有机农业及其生态环境保护功能

摘要:有机农业与传统农业相比,在生产过程中可降低土壤养分淋溶,从而既保证了土壤肥力,又降低了养分流失导致水体富营养化等构成的环境风险;另一方面,有机农业还有助于避免和控制温室气体的排放。文章阐述了有机农业在控制土壤养分流失和温室气体排放方面所起到的生态环境保护功能。
关键词:有机农业;养分流失;温室气体排放
Abstract:Compared with traditional agriculture,organic agriculture could prevent the loss of soilnutrient,thus help not only maintain the soil fertility but also solve the environmental problemsdue to soil leaching.Additionally,organic agriculture can make a great contribution to thereduction of emissions of greenhouse gases.These two respects of organic agriculturalenvironmental benefits are elaborated below.
Key words:Organic agriculture;Loss of soil nutrient;Emissions of greenhouse gases
在经历了长达六千多年的传统稻作农业史后,我国在近四十年内实施了农业现代化政策,结果导致化学农业、石油农业的大规模发展,从而使得我国农业发展变得不可持续,并在农村造成严重的环境和生态问题,如土壤中养分流失造成了水体富营养化;世界范围内,农业生产过程中产生了温室气体,如甲烷、二氧化氮和二氧化碳等,从而对全球变暖及气候变化产生了很大的影响。
有机农业的本质是实施农业清洁生产,即在健康的土壤上采用清洁的生产方式生产安全的食物,以满足人类食物消费的数量和质量的需求。在有机农业生产系统中,人类、土地、动植物是一个有机结合的多元整体,人类的健康与系统中各个组成部分息息相关。有机农业基本理念是在维持农业生产经济持续发展的基础上,最大限度地减少对环境的影响,其发展宗旨之一是有效利用各种自然资源,维持营养物质良性循环,最大限度地减少空气和水体等物质的损失浪费[1]。本文将就有机农业在降低土壤养分(氮、磷、钾)淋溶与土壤保肥、控制温室气体排放两大方面中体现出的生态环境保护效应进行探讨。
1土壤肥力与养分损失
土壤氮、磷、钾元素是表征土壤肥力的重要指标,也是各种农作物生长的主要限制因子。在土壤养分流失所造成的环境风险中,以氮、磷含量超标为特征的水体富营养化是最重要的一个,因此,关注土壤N,P和K元素十分必要。
1.1氮
土壤中氮的形态分为无机态和有机态两大类,无机态氮主要为铵态氮和硝态氮,一般只占全氮的1%～5%左右,而且铵态氮和硝态氮的含量变化较大,易被淋溶。有机氮则以主要的氮形式存在于土壤中,分为半分解的有机质、微生物躯体和腐殖质,其中又以腐殖质为主。大部分有机态氮在土壤中比较固定,需经土壤微生物的转化作用变成无机态氮后,才能为植物吸收利用。在常规农业生产过程中,农田长期施用化肥,尤其是氮肥可以显著提高土壤中全氮及硝态氮和铵态氮含量[2～4],但对土壤有机氮含量的影响很少。有研究表明,施用有机肥既可直接增加土壤全氮及有机氮的数量,其中富里酸氮、氮基糖态氮和氨基酸态氮增加较多[5],从而改善土壤氮素缺乏状况。
传统农业生产过程中长期不合理施用化肥、粗放式管理等造成土壤肥力不断下降、土壤氮素严重流失并引起环境污染等一系列问题。有机农业生产体系通过系统内部物质的循环利用,积极施用有机肥和生物绿肥等培肥土壤,不仅增加了土壤有机质和氮素含量,减少了氮素流失造成的环境污染,而且有效提高和转化了土壤养分,实现了土壤肥力的持续供应和永久利用[6～8]。此外,许多研究结果表明,长期施用有机肥能够显著提高土壤微生物含量,从而提高土壤有机氮含量。
1.2磷
我国土壤中全磷含量在0.02%～0.11%,磷在植物大量营养元素中占有重要地位,然而土壤全磷和有效磷含量变化非常缓慢[9,10],而且磷肥的残效期较长。有机农业生产体系由于长期施用有机肥(尤其是厩肥)和绿肥,能显著提高土壤全磷及速效磷含量。
与氮类似,土壤中磷也主要分为无机磷和有机磷两大类。土壤有机磷是土壤磷肥的重要组成部分,一般约占土壤全磷含量的20%～50%,是植物生长所需磷的一个重要来源。长期施用磷肥或有机肥均可增加土壤中有机磷和无机磷含量,常规农业生产中长期施用的磷肥如磷矿石、钙镁磷肥、过磷酸钙和重过磷酸钙等主要增加无机磷含量,但同时也容易引起养分流失,造成环境污染。而有机农业生产中主要投加经1～6个月充分腐熟的有机肥料,有效减少了人工合成化肥造成的自然资源的枯竭及无机磷养分的流失。有机肥的施用主要增加土壤有机磷,其中又以活性有机磷为主。有研究表明,有机农业生产中,猪粪等有机肥中含有大量微生物,施用后土壤微生物大量繁殖,可吸收固持无机磷,并促进无机磷向有机磷的转化[11,12]。这对降低磷流失造成的环境风险有着重要意义。
1.3钾
有机农业生产中,钾是通过粪肥和作物秸秆来提供的。有丹麦学者计算了不同类型的有机农场的钾平衡,发现有机作物生产、猪和奶牛养殖场都可能耗竭或积累土壤中的钾。对于沙性土壤,有机农场如果不通过饲料、粪肥或矿物性钾肥来补充钾的话,则不能满足作物对钾的需求。通过模型计算,有机生产地块的钾剩余量比常规生产地块的低70%～90%。
2温室气体排放
在20世纪90年代,全球范围内大约15%的温室气体是农业用地产生的,其中大约2/3的甲烷和二氧化氮来源于农业生产。与此同时,有机农业为减少温室气体提供了重要途径,即降低有害气体的排放,使得进入大气的二氧化碳、甲烷和二氧化氮降到最低,系统地螯合了土壤和植物中的二氧化碳。
2.1控制排放量
有机农业主要是通过控制二氧化碳的释放来减少温室气体排放的。有机农业在生产过程中,可确保在与常规农业相同生产力的情况下,提供了一种固定的种植体系,其使用的石化燃料也比传统农业少了很多。主要基于以下三个原因:(1)有机农业依靠农场内部投入,即可基本保持土壤肥力(有机肥、豆类产品、大范围的轮作制等);(2)不使用消耗能源的合成肥和保护作物的药剂;(3)限制需要从外地长途运输的动物饲料在一个较低的水平。