保持有机果蔬作物系统的土壤肥力

背景

植物所摄取的营养素

有机肥和土壤改良剂的特点

决定需要哪些修改

pH值管理

氮管理

磷和钾的管理

次要和微量营养素

概要

消费者需求和维持或改善土壤资源的愿望促使了有机作物生产兴趣的增加。有机农业的许多基本目标之一是以最少的合成投入物生产作物。这种方法背后的主要概念是通过更多地依靠土壤系统中的生物过程来回收和释放营养物质，而不是从制造的肥料中提供大量的可溶性营养物质来节约自然资源。重点放在土壤有机质组分中的营养物循环和生物过程的增强，以使该组分中的营养成分可供植物根部使用。讨论的重点是提供有关管理和维持有机作物生产土壤肥力的各种方法的信息。

背景

当任何农作物出售时，农场的营养物质都会流失(这就是所谓的能量守恒吧)。虽然很多土壤可以在不增加肥料的情况下为作物生长提供营养，但是除非营养物质被替代，否则最终农场的生产力将会下降。管理有机食品生产的土壤肥力的一个主要挑战是整合来自可接受来源的营养物质的投入和使用适当的作物轮作。对于动物养殖业来说，这个任务相当简单。农民将种植和购买饲料，为他们的动物提供这种饲料，收集/堆肥的动物粪便，然后施用粪便适当的作物。与固氮菌结合的豆类被用于此。这些豆类可以用作反刍动物的饲料或绿肥。深层次的豆科植物也可以将来自底土的养分循环到土壤表面。草还可以用作饲料和绿肥作物，从而降低土壤深度，增加有机物质和循环养分。额外的绿肥作物包括冬小麦，高粱 – 苏丹草和荞麦等小杂粮。

如果牲畜不是在农场饲养，则需要从外部获得来自其他有机改良剂/肥料的营养物质。这些有机肥料的单位养分成本通常比合成肥料来源要高，而这又会使作物获得更高的价格，除非可以从其他行业中减少成本。豆类和其他绿肥作物仍然可以种植，尽管如果你没有动物饲料，在轮作中找到空间可能会更困难。饲料可以作为经济作物种植，但是当农场出售大量营养物质时，必须进行更换。有机作物生产者必须具有创造性，才能找到旋耕的机会来种植土壤建设豆类和其他绿肥/覆盖作物。

植物所摄取的营养素

在讨论如何使用有机技术来管理土壤肥力之前，简单回顾一下植物根系吸收的营养形式可能是有用的。大多数营养素必须溶解在土壤溶液中，然后植物根部才能将其吸收。如果将肥料施用到土壤中，则必须首先将其分解成最简单的无机形式，以供植物有效使用。植物的根可以吸收一些较大的有机分子，但它们的吸收速度很慢。从植物根部的角度来看，如果营养物质来源于有机肥料或无机肥料，则几乎没有什么区别。

有机肥和土壤改良剂的特点

对于有机作物生产可接受的肥料/修改，必须符合某些要求。从严格的化学意义上讲，有机是指任何含有碳的物质。然而，有机农业并不拘泥于这个定义。一些含碳肥料如合成尿素不适用于有机生产。同样，一些被认为是无机（无碳）的材料，如磷酸岩是可以接受的。一般而言，肥料或有机生产的修正必须来自含天然碳的非合成材料（如粪肥）或未经过化学处理的非合成无机材料（如石灰石，磷酸盐岩）。如果您不确定特定产品，请咨询明尼苏达州农业部或有机作物改良协会将其应用于您的领域之前，了解其有机农业的适宜性。

有机生产可接受的肥料通常具有较低的营养成分分析，并且由较大的不溶性分子组成，这些分子花费时间分解成植物可用的形式。生产有机农作物可接受的肥料组成因湿度和生产习惯而异。有机肥料或修改的化学分析是必要的，以确定精确的应用率。商业销售的任何化肥（有机或无机）必须依法拥有NP 2 O 5 -K 2O（氮磷钾）分析袋。除非已知营养成分，否则不要购买任何肥料或土壤改良剂。表1提供了一些常用的有机肥料和土壤改良剂的近似营养成分。

由于营养成分分析较低，为了获得相同的营养价值，用于有机生产的肥料需要比常规肥料更大量地施用。此外，用于有机生产的肥料只能慢慢地供给植物。使用这类肥料的原因是，它们不会在短期内剧烈地改变土壤的化学性质，并促进有机物质的积累，从而改善土壤的物理性质。它们通常具有低盐指数，因此可以一次施用更多的量而不会对植物根造成伤害。对于有机氮来源，可以在一个大的降雨事件中进行单一的应用，而不必担心大部分的N被淋失。然而，重要的是要指出，过量施用和滥用适合有机生产的肥料仍然会造成环境问题，如硝酸盐浸出和地表水磷酸盐富集。因此，土壤测试在有机作物生产中扮演着重要的角色，就像在传统生产中一样。

表1.各种有机肥料和土壤改良剂的近似营养成分。

决定需要哪些修改

对于任何作物生产作业（传统作物或有机作物），关于应用何种修正的决定应基于土壤测试。土壤测试应至少包括pH值，有机质含量，植物有效磷（P）和有效钾（K）。硝酸盐的土壤测试在明尼苏达州西部以及在一定条件下的其他地区使用，以调整氮的投入。在土壤测试之后，根据测试结果和要生长的作物调整养分输入。土壤测试提供了基于作物生长施用的营养物量的一般建议。请参阅明尼苏达大学扩展公告明尼苏达州商业果蔬营养管理（BU-5886） 了解土壤采样，土壤测试，石灰和肥料推荐的土壤测试结果。

pH值管理

大多数农作物生长的最适pH约为6至7。土壤pH值影响营养素利用率和微生物活性。在pH低于5.5时，N，P，K，钙（Ca），镁（Mg），硫（S）和钼（Mo）的可用性降低。另外，pH值小于5.5会降低重要的微生物分解物的活性，这将大大抑制有机物质向植物生长的有用营养素的生物转化。在这些较低pH值的土壤中豆科植物的固氮量也减少了。随着时间的推移，土壤往往会变成酸性肥料。因此，如果pH值低于6.0，根据土壤测试的建议，监测pH值和应用农业石灰石很重要。木灰也可以用来提高有机体系的pH值。木灰也供应K，但如果pH值已经很高，则不要将其作为K源使用。pH值在7-8.3之间的土壤处于促进微生物活性的范围内，但可能限制磷，铁（Fe），锰（Mn），铜（Cu）和锌（Zn）的可用性。使用有机物质改良剂和有机叶面产品将有助于在碱性条件下增加这些营养素的可用性。

对于喜欢酸的植物如蓝莓，通常需要酸化修饰以将土壤pH降低至约4.5至5.2的范围。元素S是一种适用于有机体系的酸化土壤改良剂，只要自然采矿没有经过化学改变。泥炭泥炭是一种有机的改良剂，也可以用来改良土壤和降低pH值，尽管人们普遍关注泥炭泥炭的可持续性。在土壤中添加泥炭以提高土壤倾斜度和持水能力的情况下，您应该了解其酸化效果并监测pH值，以使其保持在正在生长的植物的理想范围内。

氮管理

在所有的必需营养素中，N通常是非豆科作物生产的限制因素，而N通常是有机系统中最难控制的养分。有机作物生产最常见的氮源是肥料。许多不同类型的粪便可用。这些肥料的营养成分随动物，被褥，储存和处理而变化。尽管可以获得有关粪肥养分含量的一般分析的表格，但确定施用多少肥料的推荐方法是测试其养分含量。堆肥粪便是有机生产的首选粪肥来源。一些限制适用于使用非堆肥粪肥进行有机认证。或有机作物改良协会等认证团体，了解在有机耕作中使用粪肥的推荐做法系统。关于养分含量，养分利用率和有效利用粪肥和堆肥作为植物养分源的施用率的计算，请参考明尼苏达大学使用肥料和堆肥作为蔬菜作物营养源的扩展公告。

新鲜与堆肥的肥料。新鲜的非堆肥粪便通常具有比堆肥更高的N含量。但是，堆肥的使用将会增加土壤有机质含量。新鲜的N肥的可溶性形式高，过度施用会导致盐的积累和淋失。新鲜的肥料可能含有大量的活性杂草种子，这可能会导致杂草问题。另外，除非采取适当的预防措施，否则各种病原体（如大肠杆菌）可能存在于新鲜粪便中，并且会导致食用新鲜农产品的个人发生疾病。

全国有机标准最终规则（美国农业部国家有机计划，见第45-46页和第205.203节）指出：“生的动物粪肥必须堆肥，施用于非供人类食用的作物的土地上，或者在收获可食用的产品之前至少90天并入土壤不要接触土壤或土壤颗粒，至少在收获与土壤或土壤颗粒接触的可食用产品前120天，堆肥的植物或动物材料必须通过建立初始碳 – （C：N）之比在25：1和40：1之间，温度在131°F和170°F之间。利用容器内或静态充气桩系统的堆肥操作必须保持在该范围内最少3天。使用堆肥堆肥系统的堆肥作业必须将温度保持在该范围内至少15天，在此期间必须将材料翻转5次。“所有的粪肥和堆肥来源和管理技术必须清楚地记录为认证过程。

在堆肥过程中产生的热量会杀死大多数杂草种子和病原体。微生物介导的堆肥过程将通过稳定更大的有机腐殖质样化合物中的N来降低可溶性N形式的量。堆肥的缺点是一些氨氮会作为气体流失。堆肥本身也可能无法提供充足的有效养分，特别是氮，在高营养需求的作物快速生长阶段。决定使用什么形式的粪肥将最终取决于认证要求，可用性和成本。堆肥的粪便通常比新鲜或部分老化的粪肥更贵。

热干粪/堆肥。干燥粪肥或堆肥到低含水量减少了它们的体积和重量，这降低了运输成本，但也需要能量输入。干燥的产品可以更容易地处理并且均匀地施加到田地上，特别是那些已经被加工成小球的田地。如果温度超过150至175°F至少1小时，加热干燥也会减少病原体，水分含量降至10至12％或更低。在高温下加热干燥肥料或堆肥的能源成本与堆肥过程中由微生物呼吸产生的自热相反。干燥堆肥的干燥前堆肥的程度差异很大。许多只是部分堆肥，并且具有比成熟，稳定的堆肥更高量的可溶性（无机）N形式。这种容易获得的N赋予这些产品一些与可溶性氮肥如硝酸铵相似的特性。粪肥和未成熟堆肥的加热干燥可能会增加氨氮的挥发，降低成品的总氮含量。此外，在高温下干燥而不是在环境温度下经过固化阶段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那样具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性质取决于在固化阶段由疾病抑制生物体将堆肥重新定殖。在使用加热干燥的肥料/堆肥产品之前，请检查并确认其有机作物生产已通过认证。粪便和未成熟堆肥的加热干燥可能会增加氨氮的挥发，降低成品的总氮含量。此外，在高温下干燥而不是在环境温度下经过固化阶段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那样具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性质取决于在固化阶段通过疾病抑制生物对堆肥的重新定殖。在使用加热干燥的肥料/堆肥产品之前，请检查并确认其有机作物生产已通过认证。粪便和未成熟堆肥的加热干燥可能会增加氨氮的挥发，降低成品的总氮含量。此外，在高温下干燥而不是在环境温度下经过固化阶段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那样具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性质取决于在固化阶段通过疾病抑制生物对堆肥的重新定殖。在使用加热干燥的肥料/堆肥产品之前，请检查并确认其有机作物生产已通过认证。在高温下干燥而不是在环境温度下经过固化阶段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性质取决于在固化阶段通过疾病抑制生物对堆肥的重新定殖。在使用加热干燥的肥料/堆肥产品之前，请检查并确认其有机作物生产已通过认证。在高温下干燥而不是在环境温度下经过固化阶段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性质取决于在固化阶段通过疾病抑制生物对堆肥的重新定殖。在使用加热干燥的肥料/堆肥产品之前，请检查并确认其有机作物生产已通过认证。

从粪便和堆肥中获得氮。寝具或垃圾通常会通过稀释降低粪肥的营养成分。如果使用高碳（C）材料如稻草或刨花作为寝具，则产品的C / N比越大，N的可用性就越低。相对于N的高C将导致N的结合，可能导致作物中的N缺乏。AC / N比为25/1或更大将导致N在土壤中的结合。小于25/1的AC / N比将释放N到作物。C / N比率也是使用各种堆肥的重要考虑因素，也是堆肥过程本身的控制因素。

粪便或堆肥中的氮在第一年不会全部投入农作物。在非堆肥的粪肥中，一些N在氨气的施用中会在大气中流失。施用后应尽快掺入施用于土地的粪肥，以避免氨的损失。由于氮在有机化合物中稳定，所以在堆肥应用中氨的大气损失不是至关重要的，尽管强烈建议使用纳入。有机形式的N需要在植物使用之前被微生物分解。粪肥或堆肥中N的释放取决于粪肥的类型和年龄。有机氮的5％到90％都可以在第一年释放到可用的形式。对于牛粪来说，N的40％到60％通常被认为是第一年可用，N的30％到40％在第二和第三年可用。对于家禽粪便，第一年有50％到75％的N可用，第二年和第三年可用20-25％。对于堆肥牛粪，第一年有5％到20％的N可用。

粪肥和堆肥的残余影响是重要的。申请后的第二年和第三年将获得一些利益。当粪便和堆肥被用于施肥作物时，随着时间的推移，土壤有机质将会增加，随着营养循环的增加，随后的施用量一般会减少。连续使用粪肥或堆肥会导致高含量的残留氮和其他营养物质，从而可能会流失或污染地下水。考虑到随后几年中N的残留释放，应有助于避免过度使用。请记住，有些肥料和堆肥含有高含量的磷，所以如果它们经常用于满足作物氮需求，磷的含量可能会过高。使用土壤和组织测试，监测作物生长。

绿肥/覆盖作物。在绿地中掺入土壤的作物被称为绿肥。覆盖作物类似于绿色的肥料，但通常种植在非生长季节保护土壤免受侵蚀。由于表层土壤有机质和养分含量高于底土，控制侵蚀是保持土壤养分的重要手段。绿肥和覆盖作物都是用来提供氮和增加土壤有机质。三叶草和苜蓿等豆科植物可以在一年内固定每英亩100至200磅氮。使用没有豆类的黑麦或燕麦等草，不会增加土壤中的N含量。这些作物用于增加土壤有机质含量。它们还可以清除上一次作物的残留氮，并防止浸出造成的损失。草和豆类的混合物可以用来获得每个的优点。增加的有机物改善了土壤的耕作，改善了根系生长，增加了作物吸收土壤养分的能力。种植绿肥的决定应考虑到种植，种植和播种的成本，以及如果种植绿肥而不是经济作物，则会损失机会成本。

一些绿肥作物积累了高含量的磷，并被认为通过将其返回到有机形式的土壤来提高后续作物的磷利用率。例如，荞麦和油菜萝卜可以通过其根部分泌的有机酸的作用，从相对不溶的矿物如磷酸盐中溶解磷。这些P积累的作物的好处将取决于下面的作物，有机磷的再循环在多大程度上提高了P的利用率。与无机土壤P相比，有关绿肥如荞麦和油籽的不同作物的P反应研究信息很少萝卜。

N的其他来源。除粪肥和堆肥之外的有机生产N的来源包括：血粉，鱼糜，鱼蛋白，海藻/海藻，动物罐和各种蔬菜粉。见表1近似的营养含量（NP 2 O 5 -K 2O）一些这些有机营养来源。这些材料通常比肥料或堆肥更昂贵，而且比单纯的营养素成本仅比合成肥料昂贵得多。血粉是N.的快速释放源。鱼乳和海藻可以作为叶面肥的补充剂。这些产品的营养成分分析偏低，成本高，通常不能作为主要的肥料来源。它们的成本比尿素 – 硝酸铵（28-32％N）等常规无机来源贵5到6倍（每N单位）。

来自杂货店，蔬菜加工厂和餐馆的市政庭院垃圾和蔬菜/植物垃圾是可回收并用于作物生产的有机材料的其他来源。在大多数情况下，这些废物应在使用前堆肥，以减少气味，稳定营养，并促进便于传播。污水污泥是一种可以供给N等营养物质的有机肥料，但污泥不适合有机生产。

磷和钾

大部分（70-90％）的粪便中的磷和钾将在施用的第一年提供给作物。粪便的磷和钾含量会随着粪肥和储存的类型而变化。粪便或堆肥贮存不当会导致浸出K损失。应用前请先测试产品的P和K含量。有机生产中粪肥以外的P源包括骨粉，鱼粉和家禽粉以及磷矿粉。有机生产中钾肥以外的其他钾肥来源包括：苜蓿粉，海带粉，绿沙，木灰，硫酸镁和硫酸钾。某些这些有机认可的营养源的近似营养含量见表1。P和K在土壤中相对不动。

次要和微量营养素

在大多数情况下，通过肥料，堆肥和石灰修正，二次（Ca，Mg，S）和微量元素（Fe，Mn，Cu，Zn，B和Mo）有机营养源的主要优点是它们通常至少含有少量的所有必需植物营养素。某些次生和微量营养素的缺乏可能会在某些土壤条件下易受影响的作物上发生，有利于缺陷。使用土壤测试和叶组织分析来确定是否需要补充这些营养素的应用。

概要

有机作物生产的实际土壤肥力管理从获得土壤测试开始。添加的修正应基于土壤测试结果和正在种植的作物的要求。施用前应了解有机肥料或营养成分的营养成分（至少主要营养素NPK）。堆肥动物粪便是有机肥料的首选来源; 然而，除非在附近或包括在农场中的动物操作，否则这些修改的费用将比常规肥料来源大得多。这些增加的成本还需要考虑到土壤耕作和生物活性的长期改善，潜在的环境效益以及有机产品更高收益的潜力。