前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇土壤学的概念范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
【关键词】高等教学 土壤学 创新型人材 教学改革
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)04-0221-02
1.引言
土壤学是高等林业院校中生物类(包括林学、植保、园艺、园林等)和资源与环境类(包括资源与环境城乡规划、环境科学、旅游、农林业与资源环境等)等专业的极为重要的专业基础课程。土壤学广泛应用和服务于农林业持续发展、环境生态建设、区域治理、资源利用与环境保护等各项事业,是关系到国计民生的重要基础科学,具有很强的实际应用价值,并对学生后续系列课程的学习有重要的影响。
高等学校是培养人才的重要基地,培养创新人才是新时期对高等教育提出的新要求,也是高校参与国家创新体系建设的最主要方式[1]。实践教学是培养学生实践能力的重要环节,目前通式教育模式的专业培养计划中,实践教学学时数普遍较少,教学过程也不够重视。在新的教学模式下,探索学生实践技能的培养、提高学生动手能力是十分迫切的问题。鉴于此,作者围绕创新型人才培养这一目标,从通式化研究性教学模式、强化专业特色教学体系改革、野外实习与室内实验有效地结合、英文《土壤学》系列教材的筛选以及教学尝试等方面对《土壤学》课程进行了改革尝试, 使本课程的教学更好地服务于生物资源与环境类创新型人才的培养目标。
2.目前《土壤学》教学体系现状与问题
90年代以来,我国提出了培养“宽口径、厚基础、高素质”的人才的通识教育人才培养模式。通识教育人才培养模式特点是扩充学生的知识面,增加了计算机、外语等基础课的学时数,大大缩减了专业和专业基础课的课时数,淡化专业教育,土壤学学时也在压缩之列。以中南林业科技大学林学院土壤学为例,教学学时数从原来120学时紧缩为42学时,野外实习从原来的1周缩短为3天,实验课只占12学时,且在土壤学课程教学内容和教学方式等诸多方面逐渐暴露出一些问题。如教学内容陈旧,对前沿理论和课程的最新发展情况的介绍不多;课程内容过于理论单一化,没有凸现不同专业对土壤学特色知识的应用;缺乏与国际化办学培养人材的教学内容系统,再加上传统的课堂教学方式,一定程度上影响了进一步学习的主动性,抑制了学生的思维能力,成为导致教学质量不高,学生创新能力比较薄弱的一个重要原因。中南林业科技大学林学院土壤学系列课程主要包括《土壤学》、《环境土壤学》、《地质地貌学》、《土地资源学》、《土地整理》等。这些课程主要针对林学、园艺、园林、生态,生物科学、环境科学、资源环境与城乡规划管理、旅游规划等十余个专业开设。这些专业中有几个对土壤学知识的要求有相似之处,而另一些专业则差异较大。在教学学时数大量减少的情况下,如何针对不同专业开展不同教学模式的探索,使学生最大限度地掌握土壤学专业知识和实践技能,高质量完成土壤学教学过程成为急需研究的课题[2]。
3.《土壤学》教学模式和教学方法的改善
社会的发展一日千里,原有的教学模式已经不能适应新的社会人才需求,教学模式的改革势在必行。中南林业科技大学为实现以应用型人才培养为基础、以研究型人才培养为重点,培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高的创新型人才的人才培养定位目标,学校对本科生培养方案进行了多次修改,课程体系日臻完善。目前在农林院校的《土壤学》课程教学别注重知识结构和能力结构的培养, 其知识结构表现为横大于竖,为扁平式“T” 字形;在能力结构上更注重实践应用能力、综合性能力的培养[3]。为了使培养的学生符合当今农林业、园林及环境部门对人才的要求,尝试建立了与时俱进的较为完善的实践教学体系, 极大地提高了学生的学习积极性和主动性, 改变了学生学习该课程的态度, 提高了学生的科学研究能力、运用知识的能力和创新能力[4-5]。我校基于土壤学课程教学过程中存在的问题,以培养创新型人材的教学理念为指导,从以下几个方面对《土壤学》课程教学进行了改革尝试:
3.1建立林学、园艺、生态、生物科学专业土壤学课程的通式化教学体系
基于上述几个专业对土壤学知识的共性要求,在土壤学课程的教学过程中,制订了统一的教学大纲,实验、实习教学大纲;采用了材和参考书;建立统一的教学课件、习题库等,有利于精选教学内容,集中精力提高教学质量。中南林业科技大学林学院土壤学课程2012年被列为湖南省高校教学质量工程的重点项目之一,为土壤学课程的教学改革提供了很好的支撑。
3.2强化园林、资源城乡规划与管理、旅游、环境科学专业土壤学课程的专业特色教学
对于上述几个各有特点的专业,在完成土壤学课程基本内容学习的基础上,结合每个专业不同的特点强化专业特色教学:园林专业土壤学课程名称改为《岩石与土壤》, 课程中强调植物种植要求和园林规划、园林建筑方面的岩石造景与风景规划要求;林学专业强调生产性;环境科学专业课程名称改为《环境土壤学》,强调环境污染物质在土壤生态系统中的转化以及对环境生态系统的影响。
3.3 编写《岩石与土壤》和《土壤学实验实习综合指导书》
关于土壤学实验实习的指导书已经不少,但都有一个共通的缺陷就是实验方法没有及时更新且实验内容繁多,缺乏先进性和实用性,通过文献检索、兄弟院校调研以及国外动态跟踪等方式,在掌握土壤学实验课程的最新进展和前沿动态的基础上,参考传统《地质学》、《土壤学》和《土壤肥料学》、《地貌学》、《园林土壤肥料学》等教材和书籍,广泛吸纳与《岩石与土壤》相关的资料内容,增强了该书的知识性和趣味性,编制了具有先进性和实用性知识体系的两本新教材。
3.4土壤学系列课程实验实习相结合的教学改革
综合性实验是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上,考查学生运用本课程的综合知识或与本课程相关课程多个知识点构思实验,并对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合型实验[6]。除了重新编写了具有先进方法和实用性的实验实习的指导书外,还对实验实习的时间安排进行了改革。除了矿物、岩石观察实验仍按课程要求安排在与理论课教学同步进行外,所有理化分析类实验全部推迟到课程结束前1-2周时间内进行,为了使实验与实习有机结合,把野外实习时间从课程结束后,提前到课程结束前2-3周左右,即先进行野外实习,再进行室内理化性质分析实验。其次,进行综合性实验尝试。野外实习取来土壤样品后,任课老师只简单介绍实验方法原理和注意点,所有理化性质测定过程全部由学生摸索完成,2人一组可自行在2天时间内完成全部分析内容。再者,训练学生实习、实验报告的综合写作能力。实习、实验连续完成后,让每位学生独立完成1份《土壤学实习、实验综合报告》。要求学生描写野外观察到的岩石及其与形成土壤的关系、土壤剖面挖掘观察注意点以及所处气候带主要土壤类型基本性态外,着重要求学生对采集样品进行分析的目的、分析后所得的结果能否说明目的、原因以及如何进一步来阐述所要弄清的问题等方面进行详细分析,从而提高学生的综合分析能力和专业写作技能。
3.5土壤学系列课程双语教学方法改革
考虑到我校国际办学的需要,我们在教学实践中,还对土壤学双语教学进行了探索, ,主要包括三个方面内容:①双语教学教材筛选与确定:国内调研采用网络通讯、实地走访进行,国外调研主要通过网络、电话等通讯方式以及参加国际专业学术交流大会时或国外相关专家到访时进行;通过国内相关学校《土壤学》、《土壤肥料学》及其它相关课程双语教学经验调研,以及对国外高校相关专业《土壤学》、《土壤肥料学》3门课程教材使用情况、教学方式方法与经验、教学模式等的调研,通过比较、确定与中文版教材内容基本一致的《地质地貌学》、《土壤学》、《环境土壤学》原版教材。②双语教学课堂教学内容:根据中文教材教学大纲、教学内容的要求,结合英文版教材、双语教学的特殊性,编写用于英语课堂教学的教学大纲和确定教学基本内容。为了使学生掌握中、英文基本概念、基本术语等基本知识,基础知识内容部分采用双语双向教学;专业应用、深化部分视具体情况采用双语或英语教学。③双语教学方法、教学模式的探讨:课堂上主要通过教师讲述、结合提问――学业生回答、或学生提问――教师解答等相互交流和讨论的方式,以及组织学生进行课堂主题发言(presentation)等形式,使学生掌握中英文概念、专业用语及其内涵,力求学生在基本知识方面的中英文用语及其理解能够融会贯通;实验及实践教学环节通过室内实物、标本、图像及室外实地教学等形象传输的教学形式与方法;课外通过网络及其它传媒查阅大量的英文资料,练习小论文写作等形式使学生能够更好地掌握、应用英文专业知识,为学生们将来考研及从事相关科学研究打好基础,受到了同学们的好评。
3.6土壤学系列课程网络课堂教学平台的建设
运用天空教室软件构建了土壤学系列课程网络课程,将课程的教学大纲、教学日历、授课录像、多媒体课件、教案等材料电子化,放在网络课堂上供学生下载学习,将土壤学实验过程拍成录像文件,供学生下载观看学习如何做实验;将作业布置在网络课堂上,让学生在网络课堂上完成作业;在网络课堂上开发了聊天室和BBS功能,及时回答学生提出的问题。
3.7改革考核方法
闭卷考试是土壤学考核的通行方式,虽有一定的片面性,但在我们的教学实践中发现,闭卷考试还是必不可缺的一种方式,完全放弃闭卷考试方式会导致大部分学生疏忽于土壤学基本知识的掌握,即便是考试前突击复习,对土壤学基本知识面的掌握还是有相当大的作用,但闭卷考试不能做为唯一的考核方式,这种考试不利于学生综合能力的培养,不符合创新型人材教育的要求。通过探索,笔者认为考核的方式应为:闭卷考试+实验考试+综合能力测评(包括专业英语能力)+考勤。野外实习考核单独记入成绩。各考核方式的比例应为:①闭卷考试成绩占总成绩的60%,主要测试学生对基本理论知识的掌握与综合知识的应用。②实验成绩占总成绩的25%,考察成绩包括实验态度(10%)、实验操作(40%)、实验报告(50%) 这种考核方法比较全面、公正地反映了学生学习土壤学实验课的情况。③综合能力占总成绩的10%,由课堂讨论、及相关专业英语的能力等综合评定。④考勤占总成绩的5%。作者认为考核方法的改革可以在一定程度上端正学生的学习态度以及学习方向,这样不仅避免培养高分低能的学生,还能促进学生朝着分析、解决问题的方向前进,这将有利于学生能力的培养和创新意识的开发。
4.结语
通过不断的教学改革与实践, 我校的《土壤学》课程的教学在一定程度上取得了较大的收获。我们紧密结合生物类和资源环境类专业的人才培养目标,建立了融基础内容与学科研究前沿、经典内容与现代内容为一体的课程教学体系, 采用了多媒体教学与板书结合的教学手法,教学方法上实现了由单向灌输式向多项互动式转变、从被动接受式向自主探究式转变,建立了与时俱进的较为完善的实践教学体系,通式化研究性教学与专业特色教学相结合的通专结合一体化教学;实验与实习相结合,加强实践教学环节;加强网络课堂建设,优化课程教学方法和进行考试方式方法改革,融知识传授与能力培养为一体等极大地提高了学生的学习积极性和主动性, 改变了学生学习该课程的态度, 提高了学生的科学研究能力、运用知识的能力和创新能力。
参考文献:
[1]宁滨.创新型人才培养应把握三个着力点[N].中国教育报,2010-01-28(3).
[2]周建利,应兵,朱建强.农业院校《土壤学》课程的教学改革与实践[J].农村经济与科技,2012,01(6).
[3]戴良香,刘东强.土壤学教学改革的实践与探索[J].河北农业技术师范学院学报,1995,01(10).
[4]赵秀兰,江长胜,胡必琴.基于创新型人才培养的《环境土壤学》课程教学改革探讨[J].西南师范大学学报(自然科学版),2010,35(6).
[5]徐秋芳,姜培坤,钱新标.高等林业院校土壤学课程实践教学改革研究[J].中国林业教育,2004,22(5):64-65.
[6]李志涛. 高校综合性、设计性实验与高素质创新人才的培养[J].科教论丛, 2008,02(4).
肥料,特别是化学肥料为保障人类的粮食安全起到了不可替代的作用,全球肥料形成了一个巨大的产业体系。由于国情不同,许多国家在肥料产业发展方向都有不同的经历。我国是一个人口大国。粮食安全的压力始终是农业发展的绕不开的主题,长期以来,作为为农业提供生产资料的肥料行业也只能别无选择地围绕粮食安全的主题进行发展。但是,近年来,肥料发展发展又面临着许多新的问题,这些问题严重影响肥料产业的发展,甚至改变着肥料发展的方向。
《科学中国人》:养活中国人必须要靠化肥吗?
白由路:准确地说,养活中国人必须要靠科学施肥。根据IFA的统计,目前世界上有40%的人口是靠氮肥工业养活的。大量的研究数据表明:作物产量对肥料的依赖程度超过50%。众所周知,肥料的科学使用可以使作物增产,但作物产量与肥料施用时的关系是抛物线关系,即当施肥量达到一定程度后,作物产量会随施肥量的增加而减少,尽管人们对此没有疑义,但是在施肥时,总是宁多勿少,这样就带来了肥料施用上的很多负面效应,首先是环境的负效应,对于多施的肥料没有转化为作物产量,就对环境造成了巨大的压力。第二是农业生产成本的负效应,对于在单位面积上多施用了肥料,不仅没有增产,又造成了减产,使得在同等产量条件下,肥料的施用数量几乎成倍增加,从而不仅增加了肥料本身的成本,同时也增加了肥料施用过程所产生的成本。第三是肥料资源的负效应,肥料产业是高度资源和能源依赖的产业,我国至今的钾肥资源都不能满足需求,磷肥资源也不能长期维持,磷矿被国土资源部未来不能满足需求的矿物种类,氮肥生产虽不受资源的限制,但合成氨需要大量的能源,同时在肥料生产过程中就会产生大气和水的污染。所以,大量肥料的浪费,严重影响农业生产本身,而且影响到我国能源、资源和环境等一系列的问题,解决这一问题的根本在于科学施肥。科学施肥的途径很多,不少专家研究了很多方法来解决科学施肥的问题。所以,中国人不仅需要化肥来养活,全世界人的生存都离不开化肥。在可预见的未来还没有可替代的技术。
《科学中国人》:目前很多人都对有机农业很感兴趣,您能谈一下有机农业与有机肥料的关系吗?
白由路:随着人们生活质量的提高,人们对健康的要求越来越高,对食品安全的重视越来越强,这是社会发展的必然趋势。1972年在法国成立的国际有机农业运动联盟(International Federation of Organic Agriculture Movements),为世界范围内的有机农业思潮起到了推波助澜的作用。目前中国有50个会员,在该联盟是名列第二。然而,在我国,人们往往把有机农业与有机肥料密切结合,有人错误地认为,施用有机肥(不施用化肥)的农业就是有机农业。那么有机农业是农业发展的方向和潮流吗?有机肥料能发展成主流肥料吗?这里赘述一段科学史话:德国科学家泰伊尔(Albrecht Daniel Thaer 1752-1828)在其《合理的农业原理》(Grünstaze der rationellen Landwritschaft 1809-1812)一书中提出:土壤肥力决定于土壤腐殖质的含量,原因是基于它是植物养分的唯一来源。这一学说曾一度被当时学术界广为接受。历时达数十年之久。这个学说被后人称为“腐殖质营养学说”,这个学说并没有给土壤培肥或提高作物产量带来飞跃,1837年,德国化学家李比希(Justus von Liebig),在英国利物浦召开的一次英国科学促进会上做了一个关于“当前有机肥学理论现状”的报告,认为在地球上腐殖质出现于植物之后,不是植物之前,因此,植物的原始是养分只能是矿物质。1840年,出版了《化学在农业和生理学上的应用》一书,这也是被称为现代农业三大理论基础之一的“植物矿物质营养学说”。这两个学说的根本区别在于“植物所需的营养物质是矿物质而不是有机质”。试想,被后人证明为错误的学说在200多年后,还能指导农业生产吗?目前地球人口处于爆炸状态,高强度的农业开发还满足不了人口增长对粮食的需求,回到原始的生态循环条件下,人类会怎样?地球会怎样?我个人认为:现代农业是离不开化学肥料的,有机肥料的时代已经远去,化学肥料所带来的各样负面效应可以通过更科学、更合理的方法去解决,为了回避化学肥料所造成的问题而回到原始的农业状态是不可能,有机农业不能养活中国人,更不能把“有机农业”误认为是“施有机肥的农业”。
《科学中国人》:过去有机肥料都是自产自用,目前社会上发展了很多商品有机肥料,这是肥料的发展方向吗?
白由路:有机肥料培育中华五千年的农耕文明,是使中国传统农业得以可持续发展的物质基础,但是,随着社会的发展,特别是随着化肥工业的发展,有机肥料在供给作物养分的功能上已基本丧失,但是,农业生产和人类活动会产生大量的废弃物,这些废弃物又必须通过土壤环境进行转化和消解。如何高效、环保地消解这些废弃物是农业生产过程必须面对的问题。
近年来,随着社会发展和“有机农业思潮”的影响,我国出现了一个新的行业,就是商品有机肥料行业。之所以是新行业,是因为原来虽然大量应用有机肥料,但基本上没有将有机肥料作为商品进行市场流通。目前,我国目前注册的有机肥料工厂有2000多家,除部分工厂的原料是本公司上游产品的废弃物外,很大部分是外部收集原料,再进行异地加工,形成有机肥料产品,销往市场的模式。这个模式是否是我国有机肥料的发展模式,可以仁者见仁、智者见智地进行讨论。但我认为:目前有机肥料在供应作物养分的功能上已基本丧失,有机肥料的存在是因为大量的生产和生活废弃物需要处理,而目前的商品有机肥加工模式存在很多问题,第一,生产和生活废弃物的异地加工,不仅浪费运力,还造成了二次污染;第二,低价值的商品有机肥料在市场流通,占有大量的物流资源;第三,过度加工有机肥带来了能源和资源的消耗。结合欧洲农业的发展的模式,在我国实现种养一体的现代农业模式是解决有机肥料污染的重要途径。
随着我国新型城镇化和农业的适度规模经营,种植业和养殖业必须结合在一起,按照土壤消解有机废弃物的容量,确定种植/养殖比例。养殖业所产生的废弃物经过简单加工,直接施用到自己的土地上,或者进行沼气处理,一方面可产生一定数量的沼气,解决能源问题,其沼液和沼渣可直接农业利用,减少运输环节,减少环境的污染。同时该模式还可抵御农业生产中粮食价格波动对养殖业的影响,减少低价值有机肥的市场流通和过度加工所带来的负面效应。所以,在土壤消解容量允许的范围内,就近、简便处理有机废弃物是有效保护生态环境的重要手段,远距离运输、异地处理、过度加工,只会加重环境负担。
《科学中国人》:很多人都认为目前环境污染与化肥的使用有很大关系,您对这个问题是如何看的?
白由路:目前,为了提高作物产量,满足高产作物对养分的需求,大量的矿物质N、P、K肥料施用到土壤,其中一部分施入的肥料被作物吸收利用,一部分留存到土壤,一部分损失到环境中,损失到水体中的主要是硝态氮、铵态氮和磷,而损失到大气中的主要是氨气和氮氧化物。前一段时间,大家关注的是化肥对水体的污染,即水体的富营养化问题。其中三个概念需要厘清,即农业面源污染、农村面源污染和农田面源污染。我个人认为:农业面源污染包括农村面源污染和农田面源污染两部分,这两部分的来源和治理是大不同的,农村的面源污染主要来自于农村污水的排放和养殖业,这两种污染都可通过工程措施加以解决,而农田面源污染主要来自于农田施用的化肥和有机肥,且量大面广,单纯的工程措施难以奏效,必须通过技术进步才能加以决解,所以,把农业面源污染的元凶归于化肥的施用是不科学的,同时也不利于农业面源污染的治理。我们曾对太湖面源污染的养分来源进行过详尽的分析,其中每年从农田进入太湖湖区水体的氮素数量不足0.94万吨,占总氮排放的10%左右,从农田中直接排出的磷不足83吨,约占总排磷量的1.5%。由此可见,农田对排放对水体富营养化的作用远小于其它方面。
近年来,由于大气雾霾的影响,人们开始注意到农田氨排放对大气质量的影响,其中影响大气透明度较大的二次颗粒物是硫酸铵和硝酸铵,组成该物质的铵主要来源于农业排放。由于可见,施肥,无论是化肥还是有机肥对环境都会造成一定的负面影响,科学施肥会减少肥料对环境的影响,但消除影响是不可能的,这里需要一个合理的影响范围。把施肥对环境的影响控制在一定的范围内。笼统的农业面源污染不利于农业面源污染的治理。
《科学中国人》:目前很多人都认为大量使用了化肥,造成了土壤肥力的下降,甚至有人说大量施用化肥后,会使土地寸草不生,您认为是这样吗?
白由路:根据传统土壤学的解释,土壤肥力是土壤能提供植物生长所需的水、肥、气、热的能力。长期以来,土壤肥力只能定性的解释,很难定量地表达。我个人认为:传统土壤肥力的概念比较偏重于土壤的自然肥力及各肥力因素之间的协调。但是,在现代农业条件下,人为干预土壤肥力因素的力度在不断增强,使土壤向作物高产、高效方向发展的技术与手段层出不穷,如土壤养分的持续供应方面,有众多类型速缓结合的肥料及施肥技术,可解决所谓“不良”土壤的营养持续供应问题、土壤养分的持续供应问题。所以,对保肥性不良的土壤,在现代条件下可能更适宜控制养分的释放,更容易获得与作物营养同步的土壤养分供应曲线。土壤水分亦是如此,目前的滴灌技术,可维持土壤水分的持续供应,对土壤的保水性要求则越来越低。但是,目前大量施肥,特别是保护地蔬菜的大量施肥所造成的盐害属于不科学施肥的情况,不能与施肥降低了土壤肥力相提并论。目前,许多学者通过所谓的长期定位试验,得出施用化肥降低土壤肥力,甚至出现寸草不生的情况,都是个别处理不科学施肥、养分不平衡造成的,且与大田的情况相差甚大,不足以指导农业生产与土壤培肥。试想,如果长期施用化肥造成了粮食的减产、土壤肥力下降,我国大部分农田本世纪代以来,都大量施用了化肥,而我国粮食产量却出现了“十连增”,作物产量不减反增,能想象土壤肥力在不断下降?所以,在现代农业条件下,传统土壤学的概念也在发生着变化,如果说传统土壤学的概念是“地球陆地表面能生长绿色植物的疏松表层”,则现代土壤学应定义为“星球表面能支撑绿色植物生长的疏松表层”。这意味着将来在月球甚至火星表面也能种植绿色植物。传统土壤学强调的是“能生长绿色植物”,现代土壤学强调“能支撑绿色植物生长”。实际上,目前的基质栽培所用的“土壤”就是现代意义上的土壤概念。所以,长期施用化肥对土壤肥力的影响不能用传统土壤学或传统土壤肥力的概念去评价,用现代技术管理土壤、用传统土壤肥力的概念评价土壤,这不利于现代农业的可持续发展。
《科学中国人》:现在很多肥料厂家反映政府对肥料的监管过严,这是怎样一回事,您能谈一下吗?
白由路:肥料是商品,又是特殊的商品,主要表现为质量隐性、效果滞后、损失难补等方面,即使肥料的专家也不能通过肉眼过判断肥料质量的好坏,假冒伪劣产品所带来的危害又难以弥补,所以政府对它的质量监管是应该的。在全世界范围内,肥料质量的监管可分为两种模式,即政府监管和市场监管两种,我国采用的是前者,目前我国农村经济和农民科学素质条件下,它对稳定肥料质量、防止坑农害农现象起到了不可替代的作用。
但是,随着肥料产业的不断发展,新的肥料品种层出不穷,这给单纯的政府监管带来了极大的困难,过去肥料品种单一,氮肥只有碳酸氢铵、尿素和硫酸铵等,例如,在尿素的监管上,只分出一级品、二级品、三级品即可。现在的复(混)合肥料,养分含量和比例十分灵活,加之肥料中养分的形态和助剂,会出现千变万化的肥料,如果政府对肥料中的养分含量、养分比例、养分形态、肥料助剂等均进行监管,则会付出巨大的成本,同时也会给肥料生产企业带来很大的麻烦,难怪有些企业说,一个肥料生产企业仅肥料登记证就有400多个。由此也会引起我们的思考。对我国的肥料质量如何监管?我个人认为:根据目前肥料发展的现状和我国市场经济的发展,对我国肥料可采用政府监管与市场监管相结合的模式,肥料的养分含量由政府监管,肥料的效果由市场监管。具体是,在肥料生产过程中,肥料中的养分含量必须按目前国际通用的标识方法,进行登记管理,但肥料中养分的形态、肥料生产过程中为了提高效果使用的助剂可以用市场监管,这一方面能有效避免不良厂商的造假,另一方面也激励了肥料企业的创新和品牌意识。试想,如果同为15-15-15的肥料,一个品牌效果好,一个品牌效果差,农民会选择谁?然而,肥料效果的好坏不仅仅决定于养分的总量与比例,肥料中养分的形态与肥料助剂也起到十分重要的作用,如果考虑到肥料形态和助剂会对环境造成影响,可由政府列出负面清单,由政府监督。
《科学中国人》:目前市场上有很多新型肥料,您如何看待肥料发展中的技术创新问题?
白由路:近10年来,由于我国肥料生产基本上能满足国内的需求,肥料市场由过去的卖方转为了买方市场,所以,很多肥料生产厂家都在积极地进行肥料的创新,这本是肥料发展的原动力,应该加以鼓励。也正是由于这样,我国的新型肥为层出不穷。但是,肥料的创新需要服从科学的原则。肥料的使用对象是植物,肥料应以满足植物营养需求、提高植物对养分的吸收性能、减少肥料损失、易于施用等方面入手。众所周知,就化学肥料生产而言,肥料生产有四大要素,即肥料中的养分含量、养分比例、养分形态和肥料助剂。前三者都是被理论所证明的,只要合理,肥效就好。但肥料助剂是一类复杂的物质,有些助剂是改变肥料物理性状的物质,如防结块剂等,有些是肥料增效的,如脲酶抑制剂、硝化抑制剂等,还有一些是通过调节植物代谢而间接提高肥效的。
我国目前肥料种类很多,名称五花八门,如合理肥料中养分比例的称为“配方肥”、肥料中养分有硝态氮的称为“硝基复合肥”、肥料中添加了脲酶抑制剂、硝化抑制剂等称为“稳定性肥料”、肥料中添加了腐殖酸的称为“腐殖酸肥料”、添加了海藻酸的称为“海藻酸肥料”,更有“松土肥料”、“抗旱肥料”等等。是“创新”?是“炒作”?只有自己清楚,我从事了30多年的肥料科技工作,有些我也说不清楚。所以,这里需要指出的是,肥料的技术创新是需要的,但是,以“卖点”代替创新的发展模式会把我国肥料的技术创新引向歧途。
1土壤退化的概念
土壤退化(Soildegradation)是指在各种自然,特别是人为因素影响下所发生的导致土壤的农业生产能力或土地利用和环境调控潜力,即土壤质量及其可持续性下降(包括暂时性的和永久性的)甚至完全丧失其物理的、化学的和生物学特征的过程,包括过去的、现在的和将来的退化过程,是土地退化的核心部分。土壤质量(Soilquality)则是指土壤的生产力状态或健康(Health)状况,特别是维持生态系统的生产力和持续土地利用及环境管理、促进动植物健康的能力[2]。土壤质量的核心是土壤生产力,其基础是土壤肥力。土壤肥力是土壤维持植物生长的自然能力,它一方面是五大自然成土因素,即成土母质、气候、生物、地形和时间因素长期相互作用的结果,带有明显的响应主导成土因素的物理、化学和生物学特性;另一方面,人类活动也深刻影响着自然成土过程,改变土壤肥力及土壤质量的变化方向。因此,土壤质量的下降或土壤退化往往是一个自然和人为因素综合作用的动态过程。根据土壤退化的表现形式,土壤退化可分为显型退化和隐型退化两大类型。前者是指退化过程(有些甚至是短暂的)可导致明显的退化结果,后者则是指有些退化过程虽然已经开始或已经进行较长时间,但尚未导致明显?耐嘶峁?/P>
2全球土壤退化概况
当前,因各种不合理的人类活动所引起的土壤和土地退化问题,已严重威胁着世界农业发展的可持续性。据统计,全球土壤退化面积达1965万km2。就地区分布来看,地处热带亚热带地区的亚洲、非洲土壤退化尤为突出,约300万km2的严重退化土壤中有120万km2分布在非洲、110万km2分布于亚洲;就土壤退化类型来看,土壤侵蚀退化占总退化面积的84%,是造成土壤退化的最主要原因之一;就退化等级来看,土壤退化以中度、严重和极严重退化为主,轻度退化仅占总退化面积的
38%[3~6]。
全球土壤退化评价(GlobalAssessmentofSoilDegradation)研究结果[3~6]显示,土壤侵蚀是最重要的土壤退化形式,全球退化土壤中水蚀影响占56%,风蚀占28%;至于水蚀的动因,43%是由于森林的破坏、29%是由于过度放牧、24%是由于不合理的农业管理,而风蚀的动因,60%是由于过度放牧、16%是由于不合理的农业管理、16%是由于自然植被的过度开发、8%是由于森林破坏;全球受土壤化学退化(包括土壤养分衰减、盐碱化、酸化、污染等)影响的总面积达240万km2,其主要原因是农业的不合理利用(56%)和森林的破坏(28%);全球物理退化的土壤总面积约83万km2,主要集中于温带地区,可能绝大部分与农业机械的压实有关。
3我国土壤退化状况
首先,我国水土流失状况相当严重,在部分地区有进一步加重的趋势。据统计资料[7],1996年我国水土流失面积已达183万km2,占国土总面积的19%。仅南方红黄壤地区土壤侵蚀面积就达6153万km2,占该区土地总面积的1/4[8]。同时,对长江流域13个重点流失县水土流失面积调查结果表明,在过去的30年中,其土壤侵蚀面积以平均每年1.2%~2.5%的速率增加[9],水土流失形势不容乐观。
其次,从土壤肥力状况来看,我国耕地的有机质含量一般较低,水田土壤大多在1%~3%,而旱地土壤有机质含量较水田低,<1%的就占31.2%;我国大部分耕地土壤全氮都在0.2%以下,其中山东、河北、河南、山西、新疆等5省(区)严重缺氮面积占其耕地总面积的一半以上;缺磷土壤面积为67.3万km2,其中有20多个省(区)有一半以上耕地严重缺磷;缺钾土壤面积比例较小,约有18.5万km2,但在南方缺钾较为普遍,其中海南、广东、广西、江西等省(区)有75%以上的耕地缺钾,而且近年来,全国各地农田养分平衡中,钾素均亏缺,因而,无论在南方还是北方,农田土壤速效钾含量均有普遍下降的趋势;缺乏中量元素的耕地占63.3%[10]。对全国土壤综合肥力状况的评价尚未见报道,就东部红壤丘陵区而言,选择土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、pH值、CEC、物理性粘粒含量、粉/粘比、表层土壤厚度等11项土壤肥力指标进行土壤肥力综合评价的结果表明,其大部分土壤均不同程度遭受肥力退化的影响,处于中、下等水平,高、中、低肥力等级的土壤的面积分别占该区总面积的25.9%、40.8%和 33.3%,在广东丘陵山区、广西百色地区、江西吉泰盆地以及福建南部等地区肥力退化已十分严重[11]。
此外,其它形式的土壤退化问题也十分严重。以南方红壤区为例,约20万km2的土壤由于酸化问题而影响其生产潜力的发挥;化肥、农药施用量逐年上升,地下水污染不断加剧,在部分沿海地区其地下水硝态氮含量已远远高于WHO建议的最高允许浓度10mg/l;同时,在一些矿区附近和复垦地及沿海地区土壤重金属污染也相当严重[8]。
4土壤退化研究进展
自1971年FAO提出土壤退化问题并出版“土壤退化"专著以来,土壤退化问题日益受到人们的关注。第一次与土地退化有关的全球性会议——联合国土地荒漠化(desertification)会议于1977在肯尼亚内罗毕召开。联合国环境署(UNEP)又分别于1990年和1992年资助了Oldeman等开展全球土壤退化评价(GLASOD)、编制全球土壤退化图和干旱土地的土地退化(即荒漠化)评估的项目计划。1993年FAO等又召开国际土壤退化会议,决定开展热带亚热带地区国家级土壤退化和SOTER(土壤和地体数字化数据库)试点研究。在1994年墨西哥第15届国际土壤学大会上,土壤退化,尤其是热带亚热带的土壤退化问题倍受与会者的重视,不少科学家指出,今后20年热带亚热带将有1/3耕地沦为荒地,117个国家粮食将大幅度减产,呼吁加强土壤退化及土地退化恢复重建研究,并在土壤退化的概念、退化动态数据库、退化指标及评价模型与地理信息系统、退化的遥感与定位动态监测和模拟建模及预测、土壤复退性能研究、退化系统恢复重建的专家?霾呦低车妊芯糠矫嬗辛诵碌姆⒄埂9仕帘3盅Щ嵋灿?nbsp;1997在加拿大多伦多组织召开了以流域为基础的生态系统管理的全球挑战国际研讨会,从生态系统、流域的角度探讨土壤侵蚀等土壤退化等问题。而且,国际土壤联合会于1996年和1999年分别在土耳其和泰国举行了直接以土地退化为主题的第一届和第二届国际土地退化会议,并在第一届会议上决定成立了土壤退化研究工作组专门研究土壤退化,在第二届会议上则对土壤退化问题更为重视,并有学者倡议将土壤退化研究提高到退化科学的高度来认识,并决定于2001年在巴西召开第三届国际土壤退化会议[12]。同时,在亚洲,由UNDP和FAO支持的“亚洲湿润热带土壤保持网(ASOCON)”和“亚洲问题土壤网”也在亚太土地退化评估与控制方面开展了大量的卓有成效的研究工作。总的说来,国际上土壤退化研究在以下方面取得了重要进展:①从土壤退化的内在动因和外部影响因子(包括自然和社会经济因素)的综合角度,研究土壤退化的评价指标及分级标准与评价方法体系;②从土壤的物理、化学和生物学过程及其相互作用入手,研究土壤退化的过程与本质及机理;③从历史的角度出发,结合定位动态监测,?芯扛骼嗤寥劳嘶难荼涔碳胺⒄骨飨蚝退俾剩⒍云浣心D夂驮猓虎懿嘀厝死嗷疃ㄌ乇鹗峭恋乩梅绞胶屯寥谰芾泶胧┒酝寥劳嘶屯寥乐柿坑跋斓难芯浚⒔寥劳嘶睦砺垩芯坑胪嘶寥赖闹卫砗涂⑾嘟岷希型恋馗录际鹾屯寥郎δ鼙;氖匝槭痉逗屯乒悖虎葑⒅卮臣际酰ㄒ巴獾鞑椤⑻锛涫匝椤⑴柙允匝椤⑹笛槭曳治霾馐浴⒍ㄎ还鄄馐匝榈龋敫咝录际酰ㄒ8小⒌乩硇畔⑾低场⒌孛娑ㄎ幌低场⒛D夥抡妗⒆蚁低车龋┑慕岷希虎薮由缁峋醚Ы嵌妊芯客寥劳嘶酝寥乐柿考捌渖Φ挠跋臁?/P>
我国土壤学研究工作在过去几十年主要集中在土壤发生、分类和制图(特别是土壤资源清查);土壤基本物理、化学和生物学性质(特别是土壤肥力性状);土壤资源开发利用与改良(特别是土壤培肥,盐渍土和红壤的改良等)等方面。这些工作虽然在广义上与土壤退化科学密切相关,但直接以土壤退化为主题的研究工作主要集中在最近10多年,其中又以热带亚热带土壤退化研究工作较为系统和深入,并在80年代参与了热带亚热带土壤退化图的编制,完成了海南岛1∶100万SOTER图的编制工作。90年代以来,中国科学院南京土壤研究所结合承担国家“八五”科技攻关专题“南方红壤退化机制及防治措施研究”和国家自然科学基金重点项目“我国东部红壤地区土壤退化的时空变化、机理及调控对策的研究”任务,将宏观调研与田间定位动态观测和实验室模拟试验相结合,将遥感、地理信息系统等高新技术与传统技术相结合,将自然与社会经济因素相结合,将时间演变与空间分布研究相结合,将退化机理与调控对策研究相结合,对南方红壤丘陵区土壤退化的基本过程、作用机理及调控对策进行了有益的探索,并在以下方面取得了重要进展[8、13]:①初步定义了土壤退化的概念,阐明了红壤退化的基本过程、机制、特点。②在土壤侵蚀方面,利用遥感资料和地理信息系统技术编制了东部红壤区1∶400万90年代土壤侵蚀图与叠加类型图及典型地区70、80、90年代叠加土壤侵蚀图,并在土壤侵蚀图、土地利用图、土壤母质图等基础上,编制了1∶400万土壤侵蚀退化分区概图;对南方主要类型土壤可蚀性K值进行了田间测定,并利用全国第二次土壤普查数据和校正的Wischmeier方程,计算我国南方主要类型土壤可蚀性K,编制了相关图件。③在肥力退化机理方面,建立了南方红壤区土壤肥力数据库,初步提出了肥力退化评价指标体系,进行了土壤肥力退化评价的尝试,并绘制了红壤退化评价有关图件;将养分平衡与土壤养分退化研究相结合总结了我国南方农田养分平衡10年变化规律及其与土壤肥力退化的关系,认为土壤侵蚀、酸化养分淋失等造成的养分赤字循环及养分的不平衡是土壤养分退化的根本原因;应用遥感手段及历史资料,编制了0~20cm及0~100cm土层的土壤有机碳密度图,探讨了红壤有机碳库的消长与转化及腐殖质组成性质的变化规律;提出了磷素固定是红壤磷素退化的主要原因,磷素有效性衰减的实质是磷素的双核化和向固相的扩散,解决了红壤磷素退化的实质问题。④在土壤酸化方面,研究了红壤的酸化特点,根据土壤的酸缓冲性能,建立了土壤酸敏感性分级标准,进行了红壤酸敏感性分级和分区,首次绘制了有关地区土壤酸敏感性分区概图;采用MAGIC模型,并进行校正对我国红壤酸化进行预测,揭示红壤酸度的时空变化规律;并在作物耐铝快速评估方面取得了重要进展。⑤在土壤污染方面,利用多参数对重金属的土壤污染进行了综合评估,建立了综合污染指数(CPI)值的计算方法,对不同地区的污染状况进行了评估,绘制了重金属污染概图;应用农药在土壤中的吸附系数(Kd)和半衰期(t1/2)及基质迁移模式,阐明了土壤农药污染的机理;在重金属污染对土壤肥力的影响方面的研究结果表明,重金属污染可降低土壤对钾的保持能力,促进钾的淋失;而对氮和磷而言,主要是降低与其催化降解和循环相关的酶的活性。⑥红壤退化防治方面,提出了区域治理调控对策,“顶林—腰果—谷农—塘鱼”等立体种养模式等,并对一些开发模式进行示范和评价。
然而,我国幅员辽阔,自然和社会经济条件复杂多样,地区间差异明显。各类型区在农业和农村发展过程中均不同程度地面临着各种资源环境退化问题,有些问题是全区共存的,有些则是特定类型区所特有的。过去的工作仅集中于江南红壤丘陵区,而对其它地区触及较少。而且,在研究工作中,也往往偏重于单项指标及单个过程的研究。土壤退化综合评价指标体系的研究基本处于空白,对退化过程的相互作用研究不够。同时,在合理选择碱性物质改良剂种类、提高经济效益以及长期施用改良剂对土壤物理、化学,特别是生物学性质的影响等方面还有许多问题有待进一步研究,对耐酸(铝)作物品种的选择研究也亟待加强。此外,对其它土壤退化问题,如集约化农业和乡镇企业及矿产开发引起的土壤及水体污染、土壤生物多样性衰减等问题,尚未开展系统研究。
5土壤退化的研究方向
土壤退化是一个非常综合和复杂的、具有时间上的动态性和空间上的各异性以及高度非线性特征的过程。土壤退化科学涉及很多研究领域,不仅涉及到土壤学、农学、生态学及环境科学,而且也与社会科学和经济学及相关方针政策密切相关。然而,迄今为止,国内外的大多数研究工作偏重于对特定区域或特定土壤类型的某些土壤性状在空间上的变化或退化的评价,而很少涉及不同退化类型在时间序列上的变化。而且,在土壤退化评价方法论及评价指标体系定量化、动态化、综合性和实用性以及尺度转换等方面的研究工作大多处于探索阶段。
我国土壤退化研究虽然在某些方面取得了一定的、有特色的进展,但整体上还处于起步阶段。为此,作者认为,今后我国土壤退化的研究工作应从更广和更深的层次上系统综合地开展土壤退化的综合评价与主要退化类型农业生态系统的重建和恢复研究,并逐步向土地退化或环境退化方向拓展。具体来说,应加强以下几个方面的研究工作:
(1)土壤与土地退化指标评价体系研究。主要包括用于评价不同土壤及土地退化类型的单项和综合评价指标、分级标准、阈值和弹性,定量化的和综合的评价方法与评价模型等;
(2)土壤退化的监测与预警系统研究。主要包括建立土壤退化监测研究网络,对重点区域和国家在不同尺度水平上的土壤及土地退化的类型、范围及退化程度进行监测和评价,并进行分类区划,为退化土地整治提供依据;
(3)土壤与土地退化过程、机理及影响因素研究。重点研究几种主要退化形式(如土壤侵蚀、土壤肥力衰减、土壤酸化、土壤污染及土壤盐渍化等)的发生条件、过程、影响因子(包括自然的和社会经济的)及其相互作用机理;
(4)土壤与土地退化动态监测与动态数据库及其管理信息系统的研究。主要包括土壤退化监测网点或基准点(Benchmarksites)的选建、3S(GIS、GPS、RS)技术和信息网络及尺度转换等现代技术和手段的应用与发展、土壤退化属性数据库和GIS图件及其动态更新、土壤退化趋向的模拟预测与预警等方面的工作;
(5)土壤退化与全球变化关系研究。主要包括土壤退化与水体富营养化、地下水污染、温室气体释放等;
(6)退化土壤生态系统的恢复与重建研究。主要包括运用生态经济学原理及专家系统等技术,研究和开发适用于不同土壤退化类型区的、以持续农业为目标的土壤和环境综合整治决策支持系统与优化模式,主要退化生态系统类型土壤质量恢复重建的关键技术及其集成运用的试验示范研究等方面的工作,为土壤退化防治提供决策咨询和示范样板;
(7)加强土壤退化对生产力的影响及其经济分析研究,协助政府制定有利于持续土地利用,防治土壤退化的政策。
参考文献
1RLal.Soilqualityandsustainability[A].In:
RLal,WHBlum,CValentine,etal.Methodsfor
AssessmentofSoilDegradation[C].USA:CRCPress
LLC,1998,17~30.
2赵其国,孙波,张桃林.土壤质量与持续环境I.土壤质量的定义及评价方法[J].土壤,1997,(3):113~120.
3GLASOD.Globalassessmentofsoildegradation[Z].Worldmaps.
Wageningen(Netherlands):ISRICandPUNE,
1990.
4OldemanLR,Engelen,VWPVan,etal.Theextent
ofhuman-inducedsoildegradation[Z].Annex5“World
Mapofthestatusofhumaninducedsoildegradation,Anexplanatory
note.”Wageningen,Netherlands:ISRIC.
1990.
5OldemanLR,HakkelingRTA,SombroekWG.
Worldmapofthestatusofhuman-inducedsoil
degradation[Z].Anexplanatorynote,Wageningen,Netherlands:ISRIC
andPUNE,1991.
6OldemanLR.Theglobalextentofsoil
degradation[A].In:DJGreenland,ISzabolcs.
SoilResilienceandSustainableLandUse[C].CABInternational,
Wallingford,UK,1994,99~118.
7中国农业年鉴编辑委员会.中国农业年鉴[Z].北京:中国农业出版社,1997.
8张桃林.中国红壤退化机制与防治[M].北京:中国农业出版社,1999.
9红黄壤地区农业持续发展战略研究专题协作组.红黄壤地区农业持续发展研究(第一集)[C].北京:中国农业科技出版社,1993.
10鲁如坤.土壤—植物营养学[M].北京:化学工业出版社,1998.
11孙波,张桃林,赵其国.我国东南丘陵区土壤肥力的综合评价[J].土壤学报,1995,32(4):362~369.
12CAnecksamphant,CCharoenchamratcheep,T
Vearasilp,etal.ConferenceReportof2nd
InternationalConferenceonLandDegradation[R].
关键词 土壤;养分循环;调节;植物营养
中图分类号 S158.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)05-0228-02
为了对土壤与植物间的养分循环定向调节方法进行研究,本文采用样区采样调查方法,在样区内部按照规定的标准采集土壤和植物样品进行试验[1-2]。
1 土壤和植物养分概述
1.1 土壤相关概念概述
1.1.1 土壤。它是由多层厚度各不相同的矿物质共同构成的,它在大自然中占据主体地位;同时,也是能够为植物的生长提供必需肥力的疏松层。具体来说,构成土壤的成分有矿物质、有机质、土壤微生物以及空气、水分等物质,它们之间相互联系,相互作用,是一个有自身构成要素、结构和功能的一个特殊系统,就是土壤生态系统。土壤作为森林植被生存的载体,在我国的林业生产中,林业范围涉及到大部分地区,而且这些地区的土壤不仅单纯指森林生长的土壤,还有其他植被生长下的土壤。因此,林业土壤与农业土壤是相对的,它是以林业部门经济范畴的性质为依据而确定的,所有包含于营林范围内的土壤,都称之为林业土壤。
1.1.2 土壤肥力。土壤肥力指为了保证植物生长需求,土壤所拥有的提供和协调营养条件与环境条件的能力,是土壤所具有的各种基本性质的综合表现,是土壤与成土母质和其他自然体之间的差异性的本质特征,是为农业和自然生物生长提供养分的物质基础。主要包括:一是土壤中存在的养分、水分和空气是土壤、生物、环境三者的共同作用下形成和发展的,它们一直处于不断的再循环利用中,而人为活动不仅能够决定土壤肥力的发展方向,还是促进土壤肥力发展的动力;二是土壤肥力一直处于提高、退化和重建三者之间所建立的动态平衡中,且具有较为明显的时间、空间特征,在自然与人为的相互作用下,土壤所处的动态平衡发生不稳定的变动;三是土壤肥力的退化与提高是一个较为普遍的过程,因此人类活动的目的就是为了能够对这2个过程的发展进行调节,使得它们能够向有助于提高土壤肥力的方向运动,其中如何使土壤生态系统中养分循环处于平衡状态是关键;四是在土壤养分循环的动态平衡中,形成了土壤肥力的保持与提高,除了土壤肥力处于退化过程以外,其他过程都需要土壤的物理性质改善的条件下,以不同植物的不同需求为根本,对土壤中存在的养分和水分进行调整,使其保持均衡,并要特别注意各种肥料的实施,而土壤肥力的再循环过程是整个过程的核心和关键。
1.1.3 土壤与土壤肥力的关系。土壤肥力作为土壤自身的本质属性,其与土壤的概念是密不可分的。只有土壤具有足够的肥力,才能够为植被提供所需的养料,保持林产品与农产品的产量和质量。因此,土壤肥力是土壤持续提供植被营养元素的基础,也是林业和农业发展的物质基础。
1.2 植物养分概述
土壤中拥有植物生长所需的营养元素,就是说土壤养分是构成土壤肥力的重要元素,它对林业与农业的持续发展具有重要作用[3]。
在土壤所拥有的营养元素中,氮对植物生长具有限制作用。在植物所吸收的氮元素含量中,至少有1/2来自土壤,所以对土壤进行施肥,提高土壤的含氮量是提高作物产量的重要手段。在20世纪60年代初期,我国就提出了氮与磷相配合、用磷替换氮的做法,为我国的磷肥工业的发展和如何合理施用磷肥做出了重要贡献。在水田磷素化学的研究中,还提出了磷元素在干湿交替的条件下能够发生转化,对土壤磷素存在的转化和其效用进行了研究,并得出即使是石灰性土壤,也需要施用磷肥的结论,并促进了对磷矿粉的使用与酸化磷矿粉的研究。在最近30年,在土壤钾素方面的研究也同样取得了较大进展。初步掌握了在不同的土壤中,钾元素的含量以及基本的分布状况,了解到含钾元素的矿物质和黏土矿物的种类和数量对土壤含有钾素的水平具有决定性的作用,明确土壤钾素的释放、固定与水含量、温度之间的关系。对农作物来说,它的产量、品质等都受到了钾元素含量的影响,因此还研究了如何提高钾肥的有效性及合理施用钾肥的方法。
2 土壤与植物之间的几种养分循环分析
土壤与植物之间的养分循环主要包括水循环与氮、磷、钾及其他微量元素的循环。
2.1 土壤与植物之间的水循环
在植物的生长过程中,水分是必不可少的,植物通过根系吸收土壤中的水分,在经过经脉将水分运转到叶片,水分通过蒸腾作用将水分散发到大气中形成了水分在土壤—植物—大气三者之间的连续循环,即水循环。对水含量平衡中各个因子的运动规律的研究对调节植物生长,提高水资源的利用率,促进农作物高产具有重要影响。
植物对水量的耗费共同取决于植物对水分的需求量、大气的蒸发条件与土壤的水分特性。此外,土壤中所含有的固体颗粒、液态的溶质、气态物质三者也同样影响着植物的吸水,而且植物根系能够吸收土壤水分受土壤因素、植物因素和大气因素三方面的共同影响,忽视其中的任何一个因素,都无法对植物吸水进行全面的系统研究。其中,土壤因素主要包括土壤导水率、水势梯度差和土壤的持水性3个主要构成。通过对植物根系吸水的表达式分析可以看出,植物根系的吸水速率与土壤的非饱和导水率、土壤和植物之间的水势差成正比关系,而同土壤自身的含水量和水势也具有密切联系。此外,植物根系对土壤水分的吸收还受到土壤持水性能的影响。而土壤的持水性能与质地和结构相关,追其根源,就是植物根系吸收土壤水分还受质地和结构的影响。具体来说,质地较细的土壤的持水量较大,中等质地的土壤的持水量最大,比水容量能够反映出土壤的持水性能,如果植物吸收水分的能量相同,那么所吸收的水量会受到比水容量的不同而产生差异,粗质土壤与细质土壤相比,在低吸力段的比水容量高,反之亦相反。
而对于植物因素来说,因为植物吸水的主要渠道就是根系,所以如果土壤中所含的水分较为充足,吸水速率受到根系密度的影响小,而且土壤越干,根系在水分吸收方面就会发挥更大的作用,其原因在于植物的根系越发达,所受到的土壤水流的阻力就越小。根系垂直分布的深度对植物吸水也具有重要影响。
此外,气候条件瞬息万变,而其对植物对土壤中水分的需求具有决定作用,并通过气候条件的变化对水势梯度进行调节。当大气的蒸发力不同时,植物与土壤中所含水分之间的关系也会发生变化。如果大气的蒸发力较高,且土壤的含水量较多,那么植物会呈现缺水状态,相反,植物也会呈现缺水状态。因此,植物根系吸水受到多方面的影响。植物根系吸收土壤水分时,因为土壤、植物自身和大气随时都会发生变化,所以这些因素对植物根系吸水产生影响的过程是动态的,在土壤水分充足、不对植物根系吸水造成限制时,大气是影响植物根系吸水的主要因素;而当土壤水分不足时,土壤因素是影响植物根系的吸水速率的主要因素;而植物因素则是对植物吸水在土壤剖面上的强度进行控制。
2.2 土壤与植物之间的氮、磷、钾及其他微量元素循环
首先是土壤中的氮、磷、钾研究。在氮研究方面,一直遵循着降低投入林业、农业生态系统中的氮含量,提高氮元素的利用率,降低氮的损失,充分发挥氮元素对林业生产和农业生产方面产生的效益,降低氮对环境的破坏作用。而在土壤氮素矿化方面,对土壤有机氮的特性和分解进行了深入的研究,并得出土壤氮素矿化速率的常数[4]。
在对土壤磷的研究中,主要是对磷肥如何转化、在土壤中的去向、磷肥的有效性等进行深入探讨,进而确定更为合理、科学的磷肥使用方法,还应该将氮、磷、钾与其他化学元素的研究相互结合,以便能够更好地为植物的生长提供养分。
而钾元素的研究则是与植物的根系吸收营养相联系,对土壤和根系表面上的钾元素的变化和生物变化进行研究,同时,探讨如何增加钾元素的抗病能力。除此之外,钾元素与气候因素之间的相互作用也是一个重要的研究方向,这是因为气候因素对钾肥的有效使用具有重要影响。同时,土壤中所含的营养元素与植物之间的循环,不仅是将来土壤植物营养化学研究的主要方向,也是核心内容。
然后是微量元素在植物生长中的需求。在集约林业的条件下,一些对植物生长具有重要作用的微量元素出现了稀缺现象,一些地区的土壤中的硫、硅等元素也出现缺乏症状。因此,这一方面内容的研究也是必不可少的。而研究重点就在于土壤提供硫元素、硅元素的方法,以及微量元素对植物生长的作用。
3 结语
通过以上分析,得到了关于调节土壤与植物间定向养分循环的相关结论。首先,稳定土壤的养分库的容量,提高土壤养分的缓冲容量。合理调节有机无机肥料的比例、结构。其中,无机化肥能很快增加土壤中速效养分的含量,在作物需肥阈值内容易产生良好效果,但高浓度易溶性养分的存在容易因为固定、汽化、渗漏等因素而造成不必要的损失。而有机肥不但含有作物所需的养分,且能稳定库容,提高土壤养分的缓冲容量,改善土壤结构和透气性,养分作用周期长、损失少;但有机肥养分释放慢,难以很快见效。其次,对土壤中所含的各种养分的比例进行调节,使其保持平衡。因为土壤中含有的养分不能满足植物生长需求时,会对植物的产量、经济效益造成限制。同时对土壤中养分的输入和输出进行调节,维持养分循环的持续性。最后,科学、合理的管理。在农业发展中,注意做好耕作方式的优化,底肥与追肥二者之间的关系,并对营养生长与生殖生长的养分进行合理调节,协调水分的灌溉和肥料的使用等[5-6]。
4 参考文献
[1] 谷勇,陈喜英,殷瑶,等.浅析土壤与植物间的养分循环[C]//长江流域生态建设与区域科学发展研讨会优秀论文集.北京:中国林学会,2009.
[2] 黄敏,苏以荣,黄道友,等.土壤养分循环实地采样调查方法[J].应用生态学报,2006,17(2):205-209.
[3] KARLOVSKY J,陆宝树.农业生态系统中的养分循环以及植物对养分的利用[J].土壤学进展,1982(4):18-30.
[4] 张玉树,丁洪,秦胜金.农业生态系统中氮素反硝化作用与N2O排放研究进展[J].中国农学通报,2010,26(6):253-259.
关键词:水土保持;方案编制;水体损失;土地保育
水土保持方案编制应考虑的问题,究竟是一些什么问题呢?由于人们对水土保持概念理解的偏差,在编制水土保持方案时仅着眼于防治土体损失的机械固定,仅仅限制在使用工程措施,从字面上理解植物措施,没有意识到防治水体损失方面的保持利用,忽略对风力侵蚀的防治,不考虑植物侵蚀和化学侵蚀等。
要讨论这些内容的不合理问题,首先得搞清水土保持概念的内涵与外延。
1水土保持概念的内涵与外延
由水土保持的概念看来,要弄清水土保持的内容,还必须弄清水土流失的定义。水土流失和水土保持是两个相对的概念,根据一些学术专著,它的意义也是比较明确的:是指土壤侵蚀(包括水、风、重力、人为活动等营力)造成陆地表面水土资源和土地生产力的破坏和损失。
然而什么又是土壤侵蚀呢?土壤侵蚀是国际通用的土壤学学术用语,国际上有代表性的学术专著和机构对此定义大致相同,即水、风、重力等作用下土壤的流失。国内定义是指土壤在内外力(如水力、风力、重力、人为活动等)的作用下,被分散、剥离、搬运和沉积的过程。
当然,随着人们对土壤侵蚀和水土保持的认识的不断深入,土壤侵蚀、水土保持的概念和内涵也在不断地发展演变。正如土壤侵蚀从最初的由于水力或风力作用引起的土地表面物质的移动,逐步发展到土壤在内外因力(如水力、风力、重力、人为活动等)的作用下,被分散、剥离、搬运和沉积的过程,水土保持概念也由初期的土壤保持发展为今天的水土保持并举,从单一强调土壤侵蚀引起土地生产力退化到同时强调土壤侵蚀环境与全球生态环境的联系,如水土流失与水环境的联系,水土保持与全球气候变化的联系等,即水土保持的对象已经不再是停留在山区、丘陵区和风沙区的水土资源,而是任何在内外力(如水力、风力、重力、人为活动等)的作用下被分散、剥离、搬运和沉积的水土资源,水土保持的内容已不只是防治水土流失,而是维护和提高土地生产力,建立良好生态环境。
由此看来,水土保持涉及的内容除了防治水土资源的流失外,还赋予了利用水土资源,绿化美化环境等。其中,防治水土流失涉及防治土地荒漠化、防旱保水等内容,维护和提高土地生产力涉及了植物侵蚀、化学侵蚀,慎重考虑工程措施等内容,绿化美化环境则涉及了植树造林,慎重使用复垦措施等内容。总之,水土保持已不是最初的水土流失防治,即采取措施简单地把水土资源固定在某一个区域。
2问题根源的解析
前面已经说了方案中存在的问题。为什么会出现这些问题呢?我想最根本的是把水土保持单纯地理解为水土保护,而没有意识到水土保护的根本目的。现结合前面给出的概念来解析这些问题。
2.1仅把“保持”理解为“保护”
保持含义不仅限于保护,而是保护、改良与合理利用。由于一部分人把水土保持单纯地理解为水土保护、土壤保护,甚至与土壤侵蚀控制等同起来,没有意识到土壤的改良以及土壤合理利用于农、林业生产,即没有考虑到对土地生产力的提高,因此,在方案设计的时候,仅着眼于防治土体的损失,进行机械地“固定”处理,夸大甚至是盲目使用工程措施,从字面上理解植物措施。
2.1.1没有着眼于提高土地生产力。有人认为,用工程措施可以把土壤很好地圈定在某一空间范围,这样处理后基本不会发生土壤侵蚀的现象。有的就是忽视植物措施对土壤的改良功能及其对荒漠化的防治功效,在方案编制中忽视植物措施,至少不对石料场、石渣场采用植物措施,加速了该区域土地石漠化、荒漠化的进程。也有人在方案编制中不是先考虑提高土地生产力方面的土地熟化,而是随意采用复垦措施,使土地越垦越穷。相对次要一点的是,在方案中没有提及风力的扬尘等对土地的沙化。也许有人会问:为什么要提高土地生产力呢?因为他们只知道土地是农业生产发展的重要因素之一,不知道中国仅有10.20%的土地面积适于农业,37.10%适于畜牧,且风与水冲刷严重。因此必须考虑土地资源的可持续发展。
从提高土地生产力、水土资源的可持续发展来看,把弃渣场设置在农田的方案也是不可取的。就算弃渣在水土保持措施处理后,能够使土地生产力提高到以前农田状况下的水平(一般情况下是不可能的),但弃渣场本身占压了肥沃的土壤,让其退化,变得难以利用。据科学测算,自然风化1cm表土层需要400年时间,而风化成30cm耕作层,则至少需要1.20万年。但破坏这1.2万年才风化成的耕作层,却只需一朝一夕就完成了。这是一种资源在时间上的巨大浪费。因此,强烈反对占用农田不经处理就用作弃渣处理场地处理弃渣的方案。
2.1.2对绿化、美化环境认识浅薄。由于没有意识到绿化、美化环境,一部分人没有考虑植物措施,或乱用植物措施,或没有把植物措施设计到相应深度等。总的说来,是对绿化、美化环境的认识没有深入。没有考虑植物措施的人完全没有考虑水土保持的绿化、美化这一部分内容。在方案设计中,不在乎植物措施,认为在工程措施的防护下,已经能够达到防治目标,采用植物措施纯属多余。
乱用植物措施是不知道植物间的互生与对土壤肥力的竞争,只知道植物对土壤的改良,不知道一些植物在人为作用下恶化土壤理化性质、降低土壤肥力(即植物侵蚀)。要么是简单的进行混交造林,没有考虑主要树种与伴生树种之间的关系,对各树种不进行优化配置;要么乱用植物种造林,使得外来物种入侵并恶化土壤理化性质,降低土壤肥力,造成植物侵蚀。
没有把植物措施设计到相应深度的人是对植物的绿化、美化作用的认识深度不够而总认为种下去就成。他们要么是随意设计,没有考虑立地条件;要么是简单设计,没有考虑混交造林;在简单的进行混交造林设计中,没有考虑造林密度对生长量的影响;当然,他们植物措施中更不会考虑到微生物对土壤理化性质的改良作用(其实,植物措施常常是和生物措施相互通用的)。
2.2仅从定义上理解,没有注意到事物的发展
早期,人们只提出了土壤保持这一概念。而今,还有很大一部分停留在这一概念上,认为只是对于水力、风力等各类因素引起的土壤侵蚀的治理。于是,他们没有注重水体的保护和利用,没有意识到化学侵蚀带来的危害。也就是说,没有水忧患与水战略的意识。当然,这些还与水体保护的具体定义有关,因为在这一方面大家还持不同的意见:如有人把入渗作为一种水体保护措施,但有人认为,入渗到地层深处的水体已经变得难以利用。
因此,在方案编制中少了很多内容,让编制方案的根本目的落空。没有了“维护和提高土地生产力”这一内容,好多东西也就空荡起来,更别说水土资源的可持续发展了。个人认为,水资源的保持要从水资源的利用、便于利用出发,做好库存,同时进行防污染处理。
3对今后方案编制工作的建议