導讀
我國目前集約化種植下，農田有機物料的投入仍是影響土壤有機質平衡的第一要素。我國土壤有機質和有效磷含量仍有增加的空間，還需加強有機物料的投入。
土壤質量研究今后還應加強土壤生物指標和土壤生態和健康功能研究，加強土壤質量演變趨勢研究，采用模型模擬、預測與預警土壤質量，并通過模型的選擇和參數的確定促進模型在生產實踐中的應用。
我國用占世界9%的耕地養活了世界21%的人口，糧食增產中肥料的貢獻占了40%左右。我國從20世紀70年代以來，逐漸施用化肥，其用量逐年增加，目前成為化肥總量和單位面積用量最高的國家。
在這30多年的進程中，糧食產量也在不斷增加，特別是21世紀以來，黨中央國務院制定了一系列政策，通過科技進步和增加農業投入，實現了糧食產量十一年連續增長。
但與此同時，我國有些地區農田土壤有機質含量下降、土壤酸化和土壤板結等問題凸顯，例如，東北地區黑土有機質含量明顯下降，與第二次土壤普查比，有機質含量下降了35%左右；華南、華東區土壤酸化日益加重；PH小于5.5的耕地面積由20%擴大到10%。
面對這些復雜的土壤質量問題，我國糧食產量“十一連增”后是否還要增還能增？農業生產如何發展？耕地質量是否具有高產穩產的可持續性，成為全社會關注的重要問題。
英國洛桑試驗站170多年的肥料長期試驗表明，化肥合理施用不會導致土壤退化和減產；而在我國，化肥施用僅僅30多年，有些地方就產生了嚴重的土壤質量退化。那么，施肥是否會引起土壤質量退化和趨勢是什么？如何施肥才能夠實現高產和土壤質量提升的協調發展？因為土壤質量的變化是一個相對緩慢的過程，要回答這些問題，只有通過20年以上的長期定位試驗才能夠得出較為可靠的結論。
我國在20世紀70年代末80年代初布置了一批肥料長期試驗，1987年國家計委和農業部又在全國重點農區和主要土壤類型上建立了9個土壤肥力和肥料效益長期定位監測基地，20世紀80年代以來，中國科學院也在全國不同生態區布置了“土壤養分循環和平衡長期定位試驗”。
到目前為止，全國持續進行的長期肥料試驗估計有50個左右。這些長期試驗積累了大量的數據資料，為闡明不同施肥的土壤質量變化提供了寶貴的基礎資料。2015年是國際土壤年，本文以本期刊出的論文為主，對我國長期肥料試驗結果進行了總結和討論。
1 長期施肥對土壤質量影響的研究呈增長態勢
以長期施肥（long－termfertilization）為檢索詞，
通過WebofScience檢索1980-2014年的論文，共6801篇，其中中文1423篇（圖1）。研究方向涉及土壤化學、土壤物理、土壤生物、農學和環境指標等。
可以明顯看出，長期施肥研究論文隨年代呈顯著增加趨勢，大致可以分為3個階段：上世紀80-90年代的開始階段；到90年代后期發展較快，進入快速增長期；21世紀以來呈迅猛發展態勢并且持續增長，特別是2006年以來，這方面的研究一直處于活躍期，成為研究熱點，呈居高不下的趨勢。
21世紀以來中文論文數量也在不斷的增加，特別是2008年以來中文論文的數量占到該方面論文總數的約25%，呈現與國際同步發展的態勢。依據本專集論文內容，我國典型農田長期施肥研究60%以上集中在土壤有機質和磷素的演變方面。因此，本文以土壤有機質和磷素演變特征為例論述其研究進展。
2 長期施肥土壤有機質演變與驅動力研究成為熱點
合理施肥對土壤有機碳庫功能及其演變過程均具有重要影響。徐明崗等研究我國41個長期定位施肥試驗土壤有機質變化規律發現，近30年不施肥，土壤有機質平均下降10%左右，平衡施用氮磷鉀化肥，土壤有機質能基本維持平衡甚至略有增加。
我國地域遼闊，不同區域氣候、種植制度及輪作方式差異大，土壤有機質對長期施肥的響應差異也較大。近30年來單施化肥條件下，東北黑土有機質呈緩慢下降趨勢，每10年下降1g/kg左右，其他區域土壤有機質處于穩定上升階段，每10年上升1.4-2.5g/kg。長期有機無機肥配合施用及秸稈還田土壤有機質呈顯著上升趨勢，30年平均上升幅度西北和華北高達51%和68%，南方旱地和長江流域水田平均為24%。
我國目前集約化種植下，農田有機物料的投入仍是影響土壤有機質平衡的第一要素。大量長期試驗分析，在我國五大區域均發現土壤有機質增加與有機物料投入量呈極顯著正相關關系，由此獲得有機物料碳的轉化利用效率。我國農田有機物料碳的利用效率平均為16.3%，各區域之間差異較大，呈現為隨水熱梯度增加而降低的趨勢；其中，西北和東北地區平均為22%-26%，明顯高于華北的13%和南方旱地或水田的10%。
全球范圍內，有機物料長期利用效率為14%，秸稈還田下秸稈的利用效率為12%。有機物料利用效率不僅受到氣候、土壤類型與性質、微環境和管理措施的影響，而且與有機肥輸入水平及土壤有機碳離其飽和點的遠近程度密切相關。土壤粘粒含量越高，越有利于土壤有機碳的固持和截獲，這與土壤類型及其屬性所決定的土壤有機碳的主導穩定機制有關。
活性有機碳組分，例如大團聚體或粗自由態顆粒，能較敏感地反映長期施肥下土壤有機碳庫的變化，長期不同培肥模式下有機物料在不同土壤有機碳組分中的利用效率也開始受到關注。
大量研究表明，長期施用有機肥顯著促進土壤團聚體中碳的固存與積累。例如，Tong等認為，大團聚體碳積累對于碳輸入的響應比微團聚體及礦物結合有機碳更敏感；但周萍等發現在有機碳水平高的水稻土，長期施肥后有機碳積累量與200-2000μm粗團聚體中有機碳積累量之間的關系符合拋物線方程，表明不同土壤類型及有機碳水平，團聚體對長期施肥的響應存在較大差異。
另外，土壤微生物是有機碳動態和養分有效性的主要調節者，隨著分子生物學技術與手段的快速發展，有關長期施肥對土壤有機碳的穩定性影響方面，也常常通過對土壤微生物的區系、種群及功能方面的研究來實現。
3 長期施肥土壤磷素演變及其對有效磷的影響備受關注
土壤有效磷是衡量土壤供磷能力、指導磷肥合理施用和評估磷損失風險的重要指標。確保土壤有效磷水平控制在農學閾值與環境閾值之間，既可保證較高的磷肥利用率、提高作物產量還能降低水環境污染風險。實現糧食安全和環境友好雙贏的磷肥合理施用必須以土壤有效磷的合理水平為前提。
300多個國家級耕地土壤監測點數據表明，我國土壤有效磷從1985年到2006年平均增加了約1mg/kg。不施用磷肥，土壤磷素連續耗竭，土壤全磷和有效磷明顯下降，全磷年下降速率一般在0.01g/kg左右，有效磷年下降速率為0.25-1.69mg/kg，且土壤初始磷含量與全磷、有效磷的下降速率成正比。
施用磷肥，土壤全磷和有效磷水平維持平衡或明顯上升。每季作物施磷（P）20-33kg/hm2，土壤全磷和有效磷可維持平衡或表現出明顯增加，年平均上升速率因土壤類型和磷肥施用量而不同，最大每年可提高2.1mg/kg；化肥配施有機肥有助于活化土壤磷，擴大有效磷的提升空間，最高可達9.3mg/kg。
土壤有效磷的變化與土壤磷盈虧（磷肥輸入量減去作物吸收磷）呈顯著直線正相關關系。不同類型土壤有效磷對磷平衡的響應不同。每100kg/hm2磷盈余使得各土壤有效磷含量提高16mg/kg。每盈余磷100kg/hm2，不同類型土壤有效磷的增加量因氣象因素、種植制度與土壤性質差異而不同。南方土壤PH值較低，可促進難溶性磷的溶解，這也可能是土壤累積磷向有效磷轉化在重慶（4.44mg/kg）、浙江（3.28mg/kg）、湖南（2.75mg/kg）較河南（2.60mg/kg）、北京（1.60mg/kg）和新疆（1.44mg/kg）高的原因之一。
土壤有效磷的變化與其在土壤中的存在形態有很大的關系。施用化肥，土壤主要增加了無機磷的含量，施用有機肥則以增加有機磷為主。長期不施磷，土壤磷素以難利用Ca10－P、閉蓄態磷、高穩性有機磷為主［16］；施用化肥，土壤磷素會以有效性較高的Ca2－P、Ca8－P、Al－P、Fe－P累積；化肥配施有機肥則顯著增加活性較高的有機磷組分（活性有機磷、中活性有機磷），利于土壤有效磷的提高。
4 長期施肥與土壤質量研究展望
4.1重視土壤生物指標和土壤健康功能研究
廣義土壤質量包括土壤肥力質量、環境質量和健康質量。土壤肥力質量指土壤提供植物養分和生產生物質的能力，是保證糧食生產的根本；土壤環境質量指土壤容納、吸收和降解各種環境污染物的能力；土壤健康質量指土壤生產安全和營養成分完全優質的食品，從而影響和促進人類和動物生存的能力。
目前我國對土壤肥力質量研究的最多，對土壤環境質量關注逐漸增加，而對土壤健康質量研究甚少。2015是國際土壤年，其口號是“健康土壤帶來健康生活”。土壤生物與土壤健康功能密切相關，是健康功能的良好指示，因此，今后應該加強土壤健康功能及其生物指標的研究。
土壤生物指標的研究越來越受到重視，隨著分子生物學u術的發展，PCR－DGGEu術和基于16SrRNA基因的高通量測序u術，較傳統微生物分析u術更能真實地反映土壤中微生物群落的復雜性和多樣性，特別是土壤微生物多樣性和群落結構多樣性以及與碳氮循環的相互關系，是今后的重要研究方向之一。
4.2重視模擬模型及土壤質量演變趨勢研究
土壤質量及其指標的變化是復雜的地球生物化學過程，受氣候、植物生長、土壤性質以及人類活動等眾多因素的影響。目前關于長期施肥與土壤質量關系多采用單一因素分析，對多因素及其相互作用研究較少。
現代統計分析u術和模擬模型如整合分析、R分析可揭示不同區域多因素對土壤質量的作用及其貢獻大小，逐漸成為新的研究方向。基于長期試驗的系列數據，采用模型模擬分析土壤質量的演變趨勢受到青睞。在土壤有機碳演變趨勢預測方面，起源于英國洛桑試驗站的Rothc模型結構簡單，參數容易獲得，可較好地模擬耕層土壤有機碳的動態變化。
Century模型基于土壤結構，兼顧模擬環境因子、農業管理措施等多重影響因素，常應用于農田生態系統下土壤有機碳原始積累和人為因素影響下土壤有機碳的演變過程研究。開發和構建適用于我國復雜氣候類型和多樣化種植條件下的土壤有機碳預測模型，通過參數調整促進模型在生產實踐中的作用，是今后的重要研究方向之一。
作者：張淑香1，2，張文菊1，2，沈仁芳3，4，徐明崗1，2，4*（1中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，耕地培肥技術國家工程實驗室，北京100081；2中國植物營養與肥料學會，北京100081；3中國科學院南京土壤研究所，土壤與農業可持續發展國家重點實驗室，江蘇南京210008；4中國土壤學會，江蘇南京210008）
中國鄉村發現網轉自：植物營養與肥料學報（2015年第6期）
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