背景

植物所攝取的營養(yǎng)素

有機肥和土壤改良劑的特點

決定需要哪些修改

pH值管理

氮管理

磷和鉀的管理

次要和微量營養(yǎng)素

概要

消費者需求和維持或改善土壤資源的愿望促使了有機作物生產(chǎn)興趣的增加。有機農(nóng)業(yè)的許多基本目標之一是以最少的合成投入物生產(chǎn)作物。這種方法背后的主要概念是通過更多地依靠土壤系統(tǒng)中的生物過程來回收和釋放營養(yǎng)物質(zhì)，而不是從制造的肥料中提供大量的可溶性營養(yǎng)物質(zhì)來節(jié)約自然資源。重點放在土壤有機質(zhì)組分中的營養(yǎng)物循環(huán)和生物過程的增強，以使該組分中的營養(yǎng)成分可供植物根部使用。討論的重點是提供有關(guān)管理和維持有機作物生產(chǎn)土壤肥力的各種方法的信息。

背景

當任何農(nóng)作物出售時，農(nóng)場的營養(yǎng)物質(zhì)都會流失(這就是所謂的能量守恒吧)。雖然很多土壤可以在不增加肥料的情況下為作物生長提供營養(yǎng)，但是除非營養(yǎng)物質(zhì)被替代，否則最終農(nóng)場的生產(chǎn)力將會下降。管理有機食品生產(chǎn)的土壤肥力的一個主要挑戰(zhàn)是整合來自可接受來源的營養(yǎng)物質(zhì)的投入和使用適當?shù)淖魑镙喿鳌τ趧游镳B(yǎng)殖業(yè)來說，這個任務相當簡單。農(nóng)民將種植和購買飼料，為他們的動物提供這種飼料，收集/堆肥的動物糞便，然后施用糞便適當?shù)淖魑铩Ｅc固氮菌結(jié)合的豆類被用于此。這些豆類可以用作反芻動物的飼料或綠肥。深層次的豆科植物也可以將來自底土的養(yǎng)分循環(huán)到土壤表面。草還可以用作飼料和綠肥作物，從而降低土壤深度，增加有機物質(zhì)和循環(huán)養(yǎng)分。額外的綠肥作物包括冬小麥，高粱 – 蘇丹草和蕎麥等小雜糧。

如果牲畜不是在農(nóng)場飼養(yǎng)，則需要從外部獲得來自其他有機改良劑/肥料的營養(yǎng)物質(zhì)。這些有機肥料的單位養(yǎng)分成本通常比合成肥料來源要高，而這又會使作物獲得更高的價格，除非可以從其他行業(yè)中減少成本。豆類和其他綠肥作物仍然可以種植，盡管如果你沒有動物飼料，在輪作中找到空間可能會更困難。飼料可以作為經(jīng)濟作物種植，但是當農(nóng)場出售大量營養(yǎng)物質(zhì)時，必須進行更換。有機作物生產(chǎn)者必須具有創(chuàng)造性，才能找到旋耕的機會來種植土壤建設豆類和其他綠肥/覆蓋作物。

植物所攝取的營養(yǎng)素

在討論如何使用有機技術(shù)來管理土壤肥力之前，簡單回顧一下植物根系吸收的營養(yǎng)形式可能是有用的。大多數(shù)營養(yǎng)素必須溶解在土壤溶液中，然后植物根部才能將其吸收。如果將肥料施用到土壤中，則必須首先將其分解成最簡單的無機形式，以供植物有效使用。植物的根可以吸收一些較大的有機分子，但它們的吸收速度很慢。從植物根部的角度來看，如果營養(yǎng)物質(zhì)來源于有機肥料或無機肥料，則幾乎沒有什么區(qū)別。

有機肥和土壤改良劑的特點

對于有機作物生產(chǎn)可接受的肥料/修改，必須符合某些要求。從嚴格的化學意義上講，有機是指任何含有碳的物質(zhì)。然而，有機農(nóng)業(yè)并不拘泥于這個定義。一些含碳肥料如合成尿素不適用于有機生產(chǎn)。同樣，一些被認為是無機（無碳）的材料，如磷酸巖是可以接受的。一般而言，肥料或有機生產(chǎn)的修正必須來自含天然碳的非合成材料（如糞肥）或未經(jīng)過化學處理的非合成無機材料（如石灰石，磷酸鹽巖）。如果您不確定特定產(chǎn)品，請咨詢明尼蘇達州農(nóng)業(yè)部或有機作物改良協(xié)會將其應用于您的領(lǐng)域之前，了解其有機農(nóng)業(yè)的適宜性。

有機生產(chǎn)可接受的肥料通常具有較低的營養(yǎng)成分分析，并且由較大的不溶性分子組成，這些分子花費時間分解成植物可用的形式。生產(chǎn)有機農(nóng)作物可接受的肥料組成因濕度和生產(chǎn)習慣而異。有機肥料或修改的化學分析是必要的，以確定精確的應用率。商業(yè)銷售的任何化肥（有機或無機）必須依法擁有NP?2?O?5?-K?2O（氮磷鉀）分析袋。除非已知營養(yǎng)成分，否則不要購買任何肥料或土壤改良劑。表1提供了一些常用的有機肥料和土壤改良劑的近似營養(yǎng)成分。

由于營養(yǎng)成分分析較低，為了獲得相同的營養(yǎng)價值，用于有機生產(chǎn)的肥料需要比常規(guī)肥料更大量地施用。此外，用于有機生產(chǎn)的肥料只能慢慢地供給植物。使用這類肥料的原因是，它們不會在短期內(nèi)劇烈地改變土壤的化學性質(zhì)，并促進有機物質(zhì)的積累，從而改善土壤的物理性質(zhì)。它們通常具有低鹽指數(shù)，因此可以一次施用更多的量而不會對植物根造成傷害。對于有機氮來源，可以在一個大的降雨事件中進行單一的應用，而不必擔心大部分的N被淋失。然而，重要的是要指出，過量施用和濫用適合有機生產(chǎn)的肥料仍然會造成環(huán)境問題，如硝酸鹽浸出和地表水磷酸鹽富集。因此，土壤測試在有機作物生產(chǎn)中扮演著重要的角色，就像在傳統(tǒng)生產(chǎn)中一樣。

表1.各種有機肥料和土壤改良劑的近似營養(yǎng)成分。

決定需要哪些修改

對于任何作物生產(chǎn)作業(yè)（傳統(tǒng)作物或有機作物），關(guān)于應用何種修正的決定應基于土壤測試。土壤測試應至少包括pH值，有機質(zhì)含量，植物有效磷（P）和有效鉀（K）。硝酸鹽的土壤測試在明尼蘇達州西部以及在一定條件下的其他地區(qū)使用，以調(diào)整氮的投入。在土壤測試之后，根據(jù)測試結(jié)果和要生長的作物調(diào)整養(yǎng)分輸入。土壤測試提供了基于作物生長施用的營養(yǎng)物量的一般建議。請參閱明尼蘇達大學擴展公告明尼蘇達州商業(yè)果蔬營養(yǎng)管理（BU-5886）?了解土壤采樣，土壤測試，石灰和肥料推薦的土壤測試結(jié)果。

pH值管理

大多數(shù)農(nóng)作物生長的最適pH約為6至7。土壤pH值影響營養(yǎng)素利用率和微生物活性。在pH低于5.5時，N，P，K，鈣（Ca），鎂（Mg），硫（S）和鉬（Mo）的可用性降低。另外，pH值小于5.5會降低重要的微生物分解物的活性，這將大大抑制有機物質(zhì)向植物生長的有用營養(yǎng)素的生物轉(zhuǎn)化。在這些較低pH值的土壤中豆科植物的固氮量也減少了。隨著時間的推移，土壤往往會變成酸性肥料。因此，如果pH值低于6.0，根據(jù)土壤測試的建議，監(jiān)測pH值和應用農(nóng)業(yè)石灰石很重要。木灰也可以用來提高有機體系的pH值。木灰也供應K，但如果pH值已經(jīng)很高，則不要將其作為K源使用。pH值在7-8.3之間的土壤處于促進微生物活性的范圍內(nèi)，但可能限制磷，鐵（Fe），錳（Mn），銅（Cu）和鋅（Zn）的可用性。使用有機物質(zhì)改良劑和有機葉面產(chǎn)品將有助于在堿性條件下增加這些營養(yǎng)素的可用性。

對于喜歡酸的植物如藍莓，通常需要酸化修飾以將土壤pH降低至約4.5至5.2的范圍。元素S是一種適用于有機體系的酸化土壤改良劑，只要自然采礦沒有經(jīng)過化學改變。泥炭泥炭是一種有機的改良劑，也可以用來改良土壤和降低pH值，盡管人們普遍關(guān)注泥炭泥炭的可持續(xù)性。在土壤中添加泥炭以提高土壤傾斜度和持水能力的情況下，您應該了解其酸化效果并監(jiān)測pH值，以使其保持在正在生長的植物的理想范圍內(nèi)。

氮管理

在所有的必需營養(yǎng)素中，N通常是非豆科作物生產(chǎn)的限制因素，而N通常是有機系統(tǒng)中最難控制的養(yǎng)分。有機作物生產(chǎn)最常見的氮源是肥料。許多不同類型的糞便可用。這些肥料的營養(yǎng)成分隨動物，被褥，儲存和處理而變化。盡管可以獲得有關(guān)糞肥養(yǎng)分含量的一般分析的表格，但確定施用多少肥料的推薦方法是測試其養(yǎng)分含量。堆肥糞便是有機生產(chǎn)的首選糞肥來源。一些限制適用于使用非堆肥糞肥進行有機認證。或有機作物改良協(xié)會等認證團體，了解在有機耕作中使用糞肥的推薦做法系統(tǒng)。關(guān)于養(yǎng)分含量，養(yǎng)分利用率和有效利用糞肥和堆肥作為植物養(yǎng)分源的施用率的計算，請參考明尼蘇達大學使用肥料和堆肥作為蔬菜作物營養(yǎng)源的擴展公告。

新鮮與堆肥的肥料。新鮮的非堆肥糞便通常具有比堆肥更高的N含量。但是，堆肥的使用將會增加土壤有機質(zhì)含量。新鮮的N肥的可溶性形式高，過度施用會導致鹽的積累和淋失。新鮮的肥料可能含有大量的活性雜草種子，這可能會導致雜草問題。另外，除非采取適當?shù)念A防措施，否則各種病原體（如大腸桿菌）可能存在于新鮮糞便中，并且會導致食用新鮮農(nóng)產(chǎn)品的個人發(fā)生疾病。

全國有機標準最終規(guī)則（美國農(nóng)業(yè)部國家有機計劃，見第45-46頁和第205.203節(jié)）指出：“生的動物糞肥必須堆肥，施用于非供人類食用的作物的土地上，或者在收獲可食用的產(chǎn)品之前至少90天并入土壤不要接觸土壤或土壤顆粒，至少在收獲與土壤或土壤顆粒接觸的可食用產(chǎn)品前120天，堆肥的植物或動物材料必須通過建立初始碳 – （C：N）之比在25：1和40：1之間，溫度在131°F和170°F之間。利用容器內(nèi)或靜態(tài)充氣樁系統(tǒng)的堆肥操作必須保持在該范圍內(nèi)最少3天。使用堆肥堆肥系統(tǒng)的堆肥作業(yè)必須將溫度保持在該范圍內(nèi)至少15天，在此期間必須將材料翻轉(zhuǎn)5次。“所有的糞肥和堆肥來源和管理技術(shù)必須清楚地記錄為認證過程。

在堆肥過程中產(chǎn)生的熱量會殺死大多數(shù)雜草種子和病原體。微生物介導的堆肥過程將通過穩(wěn)定更大的有機腐殖質(zhì)樣化合物中的N來降低可溶性N形式的量。堆肥的缺點是一些氨氮會作為氣體流失。堆肥本身也可能無法提供充足的有效養(yǎng)分，特別是氮，在高營養(yǎng)需求的作物快速生長階段。決定使用什么形式的糞肥將最終取決于認證要求，可用性和成本。堆肥的糞便通常比新鮮或部分老化的糞肥更貴。

熱干糞/堆肥。干燥糞肥或堆肥到低含水量減少了它們的體積和重量，這降低了運輸成本，但也需要能量輸入。干燥的產(chǎn)品可以更容易地處理并且均勻地施加到田地上，特別是那些已經(jīng)被加工成小球的田地。如果溫度超過150至175°F至少1小時，加熱干燥也會減少病原體，水分含量降至10至12％或更低。在高溫下加熱干燥肥料或堆肥的能源成本與堆肥過程中由微生物呼吸產(chǎn)生的自熱相反。干燥堆肥的干燥前堆肥的程度差異很大。許多只是部分堆肥，并且具有比成熟，穩(wěn)定的堆肥更高量的可溶性（無機）N形式。這種容易獲得的N賦予這些產(chǎn)品一些與可溶性氮肥如硝酸銨相似的特性。糞肥和未成熟堆肥的加熱干燥可能會增加氨氮的揮發(fā)，降低成品的總氮含量。此外，在高溫下干燥而不是在環(huán)境溫度下經(jīng)過固化階段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那樣具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性質(zhì)取決于在固化階段由疾病抑制生物體將堆肥重新定殖。在使用加熱干燥的肥料/堆肥產(chǎn)品之前，請檢查并確認其有機作物生產(chǎn)已通過認證。糞便和未成熟堆肥的加熱干燥可能會增加氨氮的揮發(fā)，降低成品的總氮含量。此外，在高溫下干燥而不是在環(huán)境溫度下經(jīng)過固化階段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那樣具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性質(zhì)取決于在固化階段通過疾病抑制生物對堆肥的重新定殖。在使用加熱干燥的肥料/堆肥產(chǎn)品之前，請檢查并確認其有機作物生產(chǎn)已通過認證。糞便和未成熟堆肥的加熱干燥可能會增加氨氮的揮發(fā)，降低成品的總氮含量。此外，在高溫下干燥而不是在環(huán)境溫度下經(jīng)過固化階段的堆肥或部分堆肥的材料不如成熟堆肥那樣具有生物活性。某些堆肥的疾病抑制性質(zhì)取決于在固化階段通過疾病抑制生物對堆肥的重新定殖。在使用加熱干燥的肥料/堆肥產(chǎn)品之前，請檢查并確認其有機作物生產(chǎn)已通過認證。在高溫下干燥而不是在環(huán)境溫度下經(jīng)過固化階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質(zhì)取決于在固化階段通過疾病抑制生物對堆肥的重新定殖。在使用加熱干燥的肥料/堆肥產(chǎn)品之前，請檢查并確認其有機作物生產(chǎn)已通過認證。在高溫下干燥而不是在環(huán)境溫度下經(jīng)過固化階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質(zhì)取決于在固化階段通過疾病抑制生物對堆肥的重新定殖。在使用加熱干燥的肥料/堆肥產(chǎn)品之前，請檢查并確認其有機作物生產(chǎn)已通過認證。

從糞便和堆肥中獲得氮。寢具或垃圾通常會通過稀釋降低糞肥的營養(yǎng)成分。如果使用高碳（C）材料如稻草或刨花作為寢具，則產(chǎn)品的C / N比越大，N的可用性就越低。相對于N的高C將導致N的結(jié)合，可能導致作物中的N缺乏。AC / N比為25/1或更大將導致N在土壤中的結(jié)合。小于25/1的AC / N比將釋放N到作物。C / N比率也是使用各種堆肥的重要考慮因素，也是堆肥過程本身的控制因素。

糞便或堆肥中的氮在第一年不會全部投入農(nóng)作物。在非堆肥的糞肥中，一些N在氨氣的施用中會在大氣中流失。施用后應盡快摻入施用于土地的糞肥，以避免氨的損失。由于氮在有機化合物中穩(wěn)定，所以在堆肥應用中氨的大氣損失不是至關(guān)重要的，盡管強烈建議使用納入。有機形式的N需要在植物使用之前被微生物分解。糞肥或堆肥中N的釋放取決于糞肥的類型和年齡。有機氮的5％到90％都可以在第一年釋放到可用的形式。對于牛糞來說，N的40％到60％通常被認為是第一年可用，N的30％到40％在第二和第三年可用。對于家禽糞便，第一年有50％到75％的N可用，第二年和第三年可用20-25％。對于堆肥牛糞，第一年有5％到20％的N可用。

糞肥和堆肥的殘余影響是重要的。申請后的第二年和第三年將獲得一些利益。當糞便和堆肥被用于施肥作物時，隨著時間的推移，土壤有機質(zhì)將會增加，隨著營養(yǎng)循環(huán)的增加，隨后的施用量一般會減少。連續(xù)使用糞肥或堆肥會導致高含量的殘留氮和其他營養(yǎng)物質(zhì)，從而可能會流失或污染地下水。考慮到隨后幾年中N的殘留釋放，應有助于避免過度使用。請記住，有些肥料和堆肥含有高含量的磷，所以如果它們經(jīng)常用于滿足作物氮需求，磷的含量可能會過高。使用土壤和組織測試，監(jiān)測作物生長。

綠肥/覆蓋作物。在綠地中摻入土壤的作物被稱為綠肥。覆蓋作物類似于綠色的肥料，但通常種植在非生長季節(jié)保護土壤免受侵蝕。由于表層土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量高于底土，控制侵蝕是保持土壤養(yǎng)分的重要手段。綠肥和覆蓋作物都是用來提供氮和增加土壤有機質(zhì)。三葉草和苜蓿等豆科植物可以在一年內(nèi)固定每英畝100至200磅氮。使用沒有豆類的黑麥或燕麥等草，不會增加土壤中的N含量。這些作物用于增加土壤有機質(zhì)含量。它們還可以清除上一次作物的殘留氮，并防止浸出造成的損失。草和豆類的混合物可以用來獲得每個的優(yōu)點。增加的有機物改善了土壤的耕作，改善了根系生長，增加了作物吸收土壤養(yǎng)分的能力。種植綠肥的決定應考慮到種植，種植和播種的成本，以及如果種植綠肥而不是經(jīng)濟作物，則會損失機會成本。

一些綠肥作物積累了高含量的磷，并被認為通過將其返回到有機形式的土壤來提高后續(xù)作物的磷利用率。例如，蕎麥和油菜蘿卜可以通過其根部分泌的有機酸的作用，從相對不溶的礦物如磷酸鹽中溶解磷。這些P積累的作物的好處將取決于下面的作物，有機磷的再循環(huán)在多大程度上提高了P的利用率。與無機土壤P相比，有關(guān)綠肥如蕎麥和油籽的不同作物的P反應研究信息很少蘿卜。

N的其他來源。除糞肥和堆肥之外的有機生產(chǎn)N的來源包括：血粉，魚糜，魚蛋白，海藻/海藻，動物罐和各種蔬菜粉。見表1近似的營養(yǎng)含量（NP?2?O?5?-K?2O）一些這些有機營養(yǎng)來源。這些材料通常比肥料或堆肥更昂貴，而且比單純的營養(yǎng)素成本僅比合成肥料昂貴得多。血粉是N.的快速釋放源。魚乳和海藻可以作為葉面肥的補充劑。這些產(chǎn)品的營養(yǎng)成分分析偏低，成本高，通常不能作為主要的肥料來源。它們的成本比尿素 – 硝酸銨（28-32％N）等常規(guī)無機來源貴5到6倍（每N單位）。

來自雜貨店，蔬菜加工廠和餐館的市政庭院垃圾和蔬菜/植物垃圾是可回收并用于作物生產(chǎn)的有機材料的其他來源。在大多數(shù)情況下，這些廢物應在使用前堆肥，以減少氣味，穩(wěn)定營養(yǎng)，并促進便于傳播。污水污泥是一種可以供給N等營養(yǎng)物質(zhì)的有機肥料，但污泥不適合有機生產(chǎn)。

磷和鉀

大部分（70-90％）的糞便中的磷和鉀將在施用的第一年提供給作物。糞便的磷和鉀含量會隨著糞肥和儲存的類型而變化。糞便或堆肥貯存不當會導致浸出K損失。應用前請先測試產(chǎn)品的P和K含量。有機生產(chǎn)中糞肥以外的P源包括骨粉，魚粉和家禽粉以及磷礦粉。有機生產(chǎn)中鉀肥以外的其他鉀肥來源包括：苜蓿粉，海帶粉，綠沙，木灰，硫酸鎂和硫酸鉀。某些這些有機認可的營養(yǎng)源的近似營養(yǎng)含量見表1。P和K在土壤中相對不動。

次要和微量營養(yǎng)素

在大多數(shù)情況下，通過肥料，堆肥和石灰修正，二次（Ca，Mg，S）和微量元素（Fe，Mn，Cu，Zn，B和Mo）有機營養(yǎng)源的主要優(yōu)點是它們通常至少含有少量的所有必需植物營養(yǎng)素。某些次生和微量營養(yǎng)素的缺乏可能會在某些土壤條件下易受影響的作物上發(fā)生，有利于缺陷。使用土壤測試和葉組織分析來確定是否需要補充這些營養(yǎng)素的應用。

概要

有機作物生產(chǎn)的實際土壤肥力管理從獲得土壤測試開始。添加的修正應基于土壤測試結(jié)果和正在種植的作物的要求。施用前應了解有機肥料或營養(yǎng)成分的營養(yǎng)成分（至少主要營養(yǎng)素NPK）。堆肥動物糞便是有機肥料的首選來源;?然而，除非在附近或包括在農(nóng)場中的動物操作，否則這些修改的費用將比常規(guī)肥料來源大得多。這些增加的成本還需要考慮到土壤耕作和生物活性的長期改善，潛在的環(huán)境效益以及有機產(chǎn)品更高收益的潛力。