土壤肥力的历史与现状.doc

土壤肥力的历史与现状美国土壤肥力研究的发展虽然18世纪的大多数农业上的进步是在欧洲大陆取得的，但有几项早期美洲人的贡献也很值得一提。1773年，James EOglethorpe在萨凡纳河高岸上建了一个试验园，位于现在佐治亚州的萨凡纳市。这一园地致力于生产国外引进的粮食作物，据说当时是一块美丽的地方。但是人们很快对它失去了兴趣，这个试验园也就消失了。因其主要是英国人的事业，所以可能称不上是真正美国人的功劳。本杰明富兰克林（Benjmin Franklin）示范了石膏的用途。在一片突出的山坡上，他把石膏按“这里施用了石膏”这名话的图形撒在地上。施石膏处的牧草长得更好，有效地显示出其肥料价值。1785年，南卡罗莱纳州成立了一个学会，其任务之一是建一座试验农场。11年后，华盛顿（Washington）总统在给国会的年度咨文中恳请成立国家农业委员会。在大约18251845年间，弗吉尼亚州的Edmond Ruffin对早期美国农业做出了最重要的贡献。他是在湿润土壤上最早施用石灰以更新被作物移取的和淋洗的肥料元素的人之一。Ruffin善于仔细观察，用功读书，有渴求好问的精神。虽然他施用石灰维持作物产量的办法古人早已知晓，但在美洲新大陆显然还是新经验。美国农业部直到1862年才成立，而且同年通过了关于成立州立农学院和机械技术学院的Morrill法案。组织的第一个农业试验站1875年在康涅狄格州的米德尔顿建立，并且受州政府资助。1877年北卡罗莱纳州成立了同样的试验站，紧接着的是新泽西州、纽约州、俄亥俄州和马萨诸塞等州。1888年的Hatch法案要求建立的州试验站与各州的赠地学院协同运转，每个州每年配备15000美元的专款以支持这项事业。虽然许多早期试验主要是示范工作，但是对农业问题的“科学”研究方法也逐渐在美国发展了起来。用酸浸提土壤测定其肥力状况的想法一直存在，EMHilgard（18331916）发现土壤矿物的溶解度在密度为1.115g/cm3的盐酸中最大，盐酸经长时间煮沸可达到这个浓度。Hilgard认为这一事实特别有意义。强酸消煮法变得十分普及，大量土壤分析采用此法。后来才知道，用这种技术提供有预测价值的结果其实根据不足，因而不再继续沿用。美国时期两位对土壤肥力的发展做出很大贡献的人是Milton Whitney和CGHopkins。大约在20世纪初，他们展开了一场引起全国注目的激烈辩论。Whitney坚持认为，土壤提供的全部养分取之不尽，从植物营养的观点来看，重要的因素是这些养分进入土壤溶液的速率。另一方面，Hopkins认为，这种理论会导致土壤耗竭和作物严重减产。他调查了伊利诺斯州的土壤并记录了各种土壤肥力的降低情况，得出这样的结论：伊利诺斯州土壤只需施用石灰和磷酸盐。由于他卓有成效地宣传，许多年来该州在玉米、燕麦和三叶草的轮作中一直施用石灰和磷矿石。Whitney和Hopkins间的争论逐渐平息。Whitney的想法至少部分是错误的，他们的激烈争论的确激发了当时农业科学家们的思考。刚进入20世纪时，大多数试验站布置了田间试验，研究显示了施肥的巨大经济效益。在这递增试验结果的基础上，土壤肥力的主要问题大致得以解决。事实表明，很多地区需要磷肥，滨海平原地区一般缺钾，而南方土壤特别缺氮等。密西西比河以东的土壤一般为酸性，需要石灰，而河西边的土壤钙的供应通常很好。尽管已较好地确定了美国土壤肥力概况，但很快知道，根据这些知识并不能对所有土地做出一揽子施肥计划。每个农场的情况不同，同一农场内不同地块也各有差异。于是对土壤测试又重新产生了兴趣。最近30年来对土壤肥力的了解有很大进步。由于篇幅所限，不可能历数那些在知识进步方面做出贡献的所有人。这些进步决非任何单一国家科学家的努力所能实现的。大约1600年开始，英国人在这方面不断取得进展。法国、德国、斯堪的纳维亚诸国、前苏联、加拿大、澳大利亚、新西兰、美国和其他国家农业工作者解决了许多阻碍科学进步的问题，这些研究的累累硕果到处可见。发达国家今天的农业生产水平比过去任何时候都高。总的来说，人们的食物、衣着和住房比以往任何时候都好。如果今天的作物生产还停留在欧洲黑暗时代的水平，平均谷物产量只有2540公斤/亩的话，这一切都是不可能的。从图1-1可看到美国主要作物平均产量提高的趋势。虽然玉米产量在19001940年间设什么变化，但以后3040年中却大大提高了。提高玉米产量的一些主要因素包括：40年代大规模引用杂交种；50年代初可利用相对便宜的化肥，尤其是氮肥；50年代末和60年代初施用更大量氮肥、更有效的农药；机械化程度的提高。图1-1 玉米(a)、大豆(b)、大豆(b)和小麦(c)平均年度产量的长期趋势9800018008Hueg. ASA Spec. Publ.30; pp. 78-79 (1977)现在美国玉米产量通常超过800公斤/亩或更多。种植者获得高产所用的一些管理措施见于表1-2。显然，充足供应植物养分是其中一项重要措施。表1-2. 19751976年全美国不同地区玉米产量超过800公斤/亩地区的管理措施总计西部大平原中西部东北部东南部产量(公斤/亩)910920915902907924播期4月22日4月17日4月27日4月29日5月6日3月28日收获密度(株/亩)420045004330400039504200施肥量(公斤/亩) (N-P2O5-K2O)16.5-7-817-5-4.517.5-4.4-2.215-9-1114-6.75-719-8.5-13农民人数549991022751558西部：加利福尼亚、俄勒冈、华盛顿、犹他。大平原：科罗拉多、堪萨斯、俄克拉荷马、内布拉斯加、新墨西哥、得克萨斯。中西部：伊利诺斯、印地安纳、衣阿华、肯塔基、密执安、明尼苏达、密苏里、俄亥俄、威斯康星。东北部：特拉华、马里兰、新泽西、纽约、宾夕法尼亚、弗吉尼亚。东南部：阿拉巴马、佛罗里达、佐治亚、路易斯安那、北卡罗来纳、南卡罗来纳、田纳西、密西西比。大豆产量没有表现出像玉米那样显著的增长（图1-1）。1940年以前，大豆产量没有显著增加，只是近期才得益于育种、施肥和管理等农学研究方面的进步。正如图1-1所示，在20世纪70年代末达到较高产量。自40年代以来小麦产量的稳步增长（图1-1）归功于新品种（如矮秆品种）的应用和增施化肥和农药。第五节 21世纪展望随着人类文明向21世纪迈进和世界人口继续增长，因此不断提高粮食产量是至关重要的。为了给这些增加的人口提供足够的衣物和食品，必须在农业各方面继续加强研究。在农业和其他有关研究中心的研究工作正不断取得进展，这将对未来的农业增长做出贡献。一些成果已初露端倪，实际上它们已开始应用，显示出进一步提高作物产量和农业生产效益的良好前景。这些进步将对土地施加更大的压力，使土壤肥力在作物生产中的作用显得尤其重要。遥感是高空红外摄像，用来测定作物生长条件。土壤、灌溉或病虫害造成的问题常被及时地测出并予以克服，因而可防止严重减产。研究表明，保护性耕作可在提高作物产量的同时，提高水分利用率并减少土壤侵蚀。这种管理可对作物需要的某些养分，尤其是对氮、磷、钾、硫产生可观的影响，需要进一步研究，开发出适用于保护耕作的土壤肥力措施。美国和加拿大许多地方大片土地过去因缺水不能产粮，而现在因开发出中心转动喷灌系统而变为高产区。在地中央打井，水通过接在水管上自行推动的喷嘴以水源为圆心喷灌土地。大型喷灌系统可以浇灌数百英亩。还可通过该系统喷洒液体肥料和农药。由于消除了水分限制因素，因而可获得更高的肥料利用效率和降低单位产量成本。这种系统在美国大平原各州已很普遍，并开始向其他地区普及，包括加拿大中部和西部各省，美国东南、西南和西部地区。为使这种昂贵的水资源被作物更有效地利用，必须供给合适的有效养分。在美国和加拿大的半干旱地区正在开发有前途的集水技术和使作物生长更有效利用水分的措施。对于涉及这种现代水分管理方法的作物生产体系，要结合施肥、杂交种或其他新品种应用以及适时播种等其他高产措施进行深入研究。在世界许多农用水资源有限的地区，灌溉效率受到普遍重视。滴灌比传统灌溉减少50%的用水。滴灌中肥料需要及其施用方法尚待进一步研究。多年来一直沿用土壤和植株测定方法来确定作物对肥料和石灰的需要。这种方法继续使用而且有增无减。但在其能形成比一般性指导更准确的作物施肥和施石灰的推荐之前，还需要更多的资料。某些地区叶面喷施某些元素（不仅是微量元素）成为有希望的普通农业措施。然而因其结果不一致，需要更多的研究来确定其有利的施用条件。在开发更多有效的肥料物质方面已经取得并将继续取得进步。一些已开发出的或正在开发的肥料品种有缓效氮肥、高成分聚磷酸盐、适用于完全液体肥料中的镁化合物、螯合微量养分和适用于液体或固体肥料中的高成分含硫物质。这些新技术和新产品，需要不断通过短期和长期试验评价其有效性。这种大田试验对不断提高作物生产效率来说是必需的。高产量对养分的需求有所不同。满足650公斤/亩玉米产量的施肥量对800公斤/亩或更高产量来说就不够了。而且，用几年前校订的土壤测试标准推荐的养分施用量对提高今天的作物产量和将来更高的产量就不太适宜了。近年来发展起来的分子遗传学进展迅速，并可能将对农业生产发生显著影响。通过转基因技术，一个属或种的理想的品质性状可以转移到另一个属或种上。一旦这种技术臻于完备，可将光合效率高、蛋白质和维生素含量高、抗病虫性好等遗传因子引进不那么理想的作物中。这种基因的改变可以大大影响养分需要，因此影响施肥措施。农业的进步依赖于高水平的研究。科学家每解决一个问题的同时，便会有更多的问题产生。农业科学家必