第六章 旱農(nóng)地區(qū)土壤培肥

第四章旱農(nóng)地區(qū)土壤培肥與土壤耕作第一節(jié)旱區(qū)土壤肥力特征半干旱與半濕潤(rùn)偏旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量低而不穩(wěn)，固然由于降水量少，年際間與季節(jié)間的變化較大，使水分成為主要的限制因素。但以目前的實(shí)際情況分析，土壤肥力低下，養(yǎng)分的虧缺與失調(diào)，水分利用率的降低，卻在很大程度上成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素。本節(jié)主要介紹土壤肥力與水分利用效率、旱農(nóng)區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀及影響因素、培肥土壤的關(guān)鍵及土壤培肥途徑等。一、土壤肥力與作物用水效率（一）土壤肥力與作物水分利用效率的關(guān)系旱農(nóng)地區(qū)降水不足乃是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素。但水生產(chǎn)潛勢(shì)可達(dá)150—350kg/畝的，實(shí)際產(chǎn)量只有50—100kg/畝，后者僅為前者的1/3或小于1/3。分析其原因，除了由于地面徑流和土面蒸發(fā)減少了自然降水在土壤中的儲(chǔ)量外，和農(nóng)田肥力狀況亦緊密相關(guān)。據(jù)李玉山等的試驗(yàn)研究，于小麥?zhǔn)斋@時(shí)測(cè)定不同產(chǎn)量水平下各層土壤含水量（表6-2）。高產(chǎn)地表6-2不同小麥產(chǎn)量水平下收獲時(shí)的土壤濕度剖面水分含量（%）土壤深度"（m）第一組第二組高產(chǎn)地低產(chǎn)地高產(chǎn)地低產(chǎn)地0—507.18.65.36.850—10010.011.37.49.1100—15010.113.88.813.7150—20012.117.112.016.9產(chǎn)量（畑/畝）338.091.0197.788.7比低產(chǎn)地0—100cm土層的濕度少1.3—1.7%,100—150cm土層的少3.7—4.9%,150—200cm的少5%,呈現(xiàn)明顯差異。低產(chǎn)地，養(yǎng)分狀況差，作物生育不良，根系無力利用深層土壤水分，即土壤瘠薄又進(jìn)一步限制了旱地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，這是帶有普遍性的問題。改變農(nóng)業(yè)低產(chǎn)面貌，既要重視水，也要重視肥。合理施肥和培肥土壤，以肥調(diào)水，充分發(fā)揮自然降水的增產(chǎn)潛勢(shì)，提高水分生產(chǎn)效率，具有普遍的現(xiàn)實(shí)的意義。表6-3不同肥力水平對(duì)水分牛產(chǎn)率的影響地名甘肅定西大坪大隊(duì)甘肅定西鹿馬岔大隊(duì)土壤有機(jī)質(zhì)（％）1.02-—1.240.65施農(nóng)家肥（kg/畝）20001000施氮肥（kg/畝）2202kk/畝水分牛產(chǎn)率kk/畝水分牛產(chǎn)率1981(旱作)糧食單產(chǎn)490.322.50.13小麥680.725.50.3谷子70.50.533.50.2馬鈴薯2501.769.50.51983糧食單產(chǎn)1460.7740.3小麥159.50.683.50.8谷子1260.774.50.4馬鈴薯2781.685.50.5（二）培肥土壤與提高水分生產(chǎn)效率土壤肥力較高和合理施肥的土壤，—般均能較明顯地提高水分生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)量。這是因?yàn)椋?、肥沃土壤與施肥有利于作物根系的生長(zhǎng)。有資料表明，根系伸長(zhǎng)是與根細(xì)胞獲得必需的氮和磷而加速細(xì)胞分裂有關(guān)；同時(shí)也由于植物生長(zhǎng)激素的增加，促進(jìn)了根的分枝作用。土壤肥力較高或合理施用有機(jī)肥和無機(jī)肥的旱地上生長(zhǎng)的作物多具有較深的根系，分枝也多，從而擴(kuò)大了根系吸收水分的范圍，提高了作物的抗旱能力。在水分不飽和的土壤中，水分移動(dòng)很慢，連續(xù)供給植物水分主要靠根的向水生長(zhǎng)。當(dāng)土壤缺肥時(shí)，根的伸長(zhǎng)也減弱，致使植物根找水的能力受到影響，吸水逐漸困難。一旦與其緊密接觸的土壤中水分不足時(shí)，作物就會(huì)受害。所以凡是促進(jìn)作物苗期根系生長(zhǎng)下扎的土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)措施都有利于作物抗旱。如根系生長(zhǎng)深入下層，即或上層土壤已接近或達(dá)到萎蔫濕度，根系仍能從深層土壤中吸收水分，連續(xù)供給作物地上部分的需要。如扎根受阻或深層根受到損傷而上層土壤水分又虧缺時(shí)，作物產(chǎn)量必將嚴(yán)重降低。表6-4切斷深層根對(duì)小麥產(chǎn)量的影響（潘辛來，1981）處理處理產(chǎn)量畝穗數(shù)穗粒數(shù)千粒重株高（cm）時(shí)期kk/畝減產(chǎn)（％）(104)（個(gè)） (g) 起身斷根167.922.825.418.533.461期不斷根217.631.617.333.763斷根+澆水322.910.936.921.738.367不斷根+澆水362.239.822.138.271抽穗斷根123.554.535.412.426.260期不斷根271.637.318.936.565斷根+澆水195.646.036.214.136.760不斷根+澆水362.239.822.138.270表6-4說明，冬小麥起身期切斷深層根，引起供水不足，使畝穗數(shù)減少，減產(chǎn)達(dá)23％，小麥抽穗期斷根引起的供水不足，則造成穗粒數(shù)與穗粒重的明顯下降，減產(chǎn)高達(dá)55％，即使采取澆水措施亦難以彌補(bǔ)斷根所造成的損失。由此可見深層根對(duì)小麥有效地利用土壤下層水分有重要意義。表6-5施用氮肥對(duì)冬小麥產(chǎn)量、蒸散量、土壤含水量和水分利用效率的影響, （布朗，1972） ,施純氮（k/hm2）067268產(chǎn)量（kg/hm2）161030903630蒸散量（mm）221272315小麥從土壤吸收的水量（mm）611121555小麥成熟時(shí)土壤貯水（mm）18013295水分利用效率73114115布朗（Brown）的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不施肥的小區(qū)，冬小麥根系吸收水分多限于91cm以上的土層，施用67kg/hm2氮肥的小區(qū)吸收水分的范圍是前者的二倍。由于肥、水條件均為較優(yōu)越，植株生長(zhǎng)茁壯。施肥較不施肥增產(chǎn)92％，同時(shí)水分利用效率提高56％。國(guó)內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果也有同樣的趨勢(shì)。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)1984，1985試驗(yàn)結(jié)果表明，施氮肥的水分生產(chǎn)效益為0.44kg/mm；施磷肥為0.53kg/mm,對(duì)照為0.41kg/mm。多肥地玉米根，在3m土層內(nèi)比一般地玉米根多利用60mm的水，約等于一般地玉米生育期耗水量的1/4。2、肥沃土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，土壤結(jié)構(gòu)和持水能力均優(yōu)于貧瘠土壤。因此有利于多接納雨水和蓄水保墑，減少水分的土面蒸發(fā)。并為作物創(chuàng)造一個(gè)較為良好的土壤環(huán)境，有利于根系生長(zhǎng)及吸收水分和養(yǎng)分。山西省運(yùn)城地區(qū)農(nóng)技站測(cè)定。在同樣降水條件下，連年施用有機(jī)肥的地塊較多年不施肥的，播前2m深的土壤貯水量，每畝多50mm。應(yīng)指出的是施肥對(duì)根系生長(zhǎng)和水分利用的影響是比較復(fù)雜的問題。對(duì)化肥的作用，在某些方面還有爭(zhēng)議。如施肥時(shí)期的早晚，施用量的多少也對(duì)土壤水分消耗的動(dòng)態(tài)和植物生長(zhǎng)發(fā)育均表現(xiàn)不同結(jié)果。可見旱區(qū)施肥問題不論從理論上和實(shí)際生產(chǎn)上均應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)致的研究和試驗(yàn)。不根據(jù)具體的作物需要，土壤狀況和墑情，盲目地濫用化肥從生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益上都是不可取的。施氮過多也容易對(duì)作物產(chǎn)生水脅迫，從而降低水分生產(chǎn)效率。這是因?yàn)椋海?） 施高氮的作物易形成龐大的地上部和蒸騰表面，從而增加了作物蒸騰潛勢(shì)，引起相對(duì)較高的蒸騰量和土壤耗水，為此在土壤貯水量有限和遇到干旱的情況下，施高氮的作物會(huì)比施低氮的作物受干旱的威脅更大，作物水脅迫更嚴(yán)重，產(chǎn)量下降幅度更大。（2） 由于旱地農(nóng)田大都缺少足夠的土壤水分，過多的施氮易大幅度增加土壤溶液濃度，降低土壤總水勢(shì)，引起作物根系吸水難度的增加。（3） 施氮作物葉水勢(shì)較高，若在相同作物根水勢(shì)和相同作物體內(nèi)水運(yùn)輸阻力的情況下，大氣水勢(shì)與葉水勢(shì)、葉水勢(shì)與根水勢(shì)差值的增大，無疑使作物體內(nèi)水運(yùn)輸加快和加速蒸騰，若遇旱地作物用水高峰期，土壤有限水不能滿足其需要時(shí)，易產(chǎn)生作物水分脅迫現(xiàn)象。二、旱農(nóng)地區(qū)土壤肥力狀況（一）旱農(nóng)地區(qū)成土條件對(duì)土壤肥力的影響自然土壤的發(fā)生和發(fā)展是多種因素一一母質(zhì)、氣候、生物、地形和時(shí)間等作用的結(jié)果，Jenny.H?將之概括為，S=f（CVRPT......）即氣候（C）作用于母質(zhì)（P）,加上生物（V）的繁衍和有機(jī)質(zhì)的積累與分解以及地形（R）的影響，在時(shí)間（T）的推移下，逐漸形成地帶性土壤（S）。其中生物起著主導(dǎo)作用，但是氣候是一個(gè)很活躍的因素。盡管旱農(nóng)地區(qū)土壤類型有很大差異，理化性狀也有很大差別，但是旱農(nóng)地區(qū)土壤基本上都是在降水量少，蒸發(fā)勢(shì)超過降水量的條件下發(fā)育起來的。因此具有一些共同的特征。從肥力方面考慮與生產(chǎn)關(guān)系密切的，概括起來主要有以下幾方面：1、土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低土壤有機(jī)質(zhì)是保持良好土壤物理性狀的必要條件，又是植物營(yíng)養(yǎng)的重要來源，所以土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力高低的重要標(biāo)志。土壤有機(jī)質(zhì)含量決定于有機(jī)質(zhì)歸還給土壤與有機(jī)質(zhì)分解之間的平衡。這主要決定于溫度和水分條件。旱農(nóng)地區(qū)土壤由于降水量少，植被稀疏，因此土壤有機(jī)質(zhì)含量低。—般土壤有機(jī)質(zhì)含量隨降水量增加而增加，但是有機(jī)質(zhì)的積累還受溫度的影響，年平均溫度高，雖然植物的生長(zhǎng)量大，但有機(jī)質(zhì)分解的時(shí)間也長(zhǎng)，分解也加劇。因此在寒冷半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量高于溫暖地區(qū)。東北的土壤有機(jī)質(zhì)高于南部邊緣的旱農(nóng)地區(qū)。旱農(nóng)地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低，說明土壤肥力潛勢(shì)低。由于旱農(nóng)地區(qū)土壤環(huán)境有利于有機(jī)殘留物的分解，一旦開發(fā)后如利用不當(dāng)，有機(jī)質(zhì)含量很快被消耗掉，使土壤物理性狀惡化，養(yǎng)分水平下降。這是旱農(nóng)地區(qū)土地資源利用時(shí)要特別注意的問題。但是有機(jī)質(zhì)分解速度快，有機(jī)質(zhì)活性強(qiáng)，不完全都是壞事。因此不能把有機(jī)質(zhì)含量低看作是限制生產(chǎn)力的嚴(yán)重因素，關(guān)鍵是要注意補(bǔ)充，保持有機(jī)質(zhì)的不斷更新。2、土壤氮磷水平低土壤有機(jī)質(zhì)是氮素的主要貯存庫，干旱和半干旱地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低，氮素貯量不大，一旦草地草原被開發(fā)利用發(fā)展種植業(yè)，初期能夠提供較多易分解的土壤有機(jī)質(zhì)，在若干年內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比較豐富；隨著種植年限的延長(zhǎng)，氮素供應(yīng)就會(huì)很快減少（與利用方式有關(guān)），成為再生產(chǎn)的養(yǎng)分限制因素。同樣磷素含量也很低。旱農(nóng)地區(qū)土壤多為石灰性土壤，土壤中無機(jī)磷多以磷酸二鈣或磷酸三鈣的形式存在。土壤有效磷主要靠有機(jī)質(zhì)來提供，所以當(dāng)有機(jī)磷水平下降，缺磷現(xiàn)象明顯地表現(xiàn)出來，有的地方甚至比缺氮更為嚴(yán)重。旱農(nóng)地區(qū)氮、磷不足是普遍問題，經(jīng)常成為植物生長(zhǎng)的限制因子。3、鹽基含量較高，石灰含量較高，在地下水位高的地方，常出現(xiàn)鹽堿土旱農(nóng)地區(qū)土壤因雨量少，淋溶作用弱，土壤多呈石灰性。鈣含量高，直接影響磷的有效性。當(dāng)土壤的pH值由中性到鈣飽和，會(huì)導(dǎo)致微量元素的溶解度下降，特別是鐵、鋅、錳和銅的溶解度下降，有可能造成對(duì)這些營(yíng)養(yǎng)敏感的作物缺乏所需要的元素。在地下水位高的下濕地，由于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，極易出現(xiàn)土壤鹽漬化現(xiàn)象。由此可見旱農(nóng)地區(qū)土壤的肥力基礎(chǔ)要比濕潤(rùn)地區(qū)差，這與成土條件有密切的關(guān)系。但是也有有利的方面，如淋溶作用小，養(yǎng)分不易淋失，土壤中鉀的含量比較高等等。（二）旱農(nóng)地區(qū)土地利用現(xiàn)狀對(duì)土壤肥力的影響旱農(nóng)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境是比較脆弱的。所以在土地利用上更應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度。如果利用不當(dāng)，一旦生態(tài)環(huán)境惡化，就很難在短期內(nèi)恢復(fù)和改善。大部分旱區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量大多在1％以下，全氮量0.04—0.09％。速效磷含量常常少于lOppm。旱農(nóng)地區(qū)土壤肥力長(zhǎng)期處于十分低下的水平，究其原因，與對(duì)土地的利用現(xiàn)狀有關(guān)，表現(xiàn)在以下幾方面：1、 水土流失嚴(yán)重旱農(nóng)地區(qū)的丘陵山區(qū)，尤其是黃土丘陵溝壑和高原溝壑區(qū)，由于長(zhǎng)期過度墾殖，森林遭到嚴(yán)重破壞。例如山西省全省森林覆蓋率為7.2％，甘肅省定西地區(qū)僅4.4％，植被稀疏；甚至大于25°的陡坡地也被墾為農(nóng)田，加上不合理的耕作，一到雨季，降水集中而且多暴雨，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。此外，這些地區(qū)冬春季節(jié)風(fēng)蝕現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。據(jù)考查，內(nèi)蒙古農(nóng)田從秋耕到翌年春播前，一畝耕地吹走的表土可達(dá)2000—4000kg。由于水蝕和風(fēng)蝕損失的表土，其中所含的養(yǎng)分相當(dāng)于數(shù)百萬噸化肥。土壤侵蝕也嚴(yán)重地惡化了土壤的理化性狀，露出的下層土壤結(jié)構(gòu)性差，通透能力不如原來的表土層，不利于接納雨水，進(jìn)一步加重水土的流失，使養(yǎng)分日趨貧瘠。由此可見，控制水土流失，穩(wěn)定住耕層土壤是北方旱農(nóng)地區(qū)土壤培肥的基礎(chǔ)。2、 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的惡性循環(huán)旱農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)期以來濫伐濫墾濫牧，其結(jié)果是山上無樹坡面無草。不僅不能涵養(yǎng)水源，保持水土，也不能提供必需的燒柴和飼草，從而形成對(duì)農(nóng)田的過度依賴，不得不把畝產(chǎn)量不高的作物秸稈作燃料燒掉。即使這樣，也不能滿足需要，還要將地里和荒坡上殘留的枯枝落葉一掃而光；其次，由于飼草的嚴(yán)重不足，必然限制畜牧業(yè)的發(fā)展。因此積肥量很少，致使大部分農(nóng)田無肥可施；第三，單一經(jīng)營(yíng)，不僅忽視林、牧、副業(yè)，而且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也只重視糧食生產(chǎn)，壓縮豆類作物和苜蓿等牧草固氮作物的種植面積。由于以上種種原因，造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)嚴(yán)重不平衡，甚至連原有系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)再循環(huán)都難以做到。還田物質(zhì)越少，土壤可提供的養(yǎng)分則越來越少，土壤的貧瘠化是必然的。3、 化肥施用量有限在有機(jī)物質(zhì)還田量很少甚至不還田的情況下，僅靠土壤供給作物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，只能維持供應(yīng)的低限。如能合理地施用適量的化肥，以增加作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和總生物量，當(dāng)可逐漸緩和“三料”（指燃料、飼料和肥料）的矛盾，不斷擴(kuò)大農(nóng)田的物質(zhì)循環(huán)，有利于培肥土壤。但旱農(nóng)地區(qū)受經(jīng)濟(jì)條件的限制，絕大部分耕地化肥施用量很少。據(jù)西北一些典型縣的調(diào)查，氮肥施用量每畝不過數(shù)公斤純氮，不能達(dá)到擴(kuò)大農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)，培肥土壤、增加產(chǎn)量的目的。施用磷肥的耕地更少。表6-西北地區(qū)部分縣施用化肥氮素量及糧食產(chǎn)量地點(diǎn)施氮量（純氮kg/畝）產(chǎn)量（kk/畝）通渭0.7543.5會(huì)寧1.1.9351.0定西2.1.8857.5臨洮3.3.63101.5安寨4.3.13111.5延安5. 4.40111.5第二節(jié)旱地土壤培肥技術(shù)一、旱地土壤培肥的關(guān)鍵大家知道，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)（包括有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分等）循環(huán)是由植物、動(dòng)物和土壤三個(gè)環(huán)節(jié)所組成稱為養(yǎng)分循環(huán)的三個(gè)庫（圖6-3）。土壤庫的養(yǎng)分收支關(guān)系著土壤有機(jī)質(zhì)、土壤礦物質(zhì)和土壤有效養(yǎng)分三個(gè)亞庫的水平。由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移改變了自然土壤封閉式的原地物質(zhì)循環(huán)，而成為半開放式的物質(zhì)循環(huán)。土壤肥力的狀況和發(fā)展趨勢(shì)在很大的程度上取決于人類對(duì)土地使用和培養(yǎng)的程度。如果只著眼于生產(chǎn)產(chǎn)品，對(duì)土地的使用采取豪奪的手段，只用不養(yǎng)，養(yǎng)分支出超過收入，土壤有機(jī)質(zhì)的消耗量大于積累。其結(jié)果是地越種越瘦，產(chǎn)量?jī)H能維持于一個(gè)低水平，甚至接近于絕收。相反，如采用合理高效的整套綜合旱農(nóng)技術(shù)措施，處理好有機(jī)質(zhì)積累與消耗的關(guān)系，用地和養(yǎng)地的關(guān)系，使土壤肥力不斷提高并維持在一個(gè)與自然條件相適應(yīng)的高水平上，便可獲得高而穩(wěn)定的產(chǎn)量，達(dá)到用地與養(yǎng)地的高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一?？傊?，不論從改變農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的惡性循環(huán)為良性循環(huán)，還是從旱農(nóng)地區(qū)土壤肥力和農(nóng)業(yè)低產(chǎn)的現(xiàn)狀來看，都必須十分重視土壤培肥問題。而土壤培肥的關(guān)鍵，歸根結(jié)底是擴(kuò)大農(nóng)田系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，逐步提高系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)質(zhì)的積累和分解，以及養(yǎng)分的輸入和輸出之間的平衡水平。（一）增加有機(jī)質(zhì)的還田量，擴(kuò)大土壤庫的碳循環(huán)土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要標(biāo)志之。是植物營(yíng)養(yǎng)元素的源泉，對(duì)調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱的各種性狀，增強(qiáng)土壤保水保肥能力以及對(duì)土壤微生物和酶活性的影響等方面均有極其重要的作用。因此提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，達(dá)到旱農(nóng)地區(qū)生物氣候帶所應(yīng)有的水平，并不斷更新，是土壤培肥的核心問題之一。但目前旱農(nóng)地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量很低，一般多在1%以下，有的甚至不足0.5%。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳的循環(huán)屬于氣態(tài)循環(huán)，它是由植物通過光合作用，固定大氣中的二氧化碳和一小部分土壤放出二氧化碳形成有機(jī)質(zhì)，然后又通過動(dòng)植物殘?bào)w與排泄物再施入土壤，經(jīng)微生物分解，放出二氧化碳再回到大氣。以“大氣CO2-動(dòng)植物（包括殘?bào)w與排泄物）-分解者”的途徑進(jìn)行循環(huán)。農(nóng)田土壤中碳的輸入與輸出決定著土壤有機(jī)質(zhì)的消長(zhǎng)。輸入主要包括秸稈、根茬、落葉以及各種有機(jī)肥，輸出主要是通過土壤有機(jī)質(zhì)的分解，把有機(jī)態(tài)碳變?yōu)闅鈶B(tài)碳而散逸。從中看出光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)是土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源。但農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，植物產(chǎn)品大部分被移出農(nóng)田，靠根系、落葉和殘茬等自然歸還土壤的有機(jī)質(zhì)數(shù)量不多。據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的資料，禾本科谷類作物自然歸還量為3.7—17.3％，大豆自然婦還量為21.5％。日本大久保隆弘等人的數(shù)據(jù)，各類作物的自然歸還率：禾谷類作物為6.7—16.4％，大豆39.3％，甘薯為10.2％。即農(nóng)作物總生物量中，有70—90％移出農(nóng)田，只有10—30％以根、殘茬和落葉形態(tài)自然遺留于土壤。另一方面，有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化還要消耗±壤原有的有機(jī)物質(zhì)。如以旱農(nóng)地區(qū)禾谷類作物畝產(chǎn)100kg和經(jīng)濟(jì)系數(shù)為0.4計(jì)，總生物量每畝為250kg，而自然歸還率粗略定為10%,則自然歸還量?jī)H為25kg/畝左右。而土壤原有有機(jī)質(zhì)每年礦質(zhì)化約31.5kg/畝（按土壤有機(jī)質(zhì)0.7%，年礦化率3%,表層土壤每畝重15x104kg計(jì)）?？梢妰H靠作物根茬落葉等自然歸還，難以維持土壤有機(jī)質(zhì)低水平的平衡。而旱農(nóng)地區(qū)農(nóng)村常因燃料不足，連根茬也當(dāng)作燃料，更加速了土壤的日趨貧瘠。因此增加土壤有機(jī)質(zhì)是培肥土壤的關(guān)鍵。增加有機(jī)質(zhì)以培肥土壤，首先應(yīng)通過施用堆肥、廄肥、秸稈還田等形式，盡量把生產(chǎn)出的有機(jī)質(zhì)還田。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品向農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)外輸出的增加，單靠原系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)顯然是不夠的，還應(yīng)采用多種途徑，如加施無機(jī)肥料提高作物總生物量，以無機(jī)換有機(jī)。種植綠肥和飼草以及將非耕地有機(jī)質(zhì)向農(nóng)田富集等途徑擴(kuò)大農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，才能達(dá)到既增產(chǎn)又培肥土壤的雙重效果。（二）固定大氣中的氮素，擴(kuò)大土壤庫的氮循環(huán)自然界中的氮以三種形態(tài)存在：即分子氮、有機(jī)氮和無機(jī)氮。三種形態(tài)的氮的相互轉(zhuǎn)化，構(gòu)成自然界中氮素循環(huán)，土壤是氮素循環(huán)的重要基地。但土壤中含氮量所占比重甚少，貧瘠的旱地甚至只有0.05%左右。大氣中分子氮雖占其組成的79%，然而絕大多數(shù)生物不能直接利用。因此，能將大氣分子氮轉(zhuǎn)化為植物可以利用形態(tài)的固氮作用，以擴(kuò)大農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有極其重要的意義，成為增產(chǎn)和培肥土壤必不可少的重要手段。氮的固定有三種形式：生物固氮、工業(yè)固氮、閃電固氮。生物固氮：自然界中生物固氮分為自生固氮和共生固氮兩個(gè)類型（近年來又提出了一個(gè)中間類型，稱為聯(lián)合共生固氮）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年生物固氮總量可達(dá)10100—17500x104t（表6—8）,相當(dāng)于工業(yè)固氮用于化肥純氮量的3.5倍，潛力很大。僅以農(nóng)耕地計(jì)算亦可達(dá)到4400x104t，與世界氮化肥消費(fèi)量大體相當(dāng)。其中豆科又占有很大的比重（66—80%）。即或工業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)，農(nóng)田生物固氮量也占土壤氮素來源的60%，一般每年平均增加3—6kg氮/畝。由此看出生物固氮在擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)上的重要地位。旱農(nóng)地區(qū)尤其是西北和內(nèi)蒙古等地區(qū)，利用荒坡地種植牧草和綠肥，農(nóng)耕地插入豆科作物進(jìn)行合理輪作倒茬，盡可能增加土壤氮素營(yíng)養(yǎng)是勢(shì)在必行和行之有效的措施。工業(yè)固氮：在工業(yè)固氮發(fā)明以前的漫長(zhǎng)歷史歲月中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氮素來源基本上直接或間接地來自生物固氮。Hanber—bosch法固定大氣中氮素，開辟了人工合成法擴(kuò)大氮循環(huán)的新途徑，并以化肥方式向農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)投放作物最需要的氮素營(yíng)養(yǎng)，工業(yè)固氮是對(duì)世界農(nóng)業(yè)的一大貢獻(xiàn)。農(nóng)作物產(chǎn)量的30%—50%是化肥起的作用。我國(guó)近年來化肥施用量也迅速增加，對(duì)作物的增產(chǎn)起到了突出的作用。氮絕大部分化肥投放到高產(chǎn)地區(qū)和高產(chǎn)地塊。中低產(chǎn)田施用量很少。象黃土丘陵區(qū)畝施用量畝施用量?jī)H為數(shù)公斤或很少，主要原因是認(rèn)為旱農(nóng)區(qū)產(chǎn)量的限制因子是水，施化肥不合適。但大量試驗(yàn)結(jié)果證明，旱農(nóng)區(qū)施化肥增產(chǎn)效果明顯。在一定的水分條件下，通過施用化肥可直接增加土壤庫的有效養(yǎng)分，擴(kuò)大土壤氮循環(huán)。當(dāng)然不論從耗能高增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本或是從半干旱地區(qū)降水量少的自然條件來看，氮化肥用量并不是越多越好。而是根據(jù)具體的土壤狀況和作物需要適時(shí)適量的施用。并逐步做到與有機(jī)肥、磷肥相結(jié)合。閃電固氮：是通過空氣中閃電等自然電離現(xiàn)象，把大氣中一部分氮?dú)庋趸蔀橄跛猁}隨雨水進(jìn)入土壤中。掘統(tǒng)計(jì)，全世界每年閃電固氮量可達(dá)2500x104，唯地球上雷雨分布并不均勻，各地區(qū)隨雨水降落到地面的硝酸鹽數(shù)差異很大。在雨量稀少的干旱半干旱地區(qū)，閃電固氮量很少。因此在我國(guó)旱農(nóng)地區(qū)，生物固氮和人工合成固氮是提供植物氮素營(yíng)養(yǎng)和擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)氮素循環(huán)的重要途徑。綜上所述，結(jié)合我國(guó)旱農(nóng)地區(qū)的實(shí)際情況，生物固氮與人工合成固氮都是提供植物氮素營(yíng)養(yǎng)和擴(kuò)大生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的重要途徑，均應(yīng)重視。（三）合理施用磷肥，擴(kuò)大土壤磷循環(huán)自然界中磷素循環(huán)是典型的沉積型循環(huán)。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，磷巖石（主要是磷灰石）是磷素的源泉巖石、土壤風(fēng)化釋放出的磷素以及相當(dāng)一部分施入農(nóng)田的磷肥為植物吸收，一部分秸稈、根茬、枯枝落葉歸還土壤，通過微生物的分解作用，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄粤姿猁}，供植物體再度利用，從而構(gòu)成磷的循環(huán)。和氮能取之于大氣不同，土壤磷素的主要來源只有靠有機(jī)質(zhì)還田和施用磷化肥以及設(shè)法通過加強(qiáng)土壤微生物作用使土壤中固有不溶性磷化物礦化。由于磷高度集中于作物的繁殖器官（占80%），作為產(chǎn)品移出農(nóng)田，因此單靠原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有機(jī)物質(zhì)的還田是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。同時(shí)磷在土壤中常轉(zhuǎn)化成不溶態(tài)，不能為植物吸收，以致農(nóng)田土壤磷循環(huán)不完全，造成農(nóng)田磷素的虧損和磷肥饑荒，缺磷已成為我國(guó)土壤中普遍性的問題。因此要想土壤磷素保持循環(huán)平衡，必須通過不同來源（磷化肥、骨粉、人畜糞便和其他有機(jī)質(zhì)等），補(bǔ)充磷的供應(yīng)，擴(kuò)大土壤磷循環(huán)。這對(duì)旱農(nóng)地區(qū)低有機(jī)質(zhì)含量及貧磷的土壤尤為必要。在增施氮肥的同時(shí)，要特別注意磷肥的補(bǔ)充和合理施用。除以上所述，農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求是多種多樣的。今后隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)量的不斷提高以及氮磷化肥用量的增加，作物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)元素如鉀與微量元素等的需求相應(yīng)地要有所提高。重視這些元素的供求平衡，適量地給予土壤以必要的補(bǔ)充將是十分重要的。二、旱區(qū)土壤機(jī)肥料（一） 有機(jī)肥料分配使用旱農(nóng)地區(qū)人均占有耕地面積雖然比較大，但單位面積生物產(chǎn)量低，所以有機(jī)肥料不足，不是短期內(nèi)輕易能解決的問題。在有機(jī)肥料有限的條件下，怎樣才能發(fā)揮有機(jī)肥料的最大效果，肥料的分配使用是個(gè)關(guān)鍵問題。根據(jù)目前旱農(nóng)地區(qū)先進(jìn)生產(chǎn)者的施肥經(jīng)驗(yàn)幾乎都是采取集中施肥的辦法來解決肥料不足的矛盾。所謂集中施肥，包括兩個(gè)含意，其一是地塊輪流集中施肥，把有限的肥料分期集中在少量地塊上。對(duì)輪到施肥地塊來說，就相對(duì)增加了施肥量。同時(shí)結(jié)合輪作，把肥料安排在對(duì)有機(jī)肥最敏感的作物上。優(yōu)先照顧低產(chǎn)田，因?yàn)橥寥烙け。┓实男Ч@著。其二是根層集中施肥，把有限的肥料集中施在作物根層周圍，增加局部根層土壤的施肥量。這樣通過集中施肥，提高施肥效果，就能在一定程度上緩和肥料不足的矛盾。（二） 有機(jī)肥料充分腐熟旱農(nóng)地區(qū)施用有機(jī)肥料基本上有三種方式。一種是結(jié)合秋耕施肥，二是結(jié)合休閑耕作施肥，三是結(jié)合播種施肥。旱農(nóng)地區(qū)土壤的共同特點(diǎn)是土壤有效養(yǎng)分含量低，土壤有效水分含量少，氮磷供應(yīng)能力差，這種現(xiàn)象尤其在春季更為嚴(yán)重。因?yàn)楸狈酱杭練鉁氐停B(yǎng)分轉(zhuǎn)化慢，播種季節(jié)又是一年中土壤最干旱的春旱階段，播種層的土壤水分往往都處于種子發(fā)芽的臨界線左右，稍不注意就有抓不住苗的危險(xiǎn)。所以播種時(shí)施用的有機(jī)肥一定要充分腐熟，避免因施肥而失墑。由于有機(jī)肥料一般C／N比都比較寬，當(dāng)微生物分解有機(jī)物的時(shí)候，自身要消耗一部分氮源和水分，經(jīng)過充分腐熟的肥料就可以避免肥料在分解過程中與種子和幼苗爭(zhēng)水奪氮等現(xiàn)象。同時(shí)在播種施肥技術(shù)上，要使種子與土壤緊密接觸．俱證種子充分吸水。結(jié)合秋耕或休閑耕作時(shí)施肥，要求相對(duì)低些。（三） 秸稈直接還田在年降水500—600mm以上和一定灌溉條件下，秸稈還田試驗(yàn)究和在大面積生產(chǎn)上多數(shù)都表現(xiàn)增產(chǎn)效果。各種秸稈中（稻草、麥秸、玉米稈）含有機(jī)質(zhì)80%左右，氮0.4—0.6%，磷0.13%—0.27%，氧化鉀1.0—2.0%。禾本科作物稈中含有大量碳素物質(zhì)木質(zhì)素含量較多，腐殖花化系數(shù)較高，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累合土壤耕性及結(jié)構(gòu)的改善，農(nóng)作物植株中所含的鉀素大部分存在于秸稈中，其鉀素含量常可占全株的70%，經(jīng)常使用對(duì)保持土壤鉀素平衡也有重要作用。但老熟的禾本科作物秸稈含有氮量較少，碳氮比值大，為45—100：1或80—100：1，大量還田易導(dǎo)致土壤中有效氮磷被微生物吸取，引起幼苗氮饑餓，磷饑餓，即所謂的“燒苗”。所以在秸稈直接還田時(shí)，需要施入一定數(shù)量的氮肥合磷肥，一般100公斤秸稈需加入40—50公斤碳酸氫銨，同時(shí)應(yīng)提高翻壓質(zhì)量合輔以灌溉，以使土壤密接，有利于幼苗根系發(fā)育。15公斤碳酸氫銨＋15—20公斤過磷酸鈣＋250公斤玉米秸稈。在年降水量500—600mm以上合一定灌溉條件下，秸稈還田試驗(yàn)研究合大面積生產(chǎn)上多數(shù)都表現(xiàn)增產(chǎn)效果，但在350—450mm年降水量合無灌溉條件的半干旱地區(qū)，秸稈還田的作用還應(yīng)做進(jìn)一步的研究。如秸稈還田與土壤墑情的關(guān)系；丘陵坡地秸稈還田合保持水土的關(guān)系；秸稈還田合預(yù)熱耕作技術(shù)如何配合；秸稈還田的方式等都是值得進(jìn)一步探討的問題。直接據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院和陜西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院分別三、旱地化肥施用技術(shù)（一）化肥對(duì)培肥地力的作用1、有利于提高水分利用效率，緩和土壤養(yǎng)分的供求矛盾，迅速提高產(chǎn)量，增加秸稈等有機(jī)質(zhì)還田量。2、植物產(chǎn)品的增加，向畜牧業(yè)提供更多的飼草飼料，有利于促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展和增加優(yōu)質(zhì)廄肥向農(nóng)田的投入，3、由于增加秸稈、根茬、畜肥等有機(jī)質(zhì)的數(shù)量投入農(nóng)田，有利于培肥土壤。4、有利于減緩燃料、飼料、肥料之間的矛盾。因此，旱農(nóng)地區(qū)施用化肥，是擴(kuò)大農(nóng)田物質(zhì)循環(huán)的一個(gè)重要手段。也是改變旱農(nóng)地區(qū)低產(chǎn)落后面貌的有效措施。但應(yīng)因地制宜合理施用。（二）施肥量旱農(nóng)地區(qū)土壤供水不足是限制產(chǎn)量的主要因素。所以旱地化肥施用量一定要適當(dāng)。要與土壤水分水平相適應(yīng)，才能提高水分利用效率。1、施肥量與降水據(jù)國(guó)外研究資料認(rèn)為，在旱農(nóng)生產(chǎn)中降水量小于200mm，水分是唯一限制因子。只有不到三分之一的試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)施氮肥有反應(yīng)，在這種情況下施肥無利。降水量超過300mm,有96%的大麥連作肥料試驗(yàn)增產(chǎn)。而休閑一大、小麥輪作，由于休閑增加了土壤有效氮供應(yīng)，盡管有300mm降水，作物對(duì)氮肥有反應(yīng)的試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)只占一半。綜合國(guó)外研究的結(jié)果，幾乎一致地認(rèn)為確保谷類作物較高產(chǎn)量所需要的（經(jīng)濟(jì)上又合算的）最少降水量，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)字在冬雨區(qū)為300mm,夏雨區(qū)為500mm。從國(guó)內(nèi)資料看，由于目前北方旱農(nóng)地區(qū)產(chǎn)量水平很低和土壤瘠薄程度比較嚴(yán)重，在內(nèi)蒙古，陜北、甘肅定西地區(qū)和寧夏西海固地區(qū)，年降水量300—400mm半干旱地區(qū)的肥料試驗(yàn)均表現(xiàn)增產(chǎn)效果。黃澤在等在內(nèi)蒙后山四于王旗試驗(yàn)結(jié)果，施化肥比不施化肥的春小麥增產(chǎn)1—2倍（表6—15），經(jīng)濟(jì)效益也是高的。表6—15內(nèi)蒙古四子王旗旱地春小麥秋施化肥的增產(chǎn)效果試驗(yàn)處理小麥產(chǎn)量（kg/畝）025.7N2.526.5P2.534.9N5PK2.567.7N5PK2.578.92、 施肥與地力旱農(nóng)地區(qū)供水不足依然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素。所以早地化肥用量要適當(dāng)，要與土壤水分水平相適應(yīng)，才能提高水分利用率，收到最大的經(jīng)濟(jì)效益。在與鄰近地塊作比較時(shí)，凡產(chǎn)量水平低的低產(chǎn)田水分的潛力一般比較大，施肥量可以稍多一些。而對(duì)于豆茬、休閑地一般土壤供肥能力比較高的地塊，從經(jīng)濟(jì)效益考慮可以相對(duì)的少施一些。但對(duì)需肥量大的作物應(yīng)適當(dāng)多施一些。3、 施肥量與作物耐肥力我國(guó)旱農(nóng)地區(qū)在春播期間土壤水分含量一般都比較低，種肥用量過大，常常影響出苗。以內(nèi)蒙古為例，水地小麥用尿素作種肥的允許用量一般是5kg/畝左右。但在后山旱坡地上，用量超過2kg/畝，對(duì)出苗就有嚴(yán)重影響。種肥的用量還與肥料不同種類的不同性質(zhì)和作物對(duì)不同肥料的敏感性有關(guān)。據(jù)黃澤在在后山旱地試驗(yàn)結(jié)果，不同化肥品種對(duì)出苗影響的順序大體是尿素＞磷酸二銨＞硫酸銨＞三料過磷酸鈣＞三元復(fù)合肥。不同作物耐肥能力的順序大體是小麥＞蕎麥、莜麥＞豌豆＞胡麻。至于不同土壤條件下不同肥料品種對(duì)各