专家分享|陈能场：堆肥产物的魅力—从易病土壤到抑病土壤

项目组按：

当今固废管理中，古老的堆肥技术仍然是回收再利用有机废弃物（包括厨余和园林绿化垃圾）的主流技术，其产物的主要用途是回归土壤、用于种植，由此闭合支撑着千百年人类文明发展的物质循环。对热爱和从事堆肥实践的伙伴而言，都需要掌握基本的土壤知识，了解堆肥和土壤的关系，学习如何将堆肥产物施用于土壤才有益于土壤健康和植物生长。

为此，社区厨余堆肥平台特地邀请广东省科学院生态环境与土壤研究所、中国科协环境生态领域首席科学传播专家陈能场研究员主笔，为大家撰写“土壤与堆肥”的系列科普文章，在6月陆续推出。本系列的第一篇《专家分享|陈能场：健康土壤是农业的核心》，重点介绍了健康土壤的重要性以及如何判断土壤是否健康。本文是本系列的第二篇，重点介绍堆肥产物的生物学特性、其施用为何能提高土壤的抗病性能。

社区厨余堆肥项目组对推文的编辑得到了陈能场老师的首肯，特此说明。

堆肥产物的魅力—从易病土壤到抑病土壤

广东省科学院生态环境与土壤研究所

中国科协环境生态领域首席科学传播专家

陈能场研究员

1909年，美国老土壤学家富兰克林▪H▪金博士带着一个疑问，携太太远渡重洋来到亚洲：美国的农耕方法使肥沃的处女地不到三代人就地力枯竭，而亚洲特别是中国的土壤为何经久不衰？他说：“我们渴望了解经过二千年或三千年甚或也许四千年之久的今天，怎么使得土壤生产足够的粮食来养活这3个国家稠密的人口成为可能。现在我们得到了这个机会”。金博士在日韩短暂停留后，考察了中国整个东部，从南到北，看到了塘泥农用，看到了苏州河上的小船白天运粮食入城、晚上则拉出人粪尿还田，看到了农田中施用的绿肥（注释见文末），也看到了各种堆沤的厩肥施用于土壤。回到美国后，金博士撰写了《四千年农夫》，此书如今已被翻译成数十种语言，成为有机农业的经典书目。书中列举了中国农民使用的各种肥料：人粪尿、家畜禽粪尿、蚕屎、蚯蚓粪、草木灰、草木落叶、绿肥、堆肥（产物）、骨肥、泥肥、土肥、蒿秸、蜗牛壳、豆饼、灶灰、其它杂肥。

为什么中国农民使用的这些肥料如此养地？因为它们大多是有机物料，滋养着土壤中的各种生物，让土壤能持续焕发生机。除有机物料外，灶灰、草木灰不含有机物质，主要由矿物质构成，补充土壤的矿物质营养，同时平衡土壤酸碱度。

在这些物料中，堆肥产物的土壤改良作用脱颖而出。这又是为什么呢？

什么是堆肥？

小时候，农村家家养猪，有的家庭还养牛和其它禽畜。他们将稻杆作为垫料，当畜禽尿粪达到一定厚度后，清理出来堆成一定体量的堆体，堆体上用棚盖遮雨，不定时进行翻堆。这期间，堆体温度很高，半年后就腐解成为优质堆肥产物。

我们通常说的“堆肥”就是在高温条件下发生的有机物料好氧分解的过程。堆肥过程经过嗜温期（早期）、嗜热期和成熟阶段（中温晚期）三个阶段，微生物群落在不同堆肥阶段发生变化（下图）。有趣的是，进入堆肥中期和后期，放线菌出现了。放线菌是提取抗生素的主要菌群，能够增强土壤的抗病能力。

堆肥产物的生物学性质

堆肥产物的施用能够改善土壤的多方面性能，比如土壤保肥能力、持水能力、缓冲能力。堆肥的高温和腐熟过程能够杀死堆料中的杂草种子和病原菌，重新构建新的菌群。这样的堆肥产物长期施用于土壤，能让易病土壤变成抑病土壤。

1.堆肥产物的微生物群落数量多，威力大

堆肥产物的施用大大增强了土壤微生物群落的健康程度。

研究表明，含有农药的土壤的细菌为19×10⁶g^-1dm^-3，堆肥产物中的细菌是417
x10⁶g^-1dm^-3,是前者的22倍。含农药的土壤所含的真菌为6×10³g^-1dm^-3，而堆肥产物中的真菌含量为155
x10³g^-1dm^-3，是前者的25.8倍。显然，堆肥产物中的细菌和真菌含量都远高于肥沃的土壤。

2.堆肥产物对土传病害抑制效果的研究概况

到目前为止，已有大量的科学研究揭示添加有机物有利于抑制土传病害，这其中包括堆肥产物的应用所起到的积极作用。意大利那不勒斯费德里科第二大学（University
of Naples Federico
II）的研究人员Bonanomi对2423篇文章中的试验案例进行荟萃分析，这些案例来自与“有机添加物抑制土传真菌病害”相关的250篇文章。他的分析发现其中45%的案例呈现抑制性，35%的案例抑制不显著，但也有20%的案例中的发病率显著增加；其中，堆肥产物是土传病害抑制性最好的材料，在超过50%的案例中，土传真菌病害都因为堆肥产物的施用而得到了有效的控制。荷兰瓦赫宁根大学生物农业系统（Biological
Farming Svstems,Wageningen University, Wageningen, The
Netherlands）的科学家Termorshuizen研究了18种堆肥产物的应用对于7类土传病菌的抑制效果，主要采用经过堆肥产物改良的泥炭基混合物的参数对单个病原体的疾病抑制进行回归分析，表明施用堆肥产物或对抑制病害有积极作用（竞争、根际影响、pH影响等），或对此没有影响，极少产生刺激病害的作用。

Termorshuizen
AJ , E van Rijn, DJ van der Gaag, C Alabouvette, Y Chen, J Lagerl f,
AA Malandrakis, EJ Paplomatas, B R mert, J Ryckeboer, C Steinberg and
S Zmora-Nahum. 2006. Suppressiveness of 18 composts against 7
pathosystems: Variability in pathogen response. Soil Biology and
Biochemistry. 38:2461-2477

3.堆肥产物对土传病害抑制效果的机理

在健康土壤中，各类生物存在着互生、共生、颉颃、寄生、竞争、捕食、种间共处等各种关系，不同土壤生物会互相竞争相同的食物，竞争激烈。有些生物以其他生物为食，比如一些线虫以真菌、细菌或其他线虫为食；而一些真菌、细菌也可以捕捉、杀死线虫并将其彻底消化。许多类型的土壤生物参与复杂的多路径食物系统，通常称为食物网。一些土壤生物通过引起病害或直接寄生的途径危害植物，换句话说，针对植物生长而言，土壤中有 “好”和”坏”的细菌、真菌、线虫和昆虫。农业生产系统的一个主要目标是为促进大多数有益生物的生长并减少少数潜在有害生物的数量创造条件。堆肥产物施用到土壤，引入大量的“好”的微生物，通过拮抗、理化活性、寄生和竞争四种机制，对病原菌产生抑制作用。

堆肥产物抑制病害的能力可以从以下三个方面来理解：

（1）堆肥产物中的微生物能够产生植物激素和释放土壤微量元素，因此能够更好地抵抗病原菌感染。

（2）堆肥产物中的有益微生物与致病菌竞争养分，（弹跳虫和螨类）或者直接吃掉病原菌，亦或者产生杀死病原菌的抗生素。

（3）堆肥产物施用能够诱导植物体产生系统抗性来抵御植物体免受病虫害入侵，这些植物具有较高水平的生化活性，可有效提高根、叶对病害的抗性。

但堆肥产物在某些条件下也可能会导致或促进病虫害产生。富含有效态氮的堆肥产物可能会刺激某些病害的产生，如大豆上的疫霉根腐病，以及其他作物的镰刀菌枯萎病和火疫病。因此在施用堆肥产物需“因地制宜”和“按需使用”。

土壤施用堆肥产物和化肥的差别在哪里？

简单而言，化肥直接养作物，而堆肥产物通过先养土壤再养作物。堆肥产物本身含有微生物，施用于土壤后，还能继续分解有机质，改善土壤中的微生物群落结构，并提高土壤的抗病性；同时，大量腐殖质的加入有效地改善了土壤的保肥和持水能力，从而提高土壤的缓冲能力。

不过，堆肥产物本身供给养分的能力有限，很难完全替代化学肥料。为了实现农作物的高产稳产，两者同时施用的效果更好。

注释：

绿肥：用绿色植物体制成的肥料。各种绿肥的幼嫩茎叶，含有丰富的养分，经过土壤腐解，能大量地增加土壤中的有机质和氮、磷、钾、钙、镁和各种微量元素。

厩肥：家畜粪尿和垫圈材料、饲料残茬混合堆积并经微生物作用而成的肥料。

骨肥：即骨粉，是各种骨头研磨粉碎后得到的粉末，可以给土壤补充钙元素，促进植物生长，提高植物抗病性。

泥肥：由浅水动植物的残体、排泄物和由高地冲下的土粒、杂质经过沉积、腐烂、分解和混合而成，如河泥、塘泥、沟泥、湖泥等。

土肥：土壤与有机废弃物（如粪便、厨余垃圾等）混合积制的肥料，如牲畜圈坑中混合畜禽粪尿的垫土、厨余垃圾埋入土壤一定时间后获得的富含有机质的土壤。

蒿秸：即秸秆，堆积发酵后可获得改良土壤和促进植物生长的肥料。

矿物质营养：包括氮、钾、钙、镁、磷、硫等常量元素和氯、硼、铁、锰、锌、铜、钼、镍等微量元素。

拮抗：微生物之间的互相抵制、互相排斥、甚至互相残杀的斗争被称为“生物拮抗”。

理化活性：即土壤的理化性质。有益微生物通过改变土壤理化性质，改变病原菌生存环境，从而降低其生物活性，起到抗病抑病的作用。

寄生：两种生物在一起生活，一方受益，另一方受害，后者给前者提供营养物质和居住场所，这种生物的关系称为寄生。

竞争：微生物间在生活空间和营养物质的绝对量不足时，两种或多种微生物群体对同一资源的同时需求发生的争夺现象被称为竞争。

结语

在社区堆肥中，使用厨余残渣、园林绿化废弃物、农作物秸秆等作为堆肥原料，可以堆制出优质的堆肥产物。

堆肥的高温过程能够杀死杂草种子和物料中的病原菌，堆肥产物得以重新构建新的菌群。合理施用腐熟稳定的堆肥产物能够改善土壤结构，促进土壤团粒结构的形成，丰富土壤养分，提高土壤微生物的活性。同时，有机质、团粒结构和微生物互相作用，进一步提高土壤质量。长期施用堆肥产物能让易病土壤变成能抑病的土壤，减轻病虫草害，从而减少除草剂施用量，实现养地的功能。（相关内容可点击查看改良城市土壤，社区堆肥大有作为）