提升土壤健康：土壤结构改良全球指南

土壤，常常被忽视，却是陆地生态系统的基础和全球粮食安全的重要资源。土壤的结构——其颗粒的排列方式——对其支撑植物生长、调节水流和固碳的能力有着深远的影响。不良的土壤结构会导致作物产量下降、土壤侵蚀加剧以及环境退化。本综合指南将探讨土壤结构的关键作用，并提供实用的改良策略，适用于全球各种不同的农业环境。

理解土壤结构

土壤结构是指土壤颗粒（砂、粉砂和黏土）排列成团聚体，也称为土块。这些团聚体通过有机质、微生物活动和其他粘合剂结合在一起，形成有利于空气和水流动的孔隙。结构良好的土壤具有大小孔隙的平衡，为根系生长、养分供应和生物活动提供了最佳条件。

健康土壤结构的关键组成部分：

• 团聚作用：土壤颗粒团聚成稳定的团聚体。
• 孔隙度：存在不同大小的孔隙，促进空气和水的流动。
• 有机质：一种关键的粘合剂，可改善土壤团聚作用和保水能力。
• 生物活动：蚯蚓和真菌等有益生物的存在，有助于土壤结构的发育。

不良土壤结构的后果：

• 压实：由于过大的压力导致孔隙空间减小，限制根系生长和水分渗透。
• 侵蚀：更容易受到风和水的侵蚀，导致土壤流失和土地退化。
• 排水不良：土壤积水和缺氧条件，阻碍根系呼吸和养分吸收。
• 养分有效性降低：植物生长必需养分的获取受限。

影响土壤结构的因素

多种因素会影响土壤结构，包括自然因素和人为因素。了解这些因素对于制定有效的土壤管理策略至关重要。

自然因素：

• 母质：土壤形成的岩石材料。例如，由火山灰形成的土壤（安第索尔）由于其独特的矿物质成分，通常具有良好的天然结构。
• 气候：温度和降雨模式影响风化过程和有机质分解速率。高降雨可能导致土壤酸化和团聚体分解。
• 地形：坡度和朝向会影响土壤侵蚀和排水。
• 生物：本地植被和土壤生物在土壤形成和结构发育中发挥作用。例如，草原通常会形成有机质含量高且团聚体稳定的土壤。

人为因素：

• 耕作方式：传统耕作会破坏土壤团聚体，导致土壤压实和侵蚀。
• 过度放牧：过多的牲畜放牧会去除植被覆盖并压实土壤。
• 森林砍伐：森林的砍伐会使土壤暴露于侵蚀并减少有机质输入。
• 灌溉方式：不当的灌溉会导致土壤盐碱化和结构退化。
• 使用重型机械：重型机械的反复碾压会压实土壤，尤其是在土壤湿润时。
• 单一作物种植：连续种植同一种作物会消耗土壤养分并减少土壤生物多样性，影响土壤结构。

土壤结构改良策略：全球视角

改善土壤结构对于可持续农业和环境保护至关重要。以下策略可适应全球各种耕作系统和气候。

1. 最小化耕作：

减少耕作和免耕耕作是改善土壤结构的基础。通过最小化土壤扰动，这些做法可以促进团聚作用，减少侵蚀，并提高水分渗透。例如：

• 免耕农业：直接在未扰动的土壤中种植作物，将作物残茬留在地表。这种做法在美洲、澳大利亚和欧洲部分地区得到广泛应用。在巴西，免耕系统与覆盖作物相结合，显著改善了土壤健康，减少了玉米带大豆生产区的土壤侵蚀。
• 保护性耕作：采用至少将30%的作物残茬留在土壤表面的耕作方法。
• 直播：直接将种子播入土壤，无需事先耕作。

可行性见解：评估在您的农场过渡到免耕或少耕耕作方式的可行性。从小规模试验开始，以评估对土壤健康和作物产量的影响。

2. 增加有机质：

有机质是将土壤团聚体结合在一起的“胶水”。提高土壤有机质含量可以改善土壤结构、保水能力和养分有效性。增加有机质的策略包括：

• 覆盖作物：种植非经济作物以改善土壤健康。覆盖作物可以增加有机质，抑制杂草，并防止土壤侵蚀。在欧洲，通过农林业环境计划越来越鼓励使用覆盖作物。
• 堆肥：向土壤中添加堆肥化的有机物。堆肥可改善土壤结构、肥力和保水能力。世界各地许多市政部门都提供堆肥计划。
• 施用粪肥：将动物粪便施入土壤。粪肥是丰富的有机质和养分来源。妥善管理对于防止养分流失和气味问题至关重要。
• 绿肥：将新鲜割下或生长的绿色植被翻入土壤。
• 生物炭施用：将生物炭（由生物质产生的木炭）添加到土壤中。生物炭可以改善土壤结构、保水能力和养分有效性，尤其是在沙质土壤中。亚马逊盆地的研究表明，生物炭对土壤肥力有益。

可行性见解：在家中或农场开始堆肥计划。探索使用当地可用的有机材料作为土壤改良剂。

3. 实施作物轮作：

作物轮作涉及按顺序种植不同的作物，以改善土壤健康并打破病虫害循环。不同的作物具有不同的根系和养分需求，这可以改善土壤结构和养分有效性。例如：

• 豆类-谷物轮作：将豆类（如大豆、豆类、扁豆）与谷物（如小麦、玉米、水稻）轮作，以在土壤中固定氮。这是世界许多耕作系统中常见的做法。在印度，与谷物进行豆类轮作是保持土壤肥力的传统方法。
• 深根和浅根作物轮作：交替种植根系深度不同的作物，以改善不同土层的土壤结构和养分吸收。
• 经济作物-覆盖作物轮作：将覆盖作物纳入轮作，以提供对土壤健康的额外益处。

可行性见解：设计一个包含豆类和覆盖作物的作物轮作计划，以改善土壤肥力和结构。

4. 促进生物活动：

土壤生物，如蚯蚓、真菌和细菌，在土壤结构发育中起着至关重要的作用。促进生物活动可以改善土壤团聚、养分循环和水分渗透。促进生物活动的策略包括：

• 减少化学投入：尽量减少使用会损害有益土壤生物的合成肥料和农药。
• 添加有机质：为土壤生物提供食物和栖息地。
• 使用堆肥茶：将堆肥茶（堆肥的液体提取物）施用于土壤，为土壤接种有益微生物。
• 菌根接种：将作物接种菌根真菌，可以提高养分吸收并改善土壤结构。

可行性见解：减少对合成肥料和农药的依赖。探索使用堆肥茶或菌根接种剂来促进土壤生物活动。

5. 管理牲畜放牧：

妥善的放牧管理对于防止牧场和草地系统中的土壤压实和侵蚀至关重要。可持续放牧管理的策略包括：

• 轮牧：按轮换方式将牲畜转移到不同的牧场，以使植被恢复。这种做法在新西兰和其他依赖放牧的农业系统中被广泛使用。
• 载畜量管理：保持适当的载畜量，以防止过度放牧。
• 牧场休耕：定期让牧场休耕，以促进植被生长和土壤恢复。
• 河岸缓冲带：沿水道建立植被缓冲带，以防止侵蚀和养分流失。

可行性见解：在您的农场实施轮牧措施。监测载畜量，以防止过度放牧和土壤压实。

6. 解决土壤压实问题：

土壤压实会严重限制根系生长和水分渗透。解决土壤压实的策略包括：

• 深松：使用深松机打破压实的土层。被认为是更密集的管理方法。
• 控制性耕作：将机械交通限制在特定车道上，以最大限度地减少压实。这是一种精准农业技术，越来越多地用于大规模农业经营。
• 使用深根覆盖作物：种植具有深主根的覆盖作物，以穿透并打破压实的土层。萝卜和白萝卜常用于此目的。
• 减载：采用较轻的设备以减轻压实压力。

可行性见解：使用土壤压实仪或目视检查来评估土壤压实情况。实施控制性耕作或使用覆盖作物来缓解压实。

7. 改善排水：

排水不良会导致土壤积水和缺氧条件，这对土壤结构和植物生长有害。改善排水的策略包括：

• 安装排水系统：安装地下排水系统以排出多余的水。
• 等高线耕作：沿着土地等高线耕作，以减缓水流并防止侵蚀。
• 创建抬高床：在排水不良的土壤中，在抬高床上种植作物以改善排水。
• 添加有机质：增加土壤有机质含量以改善水分渗透和排水。

可行性见解：评估您的土壤排水情况。在积水区域安装排水系统或创建抬高床以改善排水。

土壤结构改良成功案例：全球视角

世界各地的许多例子证明了土壤结构改良策略的有效性。

• 非洲萨赫勒地区：萨赫勒地区的农民成功地利用石围（沿着等高线放置的石块线）和扎伊坑（集中水分和养分的小种植坑）等技术，在退化土地上改善了土壤结构和水分渗透。
• 澳大利亚：澳大利亚农民广泛采用免耕耕作和保护性农业措施，以应对土壤侵蚀和改善旱作农业系统的土壤健康。
• 南美潘帕斯地区：在潘帕斯地区，农民将覆盖作物和免耕耕作纳入大豆生产系统，以改善土壤结构和减少侵蚀。
• 中国：中国的梯田和绿化造林项目在防止土壤侵蚀和恢复退化土地方面发挥了关键作用。

监测土壤结构

定期监测土壤结构对于评估土壤管理措施的有效性至关重要。评估土壤结构的简单方法包括：

• 目视评估：检查土壤团聚体和孔隙空间。土壤是否容易碎裂，还是坚硬且压实？
• 土壤容重测量：测量单位体积土壤的质量。较高的容重表明土壤压实。
• 水分渗透率测量：测量水分渗透到土壤中的速率。
• 土壤团聚体稳定性测试：评估土壤团聚体在暴露于水时的稳定性。

可行性见解：定期进行土壤结构的目视评估。考虑使用简单的测试来测量容重和水分渗透率。

结论

改善土壤结构对于可持续农业和环境保护至关重要。通过实施本指南中概述的策略，世界各地的农民可以改善土壤健康，提高作物产量，并减缓气候变化的影响。优先考虑土壤健康是对农业未来和我们地球福祉的投资。请记住根据您特定的气候、土壤类型和耕作系统调整这些策略，以获得最佳效果。进一步的研究和合作对于为全球各种农业环境中的土壤结构改良开发创新解决方案至关重要。

通过采纳这些措施，我们为农业在全球范围内实现更具韧性和可持续的未来做出了贡献。