第二期可持续农业杂志|农田生态系统的能量流动与物质循环（四）

引子

生态农业应该怎么做？大家听到说农药、化肥不好，对环境污染，不能用，就开始想用什么代替化肥、农药，使用大量的有机肥、生物农药来代替，这是生态农业的正确思路吗？显然不是，我们当今很多有机农场的经历表明，只是单纯用有机肥代替化肥，生物农药代替化学农药，是不能解决农业可持续发展问题的，反而可能带来更大的危害。生态农业是一个整体的生态系统，要按照自然的规律，通过系统设计，使得系统内物质与能量高效循环，获得生态系统最大的产出，实现生态、经济、社会效益的统一，才能实现农业的可持续发展。

世界是一个相互联系的整体，有其内在的一套自然规律，循环运转，生生不息。当我们把一个事物当做一个系统或者作为一个系统的一部分考虑的时候，很多问题就会迎刃而解，或者问题就变成了资源。

生态系统是活的有机体及其无机环境之间相互作用的完整系统。生态系统的组成包括生产者（植物和光合细菌）、消费者（人和动物）、分解者（微生物）和环境四部分。农业生态系统以人类的活动为中心，在一定条件下，以农作物、家畜、鱼类、林木、昆虫、微生物等农业生物为基础，与气候、土壤、水等相结合的非闭合能量、物质转化的体系。其中，人类的活动是否遵从了其系统本身的规律决定了这个系统的运转效率及其可持续性。

一、农业生态系统的组成及特点

农业生态系统由农业环境因素、生产者、消费者和分解者四大基本要素构成。农业环境因素一般包括光能、温度、水分、空气、土壤和生物种群，以及人的生产活动等。

（一）、农业生态系统的环境因素

6.土壤

土壤被称作大地母亲，是一切生物赖以生存的家园。农业生态系统中它是植物、土壤、昆虫、及微生物的生活空间和物质营养来源。土壤对土壤生物的影响是通过土壤结构和组成产生的。

（1）土壤结构

让我们先来了解一下土壤结构。农业耕作土壤一般分为耕土层和犁底层，耕土层是人们常规耕作的土层，也是作物根系和土壤微生物集聚层。一般大田作物、蔬菜作物耕作层在20-30厘米，果树在50-60厘米。耕土层过浅会影响根系生长，进而造成植物生长衰弱。

2010-2014年笔者曾与池田老师在山东多个地区调研，发现近些年来由于连年浅耕和化肥大量使用等造成耕层越来越浅，根系变少、变短，毛细根减少，部分地区出现了作根系横向生长的现象（图1）。

图1-耕层变浅导致的根系横向生长

针对这种情况，建议结合有机质的补充逐年深耕，随着耕作层拓展，根系生长深度增加，范围增大，就有机会吸收更多土壤中水分与养分，既能促进作物健康生长，又能减少肥料使用。古语有话“深耕一寸，顶上三遍粪”就是这个意思。另一方面，耕层过浅还可能加重洪涝和干旱的危害，由于犁底层过硬，造成雨水大时水不能快速下渗，土壤吸纳水分的能力下降，造成涝害；干旱季节，又因为土壤没有保存足够的水分供植物利用，又加重了干旱。也就是说土壤水分调控和储藏的能力受到限制，抗风险的能力下降。

良好的耕层土壤是一个疏松多孔的结构体系，由固体、液体和气体三相物质所构成。土壤的固体物质包括矿物质和有机质两部分。液体部分是指土壤的水分，它保存和运动在土壤的孔隙之间，是土壤中最活跃的部分。土壤的气体部分是指土壤的空气，它充满在那些没有被水分占据的大孔隙中。土壤孔隙分大、中、小三种。其中，大孔隙叫通气孔隙。大孔隙不宜太多，太多了水分容易流失，小孔隙的孔径太小，不利于植物的透气和扎根。中孔隙也叫持水孔隙，这种孔隙越多越适宜作物的生长，就像我们人体的皮肤一样，保水性、透气性越好就越健康。团粒结构是由若干土壤单粒粘结在一起形成团聚体的一种土壤结构。这种结构表现在团粒间为大孔隙，团粒内为小孔隙，大小孔隙同时存在且比例适当，总孔隙度高，无效孔隙少。我们常见的疏松肥沃的土壤就是团粒化结构很好的土壤，板结的土壤就是单粒结构的土壤。团粒化土壤结构中作物根系生长旺盛，单粒化土壤结构根系生长受阻。

图2-单粒土壤与团粒结构土壤区别

团粒化结构土壤的特点：

①起着空气走廊的作用。

团粒之间孔隙较大，有利于空气流通，团粒内部以持水孔隙占绝对优势，这种孔隙状况为土壤水、肥、气、热的协调创造了良好的条件。

②作物根系的小水库。

团粒内的持水孔隙具有保存水分的能力，渗入土层中的水分受毛管力的作用，被吸持并保存在持水孔隙中，团粒起到了小水库的作用。多余的水分在重力作用下，沿团粒间的孔隙渗入到下部土层。雨后天晴或干旱季节，表层团粒因失水而收缩，隔断了上下相连的毛管联系，形成了隔离层，减弱了土壤水分的蒸发消耗。平时通气孔隙经常充满空气，持水孔隙经常充满水分，协调了水分和空气间的矛盾。由于水和气协调了，由水、气产生的土壤热容量等热学性质适中，因此土温也能够稳定。

③作物生长的小肥料库。

团粒内部的持水孔隙水多空气少，既可以保存随水进入团粒的水溶性养分，又适宜于嫌气性微生物的活动。有机质分解缓慢，有利于腐殖质的合成，所以有利于养分的积累，起到保肥的作用。团粒间的通气孔隙中空气多，适宜于好气性微生物的活动，有机质分解快，产生的速效养分多，供肥性能良好。所以保肥供肥的矛盾得以协调，团粒的养分状况良好。

④土质疏松、耕性良好。

团粒结构的土壤土质疏松，易于耕作，宜耕期长，耕作质量好，种子易于发芽出土，根系易于伸展，出苗整齐。

⑤维持较高的土壤生物多样性。

由于团粒结构的土壤大小孔隙同时存在，且比例适当，水气环境多元、物质能量供应多元，这为不同大小体型、好氧厌氧生活习性的动物、微生物提供了良好的生存空间。这对于农业生产而言，由于其较高的生物多样性而为土壤的物理、化学和生物肥力提供了重要保障。

图3-团粒化结构土壤中根系生长

总而言之，具有团粒结构的土壤有着水气、养分供应与积累协调、耕性良好、根系生长良好的特性，是农业丰产稳产的重要保障。因此，它是土壤最理想的结构，其多少，是土壤肥沃的重要标志。土壤良好的团粒化结构形成的重点之一在于提高土壤的有机质含量，这就是我们农业生产系统中要推广自制堆肥的原因。详见《可持续农业》创刊号P9《堆肥对于土壤改良的价值》。

拥有良好结构的健康土壤是“环境的缓冲器”，也就是说健康的土壤不但能够保持一定数量的营养并在植物需要时源源不断地供给植物，而且还能够使有毒有害污染物转化为低毒形态或者降解为对动物、植物和微生物无毒的成分，以及不会对地表水和地下水造成污染。然而土壤的这一功能是有限的，近年来，人类活动所产生的各种污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力，使土壤的性质、组成及性状等发生变化，土壤物理、生物性能下降，土壤的自然功能失调。当破坏了土壤的自然生态平衡，土壤这一“环境缓冲器”的功能也在下降了。

（2）土壤组成

关于土壤矿物质组成对作物生长影响也是非常关键的，健康的土壤中应该含有植物生长发育所需的各类矿质元素，且含量适当。尤其某些微量元素，虽然需要量较少。比如，缺硼的土壤油菜不能开花，缺锌的土壤中玉米生长延迟等等。还有些地区土壤自然背景中就含有较高的某种重金属含量，不适合作物生长。因此，要对土壤背景矿物质含量有所了解。

不同地区的土壤往往具有不同的矿物质组成或含量，而呈现出酸性土壤、碱性土壤或中性土壤，这些土壤没有好坏之分，可以根据不同的土壤性质选择种植不同喜好的植物。

不同气候地区土壤母质来源或形成方式不同，土壤颗粒组成也不同，我们国家从南到北气候多样，土壤种类也丰富各异，有在黄土高原干旱贫瘠的土地上长出香味浓郁的小米，也有长江流域肥沃的水稻土长出硕果累累的大米。有黄河冲积平原的细砂土，也有滨海流域的盐碱土，不同的土壤类型对应不同的植物种群，其关键在于适地适种，不断培肥土壤，以实现土壤的持续生产力。

《可持续农业》杂志第三期

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