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土壤管理

土壤有机质是有效土壤的基础。它促进作物健康，为微生物和其他土壤生物提供资源，并调节水、空气和植物养分的供应。SOM可以提供作物所需氮的一半以上和磷的四分之一，从而极大地影响肥料需求。密歇根州和整个中西部地区的农业土壤通常是沙质的，并进行了密集管理。在这种情况下，需要战略土壤管理制度来防止SOM的枯竭。

本简报介绍了您可以用来建立SOM的农艺实践以及这些实践的科学基础。我们鼓励农民、农场顾问、机构人员和其他利益相关者使用这里提供的信息来改进他们的作物和土壤管理计划，以提高SOM。这项工作的一部分应包括在农场进行试验，这是使建议适用于特定地区和种植制度的重要步骤。

图1所示。土壤有机质质量因植物投入和管理措施而异。

影响SOM的做法包括作物轮作、耕作、残留物管理、覆盖作物和有针对性地使用肥料或堆肥(见图1)。存在广泛的管理工具来减少土壤扰动和促进活植物覆盖，这两者都能保护SOM并防止侵蚀。

富含SOM的土壤通常具有更强的保水和抑制疾病的能力，并且比缺乏SOM的土壤需要更少的肥料和更高的产量。此外，增加SOM含量有助于稳定大气中二氧化碳的浓度，二氧化碳是一种重要的温室气体。

SOM是建立可持续种植系统的基础。任何改善土壤质量和功能的努力都需要从恢复SOM开始，这是对土壤物理、生物和化学特性的主要影响。SOM是土壤生物的主要栖息地和食物来源。因此，土壤生物群落的活性、生物量和多样性通常与SOM浓度密切相关。土壤病害抑制、聚集、土壤化学和养分供应能力都受到SOM浓度的影响。作物生长、土壤持水能力和养分供应在很大程度上都受到SOM的调控。最重要的是，土壤要高产，SOM必须有充足的供应。

不幸的是，SOM很容易从农田中流失，密歇根州和中西部地区的许多生产者不得不用昂贵的外部投入(化肥)来替代SOM提供的好处。这些投入在短期内维持了作物生产力，但从长期来看，对改善土壤健康或环境质量几乎没有帮助。积极的管理计划对于建立SOM，创造和保持高产的、生物活性的土壤非常重要。

总的来说，一个好的SOM管理策略是追求多样化的残留物混合物，包括具有高碳氮比的稳定材料(如麦秸)和更容易分解的材料(如豆类覆盖作物残余物)。植物根系和堆肥提供了帮助构建SOM的缓慢降解材料。与之互补的是具有营养和营养丰富组织的残体，这些残体易于分解并充当营养供应。

什么是土壤有机质?

土壤有机质是一个有机整体的生物系统。同时，SOM的一些组件可以被视为单独的池。这些池子有不同的历史、特点和周转时间。有机质的数量和类型因土壤而异，但一般来说，SOM可以分为三个具有不同周转时间的池(见图2)。SOM管理应侧重于建立所有三个池的策略。这是同时构建SOM并从其分解中获得益处的关键，包括养分周转、团聚体形成和水储存。

图2。土壤有机质在活跃池、慢池和稳定池之间的典型分布。实际比例因土壤类型和管理方法而异。

稳定的SOM

稳定的SOM池由数百至数千年的物质组成。有时这种水池被称为被动水池，或腐殖质。它是一种高度顽固性的池(抗分解)，影响土壤的阳离子交换能力，在土壤物理过程如聚集中很重要。稳定SOM的数量不受近期管理实践的强烈影响，并随着土壤中粘土浓度的增加而趋于增加。然而，清除残渣、焚烧、耕作和覆盖种植等管理措施可能对稳定SOM的相对和绝对数量产生长期影响。

SOM缓慢

慢速SOM池的周转时间从几年到几十年不等。土壤的物理状况和营养缓冲能力都受到这个缓慢周转的有机物质池的强烈影响。与稳定的SOM池不同，慢速池也是氮和磷等营养物质的来源。它包括通过物理过程(例如，土壤团聚体内部)和生化过程保护的分解物质、残留物和微生物产物。

活跃的SOM

活性SOM池的周转时间为数月至数年，其中包括土壤微生物等成分，周转时间甚至更快。它主要由处于早期分解阶段的植物残余物和土壤生物组成。这种活性的SOM池对于养分的释放非常重要，并有助于发展土壤的慢速SOM池。

管理富含氮(N)的高质量残留物，如豆科覆盖作物，将有助于确保从活性SOM池中释放营养物质。然而，长期的SOM管理应该在这些高质量的残留物和那些化学性质复杂、分解速度较慢的残留物之间取得平衡。这种平衡可以通过向土壤提供多种植物残余物和有机改良剂(如堆肥和粪肥)来实现。表1列出了与广泛可用的有机改进剂来源相关的组织质量和性质的信息。

管理土壤有机质

建立土壤有机质的一般方法有两种:

•减缓分解速度(例如，通过减少耕作强度)。

•增加有机材料的碳输入(如使用覆盖作物或堆肥改进剂)。

所有旨在提高SOM的策略都至少属于其中一类，但理想的管理计划应该包括这两种方法。

建立稳定的SOM池

建立稳定土壤有机质的关键是时间。生产者必须遵循旨在多年增加SOM的做法，将大量的碳(碳)从植物凋落物和活跃和缓慢池转移到稳定池。通过适当的管理措施建设缓有机质库，逐步增加稳定有机质库。

构建慢速SOM池

添加有机材料是建造慢池的关键。这可以通过留下作物和覆盖作物残余物或施用肥料来实现。作物残余物包括来自根系的投入物，这对增强缓慢和稳定的有机物质库至关重要。豆科植物通常有较大的主根系统，其组织降解缓慢，有助于SOM的形成。与豆类干草作物或牧场轮作对提高SOM非常有效。在密歇根西南部进行的一项长期种植系统试验中，与常规耕作的玉米-大豆-小麦轮作相比，苜蓿种植使土壤碳含量提高了60% (Grandy & Robertson, 2007)。免耕管理还使表层土壤碳含量提高了约40%。

表1显示了与不同种类的有机物质投入相关的权衡。一些物质提供大量的碳，具有建立稳定和缓慢有机质池的合适质量，而其他物质提供营养物质，是帮助建立活跃SOM池的高质量投入。推荐的管理实践是通过结合表1所示的修正材料类型来促进两种材料的混合。

构建活跃的SOM池

用于构建活性库的高质量残基通常是具有可溶性、可用的富氮化合物(例如蛋白质)以及可溶性碳化合物(例如糖)的未成熟组织。C:N比值被用来衡量氮的富集和有效性。C:N比值低于25促进N的快速分解和矿化，C:N比值大于25的残留物可能需要额外的土壤氮来分解，但在土壤中存在的时间更长，对SOM池的贡献更大。例如，氮素的固定通常发生在施用牛粪或堆肥之后，因为这些材料通常氮含量低，这与C:N比大于25有关(表1)。然而，这是暂时的发展，它有助于建立缓慢的SOM池。在一个从几个月到几年不等的时间跨度内，大部分被暂时固定的氮将被释放出来。

使用化肥管理高质量和低质量残留物的组合可以最大限度地提高许多作物的产量潜力(Snapp, Nyiraneza, Otto， & Kirk, 2003)。肥料的质量各不相同，经常促进土壤生物和活性有机物质的多样化群落。

表1。有机残留物的性质，包括来自不同牲畜种类的粪便，以及豆科覆盖作物，如红三叶草或毛野豌豆。粪肥成分因种类和用于饲养和饲养牲畜的材料而异。

残渣质量	家禽粪便	粪浆(猪或牛肉)	牛粪	麦秸*	豆类的根和叶**
N内容	2-4％	1 - 3%	1 - 4%	< 1%	2 - 5%
C内容	19 - 28%	14 - 23%	16 - 45%	45%	45%
C: N内容	为5 - 14	4-25	11-45	40或以上	25或以下
pH值	中性到碱性	酸性	中性	中性	中性
品质:用于活性SOM(营养供应)	高	媒介	中低	低	高
质量:用于稳定的SOM (build C)	低	低	中	高	中低

*其他小谷物如黑麦或大麦的秸秆也有类似的特性。
**作为饲料或覆盖作物轮作的豆科植物提供的养分来自含氮量较高的叶片和含氮量适中且分解相对较慢的根组织。

SOM管理的综合方法

管理SOM以提高作物生产力和环境质量的努力需要集中在提高这三个库中的C浓度。这是实现通过SOM周转提供养分的短期目标和提高养分和水分持有量的长期目标的最佳方法。实现这一目标的一种方法是增加多样化的投入，包括具有不同化学成分和C:N比的作物残余物以及堆肥和粪便。减少耕作次数或耕作强度也可增加土壤有机质。耕作加速了分解，使有机物质与生物接触，通常改善了生物活动的环境。少耕和免耕措施减少了土壤扰动量，并留下了残留物的表面覆盖。这样可以防止风和水的侵蚀，保护土壤。一般而言，研究表明保护性bob体育登录耕作会增加表层土壤中SOM的含量。然而，长期实验的一个重要发现是，如果少耕与轮作或覆盖作物(包括深根和高残留生产植物，如苜蓿)相结合，则最有效地提高SOM (Franzluebbers, 2010)。

这两种做法——使秸秆投入多样化和减少耕作强度——必须长期实行，才能在所有三个池中建立土壤有机质。几年或更短时间内的短期管理改进可能会对活跃池C产生一些影响，但对缓慢和稳定的池几乎没有影响。没有办法绕过这个简单的事实:必须继续努力建立土壤有机质总量，以及缓慢和活跃的有机质池，以便看到土壤生产力和环境质量的显著改善。

未来管理SOM

一些农民正在积极考虑作物秸秆市场机会。去除C:N比值较大的残留物——例如，通过出售玉米秸秆残渣——通常会促进活性SOM池中的N矿化。然而，清除残留物可能危及土壤质量(Doll & Snapp, 2009)。一个双赢的解决方案是出售一些残留物，但使用堆肥或种植覆盖作物来取代残留物并保护土壤。添加肥料和堆肥是建立土壤有机质的有效方法，即使完全去除玉米秸秆(Thelen, Fronning, Kravchenko, Min， & Robertson, 2010)。冬季覆盖作物，如谷物黑麦提供大量的残留物(1000磅。到4000磅。每英亩生物量)，可以在大豆或玉米作物收获后种植(Rector, Harrigan, Mutch， & Snapp, 2009)。

堆肥和泥浆肥料是有机改良剂的两个来源，最近已广泛使用。特别是乳制品堆肥是一种富含碳和营养的改进剂，可以提供短期和长期的土壤质量效益。在一项田间作物试验中，在十年内，每年施用2吨乳制品堆肥使SOM增加了50% (kbs.msu.edu/people/ faculty/snapp)。

如表1所示，以浆料形式储存的肥料通常碳含量低，营养物质含量适中。由于水含量高，泥浆运输成本昂贵，需要仔细管理以保护环境。建议施用有机肥和种植覆盖作物相结合，以提供有益的残留物质量和最大的土壤覆盖。覆盖作物种子可以使用免耕播种机直接与粪便混合，这是一种高效的构建SOM的方法(Harrigan, Mutch， & Snapp, 2006)。

结论

土壤有机质由不同的有机质库组成，有短期活跃的有机质库，也有长期稳定的有机质库。越来越多的证据表明，混合质量的残留物可以通过支持多样化的土壤食物网有效地增强SOM池。然而，很难预测SOM对特定土壤类型和作物轮作的响应。土壤有机质响应发生在一个很长的时间框架内，通常为十年或更长时间。对农民来说，重要的是通过在经济上适度的规模上进行测试，检查有机改良剂、肥料类型或残留物管理实践中任何提高土壤质量的声明。

SOM建设的原则是众所周知的，减少土壤耕作和增加有机投入。bob体育登录最近的研究强调了根系秸秆的价值，以及将肥料或堆肥与覆盖作物和饲草轮作结合的价值。要了解更多信息，请参阅下面的参考列表和新农业网络关于在密歇根州西南部凯洛格生物站进行长期田间作物试验的研究结果的文章。bob体育登录文章的网址是ipm.msu.edu/。

参考文献

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特伦，K. D.，弗朗宁，B. E.，克拉夫琴科，S. A.，闵，D. h .。罗伯逊，g.p.(2010)。将畜禽粪便与玉米-大豆生物能源种植系统相结合，可提高短期碳固存率和净全球变暖潜力。生物质和生物能源， 34(7)， 960-966。doi: 10.1016 / j.biombioe.2010.02.004

致谢

本简报由密歇根州立大学凯洛格生物站和作物与土壤科学系的Sieglinde S. Snapp和密歇根州立大学作物与土壤科学系的A. Stuart Grandy撰写BOB体育