传统农业技术的环境适应性及其生态意义*——以黄土地区施肥技术为例

杜 娟

(陕西师范大学 西北历史环境与经济社会发展研究院，陕西 西安 710119)

历史上农业生产技术体系的形成是千百年来劳动人民经验的总结与传承，它不仅体现农业生产与自然环境的互动关系，也承载着特定区域内农业文化的特征与发展。整地、灌溉、施肥、杀虫、除草等技术措施构成了农业生产技术体系中的重要环节，当地的水热条件促使人们在各个环节尽可能保持土壤气、热、水、肥的协调发展，从而维持土壤的可持续性种植。自农业产生以来，人们对如何利用土壤、改良土壤、保持土壤肥力积累了丰富而有效的经验。历史上，劳动人民选取的施肥技术与方法往往是适应自然环境的尚好选择。正如美国农业部土壤管理所所长富兰克林·H·金所言，东亚民族几乎每一寸土地都被用来种植作物以提供食物、燃料和织物。生物体的排泄物、燃料燃烧之后的灰烬以及破损的布料都会回到土里，成为最有效的肥料[1]。

我国北方是黄土堆积、搬运、再沉积的地区，黄土地构成了古代先民生存与繁衍的主要场所，黄土的特性不仅提供农作物的生长空间及营养来源，也形成了以“黄土文明”为特征的农业文化传承。自春秋战国时起，人畜粪尿、草木灰、秸秆、泥粪等经过必要的收集、堆积、发酵，连同黄土的混合物一并施于农田，结合绿肥作物的种植，维持着土壤几千年的利用与改良。清至民国时期是我国传统农业向近代化农业转型的时期，农业生产技术的伟大变革使传统农业体系发生着急剧变化，这一转型过程在学界已有广泛而深入的论及，但针对特定区域，农业生产地方经验传承与变革的历史与环境之互动关系的研究尚有可探讨的空间。黄土区是悠久的农耕区，因地制宜的农业生产地方经验无不透露出人们对生存环境的认知、利用与改造过程。本文以位于典型黄土区的汾渭平原地带为中心，探讨施肥技术的地方经验及其与环境的相互作用。

一、黄土构成重要的肥料来源

在我国的土壤分类系统中，土垫旱耕人为土是重要的人为土类型，以汾渭平原分布最为广泛。这种土壤的成土过程由于长期的农业耕种添加大量外源黄土形成了有别于自然土层的人为覆盖层，该层土壤的组成物质主要源于施肥过程及自然的粉尘沉降，其中又以施肥方式为主要影响因素。

粪肥曾是农业历史上最为直接而有效的肥料，与黄土混合后施入土壤是黄土区延续千年的肥田习惯。汉代《氾胜之书》中有关肥料的记载有“美粪”“粪”“熟粪”及“蚕矢”等诸名称，它们均参与了与黄土相拌和后施入农田的过程，如“区种粟二十粒；美粪一升，合土和之”[2]68。区种大豆，“坎方深各六寸，相去二尺，一亩得千二百八十坎。其坎成，取美粪一升，合坎中土搅和，以内坎中”[2]130。区种瓜，“一科用一石粪，粪与土合和，令相半”[2]152。这种粪肥与黄土相拌和的施肥过程在历代的农书中屡有记载。

根据《齐民要术》中记载不同作物的种植，多在区种或畦种瓜果蔬菜中使用较多的粪肥。例如，种葵，“地不厌良，故墟弥善；薄即粪之，不宜妄种。春必畦种水浇。畦长两步，广一步。深掘，以熟粪对半和土覆其上，令厚一寸，铁齿耙耧之，令熟，足踏令坚平；下水，令彻泽。水尽，下葵子，又以熟粪和土覆其上，令厚一寸余”[3]。其余，种瓜、韭、桃、梨等也需要用熟粪配以黄土上地。唐至明代的农书中所记依然如此法，想必这一过程除了可以避免生粪烧伤幼苗的危险，也可以增加粪肥的数量。粪肥不足应是传统农业时期农户家庭常要面临的问题，故有“耕农之事，粪壤为急”[4]，这也促使粪肥一度成为重要的商业物资，唐时期，长安一带就有商人因收集粪肥而致富，“长安富民罗会以剔粪自业，里中谓之鸡肆，言若肆之积粪而有所得也。会世副其业，家财巨万”[5]。当粪肥成为农业生产中紧缺的物资，配以黄土则可相对增加肥料数量。尽管如此，农户们仍会优先选择一些作物种植中使用粪肥，农书中多可见在瓜果蔬菜等经济作物中施肥的过程，而大田作物常以种植绿肥为主。

至清代，农家也更为重视肥料的收集，一切粪尿杂秽都可用于作肥，人粪、牲畜粪、草粪、火粪、泥粪、骨蛤灰粪、苗粪、渣粪、黑豆粪、皮毛粪都是农家使用之肥[6]。上述粪肥中，人粪及牲畜粪易获取，制作过程简单易行，应是农田中最为主要的肥料来源。在人粪、牲畜粪、草粪、火粪、黑豆粪的制作过程中，与土拌和及合土盦制是主要方式。将黄土加入到圈厕中积制肥料是更为简单易行的方法，清代陕西三原人杨秀元就一再强调用黄土垫圈与积累粪肥同等重要，他在对晚辈的训诫中言：

农家首务，先要粪多。或曰：“多买牲口，则粪亦不忧其少矣。”余曰：“不然，有牲口而不衬圈，与无牲口者何异？即衬矣而不细心，与有牲口而少者何异？”或曰：“是何说也？”余曰：“此事要身亲方能晓得。自家有人经理，不必言矣。若无人，必先与火计定之以日，约之以时，某日一圈。或十日，或十五日。此一定之期，不可改易。又必须于每日早晚两次著工人衬圈。粪要拨开，土要打碎，又要衬平。或早刻用土多少，晚间亦如之。照日查算，遇十日一期，令工人出圈。周而复始，总要亲身临之，则日积月累，自然较旁人多矣[7]99。

这一积累粪肥的过程需收集大量的黄土，于是在农闲时节，拉土便成为重要的日常工作，具体安排如下：

二三月内实在无活可做，或拉土，或锄草，就着两样事了。但此二事除过麦秋二科，若无活可做，就着做此事。如果草房子宽大，可以积每年底麦秸，何妨遇着闲日子，就教人将草铡底放满。或者无多底房屋，但有工夫，就要铡草。不然天有不测风云，下上几天，牲口没草吃，你看作难不作难？至于土，天日圈内是定要底，有干土可衬，不必言矣；有土房子放土，亦不必言矣。如若无土，又无土房子放土；即或有放土地方，欲不甚多；万一下上几天雨，圈内无土可衬，你看作难不作难？所以此二事，我于二月、三月内言，但无活可做，就着做此事也。嗣后无活底天气，九、十、冬、腊悉照此[7]86。

在黄土普遍发育的地区，黄土的用处自当不仅限于制作肥料，人们的居家生活均离不开黄土，建窑洞、土墙、土炕、土灶、储水土壕、储粮土窖等都需要丰富的黄土资源，这些生活建设利用过的黄土会被再次利用，诸如百姓家中废旧的土墙、土炕、土灶等皆是人们俗称的陈年老黄土，也是一种重要的肥源。这样的生活智慧追溯至北魏时期已有记载，据《齐民要术》载，种蔓菁“种不求多，唯须良地，故墟新粪坏墙垣乃佳”[3]156。“坏墙垣”即是陈墙土，在关中平原尤其广泛，盖房子用的墙体，生活中盘炕、盘灶都需要夯制黄土坯。储备土坯已是百姓重要的日常事务，据杨秀元所记，“冬天无事，或着火计一人打土墼，或叫人打土墼，大约二三千为度，以防来年补修墙垣”[7]98-99。每年需要打新的土墼，换下来的旧墙垣都是尚好的肥料，这与土壤中微生物的氮循环有关。石声汉先生曾认为，这种陈墙土中含有非共生性固氮细菌和蓝绿藻，它们在这种长期休闲的环境中，形成合适的生长条件，因此固定了一些大气氮，成为氮化物。陈墙土中也会聚集一定量的硝酸盐，以及微生物加工所得氮化物，一并纳入土壤中，提高土壤的肥沃度[8]。民国时期，北方广大地区普遍缺乏肥料，关中平原更是如此，使用炕土及墙土作肥更为普遍，对当时陕西一带农家肥料的调查也有记载：

陕西渭河平原之木材，至感缺乏；当地造屋，大多拆旧屋之木料，以建新屋。虽秦岭山脉中有大好木材，然以运输不便，不能取用。该处并且缺乏煤炭，所以作物之秸秆，都作为燃料之用，农家不能利用之材料；农家肥料以牲口粪为大宗，其他则为人粪、生豆、油饼之类；此外则多施用坑土[注]“坑”通“炕”，这由“坑土即卧坐之砖坯”可以看出，如今关中平原的农村仍常见这种土炕，冬日里，土炕顶头一侧的中空墙体内还可燃薪取暖。与墙土者。坑土即常卧坐之砖坯，经二三年后，拆下击碎以之肥田。此种土坯，因经二三年之燃烧，其上附有二三分厚之油黑烟膏；据云：此膏之肥力甚佳，每坑土坯，可粪地一二亩，农民甚宝贵之。凡农民欲得旧坑之土坯，甚愿为坑主另建一新坑，并另外给以小米七八升。若该坑年分悠久，则应给之小米须加增。因该坑土坯之肥力尤佳也。墙土即土墙之土，据云：凡土墙有一二十年之久，即可用之肥田，年代愈久则肥力愈佳。因而该处农民常将残屋败壁墼细后粪地。用坑土肥田，北方农家大都行之，惟陕西农家行之者尤勤；墙土肥田，他处稀有；谅系陕西农家肥料，更形缺乏之故也[9]。

直至现代，关中农村依然存有以土盘炕、以土盘灶的习俗，这些燃烧过的陈土材料最终又以肥料的形式回归黄土地。

以土垫圈及居家生活需要的大量黄土皆来自于村庄内及村周围便于运输的地带，存留的诸多土壕、土崖、土坎便是取土之遗留。至建国初期，这种取土活动有增无减，消耗的黄土量非常大，通常每车熟粪要加土三车，并且这一工作已不仅是农闲时节的任务，平日里运土、积土需要消耗大量劳力。显然，黄土在肥料的构成中占有相当大的比例。这些土壤资源最终又以另外一种形式归还于这片土地，绵延不绝，永续利用，正充分阐释了“一方水土养一方人”的自然生态意义。

二、黄土区土粪施用的土壤生态意义

黄土与肥粪的拌合物又被称做“土粪”，作为关中地区的主要耕作土壤——塿土的形成有赖于土粪的积极作用。农业史中土粪并未作为专门的肥料种类，只是强调黄土参与到粪肥腐熟的过程。上世纪五六十年代，朱显谟等土壤学家在对黄土区土壤进行系统调查时发现，以关中平原为主的黄土区耕作土壤的成土过程，人为作用是主要的。这种人为作用即农业施肥过程添加的大量黄土，致使在原来自然土壤的顶部覆盖了厚约50厘米以上的比较疏松的土层[10]。这层覆盖层多由土粪构成，土粪曾是黄土区农家施肥的主要来源，一般是对各种有机肥、家畜肥、人粪尿、圈肥、土炕以及土墙等各种肥料的通称，因当地多以黄土垫圈，且其中土体约占70%以上[11]。黄土在肥料积制过程中的高配比形成了这种深厚的农业耕作土层，该层对黄土区农业生产的抗旱保墒是十分有利的。

用黄土作为肥料拌和物一方面由于黄土易于获取，另一方面，干粪利于存放且较为卫生，农家常习惯堆粪于道边。未经腐熟的粪尿是新鲜粪尿，因其“成份太厚，虽加数倍之水，亦不能溶解，且尿中有尿素直接有害于作物”[12]。因此，粪尿必须经过贮藏，在尿素菌的作用下，尿素得以分解，利于作物吸收。贮藏时最好使其断绝空气，可加入过磷酸石灰。黄土是一种富含碳酸钙的碱性土壤，与粪尿拌和正可以起到上述效果。

所有人畜粪尿，虽然含有大量的养分，但多数不能直接被作物吸收利用，通过堆肥腐熟，有机物质养分才能释放，发酵过程产生的高温还可以杀死粪便中的寄生虫卵、病原菌等。若直接施入土壤中，微生物分解粪肥中的有机物质时会吸收土壤中的养分和水分，与作物争水争肥，粪肥发酵还会产生大量的热量，不仅与作物根系争夺氧气，也会引起烧苗现象。因此，圈厕肥必须经过堆制后才可以施用。由这些家畜粪尿、各种垫圈物质以及饲料残屑混合积制的肥料又称为厩肥，土粪就属于以黄土作为垫圈物质的厩肥[13]。用黄土与粪肥混合，可以大大降低生粪因发酵产生的争水争肥、高温烧苗危害。

对土壤结构而言，逐年的施肥添加使耕作层不断增厚，形成深厚的人为堆垫覆盖层。在关中平原，现代地表土层多由上部人为覆盖层与下部生土层叠加而成，且上部人为覆盖层厚度多可达50cm以上，该层疏松多孔，结构良好，下层相对致密，这种结构可以起到农业土壤抗旱保墒的作用。但土壤上部的覆盖层也并非越厚越好，一般以30～60cm为宜，超过这个厚度，又会使下部土壤粘化层距地面过深，产生漏水漏肥现象。因此，当人们逐渐认识到这种土壤性状，在施肥过程中通过减缓堆垫土层厚度保持适宜的耕作土层，改变黄土垫圈为秸秆垫圈，或者改土多粪少为纯粪堆沤。这样一来，关中土壤耕作层的人为堆垫作用会逐渐减缓，形成相对稳定的“黄盖垆”剖面特征。

对土壤性状而言，土粪多以肥粪和黄土拌和而成，大量黄土的添加一方面阻缓了原来土壤的粘化和淋溶过程，另一方面也使耕作土层中加入了黄土母质的性质。黄土是富含碳酸盐的成土母质，随着含有黄土母质的土粪的施加，一般表层耕作土都会产生强烈的碳酸盐反应，致使整个土壤剖面多呈菌丝状的碳酸盐淋溶淀积现象。由于加入黄土的作用，随着堆垫层的加厚，原有土壤中已淋溶的碳酸钙会增加，整个土壤剖面的碳酸钙含量会呈现上高下低的趋势。这就改变了原生土壤剖面中淋溶层和淀积层的碳酸钙运移规律，使土壤耕作层中富含碳酸钙。

现代判断土壤肥力的指标往往通过有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾等的含量，黄土本身的有机质及氮素含量较为贫乏，现代通过施入化肥及各种营养素，是可以显著提高氮、磷、钾等含量，但有机质含量仍然难以提高，但施用包括土粪在内的有机肥料却可以显著提高土壤的有机质。而且，使用有机肥数量越多，土壤的熟化程度越高，土壤有机质增加越多。土壤中氮元素的积累也主要来自腐殖质及动植物和微生物残体的有机质积累。土粪中含有大量的动植物及各种微生物残体，土壤中的氮素含量也会随着土粪的施入显著提高。大量施用土粪使腐殖质积累加强，生物活动提高，起到疏松土壤的作用。同时，土壤中氨化菌、放线菌、真菌、硝化菌、固氮菌等微生物数量也会明显增多，加速土壤中养分的分解和转化。因此，土粪的施用不仅直接增加土壤营养元素，而且可以改善土壤耕作层的结构状况。

土粪制造中需要的大量黄土自然源于平原内广泛覆盖的黄土地，就地取土是便捷而有效的方式，如汉代的区种法是将作物播种在长条形或者方块形的区内，在沟的范围以内，把土掘松到一尺深，掘松的土仍旧堆积在沟内，即氾胜之所说的“积壤于沟间”[2]63。但是因为土被掘松，土体体积会增加，如果完全堆积在沟的范围以内，必然会高出地面很多，形成高垄种植，这又同干旱地区需要保墒的要求相抵触，这就需要把掘出来的松土的一部分，堆积到沟旁的土埂上，正如氾胜之所说“尝悉以一尺地积壤，不相受，令弘作二尺地以积壤”[2]90。这样，用于和粪的土很有可能用的是堆积于旁边的区内的土，种大豆时就有“取美粪一升，合坎中土搅和，以内坎中”[2]132。另外一种取土的方式则是远距离搬运，常选择在村内及周边便于运输的地带。前述黄土垫圈就造成大量黄土的人为搬运，这种搬运对黄土地带的地表景观造成一定影响。大量起土、用土在关中地区遗留下众多的土壕和塄坎[14]。曾有学者对陕西武功县张家岗大约1.25平方公里的范围内调查估算，区内土壕的总土方量与塿土覆盖层的总土方量二者相差甚微[15]，在关中一带的野外调查也发现，距离村庄越近，土壤熟化度越高，覆盖层也越厚。

另一方面，村镇周边瓜果蔬菜等经济作物的种植需要更多肥料，也促使更多的土粪使用到距离村镇较近的区域。在传统农业时期，黄土地区古代农业生产中的肥料大多欠缺，实际生产过程中大田作物基本不施或少施土粪，多以绿肥肥田。在北方历代农书的记载中，大田作物均较少出现施肥方式的记录，粪肥多在蔬菜瓜果的区种和畦种中广泛应用。这种具有选择性的作物施肥也造成肥粪在区域分布上的不均匀性，进而造成土壤耕作层肥力之差异，正如明代徐光启所言：“田附郭多肥饶，以粪多故。村落中民居稠密处亦然。凡通水处，多肥饶，以粪壅便故。”[16]

三、“以土作肥”传统农业施肥技术的变革

近代以来，传统农业生产技术经历着重大变革。从鸦片战争开始，几千年来封建自给自足的自然经济遭到猛烈冲击并开始瓦解，此时的农民生活极度贫困，农业生产所用之种子、农具、畜力均很稀缺，所能收集的肥料也很欠缺。据1883年8月3日《北华捷报》记载：“农民太穷，除了一头驴、一头牛、或一头猪以外，无力豢养更多的牲畜。有很多农民，连一头牲畜都没有，因此只有很少肥料，或者没有肥料施到地上。土地里所生长的一切都被农民收去，他们把残梗、叶片和草都一齐收去做燃料，地里连一叶、一茎、一根都不留下。也不可能以草灰作肥料。”[17]

北方各省皆是如此，黄土高原地区的农业更为落后，农户们难有肥料施入地里，土壤只种不养，贫瘠、营养缺失已成为一种常态。但随着西方农业科技的传入逐渐改变这种状况，人们开始认识土壤中所含的氮、磷、钾等营养元素[18-19]。民国初年，人工肥料在国外已十分盛行，其肥效及便利之优势也被国人借鉴。此时，国外人造肥料也渐入国内，“初仅限于闽粤，继则由江浙鲁皖而渐及腹地，农民试用者，年有增加”[20]。但对于黄土地带的甘肃、陕西、山西等省份，肥料获取仍然十分艰难。普通农户的肥料仍然以农家肥为主，据《陕西实业杂志》记载，当时农家仍多使用包括人粪、马粪及耨草、猪粪拌耨草、新鲜厩肥、腐熟厩肥、堆肥等在内的十余种肥料，但这些肥料的营养元素并不均衡。

1930年前后，国内逐渐开始人造肥料的研制，比如铵盐、硝酸盐、含氮石灰、尿素等的氮质肥料及过磷酸石灰、重过磷酸石灰的磷质肥料的制造方法和过程等[21]。但受当时国内政局动荡影响，科技发展缓慢，肥料的研制与应用相对迟缓。民国十八年(1929)的旱灾更加剧了北方多地农业经济的衰败，落后的农业经济已经使农户们难以顾及土地肥力或者不得不选择价格相对低廉的肥料，甚至连粪土一类的肥料也是极度缺乏，关中地区即是如此：

所用一切之农具，全是因袭数千年前之古式，粗重鲁钝，费力多且收效少。加之农民受着经济的极端压迫，即此旧式器械，亦往往无力购买新的，大多抱残守缺地费死力去干。新式农具当然更谈不到，不仅贫农购置不起，即富有之家亦未见采用。同时耕牛亦不够用，小农往往两家合拴一双犁，甚至还有连一条毛驴都未养的，全凭告借，或以人力换工。如此在人家工作完毕之后，方能轮到自己，因而多次不能依节令下种，无形中便埋下了次年收成不佳的原因。至论改良土壤选择种子培制肥料等，因农民知识水准太低，更无人注意。”[22]

在陕北绥远一带，日常使用的肥料更是稀缺，为此也有人提倡“买制好的肥料虽是不方便，但是买那粪土等类的肥料，却是很方便；希望我们一般农家，就是把这粪土等类的肥料，多买些下到地里，也是有莫大的利益的”[23]。此时的黄土区普遍地力瘠薄，土地产出十分有限。至抗日战争时期，黄土区各地政府大力改进农业生产状况，加速人造肥料的推广与研制。尽管如此，新中国成立后，黄土区仍然未能摆脱肥料缺乏的状况，依然沿用传统积制土粪的方式进行肥田。由于肥源不足，农民们只好采用加大垫土量的办法来增加肥料。陕西省农林学校农学专业曾以扶风县石家大队用土和施肥量进行大致测算，每亩耕地施肥就需要4方黄土，大队的2 200亩耕地共需黄土8 800方[24]。添加的黄土越多，肥粪中所含的有机质越有限，农作物的增产效果越低，农学家们呼吁改革这种使用大量黄土积制肥料的农业传统，将土以草替换，提高增产效果[25]。至此，以土作肥的施肥习惯逐渐经历着变革。

对黄土地区土壤耕作层而言，黄土参与的施肥方式不仅改变土层的剖面结构，也改变了土壤的理化性质，以草换土的积肥方式及化肥的引入逐渐终结了数千年人为堆垫耕作层的成土方式，塿土的自然土层叠加人为覆盖层的二元剖面结构也渐趋于稳定。同时，黄土地带因施肥而大量取土形成的土壕、土坑等地表景观也已成为该区域特有的历史遗存。

四、结语

在黄土地区悠久的农业历史中，施肥过程充分利用了黄土资源，以施用土粪的形式为土壤耕作层不断补充新的成土物质和营养元素。加之不断接受自然风尘的沉降堆积，地表土层成为展现自然与人为作用相互制约，相互影响的交互面。数千年的农业生产过程中，人们利用黄土自身的特点创造肥沃的耕作层，改变土壤内部运动方式及新陈代谢，进而形成不同的土壤结构和性质。农业施肥活动虽然致使黄土区内部土壤的总量变化不大，但以土粪为媒介发生了土壤在水平或垂直方向上的位置移动，长期施加的黄土为主的土粪物质经过作物吸收和耕作熟化，构成了现代土壤耕作层的主要成土物质。日本学者栗山知之研究也认为，以土粪为主的土资源利用在20世纪前半期是华北农业景观重要的构成因素，也是干燥气候条件下现代化生活中土的代替物普及之前维持农业发展的最合理的方式[26]。农业生产中地方经验的传承不仅有赖于自然优势，也发现新的途径回归自然，在循环往复中维持人与自然的和谐共存。现代化资源与科技极大改变了传统生产生活中的地方经验与习俗习惯，黄土地区土粪的施肥方式正逐步消失，人为创造的土壤耕作层不再接受大量外来黄土的叠加，人为土层与自然土层叠加的土壤二元结构正趋于稳定，但同时，土壤的营养组成及理化性质又会在机械化与生物技术的作用下形成新的人为化过程。