耕作制度与土壤管理样本

耕作制度与土壤管理

任何耕作办法或土壤管理筹划重要目都是保持生产可以持续获利。自1935年开始，美国土壤保持局（SoilConservationService）在这方面予以了很大关注。土壤保持实质是良好土壤管理，其内容远不止防止土壤流失。无论是植物养分局限性，还是耕作制度不合理，土壤侵蚀都是土壤管理不良症状。侵蚀是土壤破坏症状而不是因素，重要因素是缺少养分，特别是缺氮。

第一节产量趋势

美国作物产量自19以来逐渐提高，但其明显增长起始于1950年代（参见第一章图1-1）。1982年美国三种重要作物，玉米、大豆和小麦平均产量各为480公斤/亩、144公斤/亩和159公斤/亩。玉米和小麦是创纪录高产，而大豆产量平了1979年达到高产水平。改良品种、增长密度、防治病虫、改进耕作和增长施肥等，都对增产有贡献。1930~1979年美国明尼苏达州农民种植玉米所采用一系列技术和管理办法汇入表14-1中。各种技术改进对玉米增产贡献见于表14-2。(表：表14-150年(1930-1979)间明尼苏达州每十年玉米生产办法所发生变化)办法平均值30年代40年代50年代60年代70年代1979杂交品种播种面积(%)8829698100100各种播种办法所占比例(%)方形穴播9070471缺资料穴播245510缺资料条播294589缺资料播量(株/亩)205022202590262031003320肥力粪肥(吨/亩)1.21.10.930.870.60.53商业肥料施肥面积(%)缺资料缺资料14.067.093.095.0总量(公斤/亩)0.33.44.65.815.815.3氮(N)(公斤/亩)缺资料缺资料1.12.26.57.5磷(P2O5)(公斤/亩)缺资料缺资料1.61.053.73.4钾(K2O)(公斤/亩)缺资料缺资料0.660.992.12.2绿肥(草木樨)(百万亩)2.44.531.2病虫草防治中耕次数3.03.02.82.61.61.5除草剂解决面积(%)-痕量12588993杀虫剂解决面积(%)--4293233耕作秋耕(%)21缺资料70666272春耕(%)79缺资料30262610深松或少耕(%)---81218行距(厘米)107107102969190播种日期，5月212120191311*虫害玉米螟传播经济侵害水平玉米根叶甲传播经济侵害水平产量(公斤/亩)134164210285356419注释：*最后5年平均。资料来源：Cardwell.Agron.J.，74：984(1982).1950年此前产量增长缓慢某些解释见图14-1。依照美国俄亥俄州预计，1870~1930年这60年中土壤生产力下降了40%。这大体上与对1890~1950年间美国衣阿华州土壤生产力所做预计相符，且与肥力水平关系密切。土壤有机质以及供氮已呈现下降趋势。磷、钾、钙、镁和硫等元素取走普通不不大于以粪肥和商业化肥形态归还数量。(图：图14-11950年此前产量增长缓慢某些因素)

补偿因素成果，如改良品种、栽培办法、机械、排水，增长施肥和施石灰，防治病虫害等，使1870~1930年间美国俄亥俄州玉米产量增长了约15%。如果保持了土壤肥力，使用这些开发技术，作物产量本应增长40%~60%。俄亥俄州资料表白，仅用某段时期产量趋势来衡量土壤肥力是错误。1930~1982年间，俄亥俄州作物产量增长了2倍。在全美国具备同样明显增长。

技术迅速进步使产量明显增长，肥料只是其中一项。美国农业部1964年预计，如果取消氮、磷肥料，伊利诺斯州玉米也许减产37%，佛罗里达州葡萄柚也许减产94%，亚利桑那州苜蓿也许减产34%。当前这些数值也许还会更大。假若对衣阿华州玉米不施肥，就也许需要再多29%土地。这将意味着由于不适当土地投入生产，遭受侵蚀也许性更大。在发展中华人民共和国家报道过更令人震惊成果。墨西哥小麦产量从1943年51.7公斤/亩增长到1978~1980年240公斤/亩（80%灌溉）。(表：表14-21930-1979年明尼苏达州生产办法变化引起玉米增产量)栽培办法或限产因素及其增减产单位变化率或变化值1930比1979相差*对1979年产量贡献公斤/亩净收益(%)1930年前产量水平(公斤/亩)--134-杂交品种双杂交(公斤/亩)24.7100%面积24.79三杂交(公斤/亩)10.917%面积1.91单杂交(公斤/亩)20.975%面积15.76遗传收益(公斤/亩/年)2.450年121.743肥料N(7.5公斤N/亩时公斤/公斤N)18.993%玉米面积133.547植株密度(2050株/亩以上时公斤/百株)47.4127060.321除草剂(公斤/亩)69.993%面积6523行距(公斤/亩/厘米)0.68-17厘米11.54播种日期(公斤/亩/天)2.4310天24.38条播对穴播(公斤/亩)27.279%21.58秋耕(公斤/亩)29.351%14.95轮作大豆(公斤/公斤N)18.91.7公斤N/亩32.311苜蓿/三叶草(公斤/公斤N)18.9-0.48公斤N/亩-9.1-3草木樨(公斤/公斤N)18.9-1.1公斤N/亩-21.2-7干扰效应(公斤/亩)58.3-33%面积-19.4-7粪肥(含N约0.5%)(公斤/公斤N)18.9-2.23公斤N/亩-42.2-15有机质(%/年)-0.027×50年=1.35%-38.1-13虫害玉米螟(公斤/亩/虫/株)-12.31.2虫/株-14.7-5玉米根叶甲(公斤/亩)-29.732.5%面积-9.7-3土壤侵蚀(公斤/亩/厘米)(-0.1厘米/年)-4.6×50年=5厘米-23-8不明减产因素-65-23净收益2851977-1979年产量水平419栽培办法或限产因素及其增减产单位变化率或变化值1930比1979相差*对1979年产量贡献公斤/亩净收益(%)1930年前产量水平(公斤/亩)--134-杂交品种双杂交(公斤/亩)24.7100%面积24.79三杂交(公斤/亩)10.917%面积1.91单杂交(公斤/亩)20.975%面积15.76遗传收益(公斤/亩/年)2.450年121.743肥料N(7.5公斤N/亩时公斤/公斤N)18.993%玉米面积133.547植株密度(2050株/亩以上时公斤/百株)47.4127060.321除草剂(公斤/亩)69.993%面积6523行距(公斤/亩/厘米)0.68-17厘米11.54播种日期(公斤/亩/天)2.4310天24.38条播对穴播(公斤/亩)27.279%21.58秋耕(公斤/亩)29.351%14.95轮作大豆(公斤/公斤N)18.91.7公斤N/亩32.311苜蓿/三叶草(公斤/公斤N)18.9-0.48公斤N/亩-9.1-3草木樨(公斤/公斤N)18.9-1.1公斤N/亩-21.2-7干扰效应(公斤/亩)58.3-33%面积-19.4-7粪肥(含N约0.5%)(公斤/公斤N)18.9-2.23公斤N/亩-42.2-15有机质(%/年)-0.027×50年=1.35%-38.1-13虫害玉米螟(公斤/亩/虫/株)-12.31.2虫/株-14.7-5玉米根叶甲(公斤/亩)-29.732.5%面积-9.7-3土壤侵蚀(公斤/亩/厘米)(-0.1厘米/年)-4.6×50年=5厘米-23-8不明减产因素-65-23净收益2851977-1979年产量水平419注释：*参照表14-1中30年代和1979年实际水平。资料来源：Cardwell.Agron.J.，74：984(1982).虽然干旱地区水比肥更是限制因子，但包括频繁夏休闲种植制度使土壤肥力和生产力严重下降。在干旱地区改进管理办法，特别是在不好年景，同在较湿润地区同样重要。例如，美国大平原9个州1930~1939年和1950~1956年间年降雨量极低，分别只有518毫米和526毫米。但小麦产量差别很大，30年代为47.5公斤/亩，而1952~1956年为68.1公斤/亩。大多数低雨量地区土壤生产力下降多与风蚀和水蚀以及休闲期易移动养分向深层渗漏关于，并非真是作物耗竭了肥力。与之相反是东南部土壤，自身肥力较低并且已经集约耕种了100~2。

实验站社区和先进农民产量不断增长至关重要，由于她们相应当如何做起着引导作用。在那里种植在实验田作物产量不断增长，州平均产量也会不断增长（尽管仍比实验站低得多）。这表白了继续集中研究以克服产量限制因子影响重要性。

第二节耕作及土壤管理目的

所有耕作制度目均应是为农业办法维持最高利润。评价作物和土壤管理制度维持高产效果时，有几种因素必要紧记在心：

(a)有机质和土壤耕性；

(b)植物养分供应；

(c)草、虫、病害发生率；

(d)水分吸取和土壤侵蚀。

由于土壤特性不同，因而需要不同管理办法。例如，有一种富具有机质粉粘壤土也许耕性良好，采用减少耕性管理办法在短期内不致发生问题。另有一种粉壤土，有机质含量低，也许耕性不良，用同样管理办法立即引起麻烦。最重要是按照管理需要来评价土壤。应当运用实验数据来阐明管理办法对不同土壤影响。

图14-2表白，不能以为侵蚀理所固然，重要是必要以尽量减小水蚀、风蚀破坏性影响方式进行生产。美国1/3以上耕地都遭受严重侵蚀，这足以使土壤生产寿命大大缩短。表14-2表白，侵蚀抵消了美国明尼苏达州为达到更高玉米产量所获得进步。(图：图14-21977年美国土壤保持局所进行国家资源调查发现土壤侵蚀)

第三节土壤有机质

一度曾特别强调土壤有机质含量是土壤生产力一项指标。随着氮肥用量增长，依赖有机质释放氮来获得玉米、小麦等作物高产是不必要甚至不明智。曾几何时，加拿大草原上夏休闲地被以为供氮自足，但当前其中20%以上需要化肥氮。Bradfield（1963）对此总结如下：

对大多数农民来说，在她们土壤中得到更多有机质惟一经济办法是在她们自己农场上生长更多有机物质。更大作物意味着更多根、更多茎秆和残茬及更多牲口饲料，因而有更多有机肥料还田。种植这些较大作物最便宜办法是用更充分化肥和良好培肥轮作，土壤通过如此管理得以从化肥中获得最大效益。这需要最佳种子、最适当栽培办法和最有效地运用所有有机残留物。有机农业加上化肥将在咱们丰产土壤上获得更高产量和更多有机质。

应当维持还是提高有机质含量?回答这个问题有必要考察有机质某些功能：

(a)具备养分（如氮、磷、硫、硼、锌等）库作用；

(b)提高离子互换量；

(c)为微生物活动提供能量；

(d)释放CO2；

(e)提高持水量；

(f)稳定构造、改进耕性；

(g)提供表面保护从而减少结块和增长渗入；

(h)减轻压实影响；

(i)缓冲土壤酸度、碱度和盐度急剧变化。

有趣是，有机质这些功能，除保护表面和防止压实外，大多数都依赖其分解。因而，生产大量残茬及其随后分解对良好作物和土壤管理必不可少。很明显，北极地区作物营养问题之一是低温制止有机质分解，有机质甚至积累在砾石脊上。相反，亚热带和热带虽产生大量有机质，但其分解极快。

仅仅为了维持而维持有机质不是农业实用办法。应用保持最高利润生产管理系统更现实。土壤有机质最大来源是当季作物提供残茬。因而，选取种植制度和残茬解决办法同等重要。合理管理和施肥能提高产量，这是农民关怀重要问题。高产还会产生大量副产物-有机残茬。因此，为达到高产而管理土壤同步也改良了土壤。

美国密执安州立大学工作人员指出：“咱们用来夺取高产办法最佳地保护和培肥了咱们土壤”。

一、耕作制度影响

耕作制度通过如下几种方式影响土壤有机质。

(一)耕作可增长通气性，因而增进微生物活动，增长土壤有机碳损失

据报道，有机质下降最快是在开垦耕种后最初，尔后几十年继续以逐渐递减速率减少，最后达到表观平衡，在美国大平原北部盛行耕作条件下大概为40年后达到。因而，行播作物比例大耕种制度比密植作物或草皮植物为主耕作制度使有机质损失快得多。在某些状况下，耕作增长了富具有机质而施氮局限性土壤上非豆科植物产量。这也许某些地与通气改进对有机质分解和随后氮释放影响关于，并且新表面不断暴露，使土壤有更多湿润和干燥机会。固然，所有这些都导致土壤氮逐渐耗竭，增长了土壤有机碳损失（表14-3）。(表：表14-3不同土壤上残茬覆盖和常规管理制度下耕作引起处女草地碳损失)土壤深度(厘米)碳损失率(%)蒙大拿、北达科她及怀俄明州*北达科她州格兰特县**残茬覆盖常规0~15.241273815.2~30.520714注释：*每州两个田间站，耕种40年后于1950年取样。**36个农场地块耕种约70年后于1979年取样。资料来源：Bauer和Black.SoilSci.Soc.Am.J.，45：1166(1981).(二)耕作过度有增进土壤侵蚀趋势

耕作过度导致有机质和其她组分物理损失。但在耕种或休闲期开始最初耕作普通可改进土壤构造、孔隙度和粗糙度，增长水分渗入和土壤抗侵蚀能力。

(三)各种耕作制度提供不同作物残茬量

粒用玉米每亩可向土壤提供0.5~1.15吨茎，0.16~0.33吨根。青贮玉米茎叶和籽粒都被取走。禾本科-豆科饲草可生产大概同等数量残体，但大某些都在刈草中和放牧时被取走了。小粒谷物产量高时，如果禾草留在田里可返还0.5吨残茬，但取走禾草就只有0.08吨还田。花生地上部、仁果和许多根都被移走，这是一种促使有机质更快损失耕作制度。在养畜筹划中，牲口消费籽粒和植株某些，只有某些有机质能还田，然后粪肥施在最接近畜舍地里。

(四)各种耕作制度中植物残茬含氮量与土壤有机质积累密切有关

如果翻下残茬含氮低，大某些碳将分解为CO2逸走，直至碳氮比达到10∶1或12∶1。

施足氮肥玉米茎叶中也许至少含氮1.0%，虽然以为含0.75%更典型。反之，施少量氮肥玉米秸中也许含量低于0.5%。从这点和产出更多有机物来看，施足肥比少施肥玉米禾茎在维持有机质方面更有效。大多数含氮1.5%作物残体无需增长氮量使之更迅速地分解转变为腐殖质。第五章已讨论过残茬分解需要足够氮。

已有不少加入额外氮对加速残茬分解和增进土壤有机质形成影响讨论。表14-4中数据表白，给分解麦秸增长供氮，在增大含氮比例和提高边际碳浓度同步，也能大大减少C/N比。(表：表14-4无土培养63天麦秸分解中施硝酸铵、硫酸铵对C/N比和氮及碳浓度影响)解决时间C/NN(%)C(%)秸秆起始1070.3840.4秸秆加氮300.3840.4秸秆63天后1160.3540.8秸秆加氮760.5541.7注释：资料来源：Cochran等.SoilSci.Soc.Am.J.，44：978(1980).在某些条件下，缺硫可制止有机残茬分解。这在第八章中已做过讨论，该章指出某些条件下必要施用硫肥促使施用有机物分解。

(五)土壤有机质

已在许多地区不同土壤上做了大量工作来拟定耕作制度对土壤有机质影响。总来说，处女地土壤上开始实验虽然用最佳耕作制度也难维持其土壤有机质。在实验开始前有机质已被耗尽土壤上，草地或密植作物以及中耕次数少作物比例大种植制度也许导致有机质和含氮量增长。

年均温度高地区，如美国南部，分解可在1年大某些时间持续进行。在这种环境下难以提高有机质含量。反之，美国北部土壤有机质含量虽然耗尽也较易通过某些种植制度来增长，特别是以少耕并归还较多作物残茬为特点耕作制度。表14-5例子较好地阐明，在减少休闲频度并增长还田有机残体制度中，土壤有机质和全氮均增长了。(表：表14-5耕种37年后耕作制度和粪肥对土壤氮和有机质影响)轮作方式有机质(%)全氮(%)对照粪肥对照粪肥休闲-小麦3.74.10.190.28休闲-小麦-小麦4.95.50.260.30休闲-小麦-小麦-小麦4.75.50.250.28小麦连作7.27.60.360.38平均5.15.60.270.31苜蓿休闲-小麦-小麦-小麦5.8-0.28-禾本科草休闲-小麦-小麦-小麦6.3-0.31-注释：资料来源：Ridley和Hedlin.Can.J.SoilSci.，48：315(1968).许多因素决定种植制度究竟增长还是减少土壤有机质。核心问题是保持大量作物残体（茎叶和根）通过土壤循环。持续良好管理，涉及施足肥，有助于这一点。

二、施用植物养分效果

种植制度中石灰和肥料用量不但影响收获作物产量及其构成，也影响作物残体生产量。更大量植物养分带来作物残体量增长对维持有机质是重要。此外，提高产量意味着遍及根系在更深土壤中分布有机质。

(一)氮

表14-6数据表白了氮对玉米籽粒和茎秆产量影响。施氮量较多不但提高籽粒产量，也使茎秆产量增长50%。籽粒比茎秆产量提高得更快是值得注意。(表：表14-6氮对玉米籽粒和茎秆产量影响*)施氮量籽粒茎秆公斤/亩095.3271.13217.8251.76341.5380.99420.1409.412427.6399.6注释：*施用了足量磷和钾。资料来源：Krantz和Chandler.NorthCarolinaAgr.Exp.Sta.Bull.366(rev.1954).施氮肥和土壤耗氮间普通关系见图14-3。该图表白，土壤氮年损失以及土壤有机质损失随大量施氮而减少。如果施氮等于或略高于作物取走氮，土壤氮损失似乎会减至最小。(图：图14-3施氮肥与土壤耗氮关系)

在美国伊利诺斯州南部Cisne粉壤上间对施过石灰、磷和钾玉米-大豆-小麦（豆科、禾本科）轮作施用氮、提高土壤含氮量0.014%，含碳量0.15%。

(二)磷

磷对提高春小麦籽粒和秸秆产量效果十分明显。应记住，低磷土壤中施足磷肥可增长还田植物残体量。这些残体有助于保持甚至增长土壤有机质。

(三)其她养分

其她养分，如钾、石灰、硫或微量元素增产反映，也会增长残茬量。图14-4表白了在增长冬小麦籽粒和秸秆产量方面硫单独影响和氮-硫交互影响。(图：图14-4硫和硫---氮交互作用对小麦及其秸秆产量影响)

(四)增长有机质对土壤养分有效性影响

简朴提一下有机质对土壤中固有养分有效性影响。有机质分解时释放出大量CO2被以为对释放某些养分，特别是无机磷相称重要。CO2溶于水中形成碳酸，成果减少了土壤pH值。该效应在中性或碱性土壤上相称重要。在这种条件下，pH值暂时下降会增长其她元素如硼、铜、锌、锰、铁和磷释放速度。

普通以为，有机质分解某些中间产物可形成络合或螯合离子。磷或某些微量养分与这些离子连结并保持在弱离子化状态。这种离子处在不被土壤固定而能被植物运用形态。

三、表土与底土

侵蚀性土壤上营利性作物生产始终是重要农业问题。众所周知，普通在底土上非豆科作物减产，在通透性好土壤上这重要由于缺少有机质、继而氮释放减少所致。

美国俄亥俄州在移去表土通透性底土和高粘粒含量紧实底土上研究提供了故意思例证。用玉米、小粒谷物和苜蓿轮作。通透性底土施足石灰、磷和钾玉米产量是生长于表土上产量95%。因苜蓿提供了氮，故施氮没有明显效应。

紧实底土上玉米和豆科作物很难保苗，非豆科作物产量普通很低。一旦苜蓿保住苗，干草产量还是令人满意。

该研究成果表白，通透性好底土上非豆科作物施氮或在轮作中加入苜蓿可得高产。但在某些年份湿度也许成为限制性因素，因水分进来得少且底土有效持水量较低。

问题另一方面涉及暴露底土中锌有效性，有时尚有磷和硫有效性。为灌溉而平整土地裸露出底土，上面种植玉米和豆科作物等缺锌会变得十分严重。此种土壤上缺锌由高pH值、石灰、低有机质和土壤压实而加重。土地整平后缺硫似乎重要由于有机质含量低所致。

第四节轮作中豆科植物

近年来，饲用豆科作物在某些轮作中起骨干作用。当前其重要目是提供大量优质饲料，或是干草或是放牧场。此外好处是对伴生作物或后作提供氮素。此外，种植豆科作物，特别是深根如苜蓿和草木樨，对物理性状不良土壤也有益处。

表14-7表白，5年中豆科后茬种大麦比不施氮且无豆科前茬大麦总共多吸取氮2.25~6公斤/亩，产量提高215~251公斤/亩。这些数值尚有点儿保守，因1969年“非豆科”社区夏休闲使得1970年大麦获得高产，同步吸氮量也高。从中还可以看到，豆科有益效果在耕翻后最初几年非常明显，甚至5年后继续有残效。(表：表14-7豆科后茬大麦产量和氮吸取)不同前茬大麦产量(公斤/亩)*不同前茬大麦吸氮量(公斤/亩)非豆科苜蓿**红三叶草**非豆科苜蓿红三叶草1970236.9147.2251.34.463.35.12197196.9183.1183.11.984.791.65197293.3179.5143.61.984.133.141973114.9186.7172.31.983.472.48197496.9125.7132.81.492.151.82197579.0111.393.3---总计718933.4976.511.8817.8214.19平均122.1154.4161.6---注释：*所有社区施磷、钾和硫。**1968和1969年种植。资料来源：Leitch.见AlfalfaProductioninthePeaceRiverRegion，pp.C1-C5.Beaverlodge，Alberta：AlbertaAgricultureandAgricultureCanadaResearchStation，1976.尽管轮作中豆科如此有益，这一办法并不总吸引种植者。某些地区豆科作物也许不便被农民运用，或没有饲料作物市场或其导致土壤高氮水平也许对烤烟等作物有害。在美国西部和加拿大较干旱地区彻底吸取土壤蓄水也是个缺陷。

第五章开头提到过许多关于根瘤菌和其她共生微生物固氮作用。但关于轮作中豆科有益特性几点要在下节讨论。

一、豆科固氮

单质氮占空气体积78%。有一类细菌叫做根瘤菌或共生菌，可通过附着在豆科根部、并生成根瘤来运用空气中游离氮。这种互利关系称为共生现象。

细菌进入单细胞根毛而形成根瘤。然后细菌大量增生，向根毛基部生长，刺穿根皮质，成果大量细胞增生，并形成具有数百万细胞根组织团块根瘤。根瘤不应和某些线虫感染混淆，后者仅使植物根增粗。

根瘤细菌运用寄主植物碳水化合物和矿物质来固定大气氮。这些氮可被寄主植物运用，也可排到瘤外土壤被附近生长其她植物运用，或在豆科植物死亡或翻压后通过根瘤或豆科残体分解释放出来。

二、固氮量

根瘤菌固氮量随产量水平、接种效率、从土壤中获得氮数量（无论是有机质分解还是残留氮）以及环境条件而变。最佳pH值、水分、通气和养分供应是必不可少。高产豆科作物如大豆、苜蓿和花生具有大量氮。普通植物中所有氮50%~80%由根瘤菌固定。

美国伊利诺斯大学Welch（私人通信）预计，伊利诺斯州土壤上每35公斤大豆取走1公斤土壤氮，并且大豆固定植株总氮量45%以上。但浅色土壤上大豆可固定80%以上氮。其她豆科植物体现得大同小异。

与禾本科混种饲用豆科普通为两种作物供氮。但在南部，因生长季较长、轮牧以及更充分地运用牧草，故要对禾本科-豆科混播草场施用N-P-K化肥。

三、豆科作物固氮与商业氮肥

从前轮作中涉及豆科作物因素之一是供氮，但随着合成氮工业发展可使用并不昂贵氮肥，农业不再依赖豆科提供这一元素。农民应选取须遵循筹划已变成一门经济学，她们应选取使投资产生最大净收益筹划。

将来氮肥成本尚不必定。第十章讨论过天然气原料成本增长对氮肥生产成本影响。成果人们再次对豆科作物作为非豆科作物需氮某些可代替来源也许性产生极大兴趣。但很显然，若每45公斤玉米需氮1公斤，每公斤氮值2.2美元，虽然氮肥投入成本达4.89美分/公斤玉米仍可获得利润。

某些地区，特别某些热带国家，得不到商业化肥或种植者没钱买。因而，精心设计包括豆科种植制度对于协助非豆科生长供氮则至关重要。但重要障碍是经常缺少适当豆科植物种类。

当豆科作物在养畜农业体系中作饲料时问题就不同了。豆科具备双重目，饲养牲口和为粮食作物提供某些氮素。此系统中豆科作物必要至少提供某些饲料。另一种办法是只种禾本科饲草并重施氮肥。饲养实验表白，豆科作物优于施氮禾本科牧草。豆科作物普通品质好，涉及高蛋白、高矿物质浓度和各种有益生物化学差别。

四、豆科作物可为玉米提供大量氮素

普通以为，玉米生产必要施氮肥补充豆科固定数量。生长良好苜蓿向普通产量玉米提供足够氮素，但对高产玉米不够。美国俄亥俄州实验成果表白，苜蓿后茬玉米需要增长如下氮量：每亩第一年3.75公斤，次年7.5公斤，第三年11.25公斤，第四年15公斤。

豆科作物产生氮量普通不是固定。轮作中依赖豆科为作物供氮，但经常供应局限性。这也许由豆科缺苗、接种不好或肥力局限性导致。解释实验成果时，有时很难拟定与否有足够植物养分使豆科充分生长。翻压长得好豆科可提供氮素7.5公斤/亩。但农民常过高预计豆科草地质量而届时只能供应一半或数量更少。另一紧张问题是翻压豆科时间对残体分解释放有效氮影响。早翻压将有更多分解时间并积累氮。

美国衣阿华州三个地点两年平均成果表白，马德里甜车轴草和拉迪诺三叶草后茬玉米产量分别为347和380公斤/亩。但只施氮3.8公斤/亩和7.1公斤/亩玉米产量分别为376和410公斤/亩。

第五节轮作与连作

连作即单一种植。世界各地均有其例-远东水稻、美国半湿润地区小麦和南部棉花。虽然单一种植一度被以为是不良农作制度，但1950年代大大增长氮肥供应激起在侵蚀不甚严重土壤上连作玉米兴趣。已有资料表白，不同轮作价值应在不因植物养分供应局限性而限制作物产量条件下重新考察。玉米植株没有什么会使其难于在土壤上立足内在因素。

直到1950年仍用连作玉米社区例示这种种植制度不受欢迎。大多数社区未施充分肥料，特别是氮，且又与包括豆科轮作进行比较。因而，连作玉米体现较差。自那时起，已有更合理对比。高产条件下成果表白，连作玉米比轮作玉米产量低15%。美国伊利诺斯大学Morrow社区实验表白，7年平均产量，连作玉米为577公斤/亩，而玉米-大豆轮作为673公斤/亩。在某些时期缺水时，连作玉米也许优于苜蓿后茬玉米。苜蓿吸取剖面深层水，使后作玉米也许缺水。

连作玉米并非全农场种玉米，而是玉米也许种在更适合地块而将饲草作物种在其她地上。例如，一座农场有平地和坡地，这位农场主玉米种植需求和土壤耕种需要则可通过平地种玉米和坡地种草来解决。

用计算来比较轮作和连作玉米收益。种植者能接受连作玉米在一定限度上产量较低，但经济上更赚钱。

一茬作物对下茬也许有不良影响，无论是同一种还是不同种作物。有些证据表白，根释放物质或残茬分解形成物质有毒。比较连作玉米与玉米-大豆轮作即为一例。苜蓿后种苜蓿普通不抱负，因素不明。异株克生现象是用来描述一种植物对其她作物拮抗作用术语。更多关于杂草竞争这种毒素抑制现象参见第二章。

一、病、草、虫防治

单一种植也许导致某些病、草、虫害难于防治。在大多数状况下，引种无关或不易受影响作物或采用其她耕种办法将有助于控制此类问题。为控制小麦和其她谷物根腐病，将合理种植顺序、抗病品种、无病原种子、田间消毒等办法结合起来是必要。关于氯化物对小麦及其她谷物旱地根腐和全蚀根腐限制作用新资料可参照第三章。豆科植物、其她双子叶植物、甚至燕麦、大麦或玉米等谷物普通在小麦发生全蚀病时都适合伙代替作物。然而在某些状况下，甚至在苜蓿、大豆和牧草后种小麦这种病仍很严重。

谷物根腐病以外大量病害可通过轮作控制，特别同步采用种子解决、合理栽培和田间消毒等办法。轮作减轻玉米根腐病，轮作结合田间卫生还减轻几种幼苗病严重限度。同一块地上易感染作物应每隔3~4年种一次。

作物倒茬是防治以一年生作物根为食线虫重要手段。美国南部常在轮作中用牧草作物控制根结线虫。亚利桑那州种植2年以上抗根结病苜蓿后种植棉花获得可喜产量。二年无草休闲也有效控制根结病，很少能通过作物轮作防治细菌病或病毒病。

(一)杂草

作物轮作控制杂草作用取决于特定杂草和所用办法对它控制能力。如果农民想种任何作物中所有杂草都能以便地被控制，作物轮作就不会是防治杂草筹划中重要构成某些。但在有些状况下，对有防治困难杂草，轮作是必须。

(二)害虫

轮作曾是害虫管理惯用办法，但随着1950年代价格便宜且效果好有机杀虫剂发展，轮作应用减少了。当前人们又重新对轮作产生兴趣，因害虫对化学药物产生抗性且投入成本不断提高。对一年中只有很少几代或发育一代需一季以上害虫轮作十分奏效。重要作物虫害严重问题最突出例子是北方玉米长角根叶甲。在美国伊利诺斯州和衣阿华州，大豆、玉米轮作已取代了需自动使用土壤杀虫剂以持续控制这一害虫。阿肯色州以大豆代替胡枝子与水稻轮作，最初解决了葡萄肖叶甲（grapecolaspis）问题。轮作只能某些成功地控制棉铃虫。适时播种高粱为棉花防治棉铃虫，而棉铃虫很少伤害高粱。

二、土壤耕性影响

普通以为，用今天土壤管理办法维护大多数土壤物理性质就不再需要作物轮作了。现今作物生产办法为土壤提供了良好植物覆盖并归还大量作物残体。此外，耕作减少，由此而来压实有害影响及破坏土壤构造也减少。重要问题不是单一种植对比轮作，而是涉及两个因素：还田残体量和轮作中所需土壤耕作性质。

轮作能极大改进许多中档和细质地土壤构造和耕性。草地禾本科和轮作中豆科对土壤明显产生有益影响。先前为生草地土壤，翻耕时易于破碎并剪切为抱负松软种床。当轮作中种植少耕作物时普通减少细质地土壤上耕翻牵引力。内排水改进减少了积水和土壤排掉多余水时间。

单一种植玉米很独特，因其在许多土壤上能合理保持令人满意土壤物理状况。补偿因素为玉米单收籽粒时有数吨残体还田，且其很适合少耕并减少土壤上机械作业往来导致破坏。

尚需更多关于轮作中需要深根豆科植物土壤条件资料，亦需懂得更多关于高施肥行播作物（如玉米）持续生产数年增产土壤条件。在这竞争年代，只维持产量是不够。

复种，如小粒谷物-大豆或小粒谷物-玉米，在生长季较长且有也许灌溉地区三作甚或四作水稻，正在更大限度上予以考虑。一年四作产稻谷1.8吨/亩是也许。这须最大限度地运用土壤、阳光和水资源。如果肥力充分、病虫防治得好并对品种进行改良，土壤生产力会逐渐提高。因而，要把更多注意力导向测量每年单位面积产量。

三、两种耕作制度长处

(一)轮作

(a)深根豆科植物可在所有地块上循环性种植；

(b)具备持续植被覆盖减轻侵蚀和水分流失；

(c)土壤耕性极佳；

(d)作物根系营养范畴和养分需要不同，如深根与浅根、吸肥强与吸肥弱、固氮与非豆科根系；

(e)有利防草防虫，尽管化学药剂正变得更有效；

(f)有利防病，变化作物残体助长土壤生物间竞争，有助于减少病原体；

(g)拓宽劳力分派且使收入多样化。

(二)连作或单一种植

(a)利润也许增长；

(b)土壤也许特别适合一种作物，如玉米、水稻或牧草；

(c)气候也许对一种作物适当，如美国玉米带中玉米比燕麦更适应，小麦在大平原地区更好；

(d)机械和建筑费用也许较低；

(e)种植者也许更偏爱某一种作物并成为专家，很少有人对种植各种作物又饲养牲口样样在行，单一种植更需要技能，涉及防治害虫，控制侵蚀和施肥；

(f)种植者也许不想把时间一年到头花在农作上。

第六节耕作制度其她肥力效应

一、对地表养分浓度影响

各种作物植株中重要、次要和微量养分含量变化甚大。此外，作物会从不同土壤区域吸取养分，因而选取种植顺序对作物营养很重要。深根作物从底土吸取某些养分，当其残体在表土中分解，浅根作物会从残留养分中受益。

在土壤中某种特定微量养分接近其边沿含量时，前茬作物很也许极大影响这种元素对后作供应。

例如Collington壤土上连作黑麦含钼1.1ppm，而黑麦和巢菜轮作则含钼11.1ppm（表14-8）。这表白随着黑麦和巢菜残体在表土中分解，比单种黑麦有更多钼变得更有效。也许这是一种种植制度或轮作最重要有益效应，对那些未含在肥料中元素特别如此。

热带及亚热带地区森林是作物将养分运送到地表极好例子。枯枝、落叶和茎分解后留下养分形成轮垦基本，居民清理树木并焚烧，然后种2~5年。此后表土中养分几乎耗尽，再令土地生长树木恢复元气。

二、对土壤磷和钾影响

耕作办法对磷和钾水平净效应取决于作物收获某些取走养分、土壤提供养分和补充施肥。咱们已在第十三章讨论过作物养分含量变化以及轮作施肥所引起变化。这可以烤烟为例来加以阐明（表14-9）。(表：表14-8某些作物植株微量养分构成)作物植株微量元素含量(ppm)硼钼铜锰锌钴种在Sassafras壤土上菜豆地上部501.620501120.64胡萝卜地上部300.9181201630.38黑麦151.51248930.30黑麦和巢菜903.417902630.72黑麦草152.919801230.76种在Collington壤土上菜豆地上部752.219405510.24胡萝卜地上部560.8181604600.28黑麦301.115324560.20黑麦和巢菜10011.116804651.32黑麦草302.420801750.30注释：资料来源：Bear.SSSAProc.，13：380(1948).(表：表14-9施肥和作物(烟草)养分消耗对土壤养分水平影响)养分收支数量(公斤/亩)土壤养分水平(公斤/亩)NP2O5K2O施5-10-15肥112.55.62511.2516.875施13-0-44肥151.9506.6烟叶取走2256.3751.12511.625净获得量1.210.12511.85与此相反，花生很少施或不施肥，长得好花生（每亩133公斤花生仁果和167公斤干茎叶）取走营养元素约为18公斤N/亩、3公斤P2O5/亩和13.9公斤K2O/亩。可以想象，种烟草和种花生土壤具备很大差别。但这些差别不断趋于减小，由于与烟草轮作作物只需施少量肥，而与花生轮作作物重施肥。

定期土壤化验能看出肥力水平变化，而理解取走和添加养分能协助解释变化趋势。可惜是只有不到10%田地也许被化验。但前面章节中指出，土壤化验总结在揭示耕作制度对土壤肥力状况影响时也有效。在研究和推广项目中，运用这些总结在制定全面解决与肥力需要及维持关于耕作制度问题时会有协助。

第七节轮作对土壤和水分流失影响

单位面积土壤流失（A）［吨/亩/年］是降雨（R）、坡长（L）、坡度（S）、土壤侵蚀性（K）、耕作及管理（C）和保持办法（P）各因子乘积，用方程表达为：

A=R.L.S.K.C.P

这里要讨论重要是耕作及管理，土壤肥力是其重要构成某些。作物产量越高，径流越少；水分进入土壤比例越大、径流越小。

侵蚀是成果，而不是土壤破坏重要因素。重要因素是缺肥（特别是氮）和植物群体局限性。

与土壤流失关于耕作制度或肥力管理若干特点如下：

(a)覆盖和植物冠层浓密度。这可防止雨滴冲击和蒸发。蒸腾水分（这样就为更多水腾出空间）数量为又一影响因素。残茬和茎秆减少水流速度和蒸发量。残茬翻入土中使土壤更渗水。研究揭示了雨滴像炸弹爆炸同样冲击土壤时巨大动能，这有助于更好地理解植物覆盖对拦截这种力量极端重要性。

(b)土壤上栽培作物生长时间对密植作物，如小粒谷物或饲草作物生长时间比例。

(c)与降雨分布和强度关于作物生长时间。5~9月间最脆弱。

(d)根系类型和数量。

(e)还田残茬量。(d)、(e)两条影响土壤构造。

USDA研究人员Wischmeir和Smith拟定了作物产量水平对土壤流失影响。她们研制了一系列曲线表达覆盖和植物冠层对遭受雨滴冲击土壤流失减缓效果。

美国密苏里州研究表白，对小粒谷物施肥可减轻侵蚀（表14-10）。(表：表14-10对小粒谷物施肥可减轻侵蚀)作物肥料土壤流失(吨/亩)大豆茬小麦无肥0.710-18-170.44玉米茬燕麦无肥0.610-18-170.30这些效应重要是施肥使生长作物覆盖更茂密、根系更发达到果。

美国俄亥俄州东部山地小流域在玉米-小麦-牧草-牧草轮作中，实行改进办法涉及约施3倍化肥和粪肥量、土壤pH值从5.4提高到6.8，其效应见于表14-11，约增产50%，径流和侵蚀大大减少。管理办法未导致土壤特性间强烈差别。对径流和侵蚀效果，某些是因通过春季覆盖迅速更好地保护土表、整个生长季中浓密覆盖和所种作物根系分布更为广泛。采用等高种植而不是垂直坡度直垄竖行。(表：表14-11管理水平对作物产量、径流和侵蚀影响(1945-1968))现行办法改进办法玉米产量(公斤/亩)340487小麦产量(公斤/亩)100153干草产量(公斤/亩)287520生长季中径流(厘米)1.91.0高峰径流量(厘米/小时)2.31.5玉米地侵蚀量(吨/亩/年)0.7070.207注释：资料来源：Edwards等.SSSAProc.37：927(1973).第八节冬季复被作物

冬季复被作物秋种春压，可为非豆科、豆科或两者结合。最后一种组合方式有若干长处，可产生大量有机质，非豆科植物从固氮受益，因非豆科普通更易成活，至少能保证一种作物成苗。

一、增长氮

运用绿肥豆科作物重要因素之一是能提供充分氮。供氮量取决于根和翻压地上某些数量。因而植物生长量愈大愈抱负。

种植非豆科作物时，只有来自土壤氮和所施肥料氮还田。虽然某些特殊状况下（如烟草种植前）需要非豆科作物，但更常用是选种豆科作物，以其提供氮对这种办法更有保证。

在美国新泽西州研究了不同氮水平巢菜和黑麦复被作物对青贮玉米生产影响。施氮量为13.5公斤N/亩黑麦茬青贮玉米得到4.2吨/亩最高产量。未施肥巢菜茬青贮玉米产量略低，为4吨/亩，却获得了单位面积最高净收入和每吨最低生产成本。

二、增长有机质

冬季种植复被作物好外之一是为土壤提供有机质。有机质固然是影响极细砂壤和细质地土壤耕性因素。绿肥有助于维持，有时甚至提高土壤有机质。在美国北卡罗来纳州具有机质低土壤上，结合种植巢菜为复被作物和对玉米施高氮增长了有机质，在有机质含量较高土壤上维持了有机质水平，改进了水分入渗。

对于作物残体还田量较少轮作，维持土壤生产力特别困难。延长轮作期使之涉及充分施肥小粒谷物、玉米和绿肥作物会有好处。研究发现，这在蔬菜种植地区是必要。某些地区青贮玉米和高粱面积正不断扩大。这使土壤表面几乎不遗留残茬。收获后及时播种燕麦和黑麦或收前飞播将有助于保护土壤。

三、供应养分

绿肥中磷甚至比磷肥更有效，这也许是因其在分解中逐渐释放、局限于施肥位置、存在有机酸保持其有效性和形成某些复合离子。

美国新泽西州Seabrook农业公司实行了一项故意思绿肥筹划。这家公司种植大量蔬菜，发既有必要从复被作物获取大量有机质以获得蔬菜最高产量。大多数蔬菜只有少量植物残体还田。因而，小粒谷物如大麦或小粒谷物加绛三叶草被有效运用。复被作物及时播种，每亩可翻压0.5~0.8吨干物质。由于前茬蔬菜作物残留极高肥分，复被作物生长良好，产生大量有机质，其每亩含氮高达7.5公斤、磷2.25公斤和钾18.75公斤。

翻压时施氮以保证有机质迅速分解，更多肥料直接施于蔬菜作物，但更大份额养分来自有机质分解。这意味着蔬菜作物只需较少施肥，受化肥损害机会就少。此外，养分在整个耕层分布。

四、防止土壤侵蚀

普通以为，防止侵蚀是种植冬季复被作物最重要作用之一，但其效益与年降雨分布关于。在美国南部，强降雨大多发生在夏季月份。

对该问题重要研究表白，在早春以普通方式翻压冬季复被作物对土壤流失影响普通不大。将黑麦残茬放在行间地表上覆盖地边解决比翻压秸秆效果好得多。

如果不扰动夏季作物地面残体和杂草，也许比秋播复被作物提供更多保护。土壤表面覆盖比例越大，土壤流失越小。新整土地极易侵蚀，需要经很长时间复被作物才干提供足够保护，有效制止土壤流失。例如玉米之后种黑麦复被时，与厚实玉米残茬相比，黑麦普通没有额外效应。

秋天解决玉米秸办法对土壤流失影响甚大。将秸秆切碎比玉米收后秸秆留在地里可使土壤流失减少1/2（图14-5）。切碎玉米秸提供一垫层防止土壤受雨滴冲击。从土壤保持观点看，圆盘耙切碎玉米秸并不抱负。因而，土地不秋翻时，切碎玉米秸秆为表面覆盖提供良好也许性。(图：图14-5每小时60毫米模仿降雨下玉米秸杆残茬对入渗和土壤流失影响)

对于近年生作物，如陡坡地上种植桃和苹果，持续复被有助于减轻侵蚀。由于树木与复被作物共占土地，因此必要小心，特别是年轻果园，防止竞争水和氮。某些适于种菜腐泥土上，以一定间隔种一条小粒谷物或一行树有助于减少风蚀损失。

休闲地翻下肥料使氮和磷损失至少（表14-12）。这是在坡度6%粉壤上，运用1小时内降63.5毫米模仿雨量，间隔14天后得到成果。因此，若无覆盖，该坡度上肥料不翻下去，养分损失机会则很大。(表：表14-12粉壤土上127毫米人工降雨条件下混入方式对径流水中养分流失影响*)混入方式不同前茬流失养分(克/亩)休闲早熟禾草地可溶性磷可溶性铵态+硝态氮可溶性磷可溶性铵态+硝态氮无肥对照3.08910.1531翻入土中4.27770.1552圆盘耙切入土中21.0821440.8361表面施用47.0319585.33222注释：*休闲土壤用11.25公斤N/亩硝酸铵N和3.75公斤P/亩过磷酸钙解决。前茬为草地地区用15公斤N/亩和3.75公斤P/亩以悬浮液形式解决。资料来源：Nelson.Fert.Solut.，17：10(May-June1973).五、残效

绿肥作物分解很迅速，但还是能清晰地看出其残效。普通以为年平均温度高时砂质壤土上残效最小。但美国南部以燕麦为批示作物获得资料成果却出人意外。在Norfolk砂壤土上巢菜种植一年后，其残效生产119.5公斤/亩燕麦。Norfolk壤砂土上巢菜种植二年后其残效为76.5公斤/亩。

Norfolk砂壤土上高施氮玉米残效明显。普通以为，残效来自分解秸秆以及土壤中残留氮。这种土壤上高施氮量残效比巢菜残效低得多。

六、放牧

在小粒谷物或其她作物生长量和土壤状况容许时可在晚秋和冬天放牧。无论是残留还是施入，必要有充分肥力，同步也需要额外施氮。放牧提供了从复被作物获利确凿证据。

第九节牲口粪肥

牲口粪肥是畜牧业副产品。任何成功公司都应充分运用副产品，牲口粪肥也不例外。有效解决牲口粪肥正受到越来越多注重，其理由如下：

(a)公法92-500授权美国环保局（U.S.EnvironmentalProtectionAgency）使所有水体重新净化。所有牲口粪肥必要限制在牧场或育肥栏中。粪肥淋出液不得污染地下水。

(b)许多牲口以圈养和育肥，其废物解决是有效经营一某些。为废弃物寻找市场要花些力气。

一、收集和处置

原先办法是收集粪肥或粪肥+垫草，并将其撒进地里。后来则开发出液体粪尿系统。牲口粪肥用水洗入坑、氧化槽或粪尿池中。

解决和贮存粪肥办法影响植物养分如氮、磷和钾最后含量。不同系统中氮损失列于表14-13。除露天场和粪尿池液体粪尿系统外，磷和钾在所有状况下只损失5%~15%。露天场上磷、钾损失约50%。粪尿池中大量磷沉淀出来，从施入土地液体中损失掉。(表：表14-13解决和贮存办法对牲口粪肥中氮损失影响)解决和贮存办法氮损失*(%)固体系统每天刮净拖走25粪包35露天场55深坑(用于禽粪)20液体系统厌氧坑25氧化槽60粪尿池80注释：*依照施入土地粪肥成分与新排粪肥中成分对比，对各系统稀释效应做了校正。资料来源：Sutton等.PurdueUniv.1D-101(1975).大田施用粪肥三种重要办法是：

(a)气候、土壤和作物容许时撒施固体物质；

(b)将加水粪浆注入土壤或喷撒于地面；

(c)将粪浆注入喷灌系统。

氮损失受施用办法影响（表14-14）。若将粪肥及时混入土壤会减少氮挥发。液体猪粪注入20厘米深，并加入硝化抑制剂使氮保持铵态而其有效性大为改进。在大规模饲养经营中，牲口圈在栏内，粪肥被干燥装袋，专用于草坪和花卉，是十分有价值副产品。(表：表14-14粪肥施用办法对氮挥发损失影响)施用办法粪肥类型氮损失*（%）撒施，不耕作固体21液体27撒施，耕作**固体5液体5开沟施液体5灌溉液体30注释：*施用4天后损失氮占粪肥中全氮百分数。**施后及时耕作.资料来源：Sutton等.PurdueUniv.1D-101(1975).二、粪肥成分

牲口粪肥构成因牲口种类和年龄、消费饲料、所用垫草和粪尿管理系统而异。用最普通贮存办法解决不同级别牲口粪肥，其中干物质、氮、磷、钾水平见于表14-15、表14-16、表14-17。正如所料，固体粪尿系统中干物质最多。粪肥以液体解决时氮最多，磷和钾普通也较多。(表：表14-15不同类型牲口粪肥近似干物质和肥料养分构成及价值(固体解决系统))牲口类型粪尿解决系统干物质(%)养分(公斤/吨粗粪尿)价值***有效N*全N**P2O5K2O(美元/吨)猪无垫草182.74.54.13.65.1垫草182.33.63.23.24.14肉牛无垫草151.853.24.54.26垫草503.69.58.211.810.44奶牛无垫草181.84.11.84.53.36垫草212.34.11.84.53.6家禽无草4511.81521.815.424.72有草7516.325.420.415.426.22深坑(堆肥)762030.82920.435.16注释：*重要为铵态氮，生育期中对植物有效。**铵态氮加有机氮，释放缓慢。***每公斤价值为有效N53美分，P2O566美分，K2O26美分，C.D.Spies1983年计算。资料来源：Sutton等.PurdueUniv.1D-101(1975).三、完全肥力系统中粪肥

许多畜牧场中粪肥仍是肥力筹划重要内容。除非畜牧场种植超常大量豆科植物、消费极大量商业饲料，而运用各处来肥力外，家畜生产自身趋于逐渐耗竭土壤肥力。

有人曾做过许多粪肥对作物生产效果与施等氮、磷、钾量商业肥料效果比较。英国洛桑细砂壤上连作小麦使用100近年商业肥料始终与粪肥效果同样。但普通是粪肥更好。美国科罗拉多州施粪肥4.45吨/亩比每年施16.5、27、34.5公斤/亩氮肥玉米平均增产83.6公斤/亩。(表：表14-16不同类型牲口粪肥近似干物质和肥料养分构成及价值(液体解决系统)*)牲口类型粪尿解决系统干物质(%)养分(公斤/吨粗粪尿)价值***有效N*全N**P2O5K2O(美元/千加仑)猪液体池49.116.312.28.615.18氧化槽2.55.410.912.28.613.26粪尿池11.41.80.90.21.8肉牛液体池1110.918.112.215.417.94氧化槽37.312.78.213.212.72粪尿池10.91.84.12.33.78奶牛液体池85.410.98.213.211.76粪尿池11.11.81.82.32.4家禽液体池132936.316.343.537.68注释：*重要为铵态氮，生育期中对植物有效。**铵态氮加有机氮，释放缓慢。***千加仑=约4吨。每公斤价值为有效N53美分，P2O566美分，K2O26美分，C.D.Spies1983年计算。资料来源：Sutton等.PurdueUniv.1D-101(1975).(表：表14-17每年每牲口单位养分价值(克/公斤活体质量))解决办法猪肉牛奶牛肉鸡NP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2O粪包撒施841071246377997750112215200149撒施耕翻1021071247777999150112263200149露天场撒施586180444564513059---撒施耕翻706180534564613059---粪坑撒施951111196982958754107---刀沟施12411111994829511454107---灌溉921111196582958454107---粪尿池灌溉242589181871231480---注释：资料来源：Sutton等.PurdueUniv.1D-101(1975).粪肥对增长土壤有效水含量有良好作用（表14-18）。此项研究中另一有趣发现是粪肥有能力缓和由重复施用N-P-K化肥导致土壤酸化。

四、放牧牲口粪肥分布

牲口粪肥不太被人注意问题之一是放牧牲口粪肥分布。这是牧场维持施肥一种问题。在美国北卡罗纳州进行几年研究拟定了粪肥分布状况。每英亩（约合6亩）放养一种肉牛牲口单位，观测给定面积上粪肥分布与时间关系发现，对于像氮这样元素，保持有效浓度不超过一年，大概10%放牧面积被其有效覆盖。另一方面，像磷那样元素不会大量淋洗和移动，后仍能从所施一定量粪肥中见到某些效应。资料表白，几乎牧场合有面积中均有积存粪肥。钾在土壤中保持期介于氮磷之间，粪肥留下钾至少5年尚有一定限度肥效。在此期间，其覆盖面积约占60%。(表：表14-18实验室测量表土无肥和厩肥解决田间持水量、萎蔫点和有效水(1966-1971年平均))土壤无粪肥厩肥田间持水量(%)萎蔫点(%)有效水(%)田间持水量(%)萎蔫点(%)有效水(%)Bery细砂壤19.44.814.622.65.816.7Hazelmere壤土21.67.414.124.38.815.6Nampa粘壤23.89.214.627.510.017.5注释：资料来源：Hoyt和Rice.Can.J.SoilSci.，57：425(1977).美国印第安纳州研究揭示，低载畜量时牲口排泄物对土壤肥力基本无效。高产草场上载畜量高，一段时间内排泄物对土壤肥力会有良好作用。牧场上精料饲喂对土壤肥力影响很大，每增长0.75吨/亩谷物饲料，可增长53个犊-日放牧量。

五、粪肥益处

粪肥良好作用虽未明确，但也许涉及如下一种或几种方面：

(a)增长铵态氮供应；

(b)由于复合等因素，磷和微量养分提高了移动性和有效性；

(c)增长持水力；

(d)改进土壤构造同步相应增长入渗速率并减低土壤容重；

(e)植冠中CO2水平提高，特别是因植株密度大而空气流通受限制时；

(f)增长缓冲能力以防pH值急剧变化；

(g)络合Al3+从而减少其毒性。

第十节污水

因人口压力、法律更严格和能源成本增长，污水解决厂中经加工污水解决日益受到更多关注。美国约有18000个都市污水解决厂。所解决污水中约75%来自生活污水，别的25%为工业污水。

所有污水解决过程最后产物是污水污泥和污水排出液。前者是普通描述污水解决过程中所产生固体术语。污水排出液基本是清水，植物养分含量极低，含微量有机质。可以经氯气解决后排入河流和湖泊。图14-6描绘了废水解决重要阶段和环节。(图：图14-6废水解决几种阶段)

污水污泥由几种方式处置，涉及：①以承认方式归还农田再循环；②焚烧，有机质和氮损失掉，燃料消耗掉；③埋入垃圾填埋场，在那里产生甲烷许近年。

一、解决

污水厂设计从废水原污泥或未解决污泥中去除固体和有机物质。然后，污泥在厌氧和好氧环境中通过消化解决被分解。从原污泥中分解液体流出物可喷在石床或砾石床上，或用机械通气。进一步解决也许涉及氯气解决或用活性碳吸附。

二、污泥构成

污泥是非均质物质，其成分每个都市都不同，甚至在同一都市中每天都不同。制定土地施用污泥筹划前，必要在一段时期中获得有代表性污泥样品，测定其典型化学分析构成。

表14-19总结了美国伊利诺斯大学对具备代表性新鲜、解决及好氧消化污泥分析报告。(表：表14-19污泥典型分析)组分干物质含量(%)有机碳50氮铵态氮2有机氮3全氮5P2O56.8K2O0.5Ca3Mg1S0.9Fe4Zn0.5Cu0.1Mn0.05B0.01Cd0.015Pb0.1Ni0.04注释：资料来源：“UtilizationofsewageSludgeonagriculturalland,”Univ.IllinoisSoilManag.Conserv.Ser.SM-29(1975).三、农地施用污泥

农地运用污泥既有好处，同步也有问题。施用污泥要考虑如下几种方面。

(一)益处

污泥可作为氮、磷、钾以及硼、铜、铁、锰和锌等微量元素来源，也是有机质来源。污泥这种处置办法是比焚烧或填埋更节约成本可行代替办法。

(二)问题

必要合理施用，并运用土壤管理技术以保护环境和人畜健康。由于也许施入过量氮会导致硝态氮运移到地表水和地下水中，因此必要仔细监测。

须小心防止镉对作物污染。镉虽对人体健康无直接问题，但美国环保局还是拟定了关于施用镉最高限量。

污泥也有传播疾病也许性，由于有细菌、寄生虫和病毒存在。通过好氧和厌氧消化、风干、堆沤和石灰稳定解决污泥，均有助于减少病原体含量。

作物被稳定有机化合物如多氯联苯（PCB）污染也许是个问题。通过混合也许使污染减到最小，PCB含量高于10ppm污泥都应逼迫进行这种解决。

其她难点涉及令人讨厌气味和因铜、铅、镍、锌等重金属离子拮抗作用影响作物生长。异味可由注施入土解决。

(三)施用量

运用土壤化验和施肥推荐结合污泥特点可拟定其法定施用量。污泥年施用量以满足作物需氮量最低用量或以不超过镉容许限度最高用量为宜。

1.氮

从表14-19中看出，污泥中含无机氮和有机氮。因表面施用污泥也许挥发损失高达总铵量20%~50%，并且有机组分中只能某些释放大概20%~30%氮，因此很难拟定精确施氮量。如果污泥混入土壤，几乎没有铵损失。第一年20%有机氮矿化，随后几年每年约释放3%残留氮。

单施污泥于土壤，其所增长氮和磷在某些地区可高达：

(a)全氮60公斤/亩（900公斤/公顷）；

(b)铵态氮30公斤/亩（450公斤/公顷）；

(c)P2O577公斤/亩（1150公斤/公顷）。

在施用污泥土地上，施污泥后至少两年内无需再施氮、磷肥。但不应忽视也许要调节其她养分平衡，如钾、硫不平衡。

2.镉

当镉是重要关怀问题时，污泥应只用于pH6.5以上土壤。对烟草、叶菜类和根茎作物，施镉量应少于33克/亩。其她作物最高容许量，在1987年1月1日后来规定从135克/亩降为不得超过33克/亩。

污泥施用地点年限由金属累积加入量决定。镉和其她重金属在土壤中累积指标由各大学、USDA和环保局制定，总结于表14-20。以阳离子互换量作土壤控制因素不一定意味着所有这些金属都保持在互换性复合体上，而是阐明阳离子互换量（CEC）被选作一种较易测定土壤性质。这一性质又与土壤成分呈正有关，这些土壤成分可使施入土壤污泥中金属对植物有效性减少到最小限度。在没什么农业价值土壤上含镉量较高是可以容许。

美国普渡大学已制定一种工作表用来计算农田上污泥施用量。该表使用如下资料。

污泥构成资料：

(a)全氮(N)；

(b)铵态氮(NH4+-N)；

(c)硝态氮(NO3-(表：表14-20对使用污泥农业土壤建议金属最高量)金属不同土壤CEC条件下金属最高量(公斤/亩)＜5meq/100g土5-15meq/100g土＞15meq/100g土铅3366132锌16.53366铜8.2516.533镍8.2516.533镉0.330.661.32注释：资料来源：Sommer等.PurdueUniv.AY-240(1980).土壤和作物资料：

(a)有效P和K；

(b)种植作物N、P、K推荐施肥量；

(c)土壤pH值和调节土壤pH值到6.5石灰需要量；

(d)土壤阳离子互换量（CEC）。

加拿大艾伯塔省不同级别处置场地几类污泥单次施用最大容许量列于表14-21。最大用量范畴为0.17~1.7吨/亩。(表：表14-21各级别垃圾场和污泥种类最大污泥固体施用量和污泥含氮量(一次施用))污泥种类固体施用量*(干物)全N施用量地表撒施有效N用量**公斤/亩一级场二级场三级场一级场二级场三级场一级场二级场三级场消化16671333667604727302313粪尿稳定池667533333534020272010未消化***3332671674033132016.76.7注释：*表施固体含量低于5%污泥施加最高水力负荷为6.7米3/亩/天。为获得容许污泥固体和氮用量可分几次施用，每次施用之间要耕翻土壤。地下注施时无水力负荷限制。**有效N为铵态+硝态。地下注施有效N最高用量为一级场和二级场13.3公斤/亩，三级场为10公斤/亩。***未消化污泥应储存至少6个月，pH＞12，或挥发性固体含量少于固体总量60%。资料来源：McCoy等.“Guidelinesfortheapplicationofmunicipalwastewatersludgetoagriculturallands,”AlbertaEnvironment(1982).(四)作物反映

研究作物对污泥反映在美国某些州（如威斯康星州）已进行了50年。过去25年中对此又重新产生了兴趣。由于也许环境影响，预测将来会做更多工作。

某些制定规章机构限制污泥对若干作物施用，如牧草、油料作物、小粒谷物、商业草皮和树木。不能接受作物也许有根茎作物、蔬菜和水果、烟草和奶牛牧草地。普通建议施污泥后3年内不要直接在污泥解决牧草地上放牧。施于小麦比施于大麦好。建议施污泥后头两个生长季不种燕麦。

作物对污泥反映至少在施用第一年与商业化肥相似，且因所增长植物养分残效，后几年会比商业化肥更佳。污泥有机质有也许与粪肥很相似许多优良效果，可持续很长时间。此外，所施养分也许要用一年或数年时间才有效地分布在根区。

四、污水排出液

这种液体可以是对作物有价值水和养分资源，也可以是土地和水体污染源。过去25年研究了施污泥后土壤特性对植物生长影响。

污水解决是个大问题，要涉及大量用水。因而，用污水灌溉土壤须为：①内部排水良好且中档质地，pH值在6.5~8.2之间；②可支持树木、灌木或草茂密植株。必要定期监测地下水中硝酸盐。

美国和欧洲对小粒谷物、玉米、大豆和马铃薯等各种作物进行了废水灌溉研究。在美国和其她地方还研究了运用排出液浇树问题。

加拿大选取了牧草作物，因其生长季长，水季节蒸散量高、吸肥多，又有稳定土壤和防止土壤侵蚀能力。因人类不直接食用牧草，因此不大也许传播人类疾病。

用污水排出液灌溉5种牧草产量如表14-22所示。当系统最佳运用废水时，苜蓿是最适合牧草作物。废水不能为禾木科草高产提供足够氮。(表：表14-22废水和化肥对5种牧4年干物质年产量影响)废水灌溉(厘米/年)化肥N-P(公斤/亩/年)牧草(公斤/亩)苜蓿?草雀麦阿尔泰野麦草高冰草平均*62.50-0579387399389353421.3d3.7-3.2629588595559511576.7c1250-0680623663639527626.7b3.7-3.2670765741782655722.7a平均*639.3a590.7b599.3b592.7b511.3c586.7注释：*行平均值或列平均值为同一字母时Duncan多重检查在5%水平不明显。资料来源：Bole和Bell.J.Environ.Qual.，7(2)：222(1978).前面讨论指出，关于在作物上运用污泥或污水尚需更进一步理解，规定不断研究。社会将从明智地运用这种物质且在循环运用一种有价值资源中受益。无风险哲学在复杂环境中是不可行。

?第十一节耕作

老式上，北美许多地区用有壁式铧犁为一年生作物翻耕整地，或秋耕或春耕，视土壤和气候而定。所有作物残茬基本都翻下去。随后尚有二次耕翻作业，如圆盘耙耙地和大田翻耕。

?这些年人们又对发展防止水土流失保护土壤耕作办法增长了兴趣。地面残茬量和表面粗糙度对防止水土流失均有作用。作物残茬管理得到发展，更多收获后残茬、叶和根留在地表或近地表处。自从1930年就在美国大平原地区研究了残茬覆盖，特别是针对小麦和其她小粒谷物，当前正在被广泛应用。

一、保护性耕作

这一术语用于描述任何与无垄或无覆盖耕作相比减少水土流失耕作制度。

(一)长处

(a)提高作物产量，平地、细质地、排水不良土壤除外；

(b)减少土壤水蚀和风蚀；

(c)改进入渗，提高水分运用效率；

(d)因作物能种在坡度更大地面上，因此可增长作物安全行播土地面积；

(e)改进播种和收获期；

(f)减少机械和燃料成本。

(二)缺陷

(a)更多灾害，如虫、病、草和啮齿动物；

(b)春季土壤温度低，导致发芽慢和成苗问题，而垄作有协助；

(c)需要更强管理能力。

(三)保护性耕作类型

1.深松土

凿式工具可耕到20~40厘米深，凿尖距