2.1 生態(tài)農(nóng)田養(yǎng)分來(lái)源
農(nóng)田中金屬類(lèi)礦質(zhì)元素養(yǎng)分最初來(lái)源于土壤，而土壤來(lái)自巖石風(fēng)化；非金屬元素中碳和氮來(lái)源于大氣，碳來(lái)自綠色植物的光合作用，氮來(lái)自雷電氮合成作用及微生物的生物固氮作用。如果土壤足夠健康，尤其土壤生物多樣性豐富，那些固氮、解鉀、解磷的微生物發(fā)揮重要的作用，是能夠滿足作物養(yǎng)分需求的，不需要人類(lèi)化學(xué)合成肥料，這樣大部分環(huán)境污染可從源頭得到控制。一些在沼澤地或者森林地新開(kāi)墾的耕地基本不使用化肥或有機(jī)肥，也能有較高的產(chǎn)量，就是利用了大自然儲(chǔ)存的有效營(yíng)養(yǎng)元素的緣故。
土壤是各類(lèi)成土因素綜合作用下的產(chǎn)物，不同地區(qū)形成相應(yīng)的土壤類(lèi)型。土壤在地理位置上的分布，既與生物氣候條件相適應(yīng)，表現(xiàn)為廣域的水平分布規(guī)律和垂直分布規(guī)律；又與地方性的母質(zhì)、地形、水文、地質(zhì)和成土?xí)r間等因素相適應(yīng)，表現(xiàn)為微域分布規(guī)律；同時(shí)，在耕種、灌溉等人為條件下形成不同類(lèi)型的土壤。土壤緯向地帶性在我國(guó)表現(xiàn)為：在東部形成濕潤(rùn)海洋性地帶譜，由北向南依次分布著暗棕壤、棕壤、黃棕壤、紅壤、黃壤、磚紅壤。土壤經(jīng)向地帶性在我國(guó)由沿海到內(nèi)陸表現(xiàn)為：干旱內(nèi)陸性地帶譜，由東向西依次分布著黑鈣土、栗鈣土、棕鈣土、灰鈣土、荒漠土。在這兩個(gè)土壤地帶譜之間，自東北向西南則形成一個(gè)過(guò)渡性地帶譜，順序分布著黑土、黑鈣土、栗鈣土、褐土、黑壚土（史學(xué)正 等，2007）。
土壤結(jié)構(gòu)是指土壤固相顆粒的排列形式、孔隙度及團(tuán)聚體的大小、多少和穩(wěn)定的程度等物理構(gòu)成。這些都能影響土壤中固體、液體、氣體三相的比例，從而影響土壤供應(yīng)水分、養(yǎng)分的能力，以及通氣和熱量狀況。土壤結(jié)構(gòu)可分為微團(tuán)粒結(jié)構(gòu)（直徑小于 0.25 毫米）、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)（0.25～10 毫米）、塊狀結(jié)構(gòu)、核狀結(jié)構(gòu)、柱狀結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)6 種，其中以團(tuán)粒結(jié)構(gòu)最為重要（熊順貴，2001）。團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤中的腐殖質(zhì)把礦質(zhì)土粒相互黏結(jié)成 0.25～10 毫米的小團(tuán)塊，具有泡水不散的水穩(wěn)定性特點(diǎn)，常被稱為水穩(wěn)定性團(tuán)粒（李勇，2013）。無(wú)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)不良的土壤，土體堅(jiān)實(shí)，通氣透水性差，植物根系發(fā)育不良，土壤微生物和土壤動(dòng)物的活動(dòng)也受限制。
植物正常生長(zhǎng)發(fā)育需要量或含量較大的必需營(yíng)養(yǎng)元素為大量元素，在正常生長(zhǎng)條件下，這些元素的單體含量占植物干物質(zhì)質(zhì)量的1%以上。磷素除外，一般為 0.2%～1%，超過(guò) 1%可能會(huì)出現(xiàn)磷中毒現(xiàn)象。碳、氫、氧主要來(lái)自空氣和水，是植物有機(jī)體的主要成分，三者占植物干物質(zhì)總質(zhì)量的90%以上，是植物中含量最多的幾種元素。它們可形成多種多樣的碳水化合物，在植物中所起的作用往往不能分割，如木質(zhì)素、纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等。這些物質(zhì)是細(xì)胞壁的主要組成成分。植物光合作用的產(chǎn)物糖是由碳、氫、氧構(gòu)成的，而糖是植物呼吸作用和體內(nèi)一系列代謝作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，同時(shí)也是代謝作用所需能量的原料。碳水化合物不僅構(gòu)成植物永久的骨架，還是植物臨時(shí)儲(chǔ)存的食物，并積極參與體內(nèi)的各種代謝活動(dòng)。氫和氧在植物體內(nèi)的生物氧化還原過(guò)程中也起著很重要的作用。一般地，碳、氫、氧、氮、磷、鉀、硫、鎂、鈣這 9 種元素，因其植物需要量相對(duì)較大，研究者將之稱為大量元素；而鐵、氯、錳、鋅、硼、銅、鉬、鎳這8 種元素植物需要量極微，稍多即會(huì)發(fā)生毒害，故稱為微量元素。上述 17 種元素為植物生長(zhǎng)的必需元素（李合生，2012）。
植物從土壤中吸收的礦質(zhì)元素來(lái)源于礦物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的礦物分解過(guò)程。植物對(duì)元素的需求量有最適范圍，缺少和過(guò)多均屬于脅迫。需要指出的是，植物需求的不僅是某種元素絕對(duì)量，還在于各種元素的相對(duì)關(guān)系，即比例。具有合適的比例時(shí)，植物的生長(zhǎng)發(fā)育最好，反之有害。植物通常有主動(dòng)吸收離子的能力，會(huì)選擇性的吸收、富集或者逆濃度梯度吸收離子在具有不同元素含量的土壤中分布著不同植物。如果某些元素含量異常高，生長(zhǎng)有特殊植物，就可將其作為指示植物（蔣高明，2004）。
在講到生態(tài)農(nóng)田的養(yǎng)分來(lái)源時(shí)，必須指出有機(jī)質(zhì)的重要性。有機(jī)質(zhì)包括非腐殖質(zhì)和腐殖質(zhì)兩大類(lèi)。非腐殖質(zhì)是動(dòng)植物的死組織和部分分解組織。腐殖質(zhì)是土壤微生物分解有機(jī)質(zhì)時(shí)，重新合成的具有相對(duì)穩(wěn)定性的多聚體化合物，腐殖質(zhì)可占有機(jī)質(zhì)的80%～90%。在生態(tài)農(nóng)田中，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)植物十分重要，因?yàn)樗侵参锏V質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的重要來(lái)源，并可增加元素的有效性；土壤有機(jī)質(zhì)還可改善土壤物理、化學(xué)性質(zhì)，促使團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，調(diào)節(jié)土壤水、氣、熱條件；促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收（Guo et al.，2016）。本團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò) 10 年的連續(xù)觀察，當(dāng)不使用化肥、農(nóng)藥、除草劑和地膜，保護(hù)合理的土壤結(jié)構(gòu)，土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)到5%時(shí)，即使一兩年不施肥，其周年產(chǎn)量依然能夠保持在噸糧的水平，即小麥和玉米周年畝產(chǎn)量為1 000 千克以上（Liu et al.，2016）?？梢?jiàn)，有機(jī)質(zhì)含量高是生態(tài)農(nóng)田的重要指標(biāo)之一。
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