從早期的綿蘋果栽培開始,日本果農就非常注重果園土壤管理,從秸稈還田到有機肥料的使用,果園土壤肥力在一個較長的時期內保持了相對穩定。20 世紀40年代前後,隨著世界範圍內蘋果商業栽培的發展以及化肥工業的崛起,日本的蘋果土壤管理又先後歷經了化學農業、有機與生態農業不同的發展時期,下面分別進行分析。
01
傳統農業時期
傳統農業是一個漫長的時間階段,最早可追溯到日本綿蘋果的栽培時期。從綿蘋果的栽培開始,直到20世紀40 年代前後,均可歸為傳統農業時期。
傳統農業的特點是果樹產量相對較低,同時果園營養消耗與向外輸出相對較少。因此,在果園地面管理操作中,通常維持半清耕半生草的自然農業生產狀態,果園施肥則以家畜糞、秸稈及枯枝落葉還田為主要來源。在果園物質循環鏈條中,每年因果實採摘引起的營養輸出與果園施肥的營養補充能力基本相匹配,因此,儘管耕作年代漫長,但果園土壤的主要理化性狀保持了相對穩定。
02
化學農業時期
20 世紀40 年代前後,隨著世界範圍內工業化的發展,化肥工業也迅速發展起來。受其影響,蘋果高產栽培進程加快,化肥應用日趨增加,與世界其他蘋果生產國一樣,日本蘋果生產也逐漸進入了化學農業時期。
進入了化學農業時期以後,蘋果高產受到重視,人工栽培技術也有了很大改進,豐產品種及高產樹形得到推廣應用。由於果園產量提高,傳統的果園物質循環鏈被打破,高產帶來的果實定向輸出(果實採摘後脫離生產地, 流入消費地)隨之加大,作為物質循環的必要補充,化學肥料、化學調節劑等物質也隨之大量應用,果園地面管理也逐漸演變為以無機化肥為主要施肥來源, 以地面清耕和化學除草為主要方式的耕作管理模式。
在這一時期,儘管果樹高產得到維持,但在果園肥料結構中,有機肥施用比例明顯降低,因此果園土壤有機質含量呈下降態勢,並帶來以下變化:
1)土壤中游離態礦質元素淋洗速度加快。據分析,化學肥料施入土壤之後,30 %左右被果樹吸收,另外的70 %左右則隨雨水及果園灌水的淋洗進入地下水循環,造成了地下水系中氮、磷等元素汙染現象。如日本20 世紀60 ～ 70 年代瀨戶內海赤潮現象,嚴重危害了漁業生產及周邊環境,這一過程與化學肥料等化學制劑汙染有著重要的關係。
2)土壤理化性狀、透氣性及酸鹼度劣變。化肥、化學農藥等化學制劑的長期大量使用後,土壤的通透性、吸水性、氧化還原能力等一系列理化特性劣變明顯。日本蘋果產區從南到北均呈酸性土壤,土壤平均pH 值為5.0 ～ 5 .5。長期使用化肥之後,在長野地區,果園土壤pH值一度下降到4 .4 ～ 4.5,嚴重影響了土壤礦質營養的平衡,由此帶來蘋果粗皮病、蘋果樹腐爛病等病害的流行。
3)土壤化學汙染嚴重。隨著化肥、化學農藥等化學制劑的應用,其中的有害離子、附屬離子及重金屬離子伴隨著化學制劑的使用在土壤中定向積累,一方面破壞了土壤的理化性狀,造成土壤持肥持水能力及供肥供水能力下降,危及果樹生長;另一方面,有害離子的長期積累之後,將以被動吸收的方式進入果實,最終危及消費者的健康。
一般來說,生產一定量的水果所消耗的有機質、礦物質、水分等物質的量是一定的,而且也是相對穩定的。如對礦質元素的吸收,在正常情況下果實主動吸收和被動吸收的物質種類達30 餘種,在蘋果生產的傳統農業時期,果園土壤的物質輸出(果實產出)與輸入(果園施肥)基本平衡,而在以化肥為主體的商業生產盛期,由於人工化肥僅能補充諸如N 、P 、K、Ca 、Fe 等少量種類的元素,且輸入比例也難以與果實輸出比例相吻合,因而在果樹生產大系統中,一方面以土壤有機質的下降為代價,維持暫時失衡性生產;另一方面又以減少和犧牲果實中物質種類的多樣性和平衡性為代價,進行失衡性果實生產。果實中的其他種類營養物質,諸如有機物、蛋白質、維生素、芳香物質等構成物質均表現不同程度的失衡現象,與礦物質元素呈相類似的規律。因此,在系統失衡的條件下,果實風味劣變、病害加劇、抗衰老能力下降等生理現象都是不可避免的,從而引起了人們對化學農業的反思和有機及生態農業的嚮往。
03
有機及生態農業時期
3.1 有機農業的探討
目睹了化學農業的危害之後,從20 世紀50～ 60 年代開始，日本已有一些農戶開始反思化學農業的危害,並開始探討有機農業的運行模式。從這一時期開始,日本各地蘋果生產開始重視有機肥的使用,並逐漸開展了以堆肥為主體的土壤改良運動。在此我們以長野縣淺利傳英先生的果園為例加以說明。土壤改良運動開始時的調查結果表明,淺利先生0 .6hm2蘋果園土壤pH 值為4.5,蘋果粗皮病很嚴重,果實品質也很差,因此必須改良果園土壤。當時考慮到單純使用石灰來改良酸性土壤是很難的,於是決定採用堆肥加石灰的方法進行試驗。
為解決堆肥問題,淺利先生辦起了養豬場,大約有60 頭豬,從1969 年開始還把稻田秸稈墊在豬圈裡漚肥,每年生產1 萬kg 優質堆肥。果園施肥時,每年將堆肥與200 kg 石灰混合,再加入少量化肥一起施用。
堆肥改良土壤的效果是明顯的。首先是粗皮病逐漸減少並消失。其次,通過6 a(年)的努力,蘋果園土壤pH 值由4 .5 上升為6 .2 ,達到蘋果生長最適酸鹼度,因此新生吸收根特別發達。
堆肥也明顯改善了蘋果生長髮育及果實品質。直觀來看,蘋果樹葉片由改良前的“瘦弱”狀態變得肥大而厚實,花芽也變得肥大,產量也更加穩定。從1967 年到1974 年試驗期間,一級果實逐漸增加,由最初的160 箱增加到840 箱;同時三級果也逐漸下降,由230 箱減少到60 箱。
堆肥改良土壤之後,不僅改善了果實外觀質量,而且果實風味品質也明顯提高,果實口感風味濃郁,有香味,果實可溶性固形物含量比周圍果園高出了1 %～ 2%,對周圍地區有機農業的啟動起到了示範作用。
3 .2 生草栽培的進展
堆肥對土壤培肥及果實品質的影響非常明顯,開創了有機農業的先河,但畢竟肥源有限,為解決有機肥漚制時的秸稈不足問題,果園生草制才逐步形成並發展起來。
20 世紀70 年代以後,有機農業的原型開始在日本果園出現。為了減少化肥的不利影響,探討有機農業的可行性,西歐、日本、美國等地開始在果園進行覆草與埋草試驗,如覆蓋稻草、割草深埋等技術。毫無疑問,果園覆草埋草一定程度上促進了土壤有機質的增加,但長期下去,卻遇到了技術實施上的困難。首先,果園覆草是一項巨大的工程,要每年得到大量的稻草或秸稈並非易事,何況把稻草從稻田或其他農場運來,又造成了其他農場土壤營養的定向流失,對生態農業的長遠發展是不利的。其次,若從山野荒坡割草覆蓋或深埋,會造成環境的水土流失,況且幾年下來,果園造就的黑土(有機質層)也少得可憐,可謂杯水車薪。通過多年的努力,在逐步試驗與調整的基礎上,日本果園逐漸形成了現今的果園生草方式。正如福岡正信先生所說的,“與其從別的地方運草,不如就地栽種”。正是果農思想觀念的轉變，才使得果園生草技術開始在日本普及。
3.2.1 土壤有機物的變化
果園生草對土壤培肥的影響是多方面的。草生植被刈割後腐爛, 可產生大量有機質, 同時草生植被根系老化、腐爛之後也可將大量有機質歸還於土壤。根據青森縣蘋果試驗場的測定,蘋果園生草後每1 m2 草地每年的產草量因草的品種而不同,平均可達500 g 左右(乾草量),其腐爛後逐漸以有機質方式培肥土壤。青森縣蘋果試驗場加藤先生在不同季節測定了草生植被根系重量遞減變化,證明8 ～ 10 月間,0 ～ 10 cm 土層中每1m2約有300 g(乾重)草生植被的根系腐爛歸還於土壤,而10 ～ 50 cm 土層有12 g根系歸還土壤。
3.2 .2 土壤物理性狀及微生物活性變化
果園生草覆蓋後基本克服了表土侵蝕現象,增強了土壤團粒結構形成的進程,土壤熱容性、持水力及礦質營養吸附力增強,土壤營養淋洗得到明顯抑制,這可能得益於土壤有機質形成過程的加強。果園生草後,土壤中有機物含量持續增加,其中土壤有益微生物活性增加最為明顯。加藤正在青森縣的試驗表明,蘋果園生草第4 年和第7 年間,土壤中CO2 發生量(微生物活性指標)比清耕區分別增加了27 .8 %和33.2 %。而隨著微生物的不斷腐解,土壤中氮素含量則持續增加,並在0 ～ 15 cm 的近地表層形成氮素的富集區,從而減少了果樹生產對化學氮肥的依賴
。
3.2 .3 土壤化學性的變化
青森縣蘋果試驗站分析了生草、堆肥及清耕果園4 a(年)以後的土壤化學性變化。研究結果表明,果園生草覆蓋之後,土壤腐植質含量有增加的趨勢,與堆肥果園相近,而高於清耕果園;與清耕果園相比,果園生草覆蓋處理還增加了土壤中CaO、K2O 、可給態N 及可給態P2O5 含量,其中可給態P2O5和CaO 含量高於堆肥果園, 從而證實了果園生草對土壤的長效培肥作用。
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