耕作制度与土壤管理

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1、耕作制度与土壤管理任何耕作措施或土壤管理计划的主要目的都是保持生产能够持续获利。自1935年开始，美国土壤保持局（Soil Conservation Service）在这方面给予了很大关注。土壤保持实质是良好的土壤管理，其内容远不止防止土壤流失。无论是植物养分不足，还是耕作制度不合理，土壤侵蚀都是土壤管理不良的症状。侵蚀是土壤破坏的症状而不是原因，主要原因是缺乏养分，尤其是缺氮。第一节 产量趋势美国作物产量自1900年以来逐步提高，但其显著增长起始于1950年代（参见第一章图1-1）。1982年美国三种主要作物，玉米、大豆和小麦的平均产量各为480公斤/亩、144公斤/亩和159公斤/亩。玉米

2、和小麦是创纪录的高产，而大豆产量平了1979年达到的高产水平。改良品种、增加密度、防治病虫、改进耕作和增加施肥等，都对增产有贡献。19301979年美国明尼苏达州农民种植玉米所采用的一系列技术和管理措施汇入表14-1中。各种技术改进对玉米增产的贡献见于表14-2。(表：表114-11 500年(119300-19979)间明尼尼苏达州州每十年年玉米生生产措施施所发生生的变化化 )措施 10年平均均值 30年代 40年代 50年代 60年代 70年代 1979 杂交品种播播种面积积(%) 8 82 96 98 100 100 各种播种方方法所占占百分比比(%) 方形穴播 90 70 47 1 缺

3、资料 穴播 24 55 10 缺资料 条播 29 45 89 缺资料 播量(株/亩) 2050 2220 2590 2620 3100 3320 肥力 粪肥(吨/亩) 1.2 1.1 0.93 0.87 0.6 0.53 商业肥料 施肥面积(%) 缺资料 缺资料 14.0 67.0 93.0 95.0 总量(公斤斤/亩) 0.3 3.4 4.6 5.8 15.8 15.3 氮(N) (公斤斤/亩) 缺资料 缺资料 1.1 2.2 6.5 7.5 磷(P2OO5) (公斤/亩) 缺资料 缺资料 1.6 1.05 3.7 3.4 钾(K2OO) (公斤/亩) 缺资料 缺资料 0.66 0.99 2

4、.1 2.2 绿肥(草木木樨)(百万亩亩) 2.4 4.5 3 1.2 病虫草防治治 中耕次数 3.0 3.0 2.8 2.6 1.6 1.5 除草剂处理理面积(%) - 痕量 12 58 89 93 杀虫剂处理理面积(%) - - 4 29 32 33 耕作 秋耕(%) 21 缺资料 70 66 62 72 春耕(%) 79 缺资料 30 26 26 10 深松或少耕耕(%) - - - 8 12 18 行距(厘米米) 107 107 102 96 91 90 播种日期，55月 21 21 20 19 13 11* 虫害 玉米螟 传播 经济侵害水水平 玉米根叶甲甲 传播 经济侵害水水平 产量

5、(公斤斤/亩) 134 164 210 285 356 419 注释：*最最后5年年平均。资资料来源源：Caardwwelll. AAgroon. J., 744: 9984 (19982). 19550年以以前产量量增长缓缓慢的部部分解释释见图114-11。根据据美国俄俄亥俄州州的估计计，1887019330年这这60年年中土壤壤生产力力下降了了40%。这大大体上与与对1889019550年间间美国衣衣阿华州州土壤生生产力所所做的估估计相符符，且与与肥力水水平关系系密切。土土壤有机机质以及及供氮已已呈现下下降趋势势。磷、钾钾、钙、镁镁和硫等等元素的的取走一一般大于于以粪肥肥和商业业化肥形形态

6、归还还的数量量。(图：图114-11 19950年年以前产产量增长长缓慢的的部分原原因)补偿因因素的结结果，如如改良品品种、栽栽培措施施、机械械、排水水，增加加施肥和和施石灰灰，防治治病虫害害等，使使18770119300年间美美国俄亥亥俄州的的玉米产产量增长长了约115%。假假如保持持了土壤壤肥力，使使用这些些开发的的技术，作作物产量量本应增增加400%660%。俄俄亥俄州州的资料料表明，仅仅用某段段时期的的产量趋趋势来衡衡量土壤壤肥力是是错误的的。1993019882年间间，俄亥亥俄州的的作物产产量增加加了2倍倍。在全全美国具具有同样样显著的的增长。 技技术迅速速进步使使产量显显著增长长，

7、肥料料只是其其中一项项。美国国农业部部19664年估估计，如如果取消消氮、磷磷肥料，伊伊利诺斯斯州的玉玉米可能能减产337%，佛佛罗里达达州的葡葡萄柚可可能减产产94%，亚利利桑那州州的苜蓿蓿可能减减产344%。现现在这些些数值可可能还会会更大。假假若对衣衣阿华州州的玉米米不施肥肥，就可可能需要要再多229%的的土地。这这将意味味着由于于不适宜宜的土地地投入生生产，遭遭受侵蚀蚀的可能能性更大大。在发发展中国国家报道道过更令令人震惊惊的结果果。墨西西哥小麦麦产量从从19443年的的51.7公斤斤/亩增增加到11978819980年年的2440公斤斤/亩（880%灌灌溉）。(表：表114-22 1

8、9930-19779年明明尼苏达达州生产产措施的的变化引引起的玉玉米增产产量 )栽培措施或或限产因因素及其其增减产产单位 变化率或变变化值 1930比比19779 相相差* 对19799年产量量的贡献献 公斤/亩 净收益(%) 1930年年前产量量水平(公斤/亩) - - 134 - 杂交品种 双杂交(公公斤/亩亩) 24.7 100%的的面积 24.7 9 三杂交(公公斤/亩亩) 10.9 17%的面面积 1.9 1 单杂交(公公斤/亩亩) 20.9 75%的面面积 15.7 6 遗传收益(公斤/亩/年年) 2.4 50年 121.77 43 肥料N(77.5公公斤N/亩时公公斤/公公斤N)

9、 18.9 93%玉米米面积 133.55 47 植株密度(20550株/亩以上上时公斤斤/百株株) 47.4 1270 60.3 21 除草剂(公公斤/亩亩) 69.9 93%的面面积 65 23 行距(公斤斤/亩/厘米) 0.68 -17厘米米 11.5 4 播种日期(公斤/亩/天天) 2.43 10天 24.3 8 条播对穴播播(公斤斤/亩) 27.2 79% 21.5 8 秋耕(公斤斤/亩) 29.3 51% 14.9 5 轮作 大豆(公斤斤/公斤斤N) 18.9 1.7公斤斤N/亩亩 32.3 11 苜蓿/三叶叶草(公公斤/公公斤N) 18.9 -0.488公斤NN/亩 -9.1 -

10、3 草木樨(公公斤/公公斤N) 18.9 -1.1公公斤N/亩 -21.22 -7 干扰效应(公斤/亩) 58.3 -33%的的面积 -19.44 -7 粪肥(含NN约0.5%) (公公斤/公公斤N) 18.9 -2.233公斤NN/亩 -42.22 -15 有机质(%/年) -0.0227 50年=1.335% -38.11 -13 虫害 玉米螟(公公斤/亩亩/虫/株) -12.33 1.2虫/株 -14.77 -5 玉米根叶甲甲(公斤斤/亩) -29.77 32.5%的面积积 -9.7 -3 土壤侵蚀(公斤/亩/厘厘米) (-00.1厘厘米/年年) -4.6 50年=5厘米米 -23 -8

11、 不明减产因因素 -65 -23 净收益 285 1977-19779年产产量水平平 419 栽培措施或或限产因因素及其其增减产产单位 变化率或变变化值 1930比比19779 相相差* 对19799年产量量的贡献献 公斤/亩 净收益(%) 1930年年前产量量水平(公斤/亩) - - 134 - 杂交品种 双杂交(公公斤/亩亩) 24.7 100%的的面积 24.7 9 三杂交(公公斤/亩亩) 10.9 17%的面面积 1.9 1 单杂交(公公斤/亩亩) 20.9 75%的面面积 15.7 6 遗传收益(公斤/亩/年年) 2.4 50年 121.77 43 肥料N(77.5公公斤N/亩时公公

12、斤/公公斤N) 18.9 93%玉米米面积 133.55 47 植株密度(20550株/亩以上上时公斤斤/百株株) 47.4 1270 60.3 21 除草剂(公公斤/亩亩) 69.9 93%的面面积 65 23 行距(公斤斤/亩/厘米) 0.68 -17厘米米 11.5 4 播种日期(公斤/亩/天天) 2.43 10天 24.3 8 条播对穴播播(公斤斤/亩) 27.2 79% 21.5 8 秋耕(公斤斤/亩) 29.3 51% 14.9 5 轮作 大豆(公斤斤/公斤斤N) 18.9 1.7公斤斤N/亩亩 32.3 11 苜蓿/三叶叶草(公公斤/公公斤N) 18.9 -0.488公斤NN/亩

13、 -9.1 -3 草木樨(公公斤/公公斤N) 18.9 -1.1公公斤N/亩 -21.22 -7 干扰效应(公斤/亩) 58.3 -33%的的面积 -19.44 -7 粪肥(含NN约0.5%) (公公斤/公公斤N) 18.9 -2.233公斤NN/亩 -42.22 -15 有机质(%/年) -0.0227 50年=1.335% -38.11 -13 虫害 玉米螟(公公斤/亩亩/虫/株) -12.33 1.2虫/株 -14.77 -5 玉米根叶甲甲(公斤斤/亩) -29.77 32.5%的面积积 -9.7 -3 土壤侵蚀(公斤/亩/厘厘米) (-00.1厘厘米/年年) -4.6 50年=5厘米米

14、 -23 -8 不明减产因因素 -65 -23 净收益 285 1977-19779年产产量水平平 419 注释：*参参照表114-11中300年代和和19779年的的实际水水平。资资料来源源：Caardwwelll. AAgroon. J., 744: 9984 (19982). 虽然干干旱地区区水比肥肥更是限限制因子子，但包包含频繁繁夏休闲闲的种植植制度使使土壤肥肥力和生生产力严严重下降降。在干干旱地区区改进管管理措施施，尤其其是在不不好的年年景，同同在较湿湿润的地地区一样样重要。例例如，美美国大平平原的99个州11930019939年年和1995019556年间间年降雨雨量极低低，分别别

15、只有5518毫毫米和5266毫米。但但小麦产产量差别别很大，330年代代为477.5公公斤/亩亩，而11952219956年年为688.1公公斤/亩亩。大多多数低雨雨量地区区土壤生生产力的的下降多多与风蚀蚀和水蚀蚀以及休休闲期易易移动养养分向深深层的渗渗漏有关关，并非非真是作作物耗竭竭了肥力力。与之之相反的的是东南南部的土土壤，本本身肥力力较低而而且已经经集约耕耕种了11002000年。实验验站小区区和先进进农民的的产量不不断增长长至关重重要，因因为他们们对应该该怎样做做起着引引导作用用。在那那里种植植在试验验田的作作物产量量不断增增加，州州平均产产量也会会不断增增长（尽尽管仍比比试验站站的低

16、得得多）。这这表明了了继续集集中研究究以克服服产量限限制因子子影响的的重要性性。第二节节 耕作作及土壤壤的管理理目标所有有耕作制制度的目目的均应应是为农农业措施施维持最最高的利利润。评评价作物物和土壤壤管理制制度维持持高产的的效果时时，有几几个因素素必须牢牢记在心心：(a)有机质质和土壤壤耕性；(b)植植物养分分供应；(c)草草、虫、病病害发生生率；(dd)水分分吸收和和土壤侵侵蚀。 由由于土壤壤特性不不同，因因此需要要不同的的管理措措施。比比如，有有一种富富含有机机质的粉粉粘壤土土可能耕耕性良好好，采用用降低耕耕性的管管理措施施在短期期内不致致发生问问题。另另有一种种粉壤土土，有机机质含量量

17、低，可可能耕性性不良，用用同样的的管理措措施马上上引起麻麻烦。最最重要的的是按照照管理的的需要来来评价土土壤。应应该利用用试验数数据来说说明管理理措施对对不同土土壤的影影响。图114-22表明，不不能认为为侵蚀理理所当然然，重要要的是必必须以尽尽量减小小水蚀、风风蚀破坏坏性影响响的方式式进行生生产。美美国1/3以上上的耕地地都遭受受严重侵侵蚀，这这足以使使土壤生生产寿命命大大缩缩短。表表14-2表明明，侵蚀蚀抵消了了美国明明尼苏达达州为达达到更高高玉米产产量所取取得的进进步。(图：图114-22 19977年年美国土土壤保持持局所进进行的国国家资源源调查发发现的土土壤侵蚀蚀)第三节节 土壤壤有

18、机质质一一度曾特特别强调调土壤有有机质含含量是土土壤生产产力的一一项指标标。随着着氮肥用用量增加加，依赖赖有机质质释放氮氮来获得得玉米、小小麦等作作物的高高产是不不必要甚甚至不明明智的。曾曾几何时时，加拿拿大草原原上夏休休闲地被被认为供供氮自足足，但现现在其中中20%以上需需要化肥肥氮。BBraddfieeld（119633）对此此总结如如下：对大大多数农农民来说说，在他他们的土土壤中得得到更多多有机质质惟一的的经济办办法是在在他们自自己的农农场上生生长更多多的有机机物质。更更大的作作物意味味着更多多根、更更多茎秆秆和残茬茬及更多多牲畜饲饲料，因因此有更更多有机机肥料还还田。种种植这些些较大作

19、作物最便便宜的办办法是用用更充足足的化肥肥和良好好培肥的的轮作，土土壤经过过如此管管理得以以从化肥肥中取得得最大效效益。这这需要最最好的种种子、最最合适的的栽培措措施和最最有效地地利用全全部有机机残留物物。有机机农业加加上化肥肥将在我我们的丰丰产土壤壤上获得得更高的的产量和和更多的的有机质质。应该维维持还是是提高有有机质含含量?回回答这个个问题有有必要考考察有机机质的一一些功能能：(a)具有养养分（如如氮、磷磷、硫、硼硼、锌等等）库的的作用；(bb)提高高离子交交换量；(c)为为微生物物活动提提供能量量；(d)释放CCO2；(e)提提高持水水量；(ff)稳定定结构、改改善耕性性； (gg)提供

20、供表面保保护从而而减少结结块和增增加渗透透；(h)减轻压压实影响响；(i)缓冲土土壤酸度度、碱度度和盐度度的急剧剧变化。有趣的是，有机质的这些功能，除保护表面和防止压实外，大多数都依赖其分解。因此，生产大量残茬及其随后的分解对良好的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阻止有机质分解，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的实用方法。应用保持最高利润生产的管理系统更现实。土壤有机质最大的来源是当季作物提供的残茬。因此，选择种植制度和残茬处理的方法同等重要。合理的管理和施肥能提高产量，这是农民关心的主

21、要问题。高产还会产生大量副产物-有机残茬。所以，为达到高产而管理土壤的同时也改良了土壤。美国密执安州立大学的工作人员指出：“我们用来夺取高产的措施最好地保护和培肥了我们的土壤”。 一、耕作制度的影响耕作制度通过以下几种方式影响土壤有机质。(一)耕作可增加通气性，因而促进微生物活动，增加土壤有机碳的损失据报道，有机质下降最快的是在开垦耕种后最初的10年，尔后几十年继续以逐渐递减的速率减少，最后达到表观平衡，在美国大平原北部盛行的耕作条件下大约为40年后达到。因此，行播作物比例大的耕种制度比密植作物或草皮植物为主的耕作制度使有机质损失快得多。在一些情况下，耕作增加了富含有机质而施氮不足的土壤上非豆

22、科植物的产量。这可能部分地与通气改善对有机质分解和随后氮释放的影响有关，而且新的表面不断暴露，使土壤有更多湿润和干燥的机会。当然，所有这些都造成土壤氮的逐渐耗竭，增加了土壤有机碳的损失（表14-3）。(表：表114-33 不同同土壤上上残茬覆覆盖和常常规管理理制度下下耕作引引起的处处女草地地碳的损损失 )土壤深度 (厘米米) 碳损失率(%) 蒙大拿、北北达科他他及怀俄俄明州* 北达科他州州格兰特特县* 残茬覆盖 常规 015.2 41 27 38 15.230.5 20 7 14 注释：*每每州两个个田间站站，耕种种40年年后于119500年取样样。 * 336个农农场地块块耕种约约70年年后

23、于119799年取样样。资料料来源：Bauuer和和Blaack. Sooil Scii. SSoc. Amm. JJ., 45: 11166 (19981). (二)耕作过过度有促促进土壤壤侵蚀的的趋势耕作作过度导导致有机机质和其其他组分分的物理理损失。但但在耕种种或休闲闲期开始始的最初初耕作通通常可改改善土壤壤结构、孔孔隙度和和粗糙度度，增加加水分渗渗透和土土壤抗侵侵蚀能力力。(三)各种耕耕作制度度提供不不同的作作物残茬茬量粒用玉玉米每亩亩可向土土壤提供供0.551.15吨吨茎，00.1660.33吨吨根。青青贮玉米米茎叶和和籽粒都都被取走走。禾本本科-豆豆科饲草草可生产产大约同同等数量量

24、的残体体，但大大部分都都在刈草草中和放放牧时被被取走了了。小粒粒谷物产产量高时时，如果果禾草留留在田里里可返还还0.55吨残茬茬，但取取走禾草草就只有有0.008吨还还田。花花生的地地上部、仁仁果和许许多根都都被移走走，这是是一种促促使有机机质更快快损失的的耕作制制度。在在养畜计计划中，牲牲畜消费费籽粒和和植株部部分，只只有部分分有机质质能还田田，然后后粪肥施施在最靠靠近畜舍舍的地里里。(四)各种耕耕作制度度中植物物残茬含含氮量与与土壤有有机质的的积累密密切相关关如如果翻下下的残茬茬含氮低低，大部部分碳将将分解为为CO22逸走，直直至碳氮氮比达到到101或11211。施足氮氮肥的玉玉米茎叶叶中

25、可能能至少含含氮1.0%，虽虽然认为为含0.75%的更典典型。反反之，施施少量氮氮肥的玉玉米秸中中也许含含量低于于0.55%。从从这点和和产出更更多有机机物来看看，施足足肥比少少施肥的的玉米禾禾茎在维维持有机机质方面面更有效效。大多多数含氮氮1.55%的作作物残体体无需增增加氮量量使之更更迅速地地分解转转变为腐腐殖质。第第五章已已讨论过过残茬分分解需要要足够的的氮。已有有不少加加入额外外的氮对对加速残残茬分解解和促进进土壤有有机质形形成的影影响的讨讨论。表表14-4中的的数据表表明，给给分解的的麦秸增增加供氮氮，在增增大含氮氮百分比比和提高高边际碳碳浓度的的同时，也也能大大大降低CC/N比比。

26、(表：表114-44 无土土培养663天麦麦秸分解解中施硝硝酸铵、硫硫酸铵对对C/NN比和氮氮及碳浓浓度的影影响 )处理 时间 C/N N(%) C(%) 秸秆 起始 107 0.38 40.4 秸秆加氮 30 0.38 40.4 秸秆 63天后 116 0.35 40.8 秸秆加氮 76 0.55 41.7 注释：资料料来源：Cocchraan等. Sooil Scii. SSoc. Amm. JJ., 44: 9778 (19880). 在某些些条件下下，缺硫硫可阻止止有机残残茬分解解。这在在第八章章中已做做过讨论论，该章章指出一一些条件件下必须须施用硫硫肥促使使施用的的有机物物分解。(五

27、)土壤有机质已在许多地区不同土壤上做了大量工作来确定耕作制度对土壤有机质的影响。总的来说，处女地土壤上开始的试验即使用最好的耕作制度也难维持其土壤有机质。在试验开始前有机质已被耗尽的土壤上，草地或密植作物以及中耕次数少的作物比例大的种植制度可能造成有机质和含氮量的增加。年均温度高的地区，如美国南部，分解可在1年大部分时间连续进行。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即使耗尽也较易通过某些种植制度来增加，尤其是以少耕并归还较多作物残茬为特点的耕作制度。表14-5的例子很好地说明，在减少休闲频度并增加还田有机残体的制度中，土壤有机质和全氮均增加了。(表：表114-55 耕种

28、种37年年后耕作作制度和和粪肥对对土壤氮氮和有机机质的影影响 )轮作方式 有机质(%) 全氮(%) 对照 粪肥 对照 粪肥 休闲-小麦麦 3.7 4.1 0.19 0.28 休闲-小麦麦-小麦麦 4.9 5.5 0.26 0.30 休闲-小麦麦-小麦麦-小麦麦 4.7 5.5 0.25 0.28 小麦连作 7.2 7.6 0.36 0.38 平均 5.1 5.6 0.27 0.31 苜蓿休闲-小麦-小麦-小麦 5.8 - 0.28 - 禾本科草休休闲-小小麦-小小麦-小小麦 6.3 - 0.31 - 注释：资料料来源：Riddleyy和Heedliin. Cann. JJ. SSoill Sc

29、ci., 488: 3315 (19968). 许多因因素决定定种植制制度到底底增加还还是减少少土壤有有机质。关关键问题题是保持持大量作作物残体体（茎叶叶和根）通通过土壤壤循环。连连续的良良好管理理，包括括施足肥肥，有助助于这一一点。二、施施用植物物养分的的效果种植植制度中中石灰和和肥料用用量不仅仅影响收收获的作作物产量量及其组组成，也也影响作作物残体体生产量量。更大大量的植植物养分分带来作作物残体体量的增增加对维维持有机机质是重重要的。另另外，提提高产量量意味着着遍布的的根系在在更深的的土壤中中分布有有机质。 (一)氮氮表表14-6的数数据表明明了氮对对玉米籽籽粒和茎茎秆产量量的影响响。施氮

30、氮量较多多不但提提高籽粒粒产量，也也使茎秆秆产量增增加500%。籽籽粒比茎茎秆产量量提高得得更快是是值得注注意的。(表：表114-66 氮对对玉米籽籽粒和茎茎秆产量量的影响响* )施氮量 籽粒 茎秆 公斤/亩 0 95.3 271.11 3 217.88 251.77 6 341.55 380.99 9 420.11 409.44 12 427.66 399.66 注释：*施施用了足足量的磷磷和钾。资资料来源源：Krranttz和CChanndleer. Norrth Carroliina Agrr. EExp. Stta. Bulll. 3666 (rrev.19554). 施氮肥肥和土壤壤

31、耗氮间间的一般般关系见见图144-3。该该图表明明，土壤壤氮的年年损失以以及土壤壤有机质质损失随随大量施施氮而减减少。如如果施氮氮等于或或略高于于作物取取走的氮氮，土壤壤氮损失失似乎会会减至最最小。(图：图114-33 施氮氮肥与土土壤耗氮氮的关系系)在美国国伊利诺诺斯州南南部Ciisnee粉壤上上12年年间对施施过石灰灰、磷和和钾的玉玉米-大大豆-小小麦（豆豆科、禾禾本科）轮轮作施用用氮、提提高土壤壤含氮量量0.0014%，含碳碳量0.15%。(二)磷磷对提提高春小小麦籽粒粒和秸秆秆产量的的效果十十分显著著。应记记住，低低磷土壤壤中施足足磷肥可可增加还还田植物物残体量量。这些些残体有有助于保

32、保持甚至至增加土土壤有机机质。(三三)其他他养分其他他养分，如如钾、石石灰、硫硫或微量量元素的的增产反反应，也也会增加加残茬量量。图114-44表明了了在增加加冬小麦麦籽粒和和秸秆产产量方面面硫的单单独影响响和氮-硫交互互影响。(图：图114-44 硫和和硫-氮交交互作用用对小麦麦及其秸秸秆产量量的影响响)(四)增加有有机质对对土壤养养分有效效性的影影响简单提提一下有有机质对对土壤中中固有的的养分有有效性的的影响。有有机质分分解时释释放出大大量COO2被认为为对释放放某些养养分，特特别是无无机磷相相当重要要。COO2溶于水水中形成成碳酸，结结果降低低了土壤壤pH值值。该效效应在中中性或碱碱性土

33、壤壤上相当当重要。在在这种条条件下，ppH值的的暂时下下降会增增加其他他元素如如硼、铜铜、锌、锰锰、铁和和磷的释释放速度度。一般认认为，有有机质分分解的某某些中间间产物可可形成络络合或螯螯合离子子。磷或或某些微微量养分分与这些些离子连连结并保保持在弱弱离子化化状态。这这种离子子处于不不被土壤壤固定而而能被植植物利用用的形态态。三、表表土与底底土侵蚀性性土壤上上营利性性作物生生产一直直是重要要的农业业问题。众众所周知知，通常常在底土土上非豆豆科作物物减产，在在通透性性好的土土壤上这这主要由由于缺少少有机质质、继而而氮释放放降低所所致。 美美国俄亥亥俄州在在移去表表土的通通透性底底土和高高粘粒含含

34、量的紧紧实底土土上的研研究提供供了有意意思的例例证。用用玉米、小小粒谷物物和苜蓿蓿轮作。通通透性底底土施足足石灰、磷磷和钾玉玉米产量量是生长长于表土土上产量量的955%。因因苜蓿提提供了氮氮，故施施氮没有有明显效效应。紧实实底土上上玉米和和豆科作作物很难难保苗，非非豆科作作物产量量一般很很低。一一旦苜蓿蓿保住苗苗，干草草产量还还是令人人满意的的。该研究究结果表表明，通通透性好好的底土土上非豆豆科作物物施氮或或在轮作作中加入入苜蓿可可得高产产。但在在一些年年份湿度度可能成成为限制制性因素素，因水水分进来来得少且且底土有有效持水水量较低低。问题的的另一方方面涉及及暴露的的底土中中锌的有有效性，有有

35、时还有有磷和硫硫的有效效性。为为灌溉而而平整土土地裸露露出底土土，上面面种植的的玉米和和豆科作作物等缺缺锌会变变得十分分严重。此此种土壤壤上的缺缺锌由高高pH值值、石灰灰、低有有机质和和土壤压压实而加加重。土土地整平平后缺硫硫似乎主主要由于于有机质质含量低低所致。第四节 轮作中的豆科植物多年来，饲用豆科作物在一些轮作中起骨干作用。现在其主要目的是提供大量优质饲料，或是干草或是放牧场。另外的好处是对伴生作物或后作提供氮素。此外，种植豆科作物，尤其是深根的如苜蓿和草木樨，对物理性状不良的土壤也有益处。表14-7表明，5年中豆科后茬种大麦比不施氮且无豆科前茬的大麦总共多吸收氮2.256公斤/亩，产量

36、提高215251公斤/亩。这些数值还有点儿保守，因1969年“非豆科”小区夏休闲使得1970年大麦获得高产，同时吸氮量也高。从中还可以看到，豆科的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114-77 豆科科后茬大大麦的产产量和氮氮吸收 )不同前茬大大麦产量量(公斤斤/亩)* 不同前茬大大麦吸氮氮量(公公斤/亩亩) 非豆科 苜蓿* 红三叶草* 非豆科 苜蓿 红三叶草 1970 236.99 147.22 251.33 4.46 3.3 5.12 1971 96.9 183.11 183.11 1.98 4.79 1.65 1972 93.3 179.55 143.66 1

37、.98 4.13 3.14 1973 114.99 186.77 172.33 1.98 3.47 2.48 1974 96.9 125.77 132.88 1.49 2.15 1.82 1975 79.0 111.33 93.3 - - - 总计 718 933.44 976.55 11.888 17.822 14.199 平均 122.11 154.44 161.66 - - - 注释：*所所有小区区施磷、钾钾和硫。 * 19668和119699年种植植。资料料来源：Leiitchh. 见见Alffalffa PProdducttionn inn thhe PPeacce RRiveer

38、RRegiion, ppp. CC1-CC5. Beaaverrloddge, Allberrta: Allberrta Agrricuultuure andd Aggriccultturee Caanadda RReseearcch SStattionn, 119766. 尽管轮轮作中的的豆科如如此有益益，这一一措施并并不总吸吸引种植植者。一一些地区区的豆科科作物可可能不便便被农民民利用，或或没有饲饲料作物物市场或或其导致致的土壤壤高氮水水平可能能对烤烟烟等作物物有害。在在美国西西部和加加拿大较较干旱地地区彻底底吸取土土壤蓄水水也是个个缺点。第五章开头提到过许多有关根瘤菌和其他共生微生物的固

39、氮作用。但有关轮作中豆科有益特性的几点要在下节讨论。一、豆科固氮单质氮占空气体积的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、并生成根瘤来利用空气中的游离氮。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，结果大量细胞增生，并形成含有数百万细胞的根组织团块的根瘤。根瘤不应和某些线虫感染混淆，后者仅使植物根增粗。根瘤细菌利用寄主植物的碳水化合物和矿物质来固定大气氮。这些氮可被寄主植物利用，也可排到瘤外的土壤被附近生长的其他植物利用，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

40、率、从土壤中获得的氮数量（无论是有机质分解的还是残留氮）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的。高产豆科作物如大豆、苜蓿和花生含有大量氮。通常植物中全部氮的50%80%由根瘤菌固定。美国伊利诺斯大学的Welch（私人通信）估计，伊利诺斯州的土壤上每35公斤大豆取走1公斤土壤氮，而且大豆固定植株总氮量的45%以上。但浅色土壤上大豆可固定80%以上的氮。其他豆科植物表现得大同小异。与禾本科混种的饲用豆科一般为两种作物供氮。但在南部，因生长季较长、轮牧以及更充分地利用牧草，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包括豆科作物的原因之一

41、是供氮，但随着合成氮工业的发展可使用并不昂贵的氮肥，农业不再依赖豆科提供这一元素。农民应选择须遵循的计划已变成一门经济学，他们应选择使投资产生最大净收益的计划。未来氮肥的成本尚不肯定。第十章讨论过天然气原料成本的增长对氮肥生产成本的影响。结果人们再次对豆科作物作为非豆科作物需氮的部分可代替来源的可能性产生极大兴趣。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，即使氮肥投入成本达4.89美分/公斤玉米仍可获得利润。某些地区，尤其一些热带国家，得不到商业化肥或种植者没钱买。因此，精心设计的包含豆科的种植制度对于帮助非豆科生长供氮则至关重要。但主要障碍是经常缺少合适的豆科植物种类。当豆

42、科作物在养畜农业体系中作饲料时问题就不同了。豆科具有双重目的，饲养牲畜和为粮食作物提供部分氮素。此系统中豆科作物必须至少提供部分饲料。另一种方法是只种禾本科饲草并重施氮肥。饲养试验表明，豆科作物优于施氮的禾本科牧草。豆科作物一般品质好，包括高蛋白、高矿物质浓度和各种有益的生物化学差异。四、豆科作物可为玉米提供大量的氮素一般认为，玉米生产必须施氮肥补充豆科固定的数量。生长良好的苜蓿向一般产量的玉米提供足够的氮素，但对高产玉米不够。美国俄亥俄州的试验结果表明，苜蓿后茬玉米需要增加如下氮量：每亩第一年3.75公斤，第二年7.5公斤，第三年11.25公斤，第四年15公斤。豆科作物产生的氮量通常不是固定

43、的。轮作中依赖豆科为作物供氮，但常常供应不足。这可能由豆科缺苗、接种不好或肥力不足造成。解释试验结果时，有时很难确定是否有足够植物养分使豆科充分生长。翻压长得好的豆科可提供氮素7.5公斤/亩。但农民常过高估计豆科草地的质量而届时只能供给一半或数量更少。另一担心的问题是翻压豆科的时间对残体分解释放有效氮的影响。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的平均结果表明，马德里甜车轴草和拉迪诺三叶草后茬的玉米产量分别为347和380公斤/亩。但只施氮3.8公斤/亩和7.1公斤/亩的玉米产量分别为376和410公斤/亩。第五节 轮作与连作连作即单一种植。世界各地都有其例-远东的水稻、美国

44、半湿润地区的小麦和南部的棉花。虽然单一种植一度被认为是不良农作制度，但1950年代大大增加的氮肥供应激起在侵蚀不甚严重的土壤上连作玉米的兴趣。已有的资料表明，不同轮作的价值应在不因植物养分供应不足而限制作物产量的条件下重新考察。玉米植株没有什么会使其难于在土壤上立足的内在因素。 直到1950年仍用连作玉米小区例示这种种植制度不受欢迎。大多数小区未施充足的肥料，尤其是氮，且又与包含豆科的轮作进行比较。因此，连作玉米表现较差。自那时起，已有更合理的对比。高产条件下的结果表明，连作玉米比轮作玉米产量低15%。美国伊利诺斯大学的Morrow小区试验表明，7年平均产量，连作玉米为577公斤/亩，而玉米-

45、大豆轮作为673公斤/亩。在一些时期缺水时，连作玉米可能优于苜蓿后茬玉米。苜蓿吸取剖面深层的水，使后作玉米可能缺水。连作玉米并非全农场种玉米，而是玉米可能种在更适合的地块而将饲草作物种在其他地上。比如，一座农场有平地和坡地，这位农场主的玉米种植需求和土壤的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的收益。种植者能接受连作玉米在一定程度上产量较低，但经济上更赚钱。 一茬作物对下茬可能有不良影响，无论是同一种还是不同种作物。有些证据表明，根释放的物质或残茬分解形成的物质有毒。比较连作玉米与玉米-大豆轮作即为一例。苜蓿后种苜蓿通常不理想，原因不明。异株克生现象是用来描述一

46、种植物对其他作物的拮抗作用的术语。更多有关杂草竞争的这种毒素抑制现象参见第二章。一、病、草、虫的防治单一种植可能导致某些病、草、虫害难于防治。在大多数情况下，引种无关的或不易受影响的作物或采用其他耕种措施将有助于控制这类问题。为控制小麦和其他谷物的根腐病，将合理种植顺序、抗病品种、无病原种子、田间消毒等措施结合起来是必要的。关于氯化物对小麦及其他谷物旱地根腐和全蚀根腐的限制作用的新资料可参考第三章。豆科植物、其他双子叶植物、甚至燕麦、大麦或玉米等谷物通常在小麦发生全蚀病时都适合作替代作物。然而在一些情况下，甚至在苜蓿、大豆和牧草后种小麦这种病仍很严重。谷物根腐病以外的大量病害可通过轮作控制，尤

47、其同时采取种子处理、合理栽培和田间消毒等措施。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的严重程度。同一块地上易感染的作物应每隔34年种一次。作物倒茬是防治以一年生作物根为食的线虫的重要手段。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的作用取决于特定的杂草和所用方法对它的控制能力。如果农民想种的任何作物中全部杂草都能方便地被控制，作物轮作就不会是防治杂草计划中的重要组成部分。但在有些情况下，对有防治困难的杂草，轮作是必需的。(二)害虫

48、轮作曾是害虫管理的常用措施，但随着1950年代价格便宜且效果好的有机杀虫剂的发展，轮作的应用减少了。现在人们又重新对轮作产生兴趣，因害虫对化学药品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的害虫轮作十分奏效。主要作物虫害严重问题最突出的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（grape colaspis）的问题。轮作只能部分成功地控制棉铃虫。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、土壤耕性的影响一般认为，用今天的土壤管理

49、措施维护大多数土壤的物理性质就不再需要作物轮作了。现今的作物生产措施为土壤提供了良好的植物覆盖并归还大量作物残体。另外，耕作减少，由此而来的压实的有害影响及破坏土壤结构也减少。重要的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的性质。轮作能极大改善许多中等和细质地土壤的结构和耕性。草地禾本科和轮作中豆科对土壤明显产生有益影响。先前为生草地的土壤，翻耕时易于破碎并剪切为理想的松软种床。当轮作中种植少耕作物时通常降低细质地土壤上的耕翻牵引力。内排水的改善减少了积水和土壤排掉多余水的时间。单一种植的玉米很独特，因其在许多土壤上能合理保持令人满意的土壤物理状况。补偿因素为

50、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造成的破坏。尚需更多有关轮作中需要深根豆科植物的土壤条件的资料，亦需知道更多关于高施肥行播作物（如玉米）连续生产数年增产的土壤条件。在这竞争的年代，只维持产量是不够的。复种，如小粒谷物-大豆或小粒谷物-玉米，在生长季较长且有可能灌溉的地区三作甚或四作水稻，正在更大程度上予以考虑。一年四作产稻谷1.8吨/亩是可能的。这须最大限度地利用土壤、阳光和水资源。如果肥力充足、病虫防治得好并对品种进行改良，土壤生产力会逐渐提高。因此，要把更多的注意力导向测量每年单位面积的产量。三、两种耕作制度的优点(一)轮作(a)深根豆科植物可在所有地块

51、上循环性种植； (b)具有连续的植被覆盖减轻侵蚀和水分流失；(c)土壤耕性极佳；(d)作物根系营养范围和养分需要不同，如深根与浅根、吸肥强与吸肥弱的、固氮的与非豆科的根系；(e)有利防草防虫，尽管化学药剂正变得更有效；(f)有利防病，改变作物残体助长土壤生物间竞争，有助于减少病原体；(g)拓宽劳力分配且使收入多样化。(二)连作或单一种植(a)利润可能增加；(b)土壤可能特别适合一种作物，如玉米、水稻或牧草；(c)气候可能对一种作物合适，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)机械和建筑费用可能较低；(e)种植者可能更偏爱某一种作物并成为专家，很少有人对种植多种作物又饲养牲畜

52、样样在行，单一种植更需要技能，包括防治害虫，控制侵蚀和施肥；(f)种植者可能不想把时间一年到头花在农作上。第六节 耕作制度的其他肥力效应一、对地表养分浓度的影响各种作物植株中主要、次要和微量养分含量变化甚大。另外，作物会从不同土壤区域吸收养分，因此选择种植顺序对作物营养很重要。深根作物从底土吸收某些养分，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缘含量时，前茬作物很可能极大影响这种元素对后作的供应。例如Collington壤土上连作的黑麦含钼1.1ppm，而黑麦和巢菜轮作则含钼11.1ppm（表14-8）。这表明随着黑麦和巢菜残体在表土中分解，比单种黑

53、麦有更多的钼变得更有效。可能这是一种种植制度或轮作最重要的有益效应，对那些未含在肥料中的元素尤其如此。热带及亚热带地区的森林是作物将养分运输到地表的极好例子。枯枝、落叶和茎分解后留下养分形成轮垦的基础，居民清理树木并焚烧，然后种25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、对土壤磷和钾的影响耕作措施对磷和钾水平的净效应取决于作物收获部分取走的养分、土壤提供的养分和补充施肥。我们已在第十三章讨论过作物养分含量的变化以及轮作施肥所引起的变化。这可以烤烟为例来加以说明（表14-9）。(表：表114-88 某些些作物植植株微量量养分组组成 )作物植株 微量元素含含量(pppm) 硼 钼

54、 铜 锰 锌 钴 种在Sasssaffrass壤土上上 菜豆地上部部 50 1.6 20 50 112 0.64 胡萝卜地上上部 30 0.9 18 120 163 0.38 黑麦 15 1.5 12 48 93 0.30 黑麦和巢菜菜 90 3.4 17 90 263 0.72 黑麦草 15 2.9 19 80 123 0.76 种在Colllinngtoon壤土土上 菜豆地上部部 75 2.2 19 40 551 0.24 胡萝卜地上上部 56 0.8 18 160 460 0.28 黑麦 30 1.1 15 32 456 0.20 黑麦和巢菜菜 100 11.1 16 80 465 1.

55、32 黑麦草 30 2.4 20 80 175 0.30 注释：资料料来源：Beaar. SSSSA PProcc., 13: 3880 (19448). (表：表114-99 施肥肥和作物物(烟草草)养分分消耗对对土壤养养分水平平的影响响 )养分收支 数量 (公公斤/亩亩) 土壤养分水水平(公公斤/亩亩) N P2O5 K2O 施5-100-155肥 112.55 5.6255 11.255 16.8775 施13-00-444肥 15 1.95 0 6.6 烟叶取走 225 6.3755 1.1255 11.6225 净获得量 1.2 10.1225 11.855 与此相相反，花花生很少少

56、施或不不施肥，长长得好的的花生（每每亩1333公斤斤花生仁仁果和1167公公斤干茎茎叶）取取走的营营养元素素约为118公斤斤N/亩亩、3公公斤P2O5/亩和和13.9公斤斤K2O/亩亩。可以以想象，种种烟草和和种花生生的土壤壤具有很很大差别别。但这这些差异异不断趋趋于减小小，因为为与烟草草轮作的的作物只只需施少少量肥，而而与花生生轮作的的作物重重施肥。定期土壤化验能看出肥力水平的变化，而了解取走和添加的养分能帮助解释变化趋势。可惜的是只有不到10%的田地可能被化验。但前面章节中指出的，土壤化验总结在揭示耕作制度对土壤肥力状况的影响时也有效。在研究和推广项目中，利用这些总结在制定全面解决与肥力需

57、要及维持有关的耕作制度问题时会有帮助。第七节 轮作对土壤和水分流失的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）和保持措施（P）各因子的乘积，用方程表示为：A = R.L.S.K.C.P这里要讨论的主要是耕作及管理，土壤肥力是其重要组成部分。作物产量越高，径流越少；水分进入土壤的比例越大、径流越小。侵蚀是结果，而不是土壤破坏的主要原因。主要原因是缺肥（尤其是氮）和植物群体不足。与土壤流失有关的耕作制度或肥力管理的若干特点如下：(a)覆盖和植物冠层的浓密度。这可防止雨滴冲击和蒸发。蒸腾水分（这样就为更多的水腾出空间）的数量为又一影响因素。残茬和茎秆降低水流速度和蒸发量。残茬翻入土中使土壤更渗水。研究揭示了雨滴像炸弹爆炸一样冲击土壤时的巨大动能，这有助于更好地理解植物覆盖对拦截这种力量的极端重要性。 (b)土壤上栽培作物的生长时间对密植作物，如小粒谷物或饲草作物生长时间的比例。