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比杰·辛格和约翰·瑞安 第一版，IFA，法国巴黎，2015 年 5 月 版权所有 2015 IFA。 保留所有权利 该出版物可从 IFA 网站 www.iferter.org/Library 下载 IFA 通过为期一年的一系列活动和创意产品来庆祝联合国 2015 国际土壤年。Nutrition4soils平台聚合了一系列土壤资源。 加入对话、使用和分享内容，成为土壤管理员。 关于作者 约翰·瑞安 土壤科学家顾问，Carrigataha,
Cahir, Tipperary, 爱尔兰 – ryanjohn1944@gmail.com John Ryan 博士是研究员、教育家和编辑，拥有都柏林大学学院学位（博士、理学学士），目前是爱尔兰的顾问。 他在中东工作了 37 年，担任叙利亚 ICARDA 的高级科学家、摩洛哥内布拉斯加大学农学教授、贝鲁特美国大学土壤科学教授，此前曾在亚利桑那大学任职。 他的主要兴趣领域是旱地土壤肥力和植物营养。 他是 ASA、SSSA、CSSA 和 AAAS 院士，并获得 ASA、SSSA 和 CSSA 国际奖、杰出土壤科学奖、IFA 作物营养奖、IPNI 科学奖、J.Benton Jones 奖和 亚利桑那大学杰出公民。 比杰·辛格 旁遮普农业大学，卢迪亚纳 141
004，旁遮普，印度 –
bijaysingh20@hotmail.com Bijay Singh 博士是印度卢迪亚纳旁遮普农业大学的 INSA 高级科学家。 他是印度国家科学院和国家农业科学院院士，也是2006 年至2012 年印度十位国家教授之一。他对土壤植物系统氮平衡的贡献使人们更好地了解提高氮利用 提高稻麦种植系统的效率并减少肥料氮相关的环境污染。 事实证明，他利用叶子颜色图进行水稻和小麦氮管理的工作对于提高南亚的肥料利用效率非常有用。 总摘要 人类依赖土壤来满足人类对食物和纤维、牲畜饲料的需求，并且最近通过种植主要用于生物燃料的农作物为我们的能源供应做出了贡献。 土壤是一个动态的多功能生命系统，作为地壳上相对较薄的一层存在。 土壤形成因素的各种组合导致了世界各地土壤类型的异常多样性。 土壤的特性和相关的环境条件控制着土壤的各种生态系统功能，例如有机废物的分解和转化、调节养分循环以及影响细菌和真菌等土壤生物的种群。 虽然很难描述任何土壤如何发挥其相互关联的功能，但早期的定义包括“肥力”，后来的定义暗示“质量”，以及最近的“土壤健康”，这是一个更具包容性的术语。 从历史上看，只要土壤肥沃、农作物丰产，只要有足够的水（无论是降雨还是灌溉），文明就会繁荣发展。 上个世纪，由于广泛采用机械化、高产抗病作物新品种、灌溉、特别是矿物肥料等技术，作物产量提高，世界粮食产量急剧增加。 虽然作物产量是过去的主要关注点，但对人口增长的不断增长和将更多土地投入生产的潜力有限的认识导致了种植可持续性或可持续集约化的概念，即在不损害土壤生产此类作物的能力的情况下持续实现作物高产。 产量。 因此，当前土壤和作物管理的重点是维持土壤质量或土壤健康。 这就提出了一个问题：化肥的使用除了对作物产量的影响之外，还如何影响土壤。 虽然土壤健康可能会受到肥料养分输入有限的影响，但施用超过作物最佳生长所需的肥料养分量同样会对土壤有害并降低经济效益。 施肥量低或不平衡会导致土壤养分耗竭和退化，因为根生物量较低导致土壤有机质（SOM）含量降低，从而导致作物产量下降，并间接降低土壤结构，从而促进水土流失。 相反，定期充足的肥料施用与根系生物量增加导致的 SOM略有但持续的增加有关，尽管人们普遍认为施氮会导致 SOM 减少。 虽然肥料的使用与某些土壤生物的减少有关，但这些影响相对短暂，并且仅发生在肥料带的位置。 在非酸性土壤中长期施用肥料已显示出微生物生物量的显着增加。 土壤中铵基氮肥的转化会增加酸度，对土壤健康产生不利影响。 这种自然微生物介导的过程对土壤以及作物生长的影响程度取决于施氮的形式和数量以及土壤的缓冲能力。 当农民使用有机营养源（例如农场可用的粪肥和农作物残留物）并补充矿物肥料以实现产量目标时，就可以维持和/或改善土壤有机质含量和各种微量营养素的供应。 总之，矿物肥料的使用对于现代农业和确保人类粮食安全至关重要。 除了提高作物产量外，肥料还可以间接影响土壤特性或土壤健康，无论是积极还是消极。 确保对土壤产生积极影响的关键在于良好的基于科学的养分管理实践； 采用此类做法可确保经济作物生产与尽量减少对环境的影响相一致。 在可能的情况下，可用的有机肥料和其他有机材料应与矿物肥料综合使用，以确保高效和有效的养分利用以及更好的土壤健康。 介绍 作为考虑与肥料相关的土壤健康的前奏，有必要提出一些公认的事实，为讨论提供总体背景。 文章的主体部分考虑了土壤的重要性、土壤健康的概念以及肥料对土壤健康的积极和消极影响，重点关注对土壤酸度、土壤侵蚀、土壤微生物种群、肥料的间接影响。 SOM 维护和综合养分利用，其次是与土壤健康相关的研究需求。 土壤——地球生命的基本组成部分 近年来，由于人们重新认识到人口与地球生产足够粮食以维持世界迅速增长的人口的能力之间的关系，人们对与粮食安全相关的土壤质量问题发表了很多文章（Lal 和Stewart，2010）。 在简短讨论肥料和土壤健康的背景下，有必要正确看待全球粮食形势。 联合国粮食及农业组织（FAO）编制的食物平衡表显示，人类99.7%以上的食物（热量）来自陆地环境，即农业用地（Pimentel和Wilson，2004）。 在地球130亿公顷的土地面积中，耕地仅占11%。 全球人均卡路里消耗或能源需求的约 78% 来自直接生长在土壤中的作物，另外 20% 以上来自间接依赖土壤的其他陆地食物来源，如肉、蛋和奶（Brevik 2013） 。 土壤是农作物生产的基础，因此是为人类提供大部分食物和营养的自然资源。 土壤、肥料和作物相关概括 l 世界各地的土壤类型差异很大，具体取决于地点（地质、气候、植被），支持农作物的物理、化学和生物特性的组合也相应变化。 l 土壤肥力，或者说土壤对作物养分的储备，广泛地等同于土壤质量和土壤健康。 如果生长条件有利，例如，肥沃的土壤就是多产的土壤。 土壤湿度充足，通气充足，作物生长不能太热或太冷。 l 由于土壤肥力各异，很少有土壤能够在不施用养分的情况下无限期地维持作物高产。 为了当今农业所需的经济产量，必须将矿物肥料和/或有机肥料作为养分添加到土壤中。 在现代商业农业时代之前，通过添加有机肥、采用豆类轮作或休耕（即休耕）可以实现适度的产量。 l 在过去的半个世纪中，全球作物产量的扩大以及粮食安全主要是通过使用矿物肥料以及改良作物品种、机械化、病虫害防治和灌溉来实现的。 在全球范围内，谷物产量与化肥使用量同步。 如今，世界农作物产量的一半左右来自化肥。 l 所有农作物都会从土壤中吸收养分。 当清除量超过输入量时，就会发生养分消耗或养分“开采”——这种情况是不可持续的。 许多非洲国家都存在这种不平衡的例子。 土壤退化与低产和人类贫困有关。 l 施肥实践需要“平衡”。 肥料中添加的主要养分含量必须基于土壤中已有的养分和作物中去除的养分。 l 肥料利用率是指目标作物吸收添加的养分的程度。 就氮而言，效率很少超过 50%，导致现场损失并对环境产生潜在的负面影响； 当前的研究旨在提高效率。 采用肥料最佳管理实践可以提高肥料使用效率。 l 与流行的观念相反，使用矿物肥料可以通过增加土壤有机质来增强土壤健康，因为根系生长加快，作物产量提高； 这通常伴随着微生物活性的增强。 这种情况发生的程度取决于环境和相关的耕作方法。 l 肥料的使用会导致某些土壤生物的减少，但这些影响相对短暂，并且仅发生在施肥带的部位。 在碱性或中性土壤中长期施用肥料可以观察到微生物生物量的显着增加。 l 施用铵基氮肥会导致土壤酸化，对土壤健康产生不利影响。 然而，其效果取决于施用的肥料氮的形式和数量、土壤的缓冲能力以及撒石灰等土壤 pH 值管理措施。 l 在对土壤健康、作物生产或环境的影响方面，矿物肥料与有机营养源不存在冲突； 恰恰相反，它们的使用是免费的。 l 当施用农场中不同有机材料（粪便、作物残茬等）中所含的养分并补充矿物肥料以满足作物的养分需求时，可以改善土壤有机质含量方面的健康。 l 矿物肥料对于确保世界超过70亿人口的粮食安全不可或缺。 随着一些国家人口的增加和富裕程度的提高，这种依赖在未来将会更加严重。 由于对土地使用的竞争性需求以及气候变化的负面影响，随着农业向贫瘠地区的扩张，化肥的使用量也可能会增加。 l 人类可持续利用肥料必须建立在合理的科学原理和实践的基础上。 l 必须更好地向广大公众宣传使用肥料的好处。 由于土壤有限且脆弱，它是一种宝贵的资源，需要特别照顾和保护，以便子孙后代可以无限期地使用。 土壤在地球上支持人类生存的关键作用可以从以下事实来判断：根据风化环境，2.5厘米的表土需要大约500年或更长时间才能在农业条件下可用； 简而言之，土壤的形成是一个非常缓慢的过程。 随着世界人口的不断增长和耕地面积扩大的可能性有限，人均卡路里产量在过去几十年中持续下降。 例如，自 1984 年以来，人均谷物产量一直在下降。这一总体趋势的程度因国家而异，具体取决于发展状况、相对人口增长和粮食多样化。 此外，经过几十年生产力的显着提高，相对产量的增幅正在下降。 人类面临的最大挑战之一是提高生产力并摆脱产量瓶颈。 这导致对土壤及其特性的考虑。 关于土壤的众所周知的既定事实可以在许多标准教科书中找到，例如 Brady 和 Weil (2010) 的教科书以及其他广泛使用的来源。 对于外行人来说，土壤主要是种植农作物的媒介； 很多人只认为它是“污垢”。 对于土壤科学家或农业学家来说，它是一种复杂得多的材料。 土壤是地球表面相对较薄的地幔，在极端情况下深度从几厘米到几米不等； 正常土壤深度可达一米。 土壤与其下方的风化岩石的区别主要在于其生物功能，这些功能通过与非生物、物理和化学环境的复杂相互作用来发挥作用。 换句话说，土壤是生物转化的产物。 土壤是一个生命系统，是许多不同生物体的栖息地，这些生物体共同发挥着土壤的不同功能。 土壤微生物学领域尚未得到充分探索，栖息在土壤中的大多数物种尚未被识别。 土壤为人类提供生计的主要有益功能是由土壤生物过程驱动的，这些生物过程可归纳为四种生态系统功能（Kibblewhite 等，2008）： (i) 碳 (C)是所有土壤生物的核心，因为它是它们的能量来源，并且反过来会转变为不同的形式。 土壤生物的碳转化涉及植物残留物、土壤中各种形式的有机物和其他有机物质的分解。 这些过程调节养分循环、废物处理和 SOM 合成，包括土壤生物群维持土壤结构的活动以及温室气体的排放。 (ii) 涉及地面和地上不同复杂途径或转化的养分循环定义了植物各种养分的可用性。 (iii) 通过聚集和颗粒运输来维持土壤结构和结构，以及在许多空间尺度上形成生物结构和孔隙网络，对于土壤生境以及土壤-水循环和土壤-水循环的调节至关重要。 维持植物良好的生根培养基。 (iv) 土壤种群的生物调控是生物多样性保护的基础，并控制重要农业动植物以及人类的病虫害。 土壤是一个非常复杂的多组分和多功能系统，具有可定义的操作限制和特有的空间配置。 土壤的主要物理和化学性质与可识别的土壤类型相关，这些土壤类型的起源取决于因素的变化，例如母质、气候，以及植被、地形和时间，反映了风化的程度和强度。 影响土壤性质的一个主要因素是人，特别是自从定居农业和土壤耕作出现以来。
图1 全球通过肥料提供的氮 (N)、磷 (P2O5) 和钾 (K2O) 的消耗量（数据来源：IFA，2015）。 土壤性质，特别是表层（约30-50厘米）的土壤性质，总是会因农业干预措施而改变，例如排水、灌溉、使用石灰以及通过矿物肥料和有机肥添加植物养分，特别是耕作方法； 在 20 世纪的美国，传统的柴油耕犁和耙耕被认为是 SOM 急剧下降的原因，但这种情况现在正在随着保护性耕作实践而改变。 除了世界上偏远无人居住的地方，很难找到不受人类影响且仍处于原始状态的土壤。 过去一个世纪人为干预的主要驱动力是世界人口翻了两番，这需要对土壤和作物管理进行根本性改变，以生产更多粮食（Lal 和 Stewart，2010）。 为了给世界上迅速增长的人口提供食物和衣服，必须开垦更多的土地，并要求已开垦的土地具有更高的生产力。 迄今为止，商业矿物肥料的广泛使用一直是确保全球粮食安全的主要因素。 在这种背景下，研究一些全球化肥使用趋势和预测是有意义的。 2012年，世界化肥总消耗量达到1.789亿公吨养分，其中氮（N）、磷（P）（P2 O5）和钾（K）（K2 O）分别为109.1、41.1和28.7公吨（ 图1）。 其中，略超过一半 (50.8%) 应用于谷物（Heffer，2013）。 氮肥的供应和施用一直是所有主要作物产量的最重要决定因素。 联合国的中期预测是，到 2050 年，目前的 72 亿人口将增长到 96 亿（Glenn 等，2014）。 根据世界资源研究所的预测，世界2006年生产的农作物热量与2050年最有可能需要的农作物热量之间存在69%的差距。根据粮农组织对世界农业的修订预测，2050年全球农业产量应比2050年高出60%。 2005/2007 年的情况（Alexandratos 和Bruinsma，2012）。 要仅通过农业增产来缩小这一差距，2006 年至 2050 年农作物总产量的增幅将比 1962 年至 2006 年同期的增幅还要大，即增幅达 11%（Searchinger 等人，2013 年） 。 由于可用耕地数量有限，增加粮食产量需要集约化生产。 当今超过 70 亿人口中，超过 48% 的人之所以能活着，是因为使用 1900 年代初开发的 Haber-Bosch 工艺的化学工程壮举生产的氮肥，从而提高了作物产量（Erisman等人，2008 年） ; 这是人类历史上的里程碑之一。 如果没有化肥投入，就无法满足世界不断增长的粮食需求并避免大范围的饥饿。 根据美国、英国和热带地区多项长期研究的数据，至少 50% 的作物产量可归因于商业化肥养分投入（Stewart 等，2005）。 未来世界粮食生产对化肥使用的依赖程度将不可避免地增加。 如果没有化肥，世界将只能生产大约一半的主粮，更多的林地将不得不投入生产（Roberts，2009）。 如果我们考虑到印度和中国等国家日益富裕以及相关的肉类需求增加，目前对未来粮食需求和对化肥依赖的估计可能会被低估。 由于矿物肥料提供的养分在世界粮食安全中发挥着至关重要的作用，并且从产量和粮食质量的角度来看都很重要，因此未来的挑战是使农业摆脱当前不可持续的做法，并以可持续的方式管理肥料和土壤，以便 不仅粮食需求得到持续满足，而且土壤保持健康，以支持未来充足的粮食生产，同时将环境影响降至最低。 土壤健康和肥料使用 土壤的主要功能是提供足够的食物并保证人类的健康。 人们越来越认识到土壤与人类健康之间存在直接联系，其中包括促进健康的元素，如氮、磷和锌 (Zn)，以及其他有害元素，如镉 (Cd) 和砷 (As)。 对人类健康（Brevik 和 Burgess，2013）。 “健康”的概念也适用于土壤，这是我们人类可以影响的。 土壤以动态生态系统的形式支持着生命的巨大多样性。 因此，从系统整体来看，土壤健康的概念与人类健康的概念一样，也不难理解。 土壤质量（健康）被定义为土壤在生态系统和土地利用边界内发挥作用的能力，以维持生物生产力、维持环境质量和促进动植物健康（Doran 和 Parkin，1994）。 从本质上讲，土壤健康和土壤质量是同义词。 虽然基本理念是以这样的方式管理土壤，使其继续发挥不同的所需功能，而不会使土壤本身退化或对环境产生负面影响，但确实有一些复杂性使得土壤健康的理念难以理解。 根据基布尔怀特等人的说法。 （2008），健康的农业土壤是指能够支持粮食和纤维生产达到足以满足人类需求的水平和质量，并继续维持对维持质量至关重要的功能的土壤。 人类的生命和生物多样性的保护。 土壤健康是一种综合属性，反映了土壤对农业干预的反应能力。 这一概念的本质是维持土壤质量并避免侵蚀和养分开采等导致土壤退化的过程。 在农作物种植过程中，人类干预已经改变了所有农业土壤的自然状态（Lal，2007）。 最早的耕作基本上是通过用手工具刮擦土壤表面以形成苗床来实现的。 由于动物牵引，干扰进一步增加，而在现代，重型机械的干扰更加严重。 在干旱地区，灌溉是对土壤的另一个主要外部影响。 每一次人类干预都不可避免地代表着原始土壤的性质和特性的重大、有时是不可逆转的变化。 在原生地向耕地转变过程中，关键问题是尽量减少这种变化的负面影响。 事实上，农业历史上充满了由于未能尽量减少人类对土壤资源的影响而导致文明衰落或消失的例子。 为了提高粮食和纤维的产量和质量，耕作和施肥等农业管理过程是影响农业土壤及其特性的主要因素。 这些做法和投入补充或替代了被认为不足以或低效实现所需生产水平的生物功能。 它扰乱了自然功能，并可能影响其他生态系统服务的产出。 例如，土壤-植物系统的养分泄漏可能导致地表水和地下水退化并污染饮用水供应。 同样，精细的苗床准备可能会增加土壤侵蚀和沉积物转移到溪流中的风险，或导致地表水快速径流和洪水风险增加。 因此，可持续农业的一个重要组成部分，正如土壤健康定义中所包含的那样，是在不损害当前和未来需求的其他生态系统功能的情况下实现农业生产目标的方式平衡生态系统功能。 无机肥料对土壤健康系统和生态系统功能的主要影响与其对初级生产力的影响有关。 即使施肥量有些过量，其影响也是对处理速度的影响，而不是任何直接的毒性影响。 尽管就体积而言，它是土壤中相对较小的组成部分，但与土壤健康相关的最重要的土壤特性是 SOM，因为它对土壤的化学、物理和生物特性产生深远的影响。 在它们引入之后，肥料对农作物产量的有效性立即显现出来。 最初，使用无机肥料最重要的间接后果是有机肥使用相对量的相应减少。 不利于动物粪便的因素包括与耕作系统中使用粪便相关的供应有限和能源成本，例如运输和施用，此外还有质量参差不齐和养分含量低。 随后，由于供应量的增加以及粪肥在土壤健康和养分循环方面的作用，人们对粪肥的兴趣日益浓厚。 然而，在一些发展中国家，特别是在亚洲，由于动物粪便和农作物秸秆的供应有限，农作物生产更多地依赖化肥。 放牧做法，通常是公共放牧，清除田地里的农作物残留物； 在某些情况下，这些残留物会被焚烧，为下一季作物腾出空间。 在南亚，约占全球化肥总产量的六分之一被消耗，很大一部分动物排泄物被用作家庭燃料而不是农作物肥料。 当向土壤施肥时，“低质量”或高碳氮比的有机投入物和 SOM 的分解率增加也会影响土壤健康（Recous 等，1995）。 施肥导致微生物分解活性增强，此前这种活性受到有机材料中营养物浓度低的限制，尽管在一些研究中添加无机氮对低氮植物的分解具有中性甚至抑制作用 材料（霍比，2005）。 然而，在作物生产中长期使用肥料会导致有机物质积累（Ladha 等人，2011 年；Geiseller 和 Scow，2014年），并通过增加土壤中的凋落物和根系生物量来改善土壤健康。 这表明氮肥的施用可以对土壤中的碳转化产生复杂的相互作用影响。
图 2 肯尼亚西部、中国华北和美国中西部农业土壤中氮和磷的农业投入和产出总量（数据来源：Vitousek et al., 2009）。 肥料过量使用：潜在的土壤健康恶化 可持续的土壤健康管理系统能够通过生态系统过程和肥料的适当使用相结合来实现，该系统能够在使用更少的外部投入的情况下产生更高的产量。 图 2 显示了三个地点养分投入和产出的差异，分别代表化肥使用不足、过度使用和充分使用的情况。 肯尼亚西部地区的特点是氮磷投入量低，与中国和美国的情况形成鲜明对比。 肯尼亚工厂的氮输出量远大于输入量，导致养分大量消耗或“土壤开采”，从而导致土壤健康长期恶化。 另一方面，中国化肥养分投入量大大超过养分产出量，这给环境带来了巨大的养分流失风险。 由于氮和磷的输入和输出几乎相似，美国中西部的土壤健康比肯尼亚或中国的土壤健康要好。 土壤质量受到养分可用性以及养分破坏环境的可能性的影响。 由于土壤是反应性养分的主要储存地，因此对其进行健全管理对于应对全球粮食安全挑战以及最大限度地减少可能影响空气和水质的养分流失到环境中至关重要。 对土壤健康的其他威胁多种多样（Velthof 等，2011）：土壤压实、侵蚀、酸化、盐化、污染和有机质下降，其中大部分会影响水和空气中氮和磷的损失。 土壤含有不同数量的养分，这些养分是植物、动物和人类所需要的。 植物中的几乎所有养分都是由根部从土壤中吸收的，许多自然环境和农业生态系统中的初级生产受到养分可用性的强烈限制。 在非洲、拉丁美洲和澳大利亚大片地区等高度风化和淋滤的土壤中尤其如此。 土壤养分缺乏会导致作物产量低下，收获后的作物养分含量也低； 农作物中营养成分浓度不理想可能会导致动物和人类营养不良（Sanchez 和 Swaminathan，2005 年）。 N 和 P 元素通常是农业土壤中最限制作物产量的养分。 大部分氮不能直接利用，因为它是有机结合的，尽管许多 SOM 含量低的灌溉土壤在剖面中可能含有大量无机形式的氮。 大多数磷要么有机结合，要么与铁和铝化合物结合，例如氧化物和羟基氧化物。 土壤需要一定的最低水平的植物可利用的氮和磷以及其他必需养分，以实现食物、饲料和纤维生产的土壤功能。 然而，活性氮和磷的供应过剩会威胁土壤质量，导致氨和氮氧化物向空气中排放，以及硝酸盐和磷向水体流失（Velthof等，2011）。 活性氮和磷的过量输入对森林和自然植被下土壤质量的影响远远大于对农业土壤的影响，因为从森林和自然植被中回收的生物量中的氮和磷比从农业中回收的要少得多（Velthof等人， 2011）。 因此，相对少量的活性氮和磷输入会导致森林和自然植被的过剩。 此外，与森林和自然植被下的土壤不同，农业土壤是经过管理的土壤，因此即使纠正并不总是具有成本效益，它们的紊乱也往往会得到纠正。 施用过量的磷肥料会导致土壤磷的积累，直至土壤的吸附能力最终“饱和”。 土壤磷的积累会导致磷通过地表水流、侵蚀和地下淋滤和排水而流失到地表水中。 在撒哈拉以南非洲和其他一些发展中国家，土壤健康问题，就其所阐述的而言，是由于土壤养分供应不足造成的。 有两个主要因素支撑着这种担忧。 首先，人口对农业用地的压力不断增加，导致传统做法的崩溃，导致养分外流大幅增加。 其次，政策环境普遍没有为小农提供足够的支持来实施可能扭转这种枯竭的土壤和耕作方法。 土壤健康状况不佳的一个后果是，由于农业产量下降、牛饲料减少、烹饪用薪材减少、以及用于将养分循环到土壤中的农作物残留物和牛粪减少，粮食和营养不安全现象普遍存在。 与土壤养分耗竭和森林砍伐相关的土壤和植物碳储量的减少导致了向大气中额外排放二氧化碳。 此外，在一些土壤中，有机质水平甚至下降到一个阈值，低于该阈值作物对其他投入的反应非常差。 肥料管理：对土壤健康的影响 如果土壤中的养分供应充足，农作物就更有可能生长良好并产生大量的生物量。 当土壤缺乏养分并且无法产生健康的作物和足够的生物量时，就需要肥料。 有四个与任何实际农场水平操作相关的管理目标，包括肥料管理。 这些是生产力、盈利能力、种植系统的可持续性以及有利的生物物理和社会环境。 可持续性是指肥料管理方案对维持或提高种植系统的生产力和盈利能力的中长期影响。 指标包括随时间变化的产量趋势、投入使用效率、土壤参数（例如氮供应能力）、有机质的存在和盈利能力。 肥料的最佳管理实践支持实现这些在种植和环境健康方面的目标（Bruulsema 等，2009）。 一套强有力的科学原理指导肥料最佳管理实践的开发和实施，是从悠久的农艺和土壤肥力研究历史中演变而来的。 当被视为全球框架的一部分时，最合适的肥料最佳管理实践只能在了解每种实践的完整背景的地方一级确定。 养分管理是指在农民和其他利益相关者的参与下，高效、有效地利用植物养分，以实现经济、社会和环境效益。 这个概念本质上描述了选择正确的营养来源 以正确的速度、在正确的时间、在正确的地点进行应用（Roberts，2007）。 适用于这四个管理领域的具体和普遍的科学原则也适用于农场层面。 然而，这些科学原理的应用可能会因具体的种植制度、特定区域和所考虑的作物组合而有很大差异。 作为一种实践，营养管理是动态的，并随着科学技术扩展我们的理解和机会而不断发展。 实践经验告诉敏锐的观察者在特定的当地条件下哪些做法有效或无效（Fixen，2007）。 指导采用肥料最佳管理实践的决策支持系统需要局部细化的动态过程。 因此，了解科学原理和当地情况的个人的参与对于这一过程非常重要。 由于土壤是人类面临的几个可持续发展问题的核心，因此遵循养分管理原则对耕作系统中的肥料进行管理是确保因作物生产中施用肥料而改善土壤健康的最佳方法（图3）。 在一些发展中国家，作物对施肥的反应或施肥效率下降或降低的原因有多种。 造成这种下降的一个主要原因是不平衡的施肥做法导致土壤养分（特别是磷、钾、硫（S）和微量营养素）的持续开采。 最终导致土壤和植物不健康。 因此，施肥要足量、均衡。 如果土壤的有机质含量也高，肥料的使用效率可能就高。 在不健康或贫瘠的土壤中，农作物无法有效地利用肥料提供的养分。 在土壤高度退化的地方，比如撒哈拉以南非洲的部分地区，农作物对施肥几乎没有反应。 当有机质水平恢复后，肥料可以通过增加作物产量以及返回土壤的残留量来帮助维持土壤中养分的循环。 在长期试验中，在均衡施氮、磷、钾的地块中观察到土壤有机质含量最高（Kumar 和 Yadav，2001）。 在仅施用氮或磷和钾不足的处理中，土壤健康状况下降。 特定地点的养分管理，无论是基于给定田地的土壤或植物的养分状况，都能确保根据土壤-植物系统的需要管理通过肥料施用的养分。 因此，与在一些发展中国家仍然盛行的针对不同作物的全面施肥建议相比，特定地点的养分管理可确保长期维持土壤健康。 氮肥：土壤酸度的潜在贡献者 尽管氮肥对作物有积极作用，但土壤中氮的自然转化可能会对土壤健康产生间接负面影响。 这种自然现象的严重程度取决于所用氮肥的性质和用量以及土壤特性。 土壤对氮转化引起的 pH 值变化的恢复能力的一个关键因素是土壤的缓冲能力，而缓冲能力又取决于固相碳酸钙的存在。 在世界干旱和半干旱地区，土壤通常是钙质的，因此具有高度缓冲性； 在温带地区，土壤往往呈中性或微酸性； 而热带土壤通常风化程度高，呈酸性，缓冲能力很小或没有。 连续过量施用氮肥，特别是还原氮（NH3、NH4+）对土壤健康的影响取决于其对土壤酸化的影响程度。
图 3 基于养分管理原则的肥料最佳管理实践支持改善土壤健康的四个管理目标。 基于养分管理的肥料最佳管理实践 生产率 盈利能力 有利的生物物理和社会环境 耕作系统的可持续性 在酸化过程中，土壤释放碱性阳离子，例如钙 (Ca) 和镁 (Mg)。 随着时间的推移，随着氮的持续添加，碱性阳离子会被耗尽，铝 (Al3+) 从土壤矿物质中释放出来，通常达到有毒水平，导致植物营养失调。 施用氮肥导致的土壤酸化取决于添加的氮的形式、质子产生和消耗过程之间的净平衡以及土壤的缓冲能力。 最近，郭等人 (2010)报道了中国施用重氮肥后土壤严重酸化。 20 世纪 80 年代至 2000 年代，大面积作物生产区的土壤 pH 值显着降低。 施用氮肥每年每公顷释放 20 至 221 千克氢离子 (H+)，而碱基阳离子的吸收又为土壤酸化贡献了 15 至 20 千克 H+ ha-1year-1。 中国继续采用目前的施肥做法可能不利于土壤健康。 使用硝酸盐肥料和施用石灰可能有助于减轻土壤酸度。 土壤酸化间接导致微生物氮固定减少（Venterea 等，2004）。 土壤酸化还可能影响 SOM 的分解和矿化，从而影响 SOM 的质量。 施用超过作物生长需要的氮肥会导致地下水、湖泊和河流中硝酸盐和阳离子（Ca、Mg）的淋滤增加，从而对这些水体的质量产生负面影响。 在底土中，淋滤出的硝酸盐可能会促进黄铁矿的氧化，从而释放出硫酸盐和各种微量元素，包括镍（Ni）、砷（As）、钴（Co）、铜（Cu）、铅（Pb）、锰（ Mn）和锌（Zn）。 自由生活的真菌和固氮细菌对高活性氮水平敏感，微生物群落的变化反过来影响有机质矿化和养分循环等土壤过程（Velthof 等，2011）。 低土壤 pH 值会通过硝化和反硝化作用促进一氧化二氮 (N2O) 的产生，一氧化二氮是一种强效温室气体。 上个世纪，由于化石燃料燃烧和集约化农业中氮肥的使用，氮氧化物 (NOx)、一氧化二氮 (N2O) 和氨 (NH3) 的人为排放量增加了三到五倍 （丹曼等人，2007）。 由于全球人口的增长，导致对食品、特别是动物蛋白的需求增加，预计许多地区的氮氧化物、氧化亚氮和氨的排放量将进一步增加。 到 2100 年，陆地上的氮沉积可能增加 2.5 倍（Lamarque 等，2005）。 除了化石燃料燃烧产生的氮氧化物排放外，从农业土壤中散发出来的气态氮也会通过土壤酸化和随之而来的植物生物多样性减少而对陆地生态系统产生不利影响（Galloway等人，2003年）。 森林和自然植被下的土壤中已有报道称，大气沉降中过量输入活性氮会导致土壤酸化。 然而，以大气氮沉降的形式对森林生态系统进行无意的施肥也会刺激森林生长，并影响土壤微生物活动以及土壤中碳和养分的循环（Janssens等，2010）。 氮从农业到森林的溢出效应说明了陆地系统所有组成部分的相互依赖性。 肥料使用对土壤生物群的影响 土壤提供的有益功能，即生态系统服务，是由许多相互关联且复杂的土壤生物过程驱动的。 土壤健康的概念不仅考虑到土壤生物群和发生的无数生物相互作用，而且还认为土壤为生物群提供了生存空间。 由于土壤系统是开放的，其健康或完整性受到外部环境和人为压力的影响。 作为肥料或有机投入施用的养分是土壤系统及其内部过程的控制性投入。 C 之后，氮和磷的循环及其在土壤中的动态或通量对生态系统服务（包括农业生产）的提供具有控制性影响。 尽管控制养分供应以增加土壤系统的生产力是农业的基础，但关于养分添加对不同土壤生物组合状况的影响的知识有限。 然而，随着近几十年来“有机农业”的兴起，人们开始担心现代农业实践对土壤中生命的影响，无论是真实的还是想象的。 有人提出，碳、能源、养分和水供应不足等农业实践，以及连续机械耕作和使用杀虫剂等集约化替代实践的影响，可能会损害土壤的自然功能。 有人声称，过量的肥料（超出作物需求）可能会对土壤生物群落的组成和结构产生重大但负面的影响，从而损害土壤健康。 一般认为，C底物的有效性是土壤微生物活性的主要限制因素。 然而，情况并非总是如此，因为越来越多的证据表明土壤微生物可能经常受到土壤中氮供应的限制（Schimel 等，2005）。 当氮的需求超过其供应时，土壤系统的功能能力受到氮可用性的强烈影响。 如果没有通过无机肥料或有机肥额外输入氮，特别是没有适当考虑生物量的相关碳需求，农业系统中的土壤健康就会下降。 同样，土壤中的磷库会因耕作或侵蚀而减少，在缺乏肥料补充供应的情况下，导致土壤健康状况下降。 显然，添加动物粪便和使用矿物肥料可以抵消氮、磷和其他养分的损失，并有助于恢复和维持土壤健康。 农业干预措施，例如使用杀虫剂、过度使用无机肥料和动力耕作，可能会破坏土壤中的生物群落，破坏其栖息地并扰乱其功能（Kibblewhite等，2008）。 由于生物体及其功能之间的相互作用，干扰、目标生物群和对功能的影响之间的联系远不是线性的。 由于大多数土壤生物通过一个或多个营养级直接或间接依赖于有机物分解过程来获取其能量和碳，因此该能量产生系统的任何破坏都可能导致能量和碳流向土壤的变化。 不同的功能。 然而，由于土壤健康系统的综合特征以及任何一种土壤生物体可能具有多种功能的可能性，评估不同功能的相对能量分配可能会很困难。 例如，参与养分循环和土壤结构维持的大部分生物体也是主要或次要分解剂。 阐明这些问题仍然是一项重大的研究挑战。 显然，功能意义上的土壤健康不应被视为一组单独的土壤特征，而应被视为整个生态系统的整体属性并进行管理。 然而，大量研究表明，对于土壤养分周转和长期生产力至关重要的土壤微生物活动，可以通过无机肥料的使用而增加，甚至通过有机改良剂与无机肥料的综合使用而进一步增强。 化肥使用对土壤生物群的直接影响可能是积极的，也可能是消极的，其持续时间也有所不同，具体取决于所考虑的时间范围、所用肥料的类型和数量及其施用方式。 条带施用高浓度氨肥对土壤微生物的潜在损害通常是短期的，并且仅在施用区域内。 在澳大利亚进行的一项研究中，在带内注射尿素和氨可降低窄带应用中的总微生物活性，持续 5 周，之后水平恢复正常。 原虫数量减少了80%，5周后仍未恢复正常。 从积极的一面来看，在带状施用尿素/氨后 5 周，土壤中硝化细菌的数量大幅增加（Angus 等，1999）。 最近，Geiseller 和 Scow (2014) 发表了一项基于来自世界各地 64 个长期实验的 107 个数据集的荟萃分析，结果表明，施用矿物肥料导致微生物生物量显着增加 (15.1%)，高于人类水平。 未受精的对照处理。 在施肥处理中，施肥往往会减少 pH 值低于 5 的土壤中的微生物生物量，但在土壤 pH 值至少为 7 的实验中，与施肥相关的微生物生物量平均增加 48%（表 1）。 此外，微生物生物量的增幅是至少 20 年来研究中最高的。 比德贝克等人。 (1996) 记录了尿素和无水氨施肥 10 年后对土壤微生物种群和土壤质量的影响最小。 据一致报道，施用磷肥可减少菌根真菌，但这种情况发生的程度取决于所涉及的真菌种类和植物有效磷的水平。大量使用氮肥对土壤生物群的间接影响通常是更持久和更持久的。 是由于 pH 值的变化或生产率、残留物投入和 SOM 水平的变化造成的。 鉴于关于土壤生物群的氮和磷影响的相互矛盾的报告，需要更明确的研究来澄清这个问题。 化肥的使用减少了土壤侵蚀 关于人类在造成土壤侵蚀方面的作用已有很多文章（Lal，2007），但土壤侵蚀固有的各种过程（侵蚀性、可蚀性1）与作物生产实践（特别是矿物肥料的使用）之间的联系尚未得到研究。 已有详细记录。 在许多热带和亚热带地区，肥料和/或有机肥的养分供应不足，以及养分管理不当，会迅速降低土壤生产力，富含养分和有机质的表土会因侵蚀而流失。 农田养分供应不足，例如： 由于撒哈拉以南非洲大部分地区化肥使用不足，导致土壤肥力丧失，并可能因植物覆盖不足而导致水土流失加剧。 生物固氮和粪便回收是当地唯一的营养来源，但并不总是得到最佳利用。 无法将作物收成与充足的养分投入相匹配，导致养分和有机质的消耗，土壤健康状况恶化，并增加因侵蚀而导致土地退化的风险。 当地面覆盖物不足以保护土壤并减少降雨和风对土壤表面的影响时，以及当由于有限的 SOM 导致团聚体稳定性降低时，土壤侵蚀就会成为一个问题。 在这种情况下，径流和侵蚀损失的增加会导致水库和沿海地区的沉积和淤积，在某些情况下还会导致河流和湖泊的富营养化。 施肥氮（+N）和未施肥（-N）处理中的土壤微生物生物量碳（mg kg-1）。 未加权平均值基于对来自世界各地 64 个非低地水稻长期实验的 107 个数据集的荟萃分析（改编自 Geiseller 和 Scow，2014 年）。
1 侵蚀力是对某个地理区域内侵蚀现有土壤的潜在力量（风或雨）的描述。 侵蚀性是指特定土壤被风、水或冰分离和迁移的敏感性。 化肥使用导致土壤有机质下降——神话还是现实？ 关于 SOM 作为土壤健康关键指标的文章已经有很多，因为它的重要功能影响土壤肥力、生产力和环境。 鉴于微生物 C 和 N 循环的基本耦合、两种元素在 SOM 中的主导存在以及土壤 C 和 N 矿化之间的密切相关性，导致土壤有机 C 损失的做法也会对 N 储存产生严重影响。 在土壤中。 15N 示踪剂调查的大量证据表明，植物从原生土壤中吸收的氮通常大于通过肥料施用的氮（Stevens 等，2005）。 因此，原生土壤氮决定了施氮肥的效率以及土壤-植物系统损失的氮量。 有机氮的损失会降低土壤生产力和肥料氮的农艺效率，并与产量停滞和粮食产量下降有关（Mulvaney 等，2009）。 土壤氮供应的减少本质上不利于生产力。 尽管每单位施氮的增量回报较低，但通过使用改良品种或提高化肥施用率，作物产量可能会持续甚至增加，但最终，土壤退化可能导致产量下降或停滞，这是投入密集型农业一个新出现的问题。 各种研究表明，SOM 随耕作和肥料氮输入的变化而变化； 这是一个越来越有争议的问题。 通常，SOM 会随着不施氮肥的耕作而降低，但可能会随着施氮肥而增加。 施氮肥可能通过两种机制影响 SOM： (i) 与不接受氮的土壤相比，它可以通过促进植物生长来增加土壤有机质，从而增加添加到土壤中的凋落物和根生物量，以及 (ii) 它可能会通过凋落物（树叶、稻草、粪肥等）和土壤中已有有机碳的腐烂或微生物转化而加速 SOM 损失（Recous 等，1995）。 第一种机制被广泛接受，但第二种机制尚未得到无可争议的证明。 Glendining 和Powlson（1995）根据 45 项持续时间从 7 到 136 年不等、主要来自温带地区的长期实验结果表明，与施用氮肥的处理相比，长期施用氮肥增加了土壤有机氮总量。 84% 的研究地点不施氮肥。 另一方面，在温带和热带地区的长期实验中，连续施用氮肥导致 92% 的试验点土壤有机氮净损失，74% 的试验点土壤有机碳净损失。 （Khan 等人，2007 年；Mulvaney 等人，2009 年）。 鲍尔森等人。 然而，（2010）认为，在解释总氮的变化时，需要考虑过去粪肥和合成肥料氮输入的变化，以及无氮对照地块土壤氮和碳的长期变化。 土壤中的有机氮和有机碳。 这些作者还质疑 Khan 等人使用的数据集是否正确。 （2007）和马尔瓦尼等人。 (2009) 足够全面，足以支持合成肥料氮导致有机碳和氮含量下降的结论。 图 4 在世界各地的长期实验中，与未施肥对照相比，施肥导致的土壤有机碳增加。 与未施肥对照相比，施肥导致的土壤有机碳增加百分比
对全球农业和粮食生产至关重要的一个紧迫问题是：长期使用合成肥料氮是否会导致土壤中有机质含量下降？ 拉达等人 (2011) 试图通过收集世界各地 114 个长期实验的数据来解决这一争议，并得出结论，Khan 等人采用的方法（2007）和马尔瓦尼等人(2009)没有考虑不施肥时有机碳和有机氮随时间的变化。 Khan 等人报道，长期施用氮肥后土壤总有机碳和氮的绝对变化（2007）和马尔瓦尼等人(2009)，遵循时间响应比，因此显示出下降。 然而，当按肥料氮响应比对数据进行分析时，发现在没有氮修正的情况下，有机碳下降了 7% 至 16%，有机氮下降了 7% 至 11%； 然而，随着土壤接受氮肥，土壤有机质损失率下降。 基于配对比较变化的肥料响应比方法的时间显示，有机 C 和有机 N 的平均增加分别为 8% 和 12%。 与 Ladha 等人一起(2011)，最近 Geiseller 和 Scow (2014) 以及Körschens 等人（2013）发现，在世界各地的长期实验中，与不施肥的地块相比，充分且均衡地使用矿物肥料导致 SOM 增加（图 4）。 如果施用合成肥料氮后土壤有机质的下降是一种普遍现象，那么几乎肯定会对粮食生产产生重大影响，因为它会导致土壤功能和作物生产力的螺旋式下降。 肥料和有机营养源的综合管理 使用有机肥料作为养分来源及其对土壤的普遍益处可以追溯到定居农业的开始，尽管当时还不知道这种肥料有何益处。 随着高产谷物品种的引入和矿物肥料的广泛使用，提供氮、磷和钾作为植物的主要养分，有机肥被认为是次要的养分来源。 然而，随着人们对土壤健康和农业可持续性的认识不断提高，有机肥和许多不同的有机材料作为综合植物养分管理 (IPNM) 战略的组成部分已变得越来越重要。 因此，可持续农业系统的主要重点是通过综合使用矿物肥料与有机投入（如动物粪便、生物固氮、农作物残留物、绿肥、污水污泥和食品工业废物）来管理有机质和植物养分。 IPNM的基本概念是维持和可能改善土壤的肥力和健康，以实现长期持续的作物生产力，并使用肥料养分作为农场不同有机来源提供的养分的补充，以满足作物的养分需求 以实现既定的产量目标。 综合土壤肥力管理（ISFM）被定义为一套土壤肥力管理实践，其中必然包括肥料和有机投入以及改良种质的使用，并结合如何使这些实践适应当地条件的知识。 此类做法旨在最大限度地提高所施用养分的农艺利用效率并提高作物生产力。 所有投入都需要遵循合理的农艺原则进行管理（Vanlauwe 等，2010）。 肥料构成了 ISFM 的切入点，这是一项非常针对具体领域的战略。 ISFM 的目标是最大限度地提高肥料、有机投入、改良种质和农民知识的有效组合所产生的相互作用。 最终的结果是通过更明智的农业投资和田间实践提高生产力、改善土壤质量和建立更可持续的系统，从而将增加投入使用对环境的影响降至最低。 IPNM 和 ISFM 方法是整体性的，旨在优化植物养分供应，总体目标是尽可能有效地充分滋养作物，改善和维持土壤基础的健康，同时尽量减少对环境的潜在不利影响。 例如，在印度北部亚温带地区 Alfisol 地区一项为期 9 年的小麦-大豆种植系统研究中，通过联合施用小麦和大豆，小麦的生产力显着提高，土壤有机碳含量也得到改善。 有机肥和矿物肥料（表2）。 尽管存在有机质消耗的特征模式，但即使在有利于有机物快速分解的热带条件下，也很少有完全耗尽的阶段； 事实上，重度耕作的土壤往往会在较低的平衡极限下达到稳定状态（Buyanovsky 和 Wagner，1998）。 在原始土壤或以前未耕种的土壤中，SOM 水平在该特定环境中最高； 因此，平衡的 SOM 水平是特定于环境的。 耕作总是会降低 SOM 水平，其程度取决于管理和投入。 在管理良好的耕作土壤中，土壤有机碳在重度耕作土壤中的低稳态有机碳值和未耕种土壤中观察到的最高值之间波动； 单独耕作往往导致土壤平衡碳水平较低，但添加粪肥和化肥可减少耕作过程中土壤有机质下降的程度。 由于世界范围内的环境条件以及有机投入方面的农业生产系统各不相同，因此对有机物质水平进行一些广泛的区域观察是相关的。 由于气候因素对初级生产力和生物量分解的控制作用，热带土壤特别是干旱、半干旱和半湿润气候影响下的土壤普遍存在SOM缺乏现象。 由于不平衡养分的去除和添加就不可能实现可持续性，因此没有化肥的生产力会稳步下降。 在温带地区，农作物残留物通常会被纳入土壤中，但在热带地区实际上不存在将残留物返回土壤的做法。 因此，在热带地区，由于生物活性温度和湿度条件全年盛行，有机质添加量低以及加速降解和损失，导致 SOM 水平迅速下降，从而由于缺乏有机质的有益影响而降低土壤健康。 有机物。 一般而言，热带土壤的 SOM 含量在开垦后可降至未开垦原住地原始值的 30% 左右，但大多数报告表明，开垦 10 年后，其含量会减少约 60%。 凯蒂尔等人。 （2001）通过长期田间实验记录了耕作的这种变化。 在原始土壤中，施肥后 SOM 保持稳定 10 年，但随后在接下来的 3 年内降至初始值的 40% 左右。 然而，当施用粪肥和化肥时，SOM水平可以保持稳定25年，这说明了有机和无机营养源的综合利用对于稳定和维持耕作系统中的SOM以及确保无论何种耕作系统的可持续性的价值。 在灌溉条件下并定期施用推荐施用量的NPK肥料时，生产力在最初增长5-6年后停滞或下降。 正是化肥和农家肥的结合施用才始终保持了生产力。 无论地点或种植制度如何，这一结论都是有效的（Katyal 等，2001）。 表 2 印度北部亚温带地区阿尔莫拉 Alfisol 小麦-大豆种植系统 9 年灌溉试验中施用矿物肥料、农家肥及其组合后小麦的平均产量和土壤有机碳变化（改编自 来自Bhattacharyya 等人，2010）。
有机肥的施用除了在土壤中发挥物理和生物功能外，还对主要养分以外的养分产生附带影响，例如： 通过减少或消除微量和次生养分缺乏的出现，并防止肥料导致缓冲不良的酸性土壤的 pH 值下降。 即使在下雨的情况下，土壤肥力和生产力下降到必须施肥才能立即提高产量的程度，但添加有机肥对于维持由此获得的产量增长也是必要的。 因此，基于化肥和有机肥的 IPNM 对于维持高生产力和良好的土壤健康至关重要。 在非洲，土壤因有机质流失和养分开采而严重退化，可持续养分和有机质管理正在以 ISFM 的形式出现。 ISFM 的概念现已成为一种被接受且经过验证的土壤和作物管理方法（Alley 和 Vanlauwe，2009 年）。 在非洲，当按照 ISFM 原则将肥料与有机投入一起使用时，根据对肥料的反应，可识别两种类型的土壤： (i) 作物生产力对肥料有反应的土壤——“反应性土壤”，以及 (ii) 作物生产力对肥料反应极小或没有反应的土壤——“贫瘠、反应较差的土壤”（Vanlauwe 等人，2011 年）。 在一段时间内不连续、不足或不施肥可能会因养分消耗和有机质流失而导致严重的土壤退化，使土壤对肥料失去反应。 当耕作一段时间后重新开始施肥或有机质时，土壤可能不会立即做出反应，作物生产力也可能无法恢复到中断施肥之前的产量。 当土壤退化超过一定阈值时，可逆性可能会丧失。 这种效应被称为“土壤记忆”，与定义作物对肥料响应曲线的参数有关（Tittonell 和 Giller，2013年）。 描述这种土壤记忆的决定因素以及克服它的方法以确保不同类型土壤和耕作系统的土壤恢复或恢复力是一项具有挑战性的任务。 例如，Zingore 等人。 (2007) 证明，只有在连续 3 年施用 17 t ha−1year−1 农家肥后，才能获得退化外田对肥料的反应。 一旦土壤对肥料产生反应，基于有机投入和肥料联合应用的IPNM 就会改善农艺效率和土壤健康。 有机肥和肥料的这种独特的相互作用是处理发展中国家土壤的一个重要考虑因素，与具有较长施肥历史的发达国家的土壤相比，发展中国家的土壤通常倾向于退化。 研究需求 尽管土壤健康的概念仍然模糊且不断发展，但很明显，除了作物产量的主要关注点外，未来对作物生产和耕作系统中肥料使用各个方面的研究还需要考虑土壤方面。 但土壤健康研究可能很难获得资金，除非它在某种程度上与改善耕作有关，无论是在增加产量还是更有效地利用投入方面。 虽然许多属性反映了土壤健康或质量，但没有一个可操作定义的土壤健康综合指数。 尽管土壤健康研究取决于土壤有机质含量，但几乎所有研究都涉及总 SOM，而不是更具活性的不稳定组分或生物量 C 组分，据称后者是 SOM 变化的更敏感指标。 l 就肥料对土壤健康的影响而言，焦点几乎完全集中在氮上，其次是磷； 钾、次要养分或微量养分对土壤健康的作用尚未被探索，尽管与主要养分相比，这些养分可能具有较小的影响。 l 在土壤健康方面，需要更多地记录各种耕作系统中 SOM 的稳定性和有机残留物的长期去向。 在这方面，世界各地不同农业生态区的许多长期农艺实验可以提供与土壤质量相关的宝贵数据集。 l 虽然世界各个气候地区都报道了与土壤健康相关的研究，但降雨或土壤湿度和土壤温度对土壤健康的具体影响尚未出现。 在这方面可以有效地采用建模。 鉴于关于肥料与土壤健康关系的报道有限且有时相互矛盾，再加上许多土壤生物识别方面的空白，显然需要协调相互矛盾的数据并探索微生物王国中的未知事物。 l 不同微生物群对重复施用矿物肥料的反应各不相同，似乎取决于环境和作物管理相关因素。 由于没有足够的数据来了解环境因素、施肥量和类型以及特定土壤微生物群之间的相互作用，因此需要进行更多的研究来了解这些复杂的相互作用。 虽然一些研究已经确定了农作物残留物和其他有机物质对土壤健康的影响，但还需要考虑一系列残留物，从可溶性和易分解的豆类到谷物秸秆中的木质化抗性物质。 为了降低耕作成本并可能维持和/或改善土壤健康，世界许多地区越来越多地采用保护性农业系统，其中土壤耕作到最小程度，农作物残留物保留在土壤中。 土壤，以帮助形成 SOM。 需要在此类系统中制定适当的肥料管理策略，以维持或改善土壤健康。 l 正如国际土壤年所呼吁的那样，在广泛的社会层面上，公众需要更多地认识到土壤的重要性，了解土壤如何通过初级作物生产影响人类，如何影响土壤的数量和质量。 我们的食物，进而我们的健康，它如何影响我们的水和环境，它如何调节温室气体和气候变化，以及它如何决定文明本身的进程。 总结和建议 土壤是地球生命的基础。 化肥是为全球目前超过 70 亿的人口提供充足食物的主要因素； 预计到 2050 年，肥料对于维持超过 90 亿人口的生存将变得更加重要。虽然矿物肥料的主要影响是对作物产量，但它们也对土壤的质量、健康或其容量功能对人类的进步产生间接影响。。 许多因素都会影响土壤质量或健康。 有利的物理因素（例如质地）是质量的重要组成部分，但质地在很大程度上是不可改变的。 质量的关键因素是有机质含量，虽然相对较小，但对土壤的整体健康及其有益功能有很大影响。 土壤有机质控制土壤微生物种群及其在土壤中的许多功能，例如分解和养分循环。 肥料的使用会对土壤健康产生积极或消极的影响。 根据所使用的耕作系统，定期添加氮肥可以提高土壤有机质水平。 有机质有助于提高土壤团聚体稳定性，从而有助于抵抗侵蚀和土壤退化。 虽然氮肥在土壤中的自然转化会引起酸化，从而降低土壤 pH 值，对作物生长产生负面影响，但这种影响的程度取决于氮的使用量和形式以及土壤类型； 钙质土壤具有弹性或可以缓冲这种影响。 肥料对土壤微生物种群的负面影响取决于氮源和施用方法，但负面影响是局部的且短暂的。 长期使用肥料会导致土壤微生物量的增加。 矿物肥料能够在多大程度上促进经济和高效的作物生产，并同时在质量或健康方面使土壤受益，取决于最佳管理实践的采用。 这些原则要求尽可能将有机肥与矿物肥料综合使用。 与许多其他科学领域一样，需要更加协调一致地努力教育广大公众，了解肥料与作物产量和土壤质量或健康之间的协同作用。 土壤和农艺研究清楚地表明，可持续农业集约化和健康环境是相容的目标。 |
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