)肥配比會(huì)產(chǎn)生不同的效果，學(xué)者普遍認(rèn)為，有機(jī)肥以占50%左右的比例為好，高產(chǎn)田可以低一些，化肥與有機(jī)肥的比例約為3∶2，低產(chǎn)田則應(yīng)高一些，化肥與有機(jī)肥的比例約為2∶3(黃鴻翔等，2006)。
有機(jī)肥不僅含有作物生長(zhǎng)所需的N、P、K等大量元素,又含有S、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、B等微量元素。有機(jī)肥輸入農(nóng)田的微量元素遠(yuǎn)高于化肥，且有效含量遠(yuǎn)高于土壤，有機(jī)肥承擔(dān)了農(nóng)田中絕大部分微量元素的補(bǔ)給，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的土壤一般不缺乏微量元素(王激清等，2005;朱先進(jìn)等，2010)。有機(jī)肥對(duì)土壤微量元素的影響與有機(jī)肥的種類有關(guān)。王飛等(2012)通過26年的定位試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)單施化肥降低了土壤有效態(tài)B、Fe、Zn、Cu的含量，而化肥配施牛糞或作物秸稈緩解了微量元素的下降趨勢(shì)，尤其配施牛糞處理顯著提高有效態(tài)Zn、B、Mn含量。Abu-Zahraetal.(2010)研究表明，施用羊糞對(duì)土壤Fe、Mn含量提升最大，而牛糞對(duì)增加土壤Zn、Cu含量效果最明顯。有機(jī)肥還可通過改變土壤的理化性狀來影響土壤微量元素的有效性，比如pH、其它元素、有機(jī)質(zhì)等(Lietal.，2007)。
有機(jī)肥對(duì)土壤微生物特性的影響
研究表明，有機(jī)肥不僅直接增加土壤有效養(yǎng)分和改善土壤理化性質(zhì)，還對(duì)土壤的生物和生物化學(xué)特性有明顯的影響，且土壤生物和生物化學(xué)特性對(duì)土壤環(huán)境變化和施肥管理的響應(yīng)更敏感更迅速(Govietal.，1992;Dineshetal.，2010)。
土壤微生物在有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)過程中有重要作用，土壤微生物數(shù)量和活性是反映土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)(Gil-Sotresetal.，2005)。有機(jī)肥為土壤微生物的活動(dòng)提供所需的碳源、氮源和能量，并改善土壤微生態(tài)環(huán)境的理化性狀，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)和繁殖，增加微生物數(shù)量和活性，優(yōu)化土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能(陳芝蘭等，2005;Timoetal.，2006)。有學(xué)者將土壤微生物群落的變化歸因于長(zhǎng)期施用的有機(jī)肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力，而有機(jī)質(zhì)則被認(rèn)為是影響土壤微生物動(dòng)態(tài)的主要因素(Diaconoetal.，2010)。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥替代部分化肥能明顯增加棉田土壤細(xì)菌、放線菌和假單胞桿菌數(shù)量，但抑制了真菌的生長(zhǎng)，改變了土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成(陶磊等，2014)。葉俊等(2012)研究表明，有機(jī)肥能顯著增加土壤細(xì)菌群落多樣性，而土壤pH是其關(guān)鍵因子。此外，有機(jī)肥對(duì)土壤微生物量C、N的礦化和土壤呼吸也有積極的促進(jìn)作用，而且跟土壤有機(jī)質(zhì)水平呈極顯著正相關(guān)(Dineshetal.，2010;馬曉霞等，2012;臧逸飛等，2015)。
土壤酶是一類具有生物化學(xué)催化性質(zhì)的特殊物質(zhì)，它參與了土壤中許多重要的生物化學(xué)過程。土壤酶是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，也是土壤有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的重要因素。土壤酶與土壤微生物關(guān)系密切，影響土壤微生物的因素必然影響土壤酶活性。
施用有機(jī)肥的同時(shí)把大量的微生物和酶帶入土壤，且提高了土壤有機(jī)質(zhì)和微生物量C、N含量，為土壤微生物提供大量的養(yǎng)分和酶促基質(zhì)，促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，提高了酶活性(Bolanetal.，2003;林瑞余等，2007)。另外，土壤酶絕大多數(shù)為吸附態(tài)，以物理和化學(xué)的形式吸附在土壤有機(jī)質(zhì)和礦質(zhì)顆粒上，或與腐殖物質(zhì)絡(luò)合共存。有機(jī)肥的施用增加了土壤中有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)含量，為土壤酶提供了豐富的結(jié)合位點(diǎn)或保護(hù)性位點(diǎn)，有利于土壤酶活性的提高(Martensetal.，1991;Pascualetal.，1999)。關(guān)于這一點(diǎn)眾多研究均得出類似的結(jié)果,例如，馬寧寧等(2010)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥的處理中土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶和中性磷酸酶活性均顯著高于化肥處理;王飛等(2011)研究發(fā)現(xiàn)與化肥等養(yǎng)分配施條件下，有機(jī)肥處理的土壤脲酶活性提高6.2%~22.1%，磷酸酶活性提高7.9%~27.9%，過氧化氫酶活性提高45.1%~65.2%。
有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬的影響
20世紀(jì)以來，許多國(guó)家相繼出現(xiàn)了農(nóng)田土壤重金屬累積和超標(biāo)問題，給作物生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，并通過食物鏈威脅人體健康(Chojnachaetal.，2005)。重金屬在土壤中的含量超過背景值，過量沉積就會(huì)造成土壤重金屬污染，近年來土壤重金屬污染問題越來越嚴(yán)重。
有機(jī)肥作為農(nóng)田養(yǎng)分輸入的優(yōu)質(zhì)肥源，除了為作物提供生長(zhǎng)必須的大量和微量元素外，也含有不同程度的重金屬元素，特別是以畜禽糞便為原料的有機(jī)肥，施用時(shí)必然增加土壤重金屬含量和作物吸收積累重金屬的風(fēng)險(xiǎn)(Ociepaetal.，2008;Gossetal.，2013)(表2)。
劉榮樂等(2005)對(duì)全國(guó)14個(gè)省(市)進(jìn)行不同有機(jī)肥取樣測(cè)定，發(fā)現(xiàn)污泥和豬糞中的重金屬含量高于其他來源的有機(jī)廢棄物，其中污泥中Cr、Pb、Ni、Hg的平均含量較高，豬糞中Zn、Cu、Cd、As的平均含量較高，而雞糞中普遍含有較高的Cr含量。李本銀等(2010)研究發(fā)現(xiàn)施用農(nóng)作物秸稈、綠肥和豬糞均明顯提高了土壤Cu、Zn、Cd的總量和有效態(tài)含量，其中施用豬糞的影響最顯著。王開峰等(2008)通過稻田長(zhǎng)期定位試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期施用有機(jī)肥加大了稻田土壤受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)，中、高量有機(jī)肥處理明顯提高了Zn、Cu、Cd和Pb全量,有效態(tài)含量及活化率。類似的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著年限的增長(zhǎng)，施用化肥和有機(jī)肥的土壤中Cu、Zn、Pb、Cd的含量均呈增加的趨勢(shì)，且以單施有機(jī)肥和有機(jī)肥-化肥配施的影響最為明顯(劉赫等，2009)。
重金屬總量是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染程度的常用指標(biāo),然而重金屬有效性主要與其化學(xué)形態(tài)有關(guān)(Tandyetal.，2009)。有機(jī)肥是影響土壤中重金屬化學(xué)行為的一類最重要的有機(jī)物質(zhì),可通過改變pH、Eh、有機(jī)質(zhì)等影響土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)(Sims,1986;Singhetal.，1988)。
但是施用有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬有效性的認(rèn)識(shí)觀點(diǎn)不一。
一方面,施用有機(jī)肥料具有提高土壤重金屬有效性的作用，因?yàn)橛袡C(jī)肥本身攜帶的重金屬的生物有效性較強(qiáng)，且有機(jī)物腐解過程中釋放的有機(jī)酸對(duì)土壤強(qiáng)結(jié)合態(tài)重金屬具有活化效應(yīng)，從而增加重金屬的有效性(高明等，2000);
另一方面，有機(jī)質(zhì)具有大量的官能團(tuán)，對(duì)重金屬離子有很強(qiáng)的吸附能力(Tianetal.，2012)，腐殖質(zhì)分解產(chǎn)生的腐植酸可與重金屬離子形成絡(luò)(螯)合物，固定重金屬，降低重金屬的有效性，減輕對(duì)作物的毒害(Udovicetal.，2012)。華珞等(2002)研究表明，腐植酸中的胡敏酸、胡敏素與金屬離子形成的絡(luò)合物是不易溶的，能顯著抑制植物吸收土壤中的重金屬元素，而富里酸與金屬離子之比大于2時(shí)，有利于形成水溶性的絡(luò)合物，小于2時(shí)易形成難溶性絡(luò)合物。
所以施用有機(jī)肥是否會(huì)促進(jìn)植物吸收土壤中的重金屬取決于以上兩方面。
另外,有機(jī)肥影響土壤重金屬有效性還與有機(jī)肥種類和土壤類型有關(guān)，對(duì)于重金屬污染的土壤，有機(jī)肥的長(zhǎng)期施用會(huì)使土壤中重金屬與有機(jī)質(zhì)發(fā)生絡(luò)合并積累在土壤表層，降低重金屬有效性，減少作物對(duì)重金屬的吸收。劉秀珍等(2014)研究不同有機(jī)肥對(duì)鎘污染土壤鎘形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥促進(jìn)了土壤中的鎘由可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘留態(tài)轉(zhuǎn)化，即由生物有效性向非生物有效性轉(zhuǎn)化。
有機(jī)肥對(duì)土壤溫室氣體的影響
土壤溫室氣體主要包括CO2、CH4、N2O等，對(duì)全球氣候變暖有重要影響。農(nóng)田是主要的溫室氣體排放源之一,農(nóng)田溫室氣體的排放不僅受溫度、降水、光照和土壤質(zhì)地等自然因素的影響，也受施肥等農(nóng)田管理措施的影響，研究施肥對(duì)土壤溫室氣體的影響是近年來的熱點(diǎn)。
盡管有機(jī)肥在提高土壤肥力和維持土壤健康方面有積極的作用，但是相對(duì)化肥而言卻對(duì)土壤溫室氣體的排放有促進(jìn)的趨勢(shì)。
CO2是最重要的溫室氣體，土壤CO2排放通量受土壤物理、化學(xué)和生物過程的影響，與土壤碳含量、氮含量、陽離子交換能力等有關(guān)(Laetal.，2000)。眾多研究表明，有機(jī)肥及有機(jī)-無機(jī)肥配施能顯著增加CO2的排放(Iqbaletal.,2009;張蛟蛟等，2013)。首先，有機(jī)肥的施用增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高了土壤水溶性有機(jī)碳和熱水溶性有機(jī)碳的含量，促進(jìn)CO2的產(chǎn)生，且活性有機(jī)碳的礦化分解也會(huì)增加土壤CO2的排放量(Meijideetal.，2010)，其次，有機(jī)肥的施用能增加土壤總孔隙度，促進(jìn)土壤中CO2的擴(kuò)散和釋放。此外，有機(jī)肥增加了土壤微生物數(shù)量和活性，土壤呼吸加強(qiáng)，進(jìn)而影響地表CO2通量(張慶忠等，2005)。
CH4的產(chǎn)生和排放是嚴(yán)格厭氧條件下產(chǎn)甲烷菌作用的結(jié)果，充足的產(chǎn)甲烷基質(zhì)和適宜的產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)環(huán)境是CH4產(chǎn)生的先決條件(Blairetal.，1995)。CH4主要由水田排放，水田施用有機(jī)肥不僅直接增加土壤的碳匯，而且改變了土壤中供產(chǎn)甲烷菌利用的碳源和氮源的有效性，使其更容易被產(chǎn)甲烷菌利用。產(chǎn)甲烷菌活性與土壤溫度、pH等環(huán)境條件密切相關(guān)，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌適宜生活在中性或弱堿性的環(huán)境中，最適溫度為35~37°C。施用有機(jī)肥可改善土壤的熱特性，使其吸收更多的輻射能，提高土壤溫度;對(duì)于酸性土壤還可提高土壤pH，為產(chǎn)甲烷菌提供了有利的生長(zhǎng)條件，促使其產(chǎn)生更多的CH4(Parasharetal.，1993;李海防等，2007)。另外，CH4在好氧條件下容易被氧化菌氧化而減少土壤中CH4的排放。有機(jī)質(zhì)的分解會(huì)降低土壤氧化還原電位(Eh)，從而導(dǎo)致CH4的排放量增加(Blairetal.,1995)。研究發(fā)現(xiàn)，施用作物秸稈、畜禽糞便、堆肥、沼渣等各種有機(jī)肥均能增加稻田的CH排放量，且不同有機(jī)肥對(duì)CH4的影響不同，施用秸稈處理的CH排放量顯著高于其它有機(jī)肥(秦曉波4等，2006;霍蓮杰等，2013)。
N2O的增溫效應(yīng)是CO2的296~310倍，且能在大氣中滯留較長(zhǎng)時(shí)間，參與大氣中許多光化學(xué)反應(yīng)，破壞臭氧層(Ravishankaraetal.，2009)。土壤微生物參與下的硝化與反硝化過程是生成N2O的主要途徑(Eghballetal.，1997)。研究表明，土壤N2O的生成與排放受反應(yīng)底物碳和氮的雙重影響，當(dāng)有機(jī)肥料等碳量施用時(shí)，N2O的排放主要受外源氮供應(yīng)水平的制約，而當(dāng)有機(jī)肥料等氮量施用時(shí)，N2O排放主要受外源碳供應(yīng)水平的制約(Chadwicketal.，2000)。因此有機(jī)肥不僅提供微生物活動(dòng)所需能量，還可通過改變土壤C/N來影響微生物活動(dòng)，進(jìn)而影響硝化、反硝化反應(yīng)產(chǎn)物N2O的生成與排放。通常土壤微生物適宜的C/N為(25~30)/1，如果C/N大于(25~30)/1，則有機(jī)質(zhì)分解變慢，微生物活性減弱，N2O排放受到抑制;反之，則促進(jìn)N2O的排放(徐榮，2006)。
由此可見，不同種類有機(jī)肥對(duì)土壤N2O的影響存在差異。例如，董玉紅等(2007)研究發(fā)現(xiàn)，在等氮量投入下，小麥秸稈還田的土壤N2O排放通量大于單施化肥處理。郝小雨等(2012)研究則表明，相比化肥，秸稈和豬糞肥的施用均顯著降低了N2O的排放。目前，有機(jī)肥施用對(duì)土壤N2O排放的影響尚未得出統(tǒng)一的結(jié)論，其影響機(jī)理需進(jìn)一步深入研究。
結(jié)論與展望
綜上所述有機(jī)肥在改善土壤理化性狀、維持土壤養(yǎng)分平衡和提高土壤微生物活性等方面具有化肥不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是有機(jī)肥(主要來源于畜禽糞便)的施用存在增加土壤重金屬含量和作物吸收累積重金屬的風(fēng)險(xiǎn)，而且會(huì)增加土壤溫室氣體(CO2、CH4等)的排放，加重溫室效應(yīng)。因此，建議農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)有機(jī)肥的管理，嚴(yán)格規(guī)范有機(jī)肥的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥(低重金屬和持久性污染物含量)，并且建立有機(jī)肥施用的配套技術(shù)，改革施肥方式，適時(shí)適地施肥，有機(jī)與無機(jī)相結(jié)合，盡量降低有機(jī)肥施用帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
現(xiàn)階段，有機(jī)肥資源呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是不能盲目追求“有機(jī)”，更不能過量施用有機(jī)肥，正視有機(jī)肥和化肥的優(yōu)缺點(diǎn)，遵循農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展原則，特別是在以化肥為主體的背景下，建立對(duì)有機(jī)肥的新認(rèn)識(shí)、新觀念。
