有机肥与耕地土壤质量有何关系？

有机肥，俗称农家肥，是指一种含有有机物质的肥料，不仅能提供作物的各种无机养分和有机养分，还能培育和改善土壤，其中大部分是由当地农民自行积累的。有机肥来源广泛，种类繁多，主要包括人畜粪便、家禽粪便、堆肥、堆肥、粪肥、粪肥、蛋糕肥料、草木灰、木炭、秸秆、绿肥、池塘泥、土壤杂肥等。

目前，世界上最早的有机肥积累和利用历史遗迹可以追溯到6000年前的苏美尔文明。早在秦汉以前，中国也采用了有机肥养殖的实践。历代有关农业书籍详细描述了有机肥的种类、功能、积累和施用方法。到了清代，中国有机肥有10多种。1990年，农业部开展了全国有机肥调查研究，分为10类433个品种。

自古至20世纪70年代，我国农业生产中使用的肥料主要依靠有机肥，基本保持了水稻和小麦单位面积产量的稳定，并缓慢增加。20世纪中期，由于化肥的推广应用，有机肥的地位日益下降。1949年有机肥施用占肥料总量的99.9%，1957年91.0%，1965年80.7%，1975年66.4%，1980年47.1%，1985年43.7%，1990年36.7%，2000年31.4%，2003年25%。

由于化肥的广泛使用，农业生产发生了巨大的变化。在带来巨大经济效益、满足人口快速增长需求的同时，其负面影响也日益显现，如土壤地力下降、环境质量恶化、食品质量安全事故时有发生等。因此，人们逐渐重视有机肥。

然而，有机肥的不合理使用也会对土壤质量、环境质量和食品安全产生负面影响。如果不够重视，其副作用甚至超过化肥。土壤质量是指土壤保持作物生产能力、环境质量和促进动植物健康的能力。因此，有机肥的使用将从正反两个方面对土壤质量产生强烈影响。

在现代农业生产中，有机肥的应用不仅直接关系到土壤质量、作物产量和质量、水体和大气环境质量，而且是种植业水产养殖业的重要纽带，对促进农田生态系统和生物圈的物质循环和能量转化也起着重要作用。有机肥种类繁多，性质各异。为了充分发挥有机肥的积极作用，尽量减少其负面影响，必须对土壤中各种有机肥的特性、转化过程及其对土壤、环境质量和作物的影响有一个清晰的认识，从而制定科学的应用规范。

1有机肥对土壤肥力质量的影响

1.1.提高土壤肥力

2000多年来，有机肥在维持地力方面发挥了重要作用。20世纪初，美国中西部的农田土壤发生了明显的退化。为了找到对策，1909年美国著名土壤学家King调查了中国、朝鲜和日本的农业，1911年出版了《四千年农民：中国、朝鲜和日本的永久农业》一书，总结了有机肥（包括绿色肥料）在维持土壤质量和农田生产力方面的重要作用。

世界上最早的有机肥科学实验研究是英国鲁茨（JohnBennetLawes）。早在1837年，他就用盆栽试验研究了有机肥对土壤和作物产量的影响，然后进行了田间试验的探索。结果直接导致他在1842年用骨粉和硫酸生产磷肥，并与吉尔贝特合作（JosephHenryGilbert）著名的洛桑试验站于1843年共同建立（RothamstedExperimentalStation）。该站已有170多年的历史，长期定位研究有机肥和化肥连续施用对土壤和作物产量的影响。1852年开始的Hoosfield长期定位试验结果表明，连续每年应用35次t/hm2、土壤氮含量增加1倍以上。

大量的长期实验结果表明，施用有机肥可以增加土壤有机质，然后显著增加土壤的矿化氮，农作物产量显著增加。然而，许多长期试验结果也表明，有机肥和化肥对农作物具有良好的增产效果和持续的增产效果，两者之间的产量没有显著差异，化肥和稳定肥的合作可以在近期或长期内取得较高的产量和经济效益。

中国科学家对各种有机肥和肥效进行了大量的研究。早在20世纪30年代至40年代，陈尚金等人就在华北地区进行了有机肥的调查和试验；陈恩峰、彭家元等人在四川开展了有机肥施肥技术研究；黄瑞彩、裴保义等采用复因子设计，对人粪、堆肥、绿肥进行了9年的稻田施肥试验。自20世纪50年代以来，中国有关单位和科学家对不同土壤和作物的各种有机肥进行了大量研究，特别是80年代建立了国家肥料长期定位试验网络，包括中国科学院CERN，中国农业科学院国家肥料试验网等。

例如，自1980年以来，中国农业科学院土壤肥料研究所在中国135个定位试验点开展了5年以上的有机肥效果试验研究。结果表明，有机肥增产效果逐年增加，残效明显。我国100多项5年以上定位试验研究表明，与非有机肥施用有机肥相比，平均增产率为12.8%。

国内外大量研究结果表明，合理施用有机肥不仅可以增加土壤有机碳含量，改善土壤物理结构，增加土壤CEC，保水能力、渗透性，提高土壤水分N，P，K，Ca，Mg，S促进土壤微生物活动，改善土壤微生物群落结构，提高土壤肥力，提高农产品质量。

有机肥和无机肥的结合效果更好，也可以提高化肥的利用率。吨粮田可连续17年（1974-1990年）保持营养平衡，关键是有机肥和化肥的结合，然后在化肥中进行N，P，K适当配比。

1985年至1990年，对粮食、油、水果、蔬菜、烟草、茶叶等20多种作物30多项相关质量指标的分析和研究表明，有机肥和化肥的营养平衡不同程度地提高了所有试验作物的产品质量。

1.2抑制作物病害

施用有机肥可以抑制作物病害。20世纪70年代，国外开始研究有机肥与植物病害的关系，然后开发各种生物有机肥来抑制土壤病害。自20世纪90年代以来，中国一些科研机构和企业开发生产了一种统称为“生物有机肥”产品并投放市场。2008年，我国共有商品有机肥企业3021家，其中生物有机肥企业270家，占总数的8.94%，生物有机肥产量345万吨，生物有机肥企业生产能力的83.6%。

具有抗病特性的生物有机肥的作用机理可能包括物理、化学和生物的作用。一方面，有机肥可以改善土壤的物理结构，平衡作物所需的营养物质和一些生物活性物质。植物生长强壮，抗病能力增强。同时，有机肥含有拮抗菌或促生菌，改变根微生物系统，从而抑制病原体的爆发。由于有机肥、土壤和病害类型复杂多变，生物有机肥的作用机理尚不完全清楚，其在生产中的应用效果不稳定，难以有效、有针对性地施用生物有机肥，达到预期的防病效果。

1.3引起土壤质量退化

传统观念认为，有机肥对土壤质量有积极作用。有机肥可以减缓土壤硬化，防止土壤次生盐渍化，但有机肥的不合理施用也会导致土壤质量退化。陈荣农书·第一次记篇第一次记载了中国古代农民“用粪犹用药”有机肥应合理施用。

大型养殖场的畜禽粪，尤其是鸡粪，含盐量高，含量高Na离子，如果施用过多，就会有土壤次生盐渍化的风险，使土壤板结。根据说明。Moral当畜禽粪肥施用量达到7-10时，等人的研究结果t/（hm2a），农田土壤的Na+和Cl-负荷可达415kg/hm2.西班牙东南牙东南部半干旱地区土壤出现明显的次生盐渍化风险。王辉等人的研究表明，在目前有机肥施用条件下，畜禽粪便农业对露天土壤没有明显的次生盐渍化风险，而对于温室土壤来说，下一次盐渍化风险较大，可严重影响作物的生长。

目前，有机肥在蔬菜等经济作物中的应用量普遍较高。例如，山东寿光等地温室蔬菜土壤有机肥的年应用量高达240t/hm新鲜粪便、有机肥带来的土壤次生盐渍化风险不容忽视。

2有机肥对土壤环境和健康质量的影响

自20世纪90年代以来，由于一系列环境问题日益突出，国内外研究的重点逐渐转向大量施用有机肥对温室气体排放的影响，以及有机肥中的氮.磷在土壤中的积累.迁移.淋溶性风险及其对水体富营养化的贡献，有机肥中重金属.抗生素.动物激素和环境激素.病原生物.对土壤的抗性菌和抗性基因.水体.影响农产品质量安全和人体健康。

如今，有机肥在成分上与传统有机肥有很大的不同。大型养殖场畜禽粪中，P.K.Cu.Zn.As与20世纪90年代相比，其他元素和抗生素的残留量明显高于农民家庭小规模养殖的畜禽粪。N.P含量显著提高，有害重金属含量显著增加。因此，有机肥进入农田将对土壤环境质量和健康质量产生重大影响，其农业环境和健康风险不容忽视。

2.1重金属

20世纪90年代末，人们开始关注畜禽粪便中的有害重金属问题。粪中常含有大量的重金属。Cu.Zn.Cd.Pb.Cr.As，畜禽粪便农业是土壤和环境中重金属的重要来源之一。2002年，作者对江苏省大型畜禽养殖场畜禽粪便中的重金属进行了调查，结果与国外相似，Cu.Zn它是主要污染物，与饲料中重金属含量的分布有很强的相关性。随后，对不同地区和规模的调查研究相继开展，初步了解了我国畜禽粪便大规模养殖的重金属污染。

研究表明，英格兰和威尔士的农业土壤Zn.Cu畜禽粪农业的主要来源之一，约占农业土壤的比重Zn.Cu总输入量的37%-40%.8%-17%。估计我国畜禽粪便农业输入农田土壤。Cu.Cd.Zn分别占总输入量的69%.55%和51%。

因此，大量长期使用畜禽粪便会导致土壤重金属的积累，从而威胁到农产品的质量和安全。猪粪的长期使用显著增加了糙米中的镉含量，并超过了国家卫生标准。

2.2抗生素和激素

美国地质勘探局1999-2000年（USGS）根据美国39个州139条河流的调查结果，药品和个人护理用品污染物广泛存在于水环境中（PPCPs）。48%的样品检测到抗生素，95种有机化合物中含有22种抗生素，其中大部分是兽用或人兽共用抗生素，如大环内酯.四环素和磺胺类抗生素。此后，抗生素在环境中的残留及其化学行为越来越受到重视。

目前，世界上约50%的抗生素用于养殖业，40%-90%的药物通过粪便排出。由于畜禽种类不同，.不同地区的管理水平不同，畜禽粪便样品中可检测到的抗生素残留浓度变化较大。国内相关研究单位也对畜禽粪便中的抗生素残留进行了初步调查，表明部分畜禽粪便样品中的抗生素残留，特别是四环素抗生素，可能对生态环境中的微生物群落产生一定的影响。

研究表明，一些抗生素可以长期保留在施用粪肥的土壤中，并影响一些作物的生长。张慧敏等人对浙北畜禽粪便和农田土壤中四环素类抗生素残留的测定表明，施用畜禽粪肥的农田表面土壤土霉素.四环素和金霉素的平均含量是未施畜禽粪肥农田的38倍.13倍和12倍。粪肥中的抗生素进入土壤，可能会对抗性细菌的发育产生一定的影响。

除抗生素外，畜禽粪还含有相当数量的天然动物雌激素，包括17种α-雌二醇.17β-雌二醇.雌激素酮.雌激素三醇.雌马酚及其代谢中间体。这些物质在粪便堆积过程中不易降解，可随粪肥农业进入农田和水体。

此外，粪肥还含有一些持久的有机污染物，称为环境激素（内分泌干扰物），如有机氯农药.多环芳烃也可能给土壤和水环境带来一些环境风险。

2.3病原生物

世界上人畜共患疾病约250种，我国共患疾病120多种。畜禽粪便中的病原体主要包括细菌.病毒.原生动物和蠕虫等。150多种病原微生物可以通过粪便感染人，主要是大肠杆菌.沙门氏菌等肠道细菌和一些病毒。当畜禽粪便未经处理或无害化不完全时，其病原微生物在土壤中的积累可能会影响水环境.人类类健康甚至生命构成威胁。

这些病原体可以在土壤中存活很长时间，其中沙门氏菌被认为在土壤中存活很长时间，最长报告时间超过300天。蛔虫卵可在适宜的土壤条件下存活一年，在40-60年内存活cm土壤深处的卵子可以存活2年或更长时间。病原体在土壤中的生存时间长短，以及土壤质地等土壤和环境因素.pH值.盐度.有机质.氧化还原电位.耕作方式.温湿度.光照.紫外线强度与土壤微生物有关。

病原体随粪肥进入土壤后，还能进一步侵入植物体内，污染作物可食用部分，威胁食品质量安全。如大肠杆菌O157:H7可通过灌溉水或土壤进入植物体内。

2.4抗性菌和抗性基因

随着抗生素的广泛使用，抗生素的耐药性逐渐暴露，2010年在英国和印度发现了超细菌NDM-1.使细菌耐药性再次成为全球关注的焦点。由于抗生素在养殖业的广泛应用和不规范，畜禽粪便中的抗生素抗细菌.抗性基因已成为一种新的污染物。

大量研究结果表明，沙门氏菌的多重耐药性已从20世纪90年代的20%-30%提高到21世纪初的70%。随着时间的推移，其耐药性仍将显著提高，耐药谱也将继续扩大。

潘志明等人对1962-1998年分离保存的325株鸡白痢沙门氏菌的研究结果表明，随着时间的推移，菌株对16种抗生素的耐药性呈不同程度的上升趋势，菌株多重耐药性的上升趋势更加明显。20世纪60年代，菌株几乎没有多重耐药性，20世纪70年代，4种耐药性.五耐菌株居多，上世纪80年代五耐菌株居多，.六耐.七耐菌株占绝大多数，90年代七耐以上菌株的比例接近90%。

朱力军对50株动物源性大肠杆菌的测定也表明，随着时间的推移，菌株对15种试验抗生素的耐药性呈不同程度的上升趋势。20世纪50年代的大肠杆菌分离株对15种抗生素敏感，60年代的分离株对链霉素敏感.四环素产生抗药性，70年代的分离株对氨苄西林产生抗药性.氯霉素.磺胺甲基异唑.四环素.链霉素.六种抗生素产生耐药性，80-90年代的分离株对阿莫西林/奥格门丁.庆大霉素.卡那霉素.萘啶酸.头孢噻吩.氨苄西林.氯霉素.磺胺甲基异唑.四环素.链霉素.11种抗生素产生抗药性。

Yang其他人研究了89株猪源大肠杆菌对19种抗生素的耐药性。结果，8耐菌株为100%，十一耐菌株占86%，2%对所有19种试验抗生素完全耐药。

朱晓玲等人研究了来自医院和不同农场的712株大肠杆菌分离株对15种抗生素的敏感性。结果表明，肉鸡场和医院大肠杆菌的平均抗药频率较高，分别达到81.27%和59.59%，其中大部分表现为对12.13种抗生素的抵抗力，个别菌株对15种抗生素的抵抗力；其次，养猪场的平均抗药频率为52.71%，对5-14种抗生素有抵抗力，相对集中在9-10种抗生素；奶牛场最低，平均抗药频率为18.72%，大部分菌株集中在1抗和2抗。

另外，动物的耐药性和耐药性与饲养者的相关性显著，说明耐药菌株可以通过环境和食物链在不同宿主之间传播。Sengeløv其他人已经确定了从施用猪粪的农田土壤中分离的细菌对四环素、大环中的脂质和链霉素的抵抗力。结果表明，由于猪粪的施用，土壤细菌的四环素抵抗力水平可以在短时间内提高，并且可以随着猪粪施用量的增加而增加。

Schimitt其他人的研究表明，猪粪对土壤中四环素和磺胺类抗性基因的多样性有显著影响。施肥后，土壤中的抗性基因数量显著增加，部分抗性基因在原始土壤中不存在，而是在猪粪中独有的，这证明这部分抗性基因是由猪粪施用引起的。养猪场周围土壤的分析结果表明，抗性基因tet（W），tet（T），tet（M），tet（O）它是猪场土壤中的优势抗性基因，包括tet（W）高达2的含量.16×108拷贝/g(干土)tet（B/P）大约两个数量级。

朱永关等人的研究表明，施肥土壤中有63种抗性基因，其丰度明显高于未施肥土壤；同时，抗性基因的丰度与环境中抗生素和砷、铜等重金属的浓度呈正相关，表明砷、铜等重金属和抗生素的复合污染可以增加环境中抗性基因的丰度。

Ji其他人也得出了类似的结论。这些抗性基因可以在土壤中进行基因水平扩散，从而使抗性基因自由DNA分子转移到完整的细菌体内，使细菌获得抗性。Neilsen研究表明，土壤养分不仅能增强细菌的基因转移能力，还能诱导细菌的转化能力。因此，农田环境可能更有利于细菌耐药性的传播。

2.5土壤N，P积累与淋失

英国洛桑试验站长期定位试验的监测结果表明，施用有机肥料会导致土壤中硝酸盐N的积累，增加水分流失的风险。随后，大量研究表明，过量施用有机肥会直接导致NO3-N而P在土壤中的积累，并随着施肥年限的增加而增加，增加了水体的失水。

庄远红等人的研究结果表明，有机肥的增加改善了淋浴液DOP占DTP比例，促进土壤P的失去，TP，DTP，DOP随着有机肥消耗比例的增加，累积淋湿损失增加，超过一定值会导致农田磷的环境风险。

2.6土壤温室气体排放

有机肥对农田和土壤的碳氮转化有很强的影响。由于有机肥的种类和性质不同，有机肥的施用方法和施用量也不同。此外，研究环境条件不同，有机肥施用对土壤和温室气体排放的影响研究结果也不同。近年来，大量研究表明，施用有机肥，特别是作物秸秆、新鲜绿色肥料和未成熟稳定肥料等未成熟有机肥，可以大力促进农田的发展CH4和N2O等温室气体排放。长期施用稳定肥料的土壤也可能是N2O碳源充足的重要排放源同时并存，将极大地促进土壤中的反硝化过程。

Speir人们研究和报告有机碳添加到土壤中N2O产量增加的可能原因是反硝化率的增加。一些研究结果表明，有机肥的施用增加了土壤N2O排放，一些研究结果表明，与尿素相比，有机肥可以减少土壤N2O排放。

研究结果表明邹建文等人，N2O有机肥的排放和施用C/N比率具有显著的相关性。陈伟等人的研究表明，猪粪和沼气渣的应用分别改善了稻田CH4.排放量为22.14%和4.40%。与所有施用的化学氮肥相比，双季稻田猪粪的替代部分化学氮肥增加了CH4和N2O排放。不同类型和数量的有机肥影响其施用后的施用CO2和CH4.有机肥的平均通量增加了土壤CO2.排放。与单施化肥相比，单施有机肥、有机肥和化肥可以增加土壤CO2和CH4.排放，但稻田生态系统下的稻田生态系统下的化肥和化肥CH4和CO没有明显的排放差异。

3展望与建议

合理施用有机肥将提高土壤质量，培育土壤肥力，提高作物产量，提高农产品质量。农业部提出了化肥和农药零增长的战略目标，为了满足中国人口对食品的高峰需求，不断增加作物单位面积产量是唯一的选择。因此，有机肥的作用将越来越突出。在一些发达国家，有机肥氮和化肥氮的施用比例保持在1：1左右，同时保护土地力量，使作物生产能力稳步提高。在新形势下，我国对有机肥的需求将迅速增长，有机肥的应用也将进入一个新的高潮。但目前有机肥料含有重金属、抗生素、激素、病原体、抗性细菌等污染物，其农业环境风险需要高度重视。通过对国内外研究热点的分析，未来有机肥的研究重点将集中在基础研究、无害技术和安全应用上。

3.1基础研究

尽管有机肥对土壤质量的正负作用进行了大量研究，但与化肥相比，有机肥的基础研究仍然薄弱。

（1）尽快组织新一轮国家有机肥资源调查，建立质量监测网络。最后一次全国调查是在20世纪90年代初，20多年来，有机肥的资源状况和成分发生了巨大变化，应调查分析各种有机肥的资源，重点分析各种有机肥的成分，特别是各种污染物的含量，为有机肥的资源利用提供家庭数据。在此基础上，建立了国家主要有机肥质量监测网络。

（2）开展有机肥肥效应和环境效应的长期定位网络研究。目前，中国科学院和中国农业科学院系统已经建立了长期定位测试网络，对中国主要类型的土壤和作物进行了长期定位测试研究，包括有机肥。在此基础上，应补充新的试验方案，进一步开展区域主要有机肥对土壤质量的长期定位试验，不仅研究有机肥的效果，而且研究土壤中主要污染物的长期积累效应以及对环境质量和农产品质量和安全的影响。

(3)研究土壤中有机肥主要物质的转化过程和生态环境效应。除有机肥外C，N除了土壤转化过程和环境效应外，还应重点研究有机肥对土壤生态系统中土壤生物和食品网络的影响及其提高化肥利用率的机制，研究土壤中抗性细菌和抗性基因在有机肥施用下的分布和扩散规律，研究有机肥特征污染物（抗生素、激素、重金属、病原生物）的环境行为和回归趋势。

3.2.无害化和安全应用技术

目前，盲目施用有机肥不仅会导致土壤质量下降，而且会对水环境和农产品的质量和安全构成威胁。因此，应进一步加强对有机肥无害和安全应用规范的研究。

（1）加强对有机肥料无害化技术的研究。目前有机肥含有大量的有毒有害物质，目前有机肥农民积累，商业有机肥工厂生产工艺仍相对简单，落后，难以实现完全无害，即使商业有机肥，仍可能含有一定数量的病原体、重金属、抗生素、抗菌等污染物，其长期或过量会带来一定的环境风险。应研究不同有机肥及其污染物的特性。

（2）加强对有机肥标准化质量管理体系的研究。目前，中国有机肥只有农业部颁发的质量标准，国家只有单一标准。由于商品有机肥原料来源广泛，营养物质和其他物质（如污染物）差异很大，通过堆肥生产的有机肥质量差异很大，难以像化肥一样具有相对稳定的物质组成。这给商品有机肥的生产和使用以及市场的健康发展带来了许多不便，特别是随着现代社会管理标准化趋势的发展，其矛盾更加突出。欧洲、美国和其他发达国家已经建立了不同类别和用途的有机肥的质量标准。例如，欧盟将商品有机肥分为2级。在有机肥分级质量标准体系的基础上，欧美国家还制定了一套完整的生产、包装、质量认证、标志等管理体系和质量控制体系。因此，迫切需要进一步加强我国有机肥料的标准化和质量管理体系。

（3）加强有机肥安全施用技术研究。一些发达国家针对不同的土壤、不同的作物、不同的生态控制区，研究制订了相应的有机肥施用技术规范，如有机肥的施用量、施用时期、施用方式等，确保有机肥的安全施用。而我国有机肥的施用多凭经验，盲目施用比较普遍。应进一步系统开展不同有机肥在不同土壤、不同作物上的安全施用研究，尽快形成有关的技术规范，指导农民的合理用肥。