不用化肥,如何讓沒有肥力的土地快速變得有肥? | 知乎問答精選

 

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不用化肥,如何讓沒有肥力的土地快速變得有肥?

2019年02月20日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 2 ℃ 次

【劉文龍的回答(62票)】:

4-30 更新:

重寫了沸石的在農業的應用效果部分,因為以前的版本容易引起誤解。

增加」3.4 應用沸石的局限性「

增加」金坷垃「專題鏈接,感謝新浪微博@ 5U5慮 提供鏈接。

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4-29 更新:

到底有沒有「金坷垃」?

突然好多知友們提出「金坷垃」來改良土壤,到底「金坷垃」是什麼,為什麼這麼流行,有沒有真的「金坷垃」?我來隨便聊聊,博君一笑。

1. 「金坷垃」現象是怎麼回事?

大約在2007年,有一個叫「金坷垃」化肥添加劑的廣告突然出現在我國的一些地方台。他們的廣告效果誇張,廣告詞朗朗上口,廣告內容滑稽有趣,迅速成為了網民吐槽的熱點;後來一些有才的網民根據金坷垃的廣告來製作了一些惡搞視頻,這在當時非常流行。最後由於廣告過於誇大了使用效果,被有關部門叫停。

他們的經典廣告詞有[金坷垃_百度百科]:

非洲農業不發達,必須要有金坷垃!

肥料摻了金坷垃,一袋能頂兩袋撒!

肥料摻了金坷垃,不流失,不蒸發,零浪費!

肥料摻了金坷垃,小麥畝產一千八!

以下是當時一些廣告原版視頻和惡搞視頻,感興趣的可以猛戳鏈接:

金坷垃原版廣告 老外打架

史上最無敵最內涵版的金坷垃廣告

【神曲】金坷垃電磁炮版

金坷垃 美日非K歌金曲CD

金坷垃打電話 Telephone

(惡搞視頻太多了,如果還想看,請點擊金坷垃 - 搜索結果。)

2.「金坷垃」到底是什麼?

「金坷垃」其實是一種化肥添加劑。在農業生產領域,化肥能夠快速有效地給作物生產提供營養,但是也存在著養分流失,污染環境等負面影響。考慮到糧食安全,化肥在短時間內是不可或缺的,於是科研人員就在研究如何添加一些物質來減少負面影響。

由於篇幅限制(作者太懶),這裡就不再展開,有想繼續瞭解的請猛戳下方鏈接。

肥料添加劑的種類及特點

3)究竟有沒有「金坷垃」?

講到這裡,有些人會問,到底有沒有一種物質,能夠像「金坷垃」一樣,增加肥料效力、減少肥料流失、增加作物產量並減緩環境污染?答案是有滴——沸石(zeolite).

3.1 定義:

天然沸石是一類分佈很廣的硅酸鹽類礦物。由通過共用氧連結在一起的硅氧四面體和鋁氧四面體三維格架組成,三價鋁取代四價硅產生的過剩負電荷由一價或二價的金屬陽離子,通常為鹼金屬或鹼土金屬陽離子所平衡。

[天然沸石_百度百科]

3.2 沸石簡介

沸石結構示意圖如下所示[sssj.org/ejssnt/]。在微觀尺度上,形成沸石的各個元素會組成一個類似於籠子(Cage)的結構,並且攜帶一定負電荷。由於負電荷的存在,沸石會吸附一些陽離子,例如鈉離子(Na+), 鉀離子(K+),銨根離子(NH4+), 汞離子(Hg2+),銅離子(Cu2+)等等。這些吸附作用(Adsorption)就是沸石發揮作用的基礎。

3.3 沸石的工作原理介紹

美國施肥大部分是尿素,主要成分是NH4+。如果施用過多,植物無法吸收利用,NH4+就會經過硝化作用(nitrification)轉化成NO3-(Nitrate ). NO3-極易溶於水,經常隨著農業排水進入湖泊河流中,污染收納水體水質。(請參考以前回答中的氮循環示意圖,幫助理解。)

如果農民使用了金坷垃,哦不,是沸石(zeolite), 土壤對NH4+的吸附大大增強。換言之,如果作物無法快速吸收NH4+,多餘的NH4+會受到負電荷的吸引,進入沸石的cage中,安穩下來。等到土壤中NH4+濃度降低,沸石又會釋放NH4+供作物吸收。

因此,沸石的作用有兩個:

a. 吸附多餘的NH4+,防止轉換成NO3-流失掉;

b. 在NH4+濃度降低,釋放NH4+供作物生長。

於是,沸石既能提高化肥利用效率,又能增加作物產量,還能減少化肥流失與環境污染,足以匹配「金坷垃」的稱號! LOL.

3.4 應用沸石的局限性

伊朗有人研究表明,沸石大約能提高40%到65%的氮肥利用效率,但是達不到「金坷垃」廣告的宣傳效果,即「一袋頂兩袋撒」和「畝產一千八『的效果,原因有二:

a. 沸石吸附能力是有限的,如果增加化肥的施用量,可能超過沸石的吸附能力,仍然會造成化肥流失。

b. 作物的產量是多個因素的影響的結果,例如日照、水分、氣溫等等,不能僅憑一個因素下結論。

3.5 總結

「金坷垃」廣告中的效果在近期內是無法達到的,的確涉及到虛假宣傳。

沸石能夠發揮「金坷垃」所宣傳的效果,但是不能匹配他們宣傳的有效程度。

End.

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如何在缺乏營養元素的土地中快速增加或者保持土壤營養元素(以氮N為例)

作物生長需要最多的元素為C、H、O、N、P、K六大元素,其中作物的C源可以為二氧化碳、H和O源可以為水或者氧氣,所以作物生長的限制性元素基本為NPK,這也是農業施肥的目的。還有一些微量元素也是作物生長必須的,暫不討論。

所以題主問題可以轉化為:

如何在缺乏營養元素的土地中快速增加或者保持土壤營養元素(以氮N為例)

(先占坑,回來慢慢分析國內外的施肥方法)

-------------------------------------------2014年3月21日填坑-------------------------------------------------------

1、氮循環示意圖

想要瞭解如何增加氮含量,首先要研究氮在土壤中是如何循環的(如下圖)。

最初成土母質形成土壤的過程中是沒有氮素的,氮素的初始來源是固氮作用(N-fixation),包括根瘤菌和閃電固氮等等。等土壤中的氮素足夠多時,微生物、植物和動物開始出現。

當生物排除廢物或者死去後,它們的排泄物和殘留物進入土壤,成為分解者(Decomposer)的能量來源。

分解者將有機氮轉換為無機氮,主要存在形式為氨氮(NH4+)或者硝氮(NO3-)。

部分無機氮被植物或者微生物吸收,再次進入土壤氮循環。還有一部分經過反硝化作用(Denitrification) 轉化為氣體(主要為N2)逸散入大氣中,通過固氮作用進入土壤氮循環。

((File:Nitrogen Cycle.svg)

2、施肥原理與方法介紹

如果限定為農田中,植物的範圍縮小到農作物。從氮循環的角度出發,提高氮素含量的方法無非「開源節流」:增加土壤氮素的供給,或者減少氮素的消耗。

2.1 開源

增加農田氮素含量的方法有:施用化肥、 施用農家肥或綠肥、種植豆科作物、秸稈還田等等。

2.2 節流

除了必要的作物吸收外,其他形式的氮素消耗均視為流失,主要方法包括:低溫地下施用液態尿素、添加土壤添加劑來吸附NH4+(緩釋肥)與控制排水等等。

2.3 分析

如果按照題主的要求,快速的增加氮素含量,最好的方法還是施用化肥。

化肥的生產原理為:

(見:Haber process)

這個反應需要高溫高壓催化劑等條件才能進行。

化肥的優點是效果快,直接施用無機氮,作物能夠直接吸收。缺點很多,在此不在贅述。

3 討論

考慮到題主明確提出不考慮化肥,下文討論一下較為快速、而且比較成熟地增加氮素含量的方法:

使用有機肥 + 輪作豆科植物 + 撂荒 = 增加(或保持)土壤肥力

其中有機肥的來源可以是牲畜排泄物,也可以是堆肥(Compost)。一般種植兩季之後,輪作大豆等豆科植物。在必要時,也需要撂荒一季,使土壤能夠緩慢恢復。 這也是美國部分地區保護土壤的方法。

4 實例

4.1 農田土地實例

下圖為美國某農場示意圖,從圖中可以看出農田的土壤肥力非常好,表層土壤基本是黑色的,而且當季為撂荒,沒有種植農作物。(至於為什麼黑就肥力高,請聯想東北黑土地。如果還不明白,先埋個坑。)

4.2 城市綠化土壤

在美國城市中,土壤表面往往鋪上植物堆肥(Compost), 優點包括:增加土壤肥力、增加土壤滲透性和孔隙度、防止雜草滋生、抑制飛塵等等。下圖為工作人員正在鋪設堆肥。

5 補充

第三部分中提出的方法雖然比較成熟、有效,但是不適合我國的國情,效果也比較慢。現在比較前沿的研究有:

  • 利用基因工程改造土壤固氮菌,開發超級細菌(Google);
  • 設計和開發不同的土壤改良劑;
  • 設計和改良施肥方法來減少氮素流失;

這些方法都在研究過程中,還沒有大規模的實施,具體的效果還需要實踐的檢驗。

PS:

  1. 除了標注以外,本文的內容均為原創,請尊重知識產權,轉載請註明出處。

  2. 由於作者經驗水平有限,遺漏之處在所難免。如有不同意見,歡迎討論,拒絕拍磚~

【趙一鳴的回答(34票)】:

@劉文龍答得已經非常好了,我來做點補充

題主的評論提到了「土壤極度貧乏的狀態,類似沙地,鹽鹼地這類」,我認為這種土壤首要任務是改善土壤物理性質。如果土壤保水保肥能力不足,施加很多水肥就是浪費。

鹽鹼地,在紹興的圍海造陸造成的鹽鹼地上做法是淹水種稻洗鹽,在其他水資源不足的地區做法我再查查,不過總有一條是改善排水,降低土壤水位,靠排水把鹽分排出去,同時鹽分也不至於因為蒸散造成的水分上升後蒸發而留在淺層土壤。洗鹽也是一個道理,從上向下稀釋鹽分,將鹽分溶解後排水排掉,淹水後種植的水稻對稀釋後的鹽分也有足夠耐受。

沙地要做許多工作。有必要建立防沙林帶以防止風沙對作物的損害以及風力侵蝕表土。沙地缺水,所以灌溉要跟上,但不能大水漫灌。漫灌在蒸發量大的地區會造成鹽分上升,蒸散造成的水分上升後蒸發而留在淺層土壤,也就是次生鹽鹼化。如果地區缺水,那麼可以通過mulch(應該是覆蓋物)來減少蒸散,盡量保持土壤含水率不至低於permanent wilting point,即植物開始發生永久凋萎時的土壤含水率。寧夏在沙地上種植的寧夏硒砂瓜:寧夏硒砂瓜_百度百科

當地農民在山坡地表上面覆蓋一層10-15厘米大小不等的顆粒或片狀砂石,然後在砂石間種上西瓜。中衛市因地制宜大力推廣既可以蓄水、保墒、保溫,又可以避免風蝕、水蝕,減少水土流失的壓砂技術,發展硒砂瓜

這裡就是用了砂礫碎石來壓制沙地,同時作為mulch起到保水作用。我們老師講mulch的時候拿它做過例子,以前我在新聞聯播上也見過。

其次,題主要求不用化肥。那麼題主要求「快速有肥」要多快?沙地,鹽鹼地這類怕是要幾年時間才能達到「有肥」,即使條件好一點的土壤,快速的最好方法還是「用化肥」,其他方法都比用化肥慢。千萬別把化肥當做洪水猛獸,化肥之於農業的重要性你可參見這裡

印度是不是用 290 萬平方公里的面積養活了 12 億人?是的話為什麼?

而且有些所謂化肥造成的不良後果,事實上是化肥使用不當造成的不良後果。使用合理品種合理配方合理用量的化肥,對土壤和環境的危害並不大。怎樣是合理參見農田所在地的測土配方施肥要求,這個得去當地農技站問。

不用化肥,改良土壤萬用方法還是用有機肥。有機物是好東西,分解後可以供肥,在土壤裡沒有分解而是經過複雜作用形成的腐殖質又有強大的保水保肥能力,同時有機物能促進土壤團聚體形成,使土壤有良好的土壤結構,通氣保水性能好。 @劉文龍提到的「表層土壤基本是黑色的」,事實上就是表明該土壤表層有機質豐富,土壤結構良好,保水肥能力好。不過有機肥施用不當也會造成不良後果。若是施用有機肥,一定要用腐熟後的有機肥,避免燒苗(即使不燒苗,不經過腐熟等處理味道也不好聞),同時由於有機肥原料的問題,有些有機肥可能重金屬含量超標。最後,用有機肥還是比化肥慢。豆科植物和其它綠肥植物種植也是慢辦法。

最後,增加土壤肥力是一個系統工程。還是有必要強調「土壤極度貧乏的狀態,類似沙地,鹽鹼地這類」,這種狀態,當務之急是農田基礎設施建設,建立良好的灌溉排水系統,鹽鹼地洗鹽,沙地防風固沙,旱地科學灌溉,農田基礎設施定期要維護。待沙化,鹽鹼化得到初步抑制,再進行進一步改善,包括施加化肥有機肥,綠肥植物種植等等等。農田基礎設施情況,施肥推薦量和種類,耕作方式等最好去當地農技站問,心中有數之後再進行改進和創新。

PS:

  1. 除了標注以外,本文的內容均為原創,請尊重知識產權,轉載請註明出處。

  2. 由於作者經驗水平有限,遺漏之處在所難免。如有不同意見,歡迎討論,拒絕拍磚~

【黃萱的回答(2票)】:

第一次被邀請,心裡還是有點小激動,這段時間天天被土壤地理老師洗腦,要為土壤事業奮鬥終身!其實我是學水土保持的~第一次被邀請,心裡還是有點小激動,這段時間天天被土壤地理老師洗腦,要為土壤事業奮鬥終身!其實我是學水土保持的~

膜拜了兩位師兄的答案,覺得自己博士的路還很長很長!以我的理解是,化肥對土壤肥力提升好事起到很大作用,這裡有個合理施肥的概念膜拜了兩位師兄的答案,覺得自己博士的路還很長很長!以我的理解是,化肥對土壤肥力提升好事起到很大作用,這裡有個合理施肥的概念合理施肥_百度百科,合理施肥的情況下,我覺得化肥是個好東西。順便補充一下,由於長期施肥,有些土壤可能不缺乏常量元素,可以考慮一下微肥微肥_百度百科,以及一些專有肥,eg 水稻的硅肥,油菜的硼肥 做到因地制宜。 補充一下有機肥部分,一般像廄肥和草木灰等農家肥就很好! 研究生沒有接觸肥料部分,把本科學的東西掏出來了,獻醜了O(∩_∩)O~捂臉

【siMu的回答(3票)】:

金坷垃... 吸收兩米以下碳磷鉀....

【知乎用戶的回答(0票)】:

有人用種草的方式來改善土壤結構;對於貧瘠的土壤,可以種植固氮植物。

主要就是利用植物光合作用生成有機物,再將有機物部分返還給土地,形成良性循環。

【炳延的回答(0票)】:

不用化肥就用有機肥 各種動物粑粑,各種植物秸稈。

【知乎用戶的回答(0票)】:

看到有感而發。

我理解的土壤沒有肥力是說土壤中缺乏有機質如果這土壤曾經有過肥力還是一直如此都有不同解決方法但無論什麼方法都需要時間

【蔣抒洋的回答(0票)】:

無意中看到這個問題,以及各位大俠給出自己中肯的回答。

其實我很想補充的問一下題主。

既然有這樣的問題,那麼您的土地主要用途是做什麼呢?在種植過程中,地與種植物的組合是多變的。沙化的土地自然很難種水稻,但是對於花生、酸棗一類的作物卻很喜歡。如果一味的追求肥力,不考慮清楚用途,那可是浪費了各位大俠的表情。

其他的就不補充了,前面幾位很全面。

【GaryGuo的回答(0票)】:

用金坷垃吸氮磷鉀啊

【Zheng梅卡的回答(0票)】:

動物屍體。。

標籤:-農業 -土壤生態學


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