一种改良致密粘土底土的新方法

某些类型的底土使农民特别难以种植高产作物。墨尔本拉筹伯大学的Peter Sale和他的团队开发了一种名为“底土施肥”的新方法，可以改变这种情况。塞尔是一位对植物-土壤相互作用感兴趣的农学家。过去30年，他一直在拉筹伯大学从事研究和教学工作。在过去的20年里，他的特别研究兴趣一直是改善作物生长的底土。

到2050年，能让世界生产出足够养活90亿人的粮食的提高生产力的新型农业做法在哪里?随着全球人口每年迅速增长，而数百万人已经无法获得足够的食物，这是一个非常相关的问题。

研究表明，全球谷物需求将需要增加近一半，从2005/2007年的20.7亿吨增加到2050年的30多亿吨。我们没有无限的种植空间，所以我们需要找到提高现有农田产量的方法。随着全球气温的上升和降雨的变化，这将不是一项简单的任务。

通过研究改进耕作方式不仅可以提高农民目前从他们的作物中获得的产量，而且还可以把以前难以耕作的土地变成更可行的选择。有可能提高作物产量的一种新的耕作方法叫做“底土施肥”。这一做法是用来改良致密的粘土底土的。

高密度粘土底土的挑战是什么?
深厚的粘土底土对雨养作物来说是个问题。粘土颗粒紧密地堆积在一起，这限制了雨水进入粘土的速度。很多进入粘土的水分被紧紧地锁住了，植物无法吸收。粘稠的粘土也限制了根系的生长。这意味着底土不能有效地吸收和储存大量降雨供作物使用。

这是一个关键问题，因为健康、管理良好的雨养作物的产量直接取决于降雨以及它们通过根部吸收和通过叶子蒸腾的雨水量。

研究人员发现了一种方法，可以克服底土带来的物理挑战，并真正改善其结构，从而提高粘性底土的作物产量。

当土壤湿润时，致密的粘土底土也限制了空气扩散到土壤中呼吸的根部;这意味着作物的根系在这些潮湿的底土中挣扎着争取空气。此外，粘土的排水性能很差。每当在生长期间雨量过剩时，由此产生的积水就会对作物造成内涝损害。化学限制也会加剧这些底土的问题，特别是如果它们是高碱性和弥散性的，或者如果它们是盐渍的，情况会更糟。

干旱地区的土壤往往碱性更强。高碱性土壤pH值在9以上;它们含有大量的钠，这使得粘土具有高度的分散性。此外，还可能存在高浓度的碳酸氢盐和碳酸根离子，降低了营养物质的利用率。因此，生长迟缓和营养缺乏是常见的。含有有害盐分的土壤称为盐渍土。

然而，对于高密度的粘土底土，最主要的挑战是找到一种方法，使雨水更容易进入粘土，更容易进入作物的根部，并使根系通过粘土生长，吸收粘土中多余的水分。

改良的尝试
早期试图改善致密粘土底土依靠物理和/或化学干预。然而，诸如此类的努力并不能完全克服土壤的物理限制，而且它们一般是不可持续的。在这些土壤上耕作的农民往往只是简单地接受他们需要学会在这些限制中生存。改善底土的结构并不是一个可行的解决方案。

对于这样的土壤，增加底土的水供应并不足以帮助它们。地基土本身的结构需要改进。一个解决方案是底土施肥，这是由墨尔本拉筹伯大学的Peter Sale和其他研究人员在澳大利亚研究委员会、Rentiers Machinery Pty Ltd和谷物研发公司的支持下在澳大利亚东南部开发的。研究人员发现了一种方法来克服底土带来的物理挑战:通过改善其结构，该团队使作物产量增加。

底土施肥是如何起作用的?
研究人员在澳大利亚南部的一个地区开展了他们的工作，该地区以大面积的南土土和色土土(被归类为具有结构不良的致密粘土底土的土壤)而闻名。改善粘土结构的一个关键目标是使粘土形成更大的颗粒(团聚体)，以增加粘土的孔隙空间。从本质上说，这意味着在根部周围创造更多的空间，这样它们就能更容易地生长，也能更好地接触水和空气。这会改变底土，帮助它变得有用和肥沃。

研究表明，对退化土壤施用有机改良剂是恢复过程的重要组成部分。其中最有效的似乎是堆肥和动物粪便，但稻草和污水污泥也可以使用。修饰颗粒周围的土壤成为强烈的微生物活动中心，这导致了土壤团聚体的形成和稳定。

利用这一知识，La Trobe团队采取的方法是将高比率(每公顷高达16-18吨干重)的富营养有机改良剂(如家禽粪便)深入到非碱性、非盐碱的上层粘土底土中。这促进了作物根系在修正带内和周围的生长。这种做法现在被称为“底土施肥”，它带来了许多重要的好处。

底土施肥的好处
研究得出的一个令人惊讶而有趣的结果是，细粘土颗粒确实形成了更大的团聚体，在团聚体之间创造了空间，这在底土中形成了多孔结构。这种多孔结构的好处是雨水可以更容易地进入粘土，这样植物就能获得更多的水分，而且根系现在可以通过粘土繁殖并吸收多余的水分。

最重要的是，任何多余的水可以自由地从底土排出去，所以在高降雨时期内涝不再是一个问题。有趣的是，采用底土施肥的农民发现，在潮湿的冬天，内涝问题不那么严重了——而且他们也不再在潮湿的时候让喷雾机陷入困境。

另一个关键的好处是，在有利的季节条件下，用深土施肥的土地上的作物产量大大高于经济作物的产量。这被归因于修正案中额外的矿物质营养，以及作物根系能够获得额外的底土水分。此外，在深土施肥的土地上种植的第二、第三和第四种作物的产量继续超过经济作物的产量。这种好处似乎是持久的。

有什么缺点吗?
不幸的是，底土施肥也有一些缺点。首先，深层土壤的转化需要旺盛的深层根系生长，而这只会发生在有良好天气条件的雨养作物上。

在澳大利亚南部的小麦种植区，春季(9月至11月)需要降雨。此外，底土需要有水，以便作物生长。研究表明，如果在作物之间的休耕期间有充足的雨水，并使底土湿润，就会产生对底土施肥的大产量反应。

证据表明，密实粘土底土的结构确实可以通过底土施肥来改善，这可以提高作物产量。

对降雨的依赖可以解释为什么这种做法在维多利亚的高降雨种植区成功，在多年的平均和高于平均降雨量。因此，在短期内，如果天气干燥，农民在这些土壤上耕作是一种有风险的做法。然而，当季节改善时，后续作物仍将对这些修正作出反应。

第二个重要的缺点要注意，当涉及到这种底土改良技术的实践是昂贵的。需要将其视为对土壤生产力的一次性资本投资。需要专门的机械来进行深波段高速率的修正。需要进行更多的研究，以通过优化形式、掺入率和修正案的放置深度来降低实践的高昂前期成本。

未来的前景?
21世纪的全球粮食需求将会增加。因此，任何能增加作物产量的做法都是有益的。证据表明，密实粘土底土的结构确实可以通过底土施肥来改善，这可以提高作物产量。

对于雨养作物来说，底土施肥的主要缺点是它需要水(来自降雨)来工作。这意味着它不太可能在干旱、降雨少的地区有效。然而，谈到成本问题，还是有希望的。添加了肥料的作物残留物，如麦秸，也可能是有效的，而且比目前使用的修订版更便宜。

迄今为止的结果应该被视为令人鼓舞的。它们应该激发进一步的研究，从而增加我们对改进过程的理解，提高有效改进机制的可用性，并开发实践以减少改进实践的高成本。