重新认识我们脚下的土壤

2019-02-21张立功

果农之友 2019年2期

张立功

(陕西西果联农业发展有限公司西安710065)

有机水果生产一个最为关键的条件就是土壤，也就是果树的立地条件，根本问题。从对土壤的形成和认识开始，我们需要一个高度的、系统的土壤生态学管理理念，只有用这样的管理理念选地建园和管理，才有利于生产真正的有机水果。

1 重新认识土壤

地球表面的大地是由岩石构成的。在太阳能的不断作用下，并在获得空气和水等的力量的同时反复地进行着物理的、化学的风化作用，形成了极为细小的颗粒，大地历经8亿多年形成了土。土再经过几千万年乃至几亿年的时间，微生物菌群（主要是好氧腐生菌）有氧分解动植物残体制造的有机肥，在土壤中被微生物分解后的产物（灰分、木质素等）和由微生物生成的土壤蛋白相结合而产生的物质，才是真正的土壤腐殖质。土壤微生物赋予土壤消化功能和孕育万物生命的功能，研究资料表明，形成1厘米厚的黑土层需要100万～200万年的时间，形成1厘米厚的耕层土壤需要300万～400万年的时间（图1）。

图1 重新认识我们脚下的土壤

在地球形成之前，形成我们今日所见土壤的原材料——太空岩石正飘荡在宇宙空间的一片黑暗之中。这种太空岩石诞生于太阳系诞生初期，富含大量黏土类物质，是它们构成了地球上最早的土壤。

大约46亿年前，地球逐渐形成，频繁发生且规模巨大的陨星撞击将会彻底摧毁这个星球刚刚出现的原始土壤层。此时这些黏土类物质构成的原始土壤便开始在地球的表面逐渐积累。在大约38亿年前，此前将地球变为炼狱的频繁陨星撞击开始逐渐消退，于是液态水体开始有机会在地球表面形成并累积，湖泊和海洋开始出现。液态水造成的风化作用会冲刷并侵蚀地球表面的岩石，产生矿物质并形成更多永久性的土壤。

大约在35亿年前，地球上最早的生命出现，开始对土壤产生影响，并同时被土壤所影响。那些最早的生物结构是由能够进行光合作用的有机体产生的，它们能够利用太阳的能量制造出大量的有机质。这些有机质在海滩上不断积累并混入由被侵蚀的岩石产生的矿物质成分，最终逐渐形成了最早的真正的土壤。

然而这些仍然不是我们今天所看到的这种土壤。这些最早的土壤贮存水分和营养物质的性能很差，而后者都是维持生命的关键物质。土壤的这种贮存能力很大程度上与其内部颗粒间的孔隙度有关系，而早期土壤简单的内部结构意味着水分和营养物质能够很快流失殆尽。没有任何生命能够产生足够的适应力，从而可以离开海岸向陆地推进，占据那片荒芜的土地。

大约7亿～5.5亿年前地衣开始出现。地衣是由藻类和真菌共同构成的稳定而又互利的共生联合体，有时候还有细菌的参与—它们三者共同代表了生命的三个“界”。而正是受益于这种紧密的互利合作关系，地衣拥有了极强的环境适应性。藻类可以进行光合作用，从而为地衣提供能量，而真菌可以收集水分，防止地衣脱水。真菌拥有长长的细丝，非常适合从周围环境中收集水分。地衣中还含有一种能够进行光合作用的细菌，名为蓝藻，这种藻类能够从环境中汲取氮气成分，而当它们死亡时，这些氮元素便被融入了土壤之中，逐渐提升了土壤中养分的蓄积量。通过紧密的有机协作，这些不同的细小生命将它们各自的技能结合起来，逐渐适应了这片5亿年前荒芜的大陆。地衣能够分泌酸性物质，从而加速岩石的风化过程。地衣不仅占据了地球早期的土壤，而且正在逐渐改造地球早期土壤。通过加速岩石风化过程，地衣更进一步增加了土壤中营养成分的积累，从而使土壤变得更加肥沃。这就为其他形式的生命向陆地进发铺平了道路。

大约4.4亿年前，早期植物开始大举向陆地蔓延，并在显著地改变土壤的性质。植物除了促成土壤结构，还将大量的磷和钾等营养物质带入了土壤。这种增加土壤肥力的特性背后，一大关键便在于其根部的真菌：菌根。菌根产生大量长长的菌丝，增加了植物获取营养水分的范围并使其更牢固地扎根于土壤中，并能够从土壤中吸收氮和其他植物生长所需的营养物质。菌根的菌丝可以加速岩石分解，从而释放出更多营养物质，包括磷、钙和铁等等，这些生理活动进一步增加土壤肥力。这种互利共生的关系对于陆地植物的演化过程是至关重要的，它帮助植物征服了早期的陆地，甚至是在它们发展出根系之前，而当时的陆地上甚至根本没有我们今天所言的土壤。随着时间推移，植物在结构上演化越来越复杂，发展出复杂的维管结构、叶片和根系。这一过程会将更多有机物带入了土壤，并帮助稳定土壤，使之免于被侵蚀殆尽。超过80%的现代植物与真菌菌根之间构建起了某种共生关系，并且这一机制对于增加土壤中的氮含量具有重要意义。

随着植物开始逐渐向陆地蔓延并将大量有机物质融入土壤之中，土壤的持水性能增强了。大约在4.9亿～4.3亿年前，动物开始从海洋登上陆地并逐渐扩大自己的生存空间。到了大约4.2亿年前，陆生无脊椎动物已经高度繁盛，同样的，它们也会对土壤的演化产生影响。这些早期的陆生动物都是食草的，以先期占据陆地的藻类生物和地衣类为食并将产生的营养物质混入土壤。这些动物繁衍生息，开始在土壤中钻洞并占据了土壤内部，吞食死亡的有机体并将排泄的有机物与黏土类物质和其他来自岩石风化产生的矿物质成分相混合。动物们产生的影响造就了土壤独特的结构并帮助植物继续演化，在远离水体的地方发展繁盛。生活在土壤中生物的多样性迅速增强。新的无脊椎动物物种不断出现，包括千足虫、跳虫、螨等的早期祖先。到了大约3.6亿年前，土壤已经发展到与今天的现代土壤相当近的地步，其生物多样性甚至已经与今天我们脚下的土壤相接近（图2）。

图2 土壤组成成分

2 土壤的特性

2.1 我们需要认识土壤

那什么是土壤呢？大部分农户知道土壤里面有养分、有昆虫、有水分、有机质。植物生长发育需要的养分是来自土壤，所有的作物必须依靠土壤，土壤的好坏会影响作物的好坏。土壤里面有数量惊人的微生物，因为微生物太小，肉眼无法看见。土壤是一个有生命的生态系统，不是简简单单的泥巴。1克肥土中大约有5亿个微生物，25亿个细菌，40万个真菌，70万个放线菌，5万个藻类、3万个原生动物（数据来源：《环境土壤学》第二版，2016年化学工业出版社）。

2.2 土壤微生物的作用

土壤微生物中有细菌、真菌、放线菌和土壤藻类。

（1）土壤中的细菌，它们个体小，数量庞大，占土壤微生物总数的70%～90%，变异性与适应性强。它能对土壤中污染物的转化起重要作用，分解有机物和纤维素，固氮、氨化、硝化和反硝化等，即细菌对土壤元素的循环起主要作用。如果土壤里面没有这些微生物，作物就很难吸收营养。有的农户长期偏施化肥，导致土壤里面的酸碱值失衡，杀死了土壤里面的细菌，从而导致作物很难吸收肥料。

（2）土壤中的真菌数量少，但个体庞大，1公顷表土中真菌菌体质量可达500～5 000千克，它适宜酸性的环境，好氧，在土壤的表层多，下层少，以氧化含碳有机物质来获取能量。它的作用是分解含碳有机质，是土壤中糖类、纤维素、果胶和木质素等含碳物质分解的积极参与者。土壤中的有益真菌，有些具有养分分解、提高肥料利用率的作用，有些菌根菌和根系共生，刺激根系生长，有些则具有抑制根部病害等功能。

（3）土壤中的放线菌数量较大，土壤中的生物量与细菌相当，放线菌数量是细菌的1%～10%。放线菌的作用：参与有机质转化；促进作物生长。在分解有机物质的过程中，产生生长刺激物质，维生素等；抑制病原菌的繁殖，减轻土传病原菌对作物的危害。产生抗菌素及挥发性物质。土壤的放线菌可以减轻病害的危害，增强作物的抗病性。

（4）土壤藻类个体微小，大多数为无机营养型，可自身进行光合作用合成有机物质，分布在表层。也有少数分布在较深的土层，通常为有机营养型，以土壤中的有机物质为生。作用：其一，加速土壤形成。能和真菌结合成共生体，在风化的母岩或瘠薄的土壤上生长，积累有机质，活化土壤；其二，分解、增加土壤矿质元素。有些藻类可以直接溶解岩石，如硅藻可以分解正长石、高岭石，补充土壤钾素；其三，改良土壤结构。许多藻类在代谢过程中，要分泌出大量黏液，从而改良土壤结构，变成团粒结构；其四，改善土壤的通气状况。藻类进行光合作用时，吸收水中的二氧化碳，放出氧气，促进气体循环，从而改善通透性。

土壤具备疏松、造肥、解毒、抗病、保水、促进生物生长等功能，保护好土壤微生物是土壤管理的重要目标。土壤的功能是有限度的，地球是满足人类的生存，满足不了人们的欲望和贪欲，（如以我们的标准判定食物的好处，如反季节等等）。只要人们遵循自然规律，土壤是能够满足我们需要的。土壤管理的核心目标是保护好土壤微生物。

2.3 土壤动物的作用

土壤动物是土壤中和落叶下生存着的各种动物的总称，土壤动物作为生态系统物质循环中的重要消费者，在生态系统中起着重要的作用，一方面积极同化各种有用物质以建造其自身，另一方面又将其排泄产物归还到环境中不断改造环境。研究资料表明，土壤中的原生动物、线虫、螨类、跳虫、蚯蚓和一些大型节肢动物直接参与氮的循环。它们与共生的菌类和原生动物一起能够分解纤维素和木质素，参与碳的循环。而且以传播接种微生物等方式来加速营养物质的分解和还原，不但促进植物的生长，也加速土壤的发育，以及增进土壤团粒的形成，增强土壤的通气、持水、保肥和抗侵蚀的能力（图3）。

图3 蚯蚓粪

以我们谈过的蚯蚓为例，肥沃土壤中平均每平方米蚯蚓最高可达170多条，一亩土壤有14万条。10年时间，蚯蚓可以增加腐殖土的厚度在0.83英寸～2.2英寸（2.1厘米～5.6厘米），腐殖土这么多，就相当于给土地每年施3 000千克上好的有机肥。一条蚯蚓可深入地下2.4米，寿命6年，一年迁徙几千米，帮你疏松土壤。一条健康的蚯蚓一生所搬运的土壤总量将超过3 500千克。蚯蚓粪中钙含量高，能避免很多植物因缺钙引起的各类病害。蚯蚓以有机质、微生物、矿物质、脂肪、肉类为食，并且使微生物（真菌、细菌等）数量发生数量级的变化。在土壤中加入一些蚯蚓粪可有效地预防病虫害，减少植物的发病率。例如一种寄生于地老虎的线虫常以蚯蚓腹中的微生物为食并在蚯蚓体内大量繁殖，蚯蚓与地老虎是在一个体系里面。试验证明，土壤里面加入蚯蚓粪会减少作物的病害的发生。

3 科学的土壤管理

土壤具有化学性、物理性、生物性（图4），三者同等重要，缺一不可。化学性是指与pH、电导率、土壤盐度等有关的化学性质的因素。其对应土壤的化学肥力，例如土壤中所含有植物能吸收利用的营养元素氮、磷、钾大量元素和硫、钙、镁中量元素，以及铜、锰、锌、铁、钼、氯等微量元素。当然，我们也要千方百计预防和减轻某些有害化学元素铅、砷、汞等重金属的污染，保证有机生产。物理性是指表现在力学、结构等方面的因素，亦称物理化学性。其对应的就是土壤的物理肥力，一般指的是土壤的物理性状，如团粒结构、通气性、温度和水分等。生物性是指土壤微生物的生态系统，要保持好气性的有益状态。其对应的就是土壤的生物肥力，主要就是土壤中有利于改善土壤化学肥力和物理肥力、有益于作物生长发育的有益微生物菌群的活性、多少及生存和繁殖能力。这三个条件在长期连续地互相保持均衡的状态时，才能成为培育健康作物的土壤。

图4 土壤具有化学性、物理性、生物性

3.1 土壤管理的核心目标是保护土壤的微生物生态

要促进陆地和土壤生物多样性的繁荣，主要是保护好土壤微生物和土壤昆虫。充分利用自然的力量，通过免耕、适当休耕、轮作、间作、套种绿肥和生草、落叶归根、重视有机肥和有益微生物等措施，让土壤休养生息，自行改良，恢复生态环境，保持生物的多样性，土壤才会更有活力。如果看到土壤里有大量的土壤微生物和各种各样的虫子，特别是蚯蚓生长发育得好，土壤自然好了。

保护土壤微生物。我们要了解土壤微生物的特点和生活习性：有生命、好氧、厌氧、pH值、光照、温度水分等等，我们不一定全部研究，土壤会根据自己的习性选择合适的土壤微生物。那么，破坏微生物的生产方式有：有毒的投入品：如农药、除草剂可以直接杀死土壤微生物；影响pH值的投入品：如化肥、农药（酸性）；改变土壤空气和光照的耕作方式：覆盖农膜（温度、湿度、空气）、大水漫灌、耕地等，耕地会导致微生物遭遇到地震一样，给微生物带来危害，好心做了坏事。破坏超过土壤的恢复程度，会导致土壤的沙化。例如秸秆焚烧（烧死微生物）、土壤裸露（晒死、饿死、淋死、冷死、热死微生物），所以土壤需要覆盖些东西。

其次是谨慎使用农药和化肥，减少农药、化肥、除草剂、盖膜、秸秆焚烧、反复深耕等不良的管理的行为。因为化肥会改变土壤pH值，水溶性肥料导致作物无选择的吸收，作物骤饱骤饿；用化肥相当于输液而不是吃饭，导致作物自身的功能减弱。实行少(免)耕法，可以减少二氧化碳排放，保留作物残留物可以提高土壤有机质含量。研究显示，免耕地的速效磷比翻耕地高出1.1倍，速效钾比翻耕地高出34.3%。因为免耕地的微生物比翻耕地的多100倍，（《自然农法》，顾克礼著）。免耕需要注意的是排水通畅，在平地和低洼地，一定要开沟排水，垄作。

3.2 土壤覆盖

为什么要覆盖土壤呢？土壤是地球的皮肤，大自然里，凡是有土壤的地方，都有植物覆盖，植物和土壤是共生、依存关系。覆盖有什么好处呢？通过增加地被植物、植被、覆盖物和堆肥不但可以提升土壤中的有机质，而且保护了土壤微生物和昆虫，腐烂的秸秆是微生物和有些昆虫的食物。覆盖可抑制杂草，杂草无法见光，在一定程度能控制杂草长势。覆盖可使土壤保湿，抑制土壤水分蒸发，保持土壤湿度。调节土温，使土壤冬暖夏凉，相当于自然空调。增加养分，秸秆腐烂后，是非常好的有机肥。改良土壤，通过微生物和昆虫的作用，改良了土壤结构。保持水土，避免土壤被阳光暴晒、被暴雨冲刷，避免水土流失。此外，通过种植植被和覆盖土壤还可以保护土壤免受风化和盐化的影响。

覆盖的方法和原则：土壤不能裸露，所有绿色植物，不管是作物的秸秆，还是路边的杂草，都可以用来做覆盖物；任何作物都可以覆盖。最好是完整的覆盖，而不用打碎，更不能用机械粉碎还田。两种覆盖模式：秸秆和生草，有机结合。