土壤肥力的歷史與現(xiàn)狀

1、土壤肥力的歷史與現(xiàn)狀 (表：表1-1 不同農(nóng)業(yè)體系生產(chǎn)食物和維持人口的能力 )農(nóng)業(yè)體系 時(shí)代 谷物產(chǎn)量 (噸/公頃) 世界人口 (百萬) 人均土地面積 (公頃) 漁獵和采集 舊石器時(shí)代 - 7 - 游耕(刀耕火種) 新石器時(shí)代(1萬年前) 1 35 40 中世紀(jì)輪作 公元5001450 1 900 1.5 畜牧農(nóng)業(yè) 18世紀(jì)末 2 1800 0.7 化肥、農(nóng)藥 20世紀(jì) 4 4200 0.3 注釋：資料來源：McCloud, Agron. J., 67: 1 (1975). 第一節(jié) 古代的有關(guān)記載隨著時(shí)間推移，人們減少了游牧，逐漸定居。家庭、部落和村莊發(fā)展起來，與之同時(shí)發(fā)展的是稱為農(nóng)業(yè)的技術(shù)。

2、一般認(rèn)為，世界上有據(jù)可考的早期文明地區(qū)之一位于底格里斯和幼發(fā)拉底兩河之間的美索不達(dá)米亞，即現(xiàn)在的伊拉克。公元前2500年前的文字記載中就提到了土地的肥力。記載說大麥產(chǎn)量是86倍，在某些地區(qū)，甚至是300倍，這當(dāng)然是說收獲的種子量是播種量的86300倍。約兩千年之后，希臘歷史學(xué)家Herodotus（希羅多德，公元前5世紀(jì)-譯者注）報(bào)道了他在美索不達(dá)米亞的旅行，提到這里居民所獲得的驚人產(chǎn)量。如此高的產(chǎn)量可能是發(fā)展完善的灌溉系統(tǒng)和高土壤肥力的結(jié)果，這部分歸功于每年的河水泛濫。Theophrastua（狄奧弗拉斯塔，公元前372前287，希臘哲學(xué)家和科學(xué)家-譯者注）在大約公元前300年時(shí)提到底格里斯肥

3、沃的沖積層，并提出把水盡可能長久地留在田間以沉淀更多的淤泥。后來人們逐漸認(rèn)識(shí)到，在某些土壤上連續(xù)種植一種作物不能獲得好收成。給土壤施用動(dòng)物和植物性糞肥以恢復(fù)地力的措施可能源于這些經(jīng)驗(yàn)。但具體到施肥措施始于何時(shí)，是怎樣開始的，卻沒有記載。然而希臘神話提供了一個(gè)形象的說明：傳說中伊利斯（Elis）國王奧吉亞斯（Augeas）以其養(yǎng)有3千頭牛的牛圈著稱，牛圈已有30年未清掃。奧吉亞斯王與赫克里斯（Hercules）訂下契約，只要他掃清牛圈就給他該牛群的10%作為酬勞。據(jù)說赫克里斯引阿爾菲烏斯河（River Alpheus）水流過牛圈，把積存多年的污穢一沖而光，沉積在附近的田地，完成了任務(wù)。然而奧吉亞

4、斯拒付承諾，因而導(dǎo)致戰(zhàn)爭，終為赫克里斯所殺。據(jù)說，生活在公元前900前700年間的盲詩人荷馬（Homer）所著的希臘史詩奧德賽（The Odyssey）中提到過奧德修斯（Odysseus）的父親為葡萄園施肥。詩中提到的糞堆可能是他有意收集貯存而成。當(dāng)奧德修斯闊別20年后回家時(shí)，他那忠實(shí)的獵犬阿格斯（Argos）爬在一個(gè)糞堆上，當(dāng)它認(rèn)出主人時(shí)只虛弱地?fù)u了搖尾巴就“陷入死亡的黑暗之中”。這個(gè)描述說明希臘農(nóng)業(yè)措施中的施肥早于基督誕生900年。Theophrastus建議為瘦地施足肥，肥地只施少量肥料。他還贊成一項(xiàng)迄今都是良好的措施，在廄中墊草。他指出這會(huì)在墊草中保存尿液使糞肥中腐殖質(zhì)增多。有意思的是

5、，Theophrastus還指出需要養(yǎng)分多的植物所需要的水分也多。雅典城周圍的菜園和橄欖林因使用城市污水而變肥。當(dāng)時(shí)曾利用了灌水渠道，至今還有調(diào)節(jié)水流設(shè)施的遺跡。據(jù)說污水是向農(nóng)民出售的。古人也用溶有糞肥的水為葡萄園和園林施肥。糞肥按其養(yǎng)分富集程度（即濃度）分類。比如，Theophrastus按肥料應(yīng)用價(jià)值遞減的順序排列如下：人糞、豬糞、山羊糞、綿羊糞、母牛糞、公牛糞和馬糞。之后，早期羅馬農(nóng)業(yè)作家Varro（瓦羅，公元前27年，羅馬學(xué)者-譯者注）也列出一個(gè)相近的順序，只是將鳥糞和禽糞劃為比人糞更高的等級(jí)。Columella（哥倫梅拉，公元1世紀(jì)，羅馬農(nóng)業(yè)作家-譯者注）建議給牛喂飼蝸牛苜蓿（又叫盾

6、狀苜蓿），因?yàn)樗X得這會(huì)使牛糞更肥。古人不僅知道糞肥的優(yōu)點(diǎn)，也觀察到動(dòng)物尸體有促進(jìn)作物生長的效果。Archilochus（阿克洛克斯，古希臘詩人-譯者注）在約公元前700年做過這種觀察，舊約全書（Old Testament）的記載甚至更早。舊約申命記中稱，應(yīng)將動(dòng)物血澆在土地里。隨著年代增加，人們逐漸認(rèn)識(shí)到將動(dòng)物尸體埋入地里可以提高肥力。波斯詩人和天文學(xué)家Omar Khayam（奧馬爾.加亞姆）的描述最富有詩意，他在約11世紀(jì)末時(shí)寫道：有時(shí)我想，若非當(dāng)年凱撒血注地下，哪有這等盛開如火的玫瑰花； 也許古代某顆美麗頭顱上滴下的鮮血，染紅裝點(diǎn)花園的風(fēng)信子眾葩。 青草嫩綠悠然，鋪滿供人仰臥的河岸，啊，請(qǐng)

7、您輕些躺，有誰知道嫩芽悄悄生長在那美麗的唇間。綠肥作物的價(jià)值，特別是豆科植物，也很快被人們所認(rèn)識(shí)。Theophrastus注意到色薩利（Thessaly）和馬其頓（Macedonia）的農(nóng)民翻壓一種豆類作物-蠶豆（Vicia faba），并觀察到即使種得很密且籽粒產(chǎn)量很高，這種作物也能肥田。Virgil（弗吉爾，公元前70前19年，古羅馬詩人-譯者注）曾倡導(dǎo)使用豆科作物，并有如下描述：換茬季節(jié)一到，就可以把黃澄澄的麥種播到收獲了帶有沙沙作響豆莢的豆地或收獲了纖細(xì)的巢菜果實(shí)和苦羽扇豆的脆嫩莖稈的地里以及沙沙作響的樹叢間。古人對(duì)利用我們今天所謂的礦質(zhì)肥料或土壤改良劑并非全然不知。Thoephras

8、tus曾提出混合不同的土壤作為“加入精華，糾正缺陷”的辦法。這一措施在幾個(gè)方面有益。將肥沃土壤加在貧瘠的土壤上會(huì)提高后者肥力，混合土壤可為一些田塊豆科植物的種子提供更好的接種條件。另外，將細(xì)質(zhì)地土壤混入粗質(zhì)地土壤中可改善被處理土壤的水-氣關(guān)系。對(duì)泥灰的價(jià)值也有認(rèn)識(shí)。早年埃琴納島（Aegina）的居民挖出泥灰施于土壤。羅馬人從希臘人和高盧人那里學(xué)得這種技術(shù)，將各種石灰物質(zhì)分類，指明某種適于施用在糧食作物上，而另一種可能適用于草地。Pliny（普林尼，公元62113年，羅馬作家-譯者注）指出，石灰應(yīng)在地面上薄薄撒一層，一次施用“即使管不了50年也足以維持多年”。Columella也推薦在礫質(zhì)土上施

9、用泥灰并將厚厚的石灰性土壤摻在其中。圣經(jīng)上提到猶太人燒刺木叢和灌木叢時(shí)記載了草木灰的價(jià)值，Xenophon（贊諾芬，公元4世紀(jì)希臘歷史學(xué)家和隨筆作家-譯者注）和 Virgil都報(bào)道過燒秸稈可以去除雜草。Cato（加圖，羅馬政治家-譯者注）勸告葡萄種植者就地?zé)粜藜舻闹l后把灰翻入土壤用來肥田。Pliny描述了施用石灰窯的石灰對(duì)橄欖林特別有益。一些農(nóng)民焚燒糞肥后將灰施于土壤。Columella也提到在低地土壤上撒草木灰或石灰用來中和酸性。Theophrastus和Pliny都提到了硝石（即硝酸鉀）對(duì)植物是一種有用的肥料，圣經(jīng)中路加福音也曾將提到這一點(diǎn)。Theophrastus還提到過鹵水。很明顯

10、，由于認(rèn)識(shí)到棕櫚大量需要這種鹽，所以早期的農(nóng)民把鹵水澆在樹根周圍。Virgil曾描述了關(guān)于今天被稱為容重的土壤性質(zhì)。關(guān)于測(cè)定這種性質(zhì)的方法，他建議如下：首先應(yīng)該用眼選出一塊地方，然后挖個(gè)深坑直到硬底，再將這些土填回坑里，用腳踩平土面。如果挖出的土填不滿這個(gè)坑，該土壤就是疏松土壤，適合放牧和種植高產(chǎn)葡萄；如果填滿后土仍有剩余，就是緊實(shí)土壤，可能有粘實(shí)土塊和僵硬田埂，第一次犁地要用壯實(shí)的公牛。 Virgil還描述了另一種被認(rèn)為是土壤化學(xué)測(cè)試方法的原型：但是，含鹽的土壤嘗上去很苦，玉米從來長不好，這就證明了這種影響。從煙熏的屋頂上取一些編織緊密的枝條和壓酒濾網(wǎng)，其上放些有問題的土壤和一些甘甜的泉水，

11、向下壓直到水滿到邊上，保證水都?jí)撼鰜硎姑康嗡纪ㄟ^枝條。味道會(huì)清楚地揭示結(jié)果，其苦味的感覺會(huì)扭曲品嘗者的臉龐。Columella還提出用品嘗法來測(cè)定土壤的酸度和鹽度。Pliny則指出可以根據(jù)地下草根變黑來檢驗(yàn)土壤苦味。Pliny寫道：“許多證明土壤好壞的方法中，比較玉米莖的粗細(xì)是其中之一”。Columella指出，檢驗(yàn)土地是否適合一定作物的簡便好辦法是看莊稼是否生長。許多早期的作者相信（現(xiàn)在許多人也這樣認(rèn)為），土壤顏色是其肥力的一個(gè)指標(biāo)。普遍認(rèn)為，黑色土壤肥沃，而淺色或灰色的土壤不肥沃。Columella不同意這一觀點(diǎn)，他指出，黑色沼澤土不肥沃而利比亞的淺色土壤肥力甚高。他認(rèn)為，諸如結(jié)構(gòu)、質(zhì)地

12、和酸度是評(píng)價(jià)土壤肥力更好的指標(biāo)。公元前800前200年的希臘時(shí)代堪稱黃金時(shí)代。這一時(shí)代許多人物是以后數(shù)世紀(jì)中無可比擬的天才。他們的著作、文化和農(nóng)業(yè)被羅馬人承襲，這一時(shí)代中許多希臘人的哲學(xué)思想支配了人類兩千多年。第二節(jié) 19世紀(jì)以前對(duì)土壤肥力的認(rèn)識(shí)羅馬帝國衰落后，直到Pietro de Crescenzi（12301307）編寫的當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)措施集大成的著作實(shí)用農(nóng)作（Opus ruralium commdrum）問世，幾乎沒人對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展做出過貢獻(xiàn)。一些人認(rèn)為de Crescenzi是現(xiàn)代農(nóng)學(xué)的奠基人，但他的手稿似乎只局限于荷馬時(shí)代以來那些作者的著作，其貢獻(xiàn)主要是匯總了這些材料。但他的確建議在當(dāng)時(shí)施肥

13、量的基礎(chǔ)上增施糞肥。De Crescenzi的著作問世后許多年，農(nóng)業(yè)知識(shí)幾乎沒有增多，盡管1563年P(guān)alissy通過觀察，認(rèn)定植物中的灰分含量代表其從土壤中吸取的物質(zhì)。進(jìn)入17世紀(jì)前后，F(xiàn)rancis Bacon（培根，15611624）提出主要植物營養(yǎng)是水。他認(rèn)為，土壤的主要作用是使作物直立、保護(hù)其不受凍熱危害，而且每種植物從土壤中吸收其本身特殊需要的物質(zhì)。他還堅(jiān)持認(rèn)為，在土壤連續(xù)生產(chǎn)同一類植物會(huì)因這種植物的特殊需要使土壤貧瘠。同一時(shí)期，佛蘭芒的醫(yī)生和化學(xué)家Jan Baptist van Helmont（赫爾蒙特，15771644）報(bào)道了一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果。他認(rèn)為，這項(xiàng)試驗(yàn)證明水是惟一的植物養(yǎng)分

14、。他將200磅（90.72公斤）土裝入一只瓦罐，給土壤加水并種上一株質(zhì)量為5磅（2.27公斤）的柳樹苗。他仔細(xì)蓋嚴(yán)瓦罐以防落塵，只添加雨水或蒸餾水。5年后，van Helmont結(jié)束了試驗(yàn)。柳樹質(zhì)量達(dá)169磅3 盎司（76.74公斤）。他稱出原來200 磅的土只減少了約2盎司（56.7克）。因他在試驗(yàn)中一直只澆水，所以他斷言，水是植物的惟一養(yǎng)分，而丟失的2盎司土是試驗(yàn)誤差。 雖然。van Helmont的研究其結(jié)論是錯(cuò)誤的，但對(duì)我們的知識(shí)實(shí)際上有很大貢獻(xiàn)。它促進(jìn)了后來的研究，而這些研究的結(jié)果使我們對(duì)植物營養(yǎng)有了更好的了解。數(shù)年后，van Helmont的工作被著名的英格蘭科學(xué)家Robert B

15、oyle（波義耳，16721691）所重復(fù)。Boyle可能在他發(fā)現(xiàn)氣體體積與壓力的關(guān)系式上更知名。他對(duì)生物學(xué)也頗有興趣，還堅(jiān)定地要以實(shí)驗(yàn)手段解決科學(xué)問題。他堅(jiān)信，觀察是通向真理的惟一途徑。Boyle證實(shí)了van Helmont的發(fā)現(xiàn)，而且前進(jìn)了一步。他根據(jù)所做的植株樣本化學(xué)分析結(jié)果，指出植物中含有鹽類、酒精、土和油，這些都是由水生成的。幾乎同時(shí)，德意志化學(xué)家J.R.Glauber（16401668）提出硝石（KNO3）而不是水是“植物要素”。他從牛圈底下的土壤中收集到這種鹽，爭辯說這些硝酸鉀一定來自牲畜糞便。他接著指出，因?yàn)樯蟪圆?，所以硝石必定源于植物。?dāng)他對(duì)植物施這種鹽并觀察到其產(chǎn)生的巨大

16、增產(chǎn)作用時(shí)更確信土壤肥力和糞便的價(jià)值完全依賴硝石。美國化學(xué)家John Mayow（16431679）支持Glauber的觀點(diǎn)。Mayow估算了一年中不同時(shí)間土壤中硝石的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)其在春季濃度高。因夏季在土壤中找不到硝石，所以他得出結(jié)論，在植物生長最快的時(shí)期硝石被植物吸收了。然而，大約在1700年進(jìn)行了一項(xiàng)杰出的研究，使農(nóng)業(yè)科學(xué)研究前進(jìn)了一大步。一位名叫John Woodward且熟知Boyle和van Helmont工作的英國人在收集的雨水、河水、污水和污水加花園土等許多來源的水中種植的留蘭香。他自始至終仔細(xì)測(cè)量試驗(yàn)中植物蒸騰的水量并記錄試驗(yàn)前后植株的質(zhì)量。他發(fā)現(xiàn)留蘭香的生長與水中雜質(zhì)量成正比

17、，所以認(rèn)為土壤物質(zhì)或土而不是水，才是植物生長的要素。雖然他的結(jié)論從整體上講是錯(cuò)誤的，但這代表了知識(shí)的進(jìn)步，其試驗(yàn)技術(shù)比先前使用的技術(shù)先進(jìn)得多。這一時(shí)期有關(guān)植物營養(yǎng)問題上有許多可以諒解的無知。出現(xiàn)的許多奇思怪想“稍縱即逝”。另一位事業(yè)心很強(qiáng)的英國人Jethro Tull（16741741）就有不少古怪想法。Tull受教于牛津大學(xué)。這是一般農(nóng)業(yè)研究人員所不及的。他一度致力于政治，但健康狀況不佳迫使他退休回到農(nóng)村。他在鄉(xiāng)間做了大量試驗(yàn)，其中大多數(shù)涉及栽培措施。他相信，土壤應(yīng)極度粉碎為植物生長提供“合適的營養(yǎng)”。按Tull的說法，土壤顆粒通過植物根上的孔洞吸收進(jìn)去。他認(rèn)為，生長的根系膨脹產(chǎn)生的壓力迫使

18、細(xì)碎的土壤進(jìn)入“根上的泌乳口”，然后進(jìn)入植物的“循環(huán)系統(tǒng)”。Tull關(guān)于植物養(yǎng)分的想法至少可以說是有點(diǎn)古怪。但其試驗(yàn)卻導(dǎo)致研制出兩件有用的農(nóng)具，條播機(jī)和畜力中耕機(jī)。他的畜力鋤地耕作（Horse Hoeing Husbandry）一書在英國農(nóng)業(yè)界很長一段時(shí)間被認(rèn)為是經(jīng)典。 大約在1762年，一位Tull的信徒John Wynn Baker在英格蘭建了一個(gè)試驗(yàn)農(nóng)場，目的是把農(nóng)業(yè)試驗(yàn)成果公布于眾。后來Baker的工作受到Arthur Young的贊揚(yáng)，然而Young告誡讀者不要輕信只依據(jù)少數(shù)幾年試驗(yàn)計(jì)算出來的結(jié)果，這種勸告至今仍像當(dāng)初一樣適宜。Arthur Young（17411820）是18世紀(jì)英

19、國最著名的農(nóng)學(xué)家之一。他做了許多盆栽試驗(yàn)來尋找提高作物產(chǎn)量的物質(zhì)，他在砂土上種大麥，施用的物質(zhì)有木炭、鯨油、禽糞、葡萄酒、硝石、火藥、瀝青、牡蠣殼和許多其他物質(zhì)。其中一些物質(zhì)促進(jìn)植物生長，其余的則不然。Young是一位多產(chǎn)作家，他出版了一部農(nóng)業(yè)年刊（Annuals of Agriculture），有46卷，很受重視，并對(duì)英國農(nóng)業(yè)影響相當(dāng)大。17世紀(jì)和18世紀(jì)許多農(nóng)業(yè)著作反映了植物由一種物質(zhì)組成的思想，此時(shí)的大多數(shù)研究人員尋找這種植物要素。大約1775年，F(xiàn)rancis Home指出，這種要素可能不只一種，而是多種，其中有空氣、水、鹽類、油和固定態(tài)的火。Home認(rèn)為農(nóng)業(yè)問題的實(shí)質(zhì)是植物營養(yǎng)。他做

20、盆栽試驗(yàn)并測(cè)量不同物質(zhì)對(duì)植物生長的影響，還做植株材料的化學(xué)分析。他的研究被認(rèn)為是科學(xué)農(nóng)業(yè)進(jìn)程中寶貴的階石。Priesley（普利斯特里）對(duì)氧的發(fā)現(xiàn)是提示植物生命之迷中許多其他發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。Jan Ingenhousz（17301799）指出，有光線時(shí)空氣變得純凈，黑暗時(shí)不純凈。與這一發(fā)現(xiàn)的同時(shí)，瑞士自然哲學(xué)家和歷史學(xué)家Jean Denebier（17421809）指出，van Helmont的柳枝增加的質(zhì)量來自空氣。第三節(jié) 19世紀(jì)取得的進(jìn)步這些發(fā)現(xiàn)激發(fā)了Theodore de Saussure思考，他父親熟知Senebier的研究，而他攻克了Senebier研究過的兩個(gè)難題，即空氣對(duì)植物的影響

21、和植物中鹽分的來源。結(jié)果de Saussure可以演示植物吸收氧氣和放出二氧化碳這一呼吸作用的中心問題。而且，他還發(fā)現(xiàn)在光照條件下植物會(huì)吸收二氧化碳放出氧氣。然而，若置植物于無二氧化碳的環(huán)境中必然會(huì)死亡。De Saussure總結(jié)出土壤只提供植物所需養(yǎng)分的一小部分，但他指出土壤確實(shí)既供應(yīng)灰分也供應(yīng)氮。他有效地消除了植物自發(fā)制造鉀堿的觀念，還進(jìn)一步指出植物根系不是僅起個(gè)過濾器的作用。反之，膜有滲透選擇性，使水分比鹽類更快地進(jìn)入植物體。他還指出，植物對(duì)鹽分吸收量不同，不同植物的組成也不同，而是依土壤性質(zhì)和植物發(fā)育階段的不同而異。De Saussure關(guān)于植物中的碳來自空氣的結(jié)論沒有很快得到同事們的

22、承認(rèn)。大約在1813年，Humphry Davy爵士出版了農(nóng)業(yè)化學(xué)元素（The Elements of Agricultural Chemistry）一書，頗有影響。他認(rèn)為，雖然一些植物可以從空氣中接受碳，但主要部分還是通過根吸收進(jìn)來。Davy執(zhí)著地堅(jiān)信于這一點(diǎn)，竟建議用油作肥料，因其中含碳和氫較多。19世紀(jì)中葉到20世紀(jì)初是人類認(rèn)識(shí)植物營養(yǎng)和作物施肥的大發(fā)展時(shí)期。當(dāng)時(shí)做出突出貢獻(xiàn)的是一位到過許多地方的法國化學(xué)家Jean Baptiste Boussingault（18021882），他在阿爾薩斯建立了一個(gè)農(nóng)場做田間小區(qū)試驗(yàn)。Boussingault把de Saussure的精確稱量和分析技術(shù)

23、用于小區(qū)施肥措施和作物收獲。他堅(jiān)持做收支平衡表，從表中能看出各種植物養(yǎng)分元素有多少來自降雨、土壤和空氣。在不同生育期分析作物組分，確信最好的輪作是除施用有機(jī)肥外能生產(chǎn)最多的有機(jī)質(zhì)的輪作方式。Boussingault被一些人尊為田間小區(qū)試驗(yàn)法之父。德國化學(xué)家李比希（Justus von Liebig，18301873）非常有效地揭示了腐殖質(zhì)的奧秘。他在著名的科學(xué)會(huì)議上提交的論文極大地震撼了當(dāng)時(shí)的保守思想。自此，只有少數(shù)科學(xué)家敢于提出植物中的碳來自二氧化碳以外的任何碳源。李比希做了如下陳述：(a)植物中大多數(shù)碳來自大氣中的二氧化碳；(b)氫和氧來自水；(c)植物需要堿金屬以中和植物代謝活動(dòng)中產(chǎn)生的

24、酸；(d)籽粒形成需要磷酸鹽；(e)植物從土壤中無選擇地吸收一切物質(zhì)，但從根部排出那些非必需物質(zhì)。當(dāng)然，并非李比希的所有觀點(diǎn)都正確。他認(rèn)為，根排出乙酸，并且銨態(tài)氮是植物吸收氮的唯一形態(tài)，植物可從土壤、糞肥或空氣中獲得這種化合物。李比希堅(jiān)信，人們根據(jù)分析植株和研究其中所含元素就能制定一套施肥推薦方案。他還堅(jiān)持植物生長與肥料中有效礦物含量成比例的思想。他在1862年提出的最小因子律是一種預(yù)測(cè)作物對(duì)施肥反應(yīng)的簡單而合理的指南。這一定律的內(nèi)容如下：每塊土地土壤中具有一種或數(shù)種養(yǎng)分的最大值和一種或數(shù)種養(yǎng)分的最小值。無論是石灰、鉀、氮、磷酸鹽、碳酸鎂或其他任何養(yǎng)分，其最小值都與產(chǎn)量直接相關(guān)。這是支配和控制

25、產(chǎn)量的因子。假定石灰養(yǎng)分值最小，即使把鉀鹽、二氧化硅、磷酸鹽等的用量提高100倍，產(chǎn)量也不能進(jìn)一步提高。李比希的最小因子律此后長期統(tǒng)治著農(nóng)業(yè)工作者的思想，在土壤肥力管理上具有廣泛的重要性。李比希依據(jù)他的植物營養(yǎng)的觀點(diǎn)，制造了一種肥料?；旌衔锏呐浞胶芡晟?，但他卻錯(cuò)將石灰與磷酸鹽和鉀鹽熔融。結(jié)果這種肥料完全無效。盡管如此，李比希在農(nóng)業(yè)發(fā)展上做出的貢獻(xiàn)是不可磨滅的，被公正地尊為農(nóng)業(yè)化學(xué)之父。繼李比希的著名論文發(fā)表之后，1843年建立了英國洛桑試驗(yàn)站。這一機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建人是J.B.Lawes和J.H.Gilbert。這里進(jìn)行的工作是早年Boussingault在法國所做的那些工作的延續(xù)。J.B.Lawes

26、和J.H.Gilbert并不相信李比希提出的所有觀點(diǎn)都正確。在試驗(yàn)站建立12年后，他們確認(rèn)了以下幾條：(a)作物需要磷和鉀，但植物灰分組成與植物對(duì)這些組分的需求的量不相符。(b)非豆科作物需要供應(yīng)氮。沒有氮素供應(yīng)時(shí)無論施用多少磷、鉀肥也不能使植物生長。大氣提供的氨態(tài)氮量不能滿足作物需要。(c)土壤肥力可通過施用化學(xué)肥料維持若干年。(d)休閑的益處在于增加土壤中含氮化合物的有效性。土壤和植物氮素的問題仍未解決。幾位研究人員已觀察到豆科植物的不尋常表現(xiàn)。在某些情況下豆科植物未施氮也長勢(shì)良好，在另一些情況下卻不能生長。另一方面，非豆科植物在土壤沒有足夠的氮時(shí)不能生長。1878年，兩位法國細(xì)菌學(xué)家Th

27、eodore Scholessing和Alfred Mntz的工作澄清了一些問題。他們通過砂子和石灰石過濾使污水凈化，定期分析濾出液，28天內(nèi)只檢測(cè)出銨態(tài)氮。以后硝酸鹽才開始出現(xiàn)于濾液中。Schloessing和Mntz發(fā)現(xiàn)硝酸鹽的產(chǎn)生可由加入氯仿而終止，而加入少量新鮮污水后又重新開始。他們的結(jié)論是，硝化作用是一些細(xì)菌活動(dòng)的結(jié)果。英國的Robert Warrington將這些試驗(yàn)結(jié)果用于土壤。他指出硝化作用可被二硫化碳和氯仿終止，但是加入少量未滅菌的土壤后又可以重新開始。他還指出該反應(yīng)分兩步進(jìn)行，銨鹽先轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽繼而轉(zhuǎn)為硝酸鹽。Warrington無法分離硝化細(xì)菌。這一任務(wù)留給了

28、S.Winogradsky，他使用硅膠板而不是傳統(tǒng)的瓊脂培養(yǎng)基分離成功，因該細(xì)菌是自養(yǎng)細(xì)菌，可從大氣獲取二氧化碳。關(guān)于豆科植物對(duì)氮素的反?，F(xiàn)象，兩位德國人（Hellriegel和Wilfarth）于1886年認(rèn)定，豆科植物根部的結(jié)瘤中必定有細(xì)菌，進(jìn)而認(rèn)為，這些細(xì)菌可從大氣同化氣態(tài)氮并將其轉(zhuǎn)化為高等植物可以利用的形態(tài)。這是有關(guān)豆科固氮的頭一份專門資料。Hellriegel和Wilfarth的論點(diǎn)基于一些試驗(yàn)的觀察。但他們未能分離出這種細(xì)菌。后來，這種細(xì)菌被M.W.Beijerinck分離出來，并定名為根瘤桿菌（Bacillus radicicola）。第四節(jié) 美國土壤肥力研究的發(fā)展 雖然18世紀(jì)

29、的大多數(shù)農(nóng)業(yè)上的進(jìn)步是在歐洲大陸取得的，但有幾項(xiàng)早期美洲人的貢獻(xiàn)也很值得一提。1773年，James E.Oglethorpe在薩凡納河高岸上建了一個(gè)試驗(yàn)園，位于現(xiàn)在佐治亞州的薩凡納市。這一園地致力于生產(chǎn)國外引進(jìn)的糧食作物，據(jù)說當(dāng)時(shí)是一塊美麗的地方。但是人們很快對(duì)它失去了興趣，這個(gè)試驗(yàn)園也就消失了。因其主要是英國人的事業(yè)，所以可能稱不上是真正美國人的功勞。本杰明.富蘭克林（Benjmin Franklin）示范了石膏的用途。在一片突出的山坡上，他把石膏按“這里施用了石膏”這名話的圖形撒在地上。施石膏處的牧草長得更好，有效地顯示出其肥料價(jià)值。1785年，南卡羅萊納州成立了一個(gè)學(xué)會(huì)，其任務(wù)之一是建

30、一座試驗(yàn)農(nóng)場。11年后，華盛頓（Washington）總統(tǒng)在給國會(huì)的年度咨文中懇請(qǐng)成立國家農(nóng)業(yè)委員會(huì)。在大約18251845年間，弗吉尼亞州的Edmond Ruffin對(duì)早期美國農(nóng)業(yè)做出了最重要的貢獻(xiàn)。他是在濕潤土壤上最早施用石灰以更新被作物移取的和淋洗的肥料元素的人之一。Ruffin善于仔細(xì)觀察，用功讀書，有渴求好問的精神。雖然他施用石灰維持作物產(chǎn)量的辦法古人早已知曉，但在美洲新大陸顯然還是新經(jīng)驗(yàn)。美國農(nóng)業(yè)部直到1862年才成立，而且同年通過了關(guān)于成立州立農(nóng)學(xué)院和機(jī)械技術(shù)學(xué)院的Morrill法案。組織的第一個(gè)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站1875年在康涅狄格州的米德爾頓建立，并且受州政府資助。1877年北卡羅萊

31、納州成立了同樣的試驗(yàn)站，緊接著的是新澤西州、紐約州、俄亥俄州和馬薩諸塞等州。1888年的Hatch法案要求建立的州試驗(yàn)站與各州的贈(zèng)地學(xué)院協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)，每個(gè)州每年配備15000美元的?？钜灾С诌@項(xiàng)事業(yè)。雖然許多早期試驗(yàn)主要是示范工作，但是對(duì)農(nóng)業(yè)問題的“科學(xué)”研究方法也逐漸在美國發(fā)展了起來。用酸浸提土壤測(cè)定其肥力狀況的想法一直存在，E.M.Hilgard（18331916）發(fā)現(xiàn)土壤礦物的溶解度在密度為1.115g/cm3的鹽酸中最大，鹽酸經(jīng)長時(shí)間煮沸可達(dá)到這個(gè)濃度。Hilgard認(rèn)為這一事實(shí)特別有意義。強(qiáng)酸消煮法變得十分普及，大量土壤分析采用此法。后來才知道，用這種技術(shù)提供有預(yù)測(cè)價(jià)值的結(jié)果其實(shí)根據(jù)不足

32、，因而不再繼續(xù)沿用。美國時(shí)期兩位對(duì)土壤肥力的發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)的人是Milton Whitney和C.G.Hopkins。大約在20世紀(jì)初，他們展開了一場引起全國注目的激烈辯論。Whitney堅(jiān)持認(rèn)為，土壤提供的全部養(yǎng)分取之不盡，從植物營養(yǎng)的觀點(diǎn)來看，重要的因素是這些養(yǎng)分進(jìn)入土壤溶液的速率。另一方面，Hopkins認(rèn)為，這種理論會(huì)導(dǎo)致土壤耗竭和作物嚴(yán)重減產(chǎn)。他調(diào)查了伊利諾斯州的土壤并記錄了各種土壤肥力的降低情況，得出這樣的結(jié)論：伊利諾斯州土壤只需施用石灰和磷酸鹽。由于他卓有成效地宣傳，許多年來該州在玉米、燕麥和三葉草的輪作中一直施用石灰和磷礦石。Whitney和Hopkins間的爭論逐漸平息。W

33、hitney的想法至少部分是錯(cuò)誤的，他們的激烈爭論的確激發(fā)了當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)科學(xué)家們的思考。剛進(jìn)入20世紀(jì)時(shí)，大多數(shù)試驗(yàn)站布置了田間試驗(yàn)，研究顯示了施肥的巨大經(jīng)濟(jì)效益。在這遞增試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，土壤肥力的主要問題大致得以解決。事實(shí)表明，很多地區(qū)需要磷肥，濱海平原地區(qū)一般缺鉀，而南方土壤特別缺氮等。密西西比河以東的土壤一般為酸性，需要石灰，而河西邊的土壤鈣的供應(yīng)通常很好。盡管已較好地確定了美國土壤肥力概況，但很快知道，根據(jù)這些知識(shí)并不能對(duì)所有土地做出一攬子施肥計(jì)劃。每個(gè)農(nóng)場的情況不同，同一農(nóng)場內(nèi)不同地塊也各有差異。于是對(duì)土壤測(cè)試又重新產(chǎn)生了興趣。最近30年來對(duì)土壤肥力的了解有很大進(jìn)步。由于篇幅所限，不可

34、能歷數(shù)那些在知識(shí)進(jìn)步方面做出貢獻(xiàn)的所有人。這些進(jìn)步?jīng)Q非任何單一國家科學(xué)家的努力所能實(shí)現(xiàn)的。大約1600年開始，英國人在這方面不斷取得進(jìn)展。法國、德國、斯堪的納維亞諸國、前蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞、新西蘭、美國和其他國家農(nóng)業(yè)工作者解決了許多阻礙科學(xué)進(jìn)步的問題，這些研究的累累碩果到處可見。發(fā)達(dá)國家今天的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平比過去任何時(shí)候都高。總的來說，人們的食物、衣著和住房比以往任何時(shí)候都好。如果今天的作物生產(chǎn)還停留在歐洲黑暗時(shí)代的水平，平均谷物產(chǎn)量只有2540公斤/畝的話，這一切都是不可能的。從圖1-1可看到美國主要作物平均產(chǎn)量提高的趨勢(shì)。雖然玉米產(chǎn)量在19001940年間設(shè)什么變化，但以后3040年中卻

35、大大提高了。提高玉米產(chǎn)量的一些主要因素包括：40年代大規(guī)模引用雜交種；50年代初可利用相對(duì)便宜的化肥，尤其是氮肥；50年代末和60年代初施用更大量氮肥、更有效的農(nóng)藥；機(jī)械化程度的提高。(圖：圖1-1 玉米(a)、大豆(b)、大豆(b)和小麥(c)平均年度產(chǎn)量的長期趨勢(shì))現(xiàn)在美國玉米產(chǎn)量通常超過800公斤/畝或更多。種植者獲得高產(chǎn)所用的一些管理措施見于表1-2。顯然，充足供應(yīng)植物養(yǎng)分是其中一項(xiàng)重要措施。(表：表1-2 1975-1976年全美國不同地區(qū)玉米產(chǎn)量超過200 bu/a.地區(qū)的管理措施 )總計(jì) 西部 大平原 中西部 東北部 東南部 產(chǎn)量(公斤/畝) 910 920 915 902 90

36、7 924 播期 4月22日 4月17日 4月27日 4月29日 5月6日 3月28日 收獲密度(株/畝) 4200 4500 4330 4000 3950 4200 施肥量(公斤/畝) (N-P2O5-K2O) 16.5-7-8 17-5-4.5 17.5-4.4-2.2 15-9-11 14-6.75-7 19-8.5-13 農(nóng)民人數(shù) 549 99 102 275 15 58 注釋：西部：加利福尼亞、俄勒岡、華盛頓、猶他。大平原：科羅拉多、堪薩斯、俄克拉荷馬、內(nèi)布拉斯加、新墨西哥、得克薩斯。中西部：伊利諾斯、印地安納、衣阿華、肯塔基、密執(zhí)安、明尼蘇達(dá)、密蘇里、俄亥俄、威斯康星。東北部：特拉

37、華、馬里蘭、新澤西、紐約、賓夕法尼亞、弗吉尼亞。東南部：阿拉巴馬、佛羅里達(dá)、佐治亞、路易斯安那、北卡羅來納、南卡羅來納、田納西、密西西比。 大豆產(chǎn)量沒有表現(xiàn)出像玉米那樣顯著的增長（圖1-1）。1940年以前，大豆產(chǎn)量沒有顯著增加，只是近期才得益于育種、施肥和管理等農(nóng)學(xué)研究方面的進(jìn)步。正如圖1-1所示，在20世紀(jì)70年代末達(dá)到較高產(chǎn)量。自40年代以來小麥產(chǎn)量的穩(wěn)步增長（圖1-1）歸功于新品種（如矮稈品種）的應(yīng)用和增施化肥和農(nóng)藥。第五節(jié) 21世紀(jì)展望隨著人類文明向21世紀(jì)邁進(jìn)和世界人口繼續(xù)增長，因此不斷提高糧食產(chǎn)量是至關(guān)重要的。為了給這些增加的人口提供足夠的衣物和食品，必須在農(nóng)業(yè)各方面繼續(xù)加強(qiáng)研究。在農(nóng)業(yè)和其他有關(guān)研究中心的研究工作正不斷取得進(jìn)展，這將對(duì)未來的農(nóng)業(yè)增長做出貢獻(xiàn)。一些成果已初露端倪，實(shí)際上它們已開始應(yīng)