培養健康土壤的核心：免耕+生草+覆蓋作物+利用微生物
培養健康土壤的核心：
免耕+生草+覆蓋作物+利用微生物
水果有機栽培，面臨的一個主要問題就是如何減少或者進一步不施化肥逐步培肥地力，提高土壤有機質含量，創造一個健康的土壤。改善土壤健康狀況可以解決許多農業問題、避免土壤侵蝕、減少水土流失和山洪暴發，同時減少殺蟲劑和化肥農藥的使用，減少硝酸鹽和磷的汙染，有利於生產有機果品。但如何培養健康的土壤，筆者結合近年來國內外有機果園考察成果和學習的心得，總結為免耕+生草+覆蓋作物+利用微生物。
一、免耕的好處和生草一樣多
關於免耕，它的好處不僅僅是節省勞力和能源，還有助於提高土壤的物理肥力和生物肥力，從而提升土壤的化學肥力。在美國一項關於2003年的平均燃料消耗量的研究中發現，免耕農業的能源消耗被常規耕作少1/3，這是由於免耕果園的農機設備使用量減少。如果在免耕的基礎上，採用行間生草和覆蓋作物，則能進一步減少能源密集型肥料的使用。
美國土壤生態學家戴維·R.蒙哥馬利（David R.Montgomey）教授認為，土壤作為岩石的風化物，舊的成土觀念認為土壤形成需要數百年或更長時間才能形成1英寸厚的土壤。而包含生物—覆蓋作物、根系分泌物、微生物和土壤生命的新觀點認為，我們可以在幾十年而不是幾個世紀里加速形成土壤（此觀點來源於《耕作革命：讓土壤煥發生機》）。
土壤中積累的大部分碳都來源於根系分泌物。這種以生命形式固定的碳，就不會跑到空氣中。這就是為什麼及時割倒覆蓋作物的活動有利於土壤碳的固存，因為它在再次生長的同時刺激了大量根系分泌物的釋放。隨著覆蓋作物的生長，通過光合作用合成足夠的碳以產生分泌物。當覆蓋作物繁殖時，由於它會將自身資源分流到種子生產中，因此根系分泌物的產生就會被切斷。大幅度增加土壤中的碳，就需要定期割倒自然生草和覆蓋作物，避免它們形成種子，以便在短時間內使更多的根系分泌物進入土壤。
免耕和生草除了改善土壤質量和土壤物理、化學及生物特性，對土壤有機質的增加還有好處。傳統農業可能會產生土壤團聚體，但它們缺乏球囊黴素穩固住團聚體。只有通過免耕、生草和覆蓋作物等建立的土壤碳庫，存進了微生物生物量和營養循環，改善土壤結構及質地，並促進土壤團聚體的形成—所有這些都能提高土壤肥力。最終的結果是增加了土壤有機質含量，果樹產量也有所提高。
圖1:《耕作革命：讓土壤煥發生機》
二、土壤有機質的來源不僅僅是施有機肥
土壤有機質與果樹產量之間存在著密切的關係，土壤有機質含量高，哪怕施用的肥料很少，也可以使果樹產量保持較高水平。眾所周知，土壤有機質的損失將削弱乾旱氣候下的果樹抗旱性和抗寒性，增加土壤有機質可以改善土壤的保水性和持水能力，從而提高果樹的抗寒、抗旱能力。
那麼，如何長期保持有機果園土壤的的有機質含量？答案是生產和保持生物量，而這正是通過種植覆蓋作物和覆蓋作物殘茬來實現的。通過種植覆蓋作物來捕獲和釋放養分，用能夠聚集土壤養分的覆蓋作物來聚集和吸收營養元素，使營養元素從土壤中進入它們的生物量中。深根覆蓋作物會把深層土壤的養分帶到地表，甚至連固氮的豆科植物也能在死亡後把養分歸還土壤。簡而言之，如果你有太多的堆肥一時無法利用，可以放在土壤中，種植覆蓋作物來吸收和暫時保存這些寶貴的養分。然後，當你想要使用這些養分時，你就可以割倒覆蓋作物，任由它腐爛分解，讓營養物質回到土壤中。
如果要建立土壤的生物肥力，土壤中要有足夠的用於繁殖真菌的碳。和果樹一樣，植物通過光合作用來獲取碳，從而生成莖、葉、枝、乾和根、根系分泌物，當植物固定碳並將其從根部排出來繁殖微生物時，它們會增加土壤的碳儲量。以根系分泌物生存的有益微生物則通過生長繁殖活動構建了土壤的團聚體、孔隙和土壤有機質。而耕作和施氮肥都會殺死這些有益微生物，特別是菌根真菌，前者會將它們切割開，後者則會使作物減少它們的分泌物，從而餓死了依靠根系分泌物生存的菌根真菌和其他有益微生物。
戴維·R.蒙哥馬利教授在《泥土：文明的侵蝕》和《耕作革命：讓土壤煥發生機》兩本書中指出，相關資料表明，地球上土壤中的碳含量至少是大氣中的兩倍。據估計，在10英尺的深度，土壤中的碳含量比大氣中的總量和地球上動植物生命中的碳含量都多。由於表層有機質的輸入和淺根的富碳分泌物排入土壤，大多數碳保存在土壤表層的幾英尺處。每次耕作時，都會將表層土壤暴露在空氣中，加速有機物分解，釋放大量的碳。有人估計，到20世紀末工業革命後，大氣中的碳總量的1/4-1/3都來自於耕作。自農耕出現以來，大多數耕地土壤已經失去了原始土壤碳的1/3-2/3。2005年《科學》雜誌中發表的一篇相關文章提到，由於常規穀物作物及化肥使用每年使土壤減少0.5%-1%的碳，而種植覆蓋作物和施用農家肥則能使土壤碳每年增加0.2%-0.4%。
圖2：《泥土：文明的侵蝕》
現實是，只有增加生物量即每年多種覆蓋作物的種植、定期割倒覆蓋和增施有機肥料（果園五配套：自然生草、種植覆蓋作物+循環養雞、養豬+利用沼氣照明、肥田+雞糞、豬糞等發酵處理還田+健康的果樹）時，免耕措施才能不斷增加土壤碳儲量。免耕對土壤固碳量的影響很大程度上取決於覆蓋作物的系統管理，它與殘茬保持（30公分左右）、覆蓋植被和果園五配套相結合，僅僅的免耕對增加土壤碳含量的作用並不大。
三、行間自然生草和種植覆蓋作物
覆蓋作物不僅僅供微生物維持活性，還有助於營造適宜的土壤溫度，使微生物發揮有益作用。覆蓋作物的免耕系統為菌根消耗和轉化為球囊黴素提供了充足的碳。這意味著富含微生物的土壤可以促進滲透並且更好地保持水分，所以作物更抗旱。
將覆蓋作物種植在果樹行間，必要時及時割倒覆蓋，這些作物死亡時，根部能釋放出有助於溶解磷和其他礦物質營養物質的酸性分泌物。但如果你不及時割倒覆蓋物，就無法得到這個額外的根系分泌物作為輸入物。這樣做的目的是不讓覆蓋物從土壤中吸收氮和磷來製造種子，而是隨著時間的推移，在覆蓋作物不斷生長時，其營養物質在收穫後還田，留存在土壤中，以供果樹的吸收和利用。
戴維·R.蒙哥馬利教授在發現，蘿蔔的種植可以有效抑制冬季雜草的生長，蘿蔔在短短兩個月內即可長出3英寸的根莖。冬季霜凍來臨，蘿蔔死亡並腐爛後，留下大型垂直空隙會顯著改善土壤滲透狀況，有助於緩解土壤壓實。蘿蔔的根孔周圍可以為作物提供更多的速效磷，同時也是夏季作物收穫后土壤氮素的“拾荒者”，當蘿蔔腐爛分解時，它們迅速地將氮和其他營養物質歸還到土壤中。經試驗證明，種植蘿蔔後每英畝土地能回收至少250磅氮，同樣多的鉀和至少23磅的磷。種植毛苕子和豌豆後，每英畝土壤可增加100-200磅的氮。向日葵擅長從土壤深處富集鋅，並將其帶入表層土壤。種植向日葵的土地，土壤中植物可利用有效鋅的含量有明顯的上升。我們曾經於秋季在渭北旱塬蘋果產區推廣行間種油菜，來年春季花開時割倒覆蓋，每畝地其生物產量高達1500-2000公斤，肥田效果不言而喻。
簡單地說，豆科作物向土壤提供氮，而果樹根系生長髮育中不斷通過構建土壤團聚體的菌根給豆科作物提供磷，土壤團聚體的功能則產生了土壤結構和孔隙空間，這些土壤物理性狀則涵養了豆科作物和菌根需要的水分和養分，三者形成了互為利用，相互共生的關係。
四、土壤微生物的參與
雖然存在一些酶來分解礦物質的真菌，但是與菌根真菌（如叢枝菌根，Arbuscular mycorrhizal fungi，簡稱AMF）形成共生關係的溶磷菌也能夠從礦物質中吸收營養物質。真菌通過它們的結構體或者菌絲體吸收營養，並將其遠距離運輸到作物—以換取作物根系的分泌物。為了充分利用生物肥力，我們需要富含有益細菌和菌根真菌的土壤。
圖3：《叢枝菌根與土壤修復》
森林土壤是一個主要的碳匯，在全球範圍內封存了16%的土壤碳，因此森林土壤在全球碳循環中扮演著陸地淨碳匯的功能。以前，科學家們總認為土壤中大部分碳是來自植物的地上凋落物，植株通過吸收大氣中的二氧化碳，最終落在地面慢慢腐爛進入土壤，因此地上植物凋落物是土壤有機質的主要來源。同樣，大家的共識是，植物的地上凋落物（死亡的針葉和木質部分）是北方森林土壤碳儲存的主要來源。現在發現，這一切可能是一個誤解，而消除這個誤解的是來自瑞典農業科學大學的女性科學家Karina Clemmensen和她的同事，她們發現，儲存在森林中的碳很大比例不是從下面進入土壤的，而是通過根和它們相關的菌根真菌起作用的。固定在土壤中的碳，有50%-70%是來自樹根及周圍生長的真菌。也就是說，與植物根系共生的真菌，將來自植物光合作用產物的碳直接轉運到土壤中並被封存起來，即Fungal Carbon Sequestration（真菌碳封存）。科普雜誌“科學美國人”（Scientific American）介紹此成果時稱“根部真菌在土壤中封存了數量驚人的碳。在生態系統過程中，落葉和樹枝雖然重要，但在較量中根和真菌卻勝出了。”
球囊黴素(Glomalin，最新命名為球囊黴素相關土壤蛋白Glomalin related soil protein) 是由叢枝菌根真菌 產生的一類含金屬離子的糖蛋白。由於真菌分泌此類蛋白的特異性及其理化性質的特殊性，自1996 年被發現以來，其在土壤結構及土壤碳素儲存和循環中的作用引起了人們的廣泛關注，尤其是在貧瘠的土壤上，球囊黴素在土壤有機質組成中起著非常重要的作用。隨著研究的深入，人們對球囊黴素的組成、結構和功能等不斷取得新的認識。生活在果樹根系周圍的菌根真菌首先形成菌絲，接著產生球囊黴素，菌絲需要它才能開展正常的工作。球囊黴素可以產生促進形成一種黏性活性物質—微團聚體（存在於土壤微小團粒結構之間），它可以穩定水流動和儲存的通道。這些通道對菌根真菌的生長來說是必不可少的，也是其它有益土壤微生物的棲息地。當有機物保持在穩定的團聚體中時，其週轉的時間從幾年增加到幾十年或更長。富含菌根的土壤的固碳能力開始增強，土壤更加肥沃，反過來又會有更多的有機物供真菌消耗和分解。
正是以上自然界生物之間的有機結合，才形成了果樹、雜草、覆蓋作物、土壤微生物、蚯蚓等彼此旺盛的生命力，才創造了時間和空間上豐富的生物多樣性，這無疑有利於有機生產的生態環境，奠定了有機果品生產的基礎。
中國農業科學院鄭州果樹研究所主辦的《果農之友》雜誌之“有機水果”專欄
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