从日本果园土壤管理制度的演变看管理技术更新
果园土壤管理制度的变迁,一方面反映了一定生产时期的生产力特征,同时,也反映了人为管理方面的经验和教训。研究日本苹果果园管理的发展历程,总结其经验,避免其过失,对我国现阶段果园土壤管理制度的调整有多方面的借鉴性。
从早期的绵苹果栽培开始,日本果农就非常注重果园土壤管理,从秸秆还田到有机肥料的使用,果园土壤肥力在一个较长的时期内保持了相对稳定。20世纪40年代前后,随着世界范围内苹果商业栽培的发展以及化肥工业的崛起,日本的苹果土壤管理又先后历经了化学农业、有机与生态农业不同的发展时期,下面分别进行分析。
1、传统农业时期
传统农业是一个漫长的时间阶段,最早可追溯到日本绵苹果的栽培时期。从绵苹果的栽培开始,直到20世纪40年代前后,均可归为传统农业时期。
传统农业的特点是果树产量相对较低,同时果园营养消耗与向外输出相对较少。因此,在果园地面管理操作中,通常维持半清耕半生草的自然农业生产状态,果园施肥则以家畜粪、秸秆及枯枝落叶还田为主要来源。在果园物质循环链条中,每年因果实采摘引起的营养输出与果园施肥的营养补充能力基本相匹配,因此,尽管耕作年代漫长,但果园土壤的主要理化性状保持了相对稳定。
2、化学农业时期
20世纪40年代前后,随着世界范围内工业化的发展,化肥工业也迅速发展起来。受其影响,苹果高产栽培进程加快,化肥应用日趋增加,与世界其他苹果生产国一样,日本苹果生产也逐渐进入了化学农业时期。
进入了化学农业时期以后,苹果高产受到重视,人工栽培技术也有了很大改进,丰产品种及高产树形得到推广应用。由于果园产量提高,传统的果园物质循环链被打破,高产带来的果实定向输出(果实采摘后脱离生产地,流入消费地)随之加大,作为物质循环的必要补充,化学肥料、化学调节剂等物质也随之大量应用,果园地面管理也逐渐演变为以无机化肥为主要施肥来源,以地面清耕和化学除草为主要方式的耕作管理模式。
在这一时期,尽管果树高产得到维持,但在果园肥料结构中,有机肥施用比例明显降低,因此果园土壤有机质含量呈下降态势,并带来以下变化:
1)土壤中游离态矿质元素淋洗速度加快。据分析,化学肥料施入土壤之后,30%左右被果树吸收,另外的70%左右则随雨水及果园灌水的淋洗进入地下水循环,造成了地下水系中氮、磷等元素污染现象。如日本20世纪60～70年代濑户内海赤潮现象,严重危害了渔业生产及周边环境,这一过程与化学肥料等化学制剂污染有着重要的关系。
2)土壤理化性状、透气性及酸碱度劣变。化肥、化学农药等化学制剂的长期大量使用后,土壤的通透性、吸水性、氧化还原能力等一系列理化特性劣变明显。日本苹果产区从南到北均呈酸性土壤,土壤平均pH值为5.0～5.5。长期使用化肥之后,在长野地区,果园土壤
pH值一度下降到4.4～4.5,严重影响了土壤矿质营养的平衡,由此带来苹果粗皮病、苹果树腐烂病等病害的流行。
3)土壤化学污染严重。随着化肥、化学农药等化学制剂的应用,其中的有害离子、附属离子及重金属离子伴随着化学制剂的使用在土壤中定向积累,一方面破坏了土壤的理化性状,造成土壤持肥持水能力及供肥供水能力下降,危及果树生长;另一方面,有害离子的长期积累之后,将以被动吸收的方式进入果实,最终危及消费者的健康。
一般来说,生产一定量的水果所消耗的有机质、矿物质、水分等物质的量是一定的,而且也是相对稳定的。如对矿质元素的吸收,在正常情况下果实主动吸收和被动吸收的物质种类达30余种,在苹果生产的传统农业时期,果园土壤的物质输出(果实产出)与输入(果园施肥)基本平衡,而在以化肥为主体的商业生产盛期,由于人工化肥仅能补充诸如N、P、K、Ca、Fe等少量种类的元素,且输入比例也难以与果实输出比例相吻合,因而在果树生产大系统中,一方面以土壤有机质的下降为代价,维持暂时失衡性生产;另一方面又以减少和牺牲果实中物质种类的多样性和平衡性为代价,进行失衡性果实生产。果实中的其他种类营养物质,诸如有机物、蛋白质、维生素、芳香物质等构成物质均表现不同程度的失衡现象,与矿物质元素呈相类似的规律。因此,在系统失衡的条件下,果实风味劣变、病害加剧、抗衰老能力下降等生理现象都是不可避免的,从而引起了人们对化学农业的反思和有机及生态农业的向往。
3、有机及生态农业时期
3.1有机农业的探讨
目睹了化学农业的危害之后,从20世纪50～60年代开始，日本已有一些农户开始反思化学农业的危害,并开始探讨有机农业的运行模式。从这一时期开始,日本各地苹果生产开始重视有机肥的使用,并逐渐开展了以堆肥为主体的土壤改良运动。在此我们以长野县浅利传英先生的果园为例加以说明。土壤改良运动开始时的调查结果表明,浅利先生0.6hm2苹果园土壤pH值为4.5,苹果粗皮病很严重,果实品质也很差,因此必须改良果园土壤。当时考虑到单纯使用石灰来改良酸性土壤是很难的,于是决定采用堆肥加石灰的方法进行试验。
为解决堆肥问题,浅利先生办起了养猪场,大约有60头猪,从1969年开始还把稻田秸秆垫在猪圈里沤肥,每年生产1万kg优质堆肥。果园施肥时,每年将堆肥与200kg石灰混合,再加入少量化肥一起施用。
堆肥改良土壤的效果是明显的。首先是粗皮病逐渐减少并消失。其次,通过6a(年)的努力,苹果园土壤pH值由4.5上升为6.2,达到苹果生长最适酸碱度,因此新生吸收根特别发达。
堆肥也明显改善了苹果生长发育及果实品质。直观来看,苹果树叶片由改良前的“瘦弱”状态变得肥大而厚实,花芽也变得肥大,产量也更加稳定。从1967年到1974年试验期间,一级果实逐渐增加,由最初的160箱增加到840箱;同时三级果也逐渐下降,由230箱减少到60箱。
堆肥改良土壤之后,不仅改善了果实外观质量,而且果实风味品质也明显提高,果实口感风味浓郁,有香味,果实可溶性固形物含量比周围果园高出了1%～2%,对周围地区有机农业的启动起到了示范作用。
3.2生草栽培的进展
堆肥对土壤培肥及果实品质的影响非常明显,开创了有机农业的先河,但毕竟肥源有限,为解决有机肥沤制时的秸秆不足问题,果园生草制才逐步形成并发展起来。
20世纪70年代以后,有机农业的原型开始在日本果园出现。为了减少化肥的不利影响,探讨有机农业的可行性,西欧、日本、美国等地开始在果园进行覆草与埋草试验,如覆盖稻草、割草深埋等技术。毫无疑问,果园覆草埋草一定程度上促进了土壤有机质的增加,但长期下去,却遇到了技术实施上的困难。首先,果园覆草是一项巨大的工程,要每年得到大量的稻草或秸秆并非易事,何况把稻草从稻田或其他农场运来,又造成了其他农场土壤营养的定向流失,对生态农业的长远发展是不利的。其次,若从山野荒坡割草覆盖或深埋,会造成环境的水土流失,况且几年下来,果园造就的黑土(有机质层)也少得可怜,可谓杯水车薪。通过多年的努力,在逐步试验与调整的基础上,日本果园逐渐形成了现今的果园生草方式。正如福冈正信先生所说的,“与其从别的地方运草,不如就地栽种”。正是果农思想观念的转变，才使得果园生草技术开始在日本普及。
3.2.1土壤有机物的变化
果园生草对土壤培肥的影响是多方面的。草生植被刈割后腐烂,可产生大量有机质,同时草生植被根系老化、腐烂之后也可将大量有机质归还于土壤。根据青森县苹果试验场的测定,苹果园生草后每1m2草地每年的产草量因草的品种而不同,平均可达500g左右(干草量),其腐烂后逐渐以有机质方式培肥土壤。青森县苹果试验场加藤先生在不同季节测定了草生植被根系重量递减变化,证明8～10月间,0～10cm土层中每1m2约有300g(干重)草生植被的根系腐烂归还于土壤,而10～50cm土层有12g根系归还土壤。
3.2.2土壤物理性状及微生物活性变化
果园生草覆盖后基本克服了表土侵蚀现象,增强了土壤团粒结构形成的进程,土壤热容性、持水力及矿质营养吸附力增强,土壤营养淋洗得到明显抑制,这可能得益于土壤有机质形成过程的加强。果园生草后,土壤中有机物含量持续增加,其中土壤有益微生物活性增加最为明显。加藤正在青森县的试验表明,苹果园生草第4年和第7年间,土壤中CO2发生量(微生物活性指标)比清耕区分别增加了27.8%和33.2%。而随着微生物的不断腐解,土壤中氮素含量则持续增加,并在0～15cm的近地表层形成氮素的富集区,从而减少了果树生产对化学氮肥的依赖。
3.2.3土壤化学性的变化
青森县苹果试验站分析了生草、堆肥及清耕果园4a(年)以后的土壤化学性变化。研究结果表明,果园生草覆盖之后,土壤腐植质含量有增加的趋势,与堆肥果园相近,而高于清耕果园;与清耕果园相比,果园生草覆盖处理还增加了土壤中CaO、K2O、可给态N及可给态P2O5含量,其中可给态P2O5和CaO含量高于堆肥果园,从而证实了果园生草对土壤的长效培肥作用。
牛自勉,贺尔华,徐宇新
(山西省农业科学院果树研究所,山西太谷030815)
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