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浅析我国农业土壤表层的生态环境

发布时间:2021-02-24 09:58 人气:

  众所周知,提高农业可持续发展能力,就应该关注人类生存的基本资源――土壤以及农业表层土(土壤植物营养层)。可眼下人们对耕地的高强度开发和不合理的利用,已经严重损害了土壤结构。2001年的环境质量公报显示【1】,我国农业土壤的生态环境总体趋于恶化、农业生产受到严重影响,这种损害突出表现在以下几个方面:

  1、土壤沙化、酸化速度惊人

  从全球荒漠化的扩展速度来看,全球每年有600万公顷的土地变为荒漠,有2100万公顷土地因退化而不能生长作物。而在中国,从上世纪50年代至70年代的20年间荒漠增加了1500平方公里 ,80年代2100平方公里,90年代末3460平方公里,目前总面积已达267.4万平方公里。【2】造成荒漠化的很大的原因是大量砍伐,肆意放牧,垦荒等。从历史上的教训来看,如在秦汉时期,随着秦朝势力的强大,以种植业为主的汉民族向北推移,对草原进行了大规模的屯垦,破坏了草原植被,造成了北部许多草原和绿洲沙漠化,例如:乌兰布赫草原沙漠化、吉居延海绿洲沙漠化。【3】又如在清朝末年,由于人口达到4亿多人,人均粮食不足,由此带来清朝末年的大面积垦荒,大面积的人工植取代了自然植被,造成中国的北方草原的生态环境的恶化。现阶段的我国,为了养活日益增多的人口,人们不得不在短期内最大限度的提高农业产量。结果是过度利用了土壤表层土这种“可更新”的资源。由于长期忽视了保护土壤的必要性,大量表层土被冲走,或者被风吹走,农业系统中土壤的损失则更为严重,每年每亩损失达到几吨的程度。公报显示如果是草原和森林的生态系统,一般都可以通过自然腐殖化过程自我补偿。但是,由于我们大面积地破坏自然植被和森林引起的水土流失、过度放牧引起的草原退化、大面积开垦草原引起的土壤沙漠化,其创伤往往需要很长时间才能恢复,有的甚至不可逆转然,通常是通过几百年或几千年才可以产生出现今我们厚厚的土壤层,而认为的行为加剧了土壤流失的速度。农业经济学家来斯特。布朗说过,耗尽了石油储量,文明世界还可以维持下去,可是耗尽了全世界的农业表层土,文明世界就无以为生了。这句话深刻地揭示出,如果生态环境受到破坏,那么今天的繁华都市到明天只会留下一些“荒芜了的古神殿”。柏拉图描述了希腊兴邦初期至他所生活的时代间雅典土地所发生的变化,先前富饶的土地只剩下一付病秧秧的骨架。所有肥沃松软的表土都被冲蚀殆尽,剩下的只有光秃裸露的骨架。当时每年滋润土地的雨水,毫不留情的把这些光秃秃的地上土层冲到海里【4】。希腊古城中现在已经荒芜了的古神殿,正时时刻刻提醒我们如不想再经历同样的道路,就必须从现在开始来保护我们宝贵的农业表层土资源。

  关于我国土壤酸化的面积,已占国土面积的40%以上,比上世80年代增加了一倍多,并且在南方地区更为严重。尽管土壤酸化主要由酸雨引起,但是我们也应该看到由于我国大量使用化肥对土壤环境产生的酸化污染,其主要表现为氮肥特别是大量铵肥的长期大量地使用,铵离子进入土壤后在其硝化作用的过程中释放出氢离子,使土壤逐渐酸化。铵离子能够置换出土壤胶体微粒上起联结作用的钙离子,造成土壤颗粒分散,从而破坏了土壤团粒结构。大量施用氮肥,也给土壤引入了大量非主要营养成分或有毒物质,如硫铵中的硫酸根离子和氯铵中氯离子,或尿素中的有毒物质缩二脲,它们对土壤微生物的正常活动有抑制或毒害作用。土壤酸化不仅破坏土壤性质,而且会促进土壤中一些有毒有害污染物的释放迁移或使之毒性增强,使微生物和蚯蚓等土壤生物减少,加速了土壤一些营养元素的流失。我国东北地区一些农场长期使用氮肥,表土PH值由5.0降到4.3,土壤板结普遍严重,有的已经丧失了农业耕种价值。【5】

  2、土壤老化、土壤肥力下降

  “凡土种三五年,其力已乏”。由于我们在前几年过多的利用化学肥料来提高农作物的产出,过度的摄取使得土壤中的微量元素减少急剧,使得农产品质量下降,造成了现今人们普遍认为的米不香、瓜不甜、果无味等。土壤老化、土壤肥力下降因素是多方面的,其表现为高产量的农作物从土壤中携带出的养分量与施人土壤中的养分量不协调,主要是由2个方面因素造成的。

  一、土壤表层土的侵蚀。现代农业兴起以后,由于长期以来对农业生态平衡问题认识不足,没有正确处理好发展生产和保护生态环境,开发利用资源和保护增殖资源之间的关系,造成违背生态规律,片面追求农业产量,用单一的粮食生产结构去代替多层次和复杂结构的农业系统。在人口不断增长和耕地不断减少的情况下,往往是盲目地毁林毁草开荒,围湖围海造田,结果造成了生态平衡的破坏,生态状况日益恶化,由于毁林毁草开荒,土壤侵蚀加剧,导致的土壤养分退化和生产力降低,已成为制约土壤资源持续利用和农业生产发展的主要因素。土壤中除了N、P、K大量元素以外,还有一些常量元素(Ca、Mg、A1)和微量元素Cu、Zn、Mn、Fe等也是植物生长必需的重要部分,这些元素同时也是评价土壤质量的重要指标。当绿地被人为开垦耕种后。破坏了有机植被,导致土壤侵蚀加剧,土壤有机质和N、P、K等大量元素和微量元素养分严重流失,生物活性降低。因此,林区草地被人为开垦破坏后,土壤侵蚀带来土壤养分流失,导致了生态环境演变。

  二、人们施肥的不合理。在我国,迫于人口压力,很长一段时间以来,片面追求高能量的输入和产出,但是由于农业耕作对象科技水平、管理水平低下,造成了农业土壤表层土质肥力的恶化。使用化学肥料可以暂时掩盖损失掉的土肥。但是化学肥料不能代替土壤中的自然肥力。一般说来,农作物生长中必不可少的元素有氮(N)、磷(P)、钾(K)三种以及一些。土壤里这三种元素需要我们人为的增加其含量,其余30种植物所需的微量元素如锌、镁等都可由土壤供给。

  而我国施肥时一般是以氮为主,磷次之,钾最少,而农作物从土壤中吸收的养分量以钾最多,氮次之,磷最少,在生产中,我国很少单独施用钾肥,施用的有机肥料中钾素含量也比较低,钾素养分在土壤中入不敷出的问题日益突出【6】,同时造成土壤中的氮量元素逐年增加,磷元素不断积累的现象。尤其在连续施用同一种类或性质相近的肥料时,农作物对肥料的选择性吸收就造成一些养分迅速减少,另一些养分逐渐积累,加速了土壤养分不平衡。农作物的长期生产,将会使得土壤的养分平衡及比例失调更加明显。

  另一方面,由于土壤中养分不平衡和其比例的失调,某些过剩的化肥元素大量积累在土壤表层,同时存在随雨水冲刷流失而污染周边的环境的危害。化肥元素大量积累对农作物生产极为不利,会造成农作物的病害,降低产量和品质。这就是我们与美国、日本等发达国家相比,农产品中各种化学成分含量偏高的原因之一。例如农产品中硝酸盐超标主要是过量使用氮肥所致,而合理施肥、平衡施肥可大大降低硝酸盐含量。另外,在栽培方法上运用不当,也易造成硝酸盐累积。如催生栽培方法中,大量使用氮肥和生长激素,使得作物(特别是瓜、果、菜类)的生长期大大缩短,其中肥料中的氮素不能充分在光合作用中形成蛋白质,导致硝酸盐大量累积在瓜果菜内。【7】

  3、重金属污染严重

  我国受重金属污染的土壤面积达2000万公顷,占总耕地面积的1/6,因工业“ 三废”污染的农田近700万公顷,使粮食每年减产100亿公斤。有资料显示,华南地区有的城市有50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类的污染;长江三角洲地区有的城市连片农田受镉、铅、砷、铜、锌等多种重金属污染,致使10%的土壤基本丧失生产力。

  重金属污染的危害主要是降低了作物的品质,同时也影响土壤中的微生物活动。关于重金属对土壤系统的污染研究目前已进行得很多,作为重金属一般不易随水移动,不易被微生物分解,因而常在土壤中积累,含量较高时能降低土壤酶活性,使之失活。超过一定量的重金属能抑制土壤呼吸作用的进行,能破坏参与蛋白质和核酸代谢的蛋白酶、肽酶和其它有关酶的功能,同时还能在植物体内大量富集,也会通过食物链进入人体中,对人体组织和器官有毒害作用,如在日本发生的著名的“骨痛病”事件。另外,据土壤一植物根际营养研究表明,土壤中的有机物质以及施用的厩肥、人粪尿和绿肥中的很多营养成分在未分解前作物是不能吸收利用的,只有变成可溶性物质,才能被作物吸收利用。完成这种功能的就是生活在土壤中的细菌,放线菌,糸状菌等各式各样的微生物。 例如 磷细菌微生物,能分解一些含磷有机物,为植物提供可利用的可溶性磷肥。硅酸盐细菌能把钾从含钾丰富的石块中分解出来溶解于水中,供植物吸收利用土壤污染和微生物在地球表层的物质循环实现重要的任务。植物遗体等有机物的一大半,都是由这些土壤微生物分被解成为无机物,再被植物循环利用。所以说,如果土壤微生物失去机能的话,这个循环中断,可以说说生态系统被破坏了。重金属土壤污染,不仅仅只是通过污染作物和污染地下水影响人类的健康,土壤中的微生物也受到影响。在重金属污染或土壤酸性化的土壤中,有细菌和放线菌减少,糸状菌增加的倾向。重金属和酸等污染物的增加打乱了土壤生态系内的微生物间相互影响构成平衡的生态系,导致土壤中微生物种类的变化,降低了土壤中有机物分解机能,为了说明真相,日本的学者服部浩之比较了土壤中的细菌,放线菌,糸状菌的有机物分解能力。其结果如图1,在细菌,放线菌,糸状菌中,接种放线菌时氨生成量多,糸状菌的生成量不超过放线菌的1/5左右。这个结果可以显示菌群分解有机物活性的不同,重金属和酸性化导致土壤中微生物种类的变化,暗示着对有机物的分解机能发生变化。实际上,向土壤添加各种浓度的重金属,调查看看微生物数量、土壤的有机物分解量,就能确认放线菌数量的减少和有机物分解量的减少相对应,。这样地,土壤污染是通过对土壤微生物的影响,从而影响到其有机物的分解机能【8】。关于重金速污染物影响微生物的未知点很多。我们有待于将来进一步讨论。

  4、农药污染触目惊心

  我国是发展中的农业大国、人口大国,也是农药生产和使用大国。近年来我国农药总施用量达130余万吨(成药),平均每亩施用接近1公斤,比发达国家高出一倍。并且在土壤中的残留农药量一般高达为50%~60%.大量农药的大面积喷洒对土壤的污染可以看作是一种 “面源污染”。同时大多随地表径流来污染地下水和地表水。

  农药进人土壤的途径主要是农药直接进入土壤 (如使用除草剂、拌种剂和防治地下害虫的杀虫剂)和间接进入土壤的(如防治病、虫、草害喷洒于农田的各类农药,有相当部分落入土壤表面;农药随大气沉降、灌溉水和动植物残体而进入土壤)。【9】

  农药对农业生态环境污染的原因,从历史原因来看,主要是我国以前使用的农药都是广谱,杀灭性强、持效期长的品种,尚未重视其对生态环境的影响。在管理方面侧重对农药质量及药效的监督。缺少农药安全性评价,缺少对农药毒性的监测系统。由于对农药毒性了解和监督不够,造成高毒、高残留的农药如六六六的使用量长期占我国农药总量60%以上。严重污染土壤农业生态环境。另外由于有些农民环保意识差,农药使用不当,在使用技术上单纯追求杀虫、杀菌、杀草效果,擅自提高农药使用浓度,甚至提高到规定浓度的两三倍,大量过剩的农药导致直接接纳农药和间接接纳植物残体的耕种表面土层中农药大量蓄积,形成一种隐形的危害。同时在土壤中残留期长的农药残留物质对后茬作物也造成污染。如80年代使用的六六六现在仍可在土壤中测定出来。这些农药将直接污染土壤和作物,还会通过食物链进入人体,导致人体生理过程的致命恶变。【10】

  总结

  1975年《美国农业研究计划书》比较明显地反映了美国农业在环境和能源压力面前的新变化。该计划书指出:“改造农业技术是世界大幅度提高粮食产量的唯一途径。重点应放在提高可更新资源的产品产量上,增加可更新资源对食物、饮料和工业的生产力,应成为国家的首要任务。农业研究上要求投入不可更新的资源最少,而获得的产量最多。”日本科学家也提出了要改变偏重于“无机农业”的做法,而转向“有机农业”的发展,以防止可更新的土壤耕种表层土转变为不可更新的资源。作为对策,我国在保护农业土壤资源方面也应当努力做到以下几点。

  1、针对我国土地资源比较严峻的现状,严格保护现有耕地,保护土地资源和土壤肥力。为此必须发扬和坚持我国农业注重精耕细作、注重实施农家肥的优良传统,改善土壤的物理性质,增强保水保肥。

  2、走可持续发展的道路,发展生态农业。自古以来,我国就有许多优良传统和生产经验符合生态农业的原则。如《沈氏农书》把养猪、酿酒、种庄稼联系到一起,指出: “相继而生成,相资以利用”,这正是我们所强调的物质的循环利用、重复利用,以促使经济效益不断增长。在当今我们更要大量地发展生态农业,尽管有时会与经济效益相抵触。

  3、加强水土保护,植树种草,提高森林和植被的覆盖率,促进我国农业向良性发展。实施退耕还林、退耕还草工程,改善生态环境,有效遏制狂风暴雨和径流对地面的冲刷,缓和风雨侵蚀。特别要在山区坡耕地和梯台地中大量种植,固土护坡护埂,防止水土流失。

  4、积极发展农业新技术,科学种田,提高生产力水平。我国的人口压力下,作为提高粮食产量的途径之一就是发展农业新技术,提高农民的科学生产技术,科学平衡施肥,科学地增加和补充中、微量元素。

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