蔬菜大棚土壤质量下降原因及改良方法的研究进展

2015-04-29褚素贞王莉丽赖丽芳

安徽农业科学 2015年11期

关键词：设施农业改良大棚

褚素贞　王莉丽　赖丽芳

摘要蔬菜设施栽培由于管理不当造成蔬菜大棚土壤质量下降，对蔬菜设施农业的发展造成严重的危害。结合已有的研究报道，找出蔬菜大棚质量下降的原因和相应的改良对策，同时指出其发展前景。

关键词大棚；土壤质量；设施农业；改良

中图分类号 S155.4+6 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2015）11-078-03

随着农业的发展，大棚蔬菜栽培在蔬菜生产中的应用日益广泛。有关资料表明，我国设施蔬菜栽培面积每年以50%的速度增加[1]。它具有许多露地蔬菜栽培无法比拟的优点，即可以人为地控制小气候，如温度、水分、光照、CO2浓度等[2]，使作物在适宜的环境下生长，做到常年生产，达到高产。它为城乡居民提供丰富的蔬菜供应，改善人们生活水平。

但是，由于我国大棚蔬菜栽培的技术含量低、设备差，出现严重的大棚土壤质量退化问题，即土壤的次生盐渍化，硝酸盐积累，微量元素缺乏[3]，土壤中病原菌增多，土壤板结，从而导致蔬菜产量降低、品质下降、病虫害频繁发生等一系列问题。因此，探明大棚质量下降原因且提出防治对策对大棚蔬菜栽培有着重要意义。

1 蔬菜大棚土壤质量下降原因

1.1 盲目施肥蔬菜大棚肥料施用量是露地施用量的3～4倍[4]，已大大超过作物需求。刘德等[5]研究表明，哈尔滨市郊蔬菜大棚土壤总盐量是露地土壤的2～13倍，并且随着棚龄的增加而增加。施用肥料种类主要包括有机肥、草木灰、复合肥、氮磷钾、磷酸二氢铵、尿素、碳酸氢铵、硫酸钾、氯化钾等。有机肥以基肥为主，并且配合部分化肥[6]。化肥则大部分用来作为追肥施用。据调查，大部分蔬菜大棚内所施的各营养元素比例严重失衡，氮肥严重超量，而磷钾肥不足[7]。程美廷[8]

报道，永年县黄瓜日光温室氮肥利用率不足10%，其余90%以上被积累在土壤中或进入地下水而污染水质。由此可知，过量施用肥料特别是偏重施氮肥是引起蔬菜大棚土壤次生盐渍化的直接原因。

另外，由于蔬菜设施栽培的高投入和高产出带走大量的微量元素，而施肥时不添加微肥，导致土壤中微量元素缺乏，进而影响蔬菜的生长。

1.2 蔬菜大棚内温度过高

蔬菜生长需要较高的温度。因此，为了保证蔬菜的快速生长，大棚温度远高于棚外。棚内温度的升高使得土壤中大量氮素转化为硝酸盐形式，施入的大量有机质被矿化分解，释放出无机离子[9]。所有的矿质离子都会在土壤中累积，成为设施土壤栽培蔬菜生理障碍因子。

高温还会引起土壤水分向上运动的强度增加，导致盐分在表土层累积，加之施入大量肥料，大棚土壤盐分在2～3年内就会明显上升。大棚温度过高，还可能引起微生物与根系对根际有机养分的竞争[10]，病原菌数量增加[11]，造成蔬菜产量下降，品质降低。

1.3 缺乏淋溶且灌溉不合理

大棚内土壤很少受降雨的影响，加之蒸发量大，盐分易在耕作层累积。这是造成大棚土壤次生盐渍化的一个重要原因。

蔬菜大棚内土壤地势一般低于棚外，棚内外土壤存在压力差。设施大棚存在浇灌频繁、灌溉不均匀现象，导致棚内湿度过大，加重土壤的次生盐渍化现象，土壤团粒结构受到破坏，渗透性能下降，导致土壤板结，理化性状变劣；湿度大，温度高，还会造成土壤中病原菌的大量繁殖，对作物产生不良的影响。

1.4 种植作物单一

大棚作物单一，使得一些硝化菌、铵化菌等有益微生物受到抑制[9]，而对作物有害的微生物、菌类大量发展，土壤微生物和无机成分的自然平衡受到破坏，导致肥料分解过程障碍，土壤病原菌得到发展，使得土壤病害蔓延，影响作物生长。

1.5 设施作物连作

在微生物作用下，作物残茬在降解过程中可能会产生一些对同一种或同一科作物生长发育不利的物质，或因作物残体的病原菌积累等原因而成为作物连作障碍中一个重要因子。Wagger等[12]认为，玉米残茬能阻止后季玉米的早期生长。这与残茬分解过程中有毒物质有关。

植物在生长过程中会产生根系分泌物。前茬作物的根分泌物能刺激某些有害微生物的生长和繁殖。这些微生物抑制下茬同一类作物的生长，造成连作障碍。贾新民等[13]研究表明，重迎茬大豆根分泌物对大豆根腐病病原菌有增殖作用。

2 蔬菜大棚土壤质量改良对策

2.1 合理施用化肥

首先，要提高对化肥的认识，推广化肥深施，配方施肥。氮肥造成污染的主要成分是硝酸盐。童有为等[14]研究表明，土壤的盐类积聚主要是硝酸盐积累，而硝酸盐的还原态——亚硝酸盐与铵反应生成亚硝铵，是致癌性强的一类化合物，诱癌时间随日摄入量增多而缩短。人体摄入硝酸盐的80%来自蔬菜，因而蔬菜中硝酸盐含量的高低与人类健康关系密切。农业部科技司科研计划处处长杨雄年介绍，我国化肥的利用率平均只有30%左右。因此，要大力提倡合理施肥，按计划产量和土壤供肥能力科学计算施肥量，合理配方施肥，由单一施氮肥改为氮磷钾配施，施用时要少量多次，并且注重对微肥和CO2气肥的施用。

2.2 增施有机肥

在有机肥分解过程中，细菌、放线菌增殖，抑制病原菌的繁殖，从而减轻病害的发生。同时，根据土壤的类型，选择施用粪肥种类。施有机肥，改良土壤物理性质，促进土壤微团聚体的形成，降低土壤容重，增加土壤的总孔隙度和毛管孔隙度，增加土壤的入渗率，从而有利于盐渍土盐分的淋洗。土壤中的有机质能够吸附盐分离子，降低土壤盐分的活性，起抑盐的作用。

2.3 采用合理的灌溉方式

对于以硝酸盐为主的土壤次生盐渍化土壤，每次灌溉应用低矿化度的水浇足、浇透[15]，使土壤表层中的部分硝酸盐淋洗稀释，供根系吸收[16]；若土壤中阴离子以氯离子和硫酸根离子为主，则可以采用滴灌特有的排盐特性将有害离子排出根群外，避免直接危害作物根系[17]。生产实践与研究结果证实，水、肥同施有利于提高水肥的利用效率[18]。例如，将肥料溶于灌溉水中，以滴灌的方式随水施入土壤，不仅可以减少肥料用量，减轻环境负荷，而且可以省工省力，便于实现机械化作业。代国英[19]采用滴灌施肥的方法进行节水、节肥试验，在番茄减肥2/3、黄瓜减肥1/2的条件下获得的蔬菜产量与使用常规施肥方法种植相同。

2.4 利用降水淋洗

在一季大棚作物收获后，棚内土壤中已积累较多盐分，所以应深翻起垡，拆除塑料薄膜，任雨水入渗，棚外周围开深沟，让盐分随水排走[15]。若土壤中盐分较多，则可以灌水排盐，即将大棚灌水达到稻田状态，然后排干积水，同时排掉水中溶解的盐分。另外，Yang等[20-21]用树脂夹膜收集提取水、土壤中的NO3--N，可以收到降低土壤中NO3--N积累的效果。

2.5 避免棚内高温

将棚温控制在适合作物生长的温度范围内，既有利于作物正常生长，又避免因棚温过高使土壤中的有机物无机化过程，保持较好的大棚土壤理化性状。在夏季高温季节，应在棚顶用遮阳网降温，用喷灌降温洗盐[22]。

2.6 合理轮作[18]

根据不同蔬菜作物生长习性和土壤条件，采用合理的轮作方式，提高土壤水分、养分的利用效率。这也是解决土壤、蔬菜硝态氮含量高的重要途径，如豆科蔬菜与非豆科蔬菜轮作、深根系蔬菜与浅根系蔬菜轮作都是较理想的轮作方式。

2.7 应用土壤改良剂改良

天然沸石、膨润土都是改良剂。它们对土壤的改良有较明显的作用。沸石具有保氮固磷的作用，且含有较高的钾、钙离子、镁离子和微量元素，对于调节作物养分平衡具有重要意义。在使用沸石后，土壤全氮、有机质一般提高1%～5%，有效态养分如碱解氮、有效磷、有效钾、有效硅均有显著提高[23-25]。但是，对于交换性Na+含量高的沸石要慎用[26]。粉碎的玉米秸杆不经腐解直接施入蔬菜大棚土壤，可有效地改善大棚连作土壤的理化性质，调节耕层的水肥气热环境，缓解大棚土壤障碍[27]。蔬菜大棚土壤施用稻草可以降低土壤盐分含量，防止土壤盐分表积，提高土壤有效养分含量，特别是磷、钾[28]。腐熟锯末空隙大，有良好的保肥、保水能力，能提供作物生长所必需的水分和氧气，可以避免连作造成的土壤障碍[29]。

另外，还有以天然沸石为母体的人工配制的调理剂。它添加了作物所需的营养元素和营养协调物质，使其有机结合，达到改良土壤、增加肥效的双重作用。

2.8 种植洗涤农作物除盐[16]

在一般农作物中，除盐效果最好的是玉米。据报道，夏季栽种55 d，玉米可以使土壤电导率由2.5 mg/cm降到1.0 mg/cm。

2.9 土壤消毒

由于大棚土壤处于高温、高湿的环境下，且受作物连作的影响，病原菌多，可采用土壤消毒的方式消除障碍或减轻障碍[15，30-31]。

3 展望

我国蔬菜大棚栽培趋向是高投入、高产出、高效益的规模化和产业化。随着我国加入WTO，发达国家制定“绿色壁垒”，不同地区及不同国家对蔬菜产品品质提出的监测标准以及城市居民对蔬菜品质要求在日趋升高，对蔬菜大棚种植条件的要求标准也更加严格。因此，许多专家学者除在研究蔬菜大棚栽培条件下存在问题的一般调查和单项技术探索（如设施土壤养分变化、盐分累积特点、连作障碍因子分析等）方面外，开展对蔬菜大鹏土壤环境质量状况与演变机理方面的研究，主要有以下方面。

（1）开始建立研究价值高的长期定位试验点，掌握土壤性质与生产环境条件的动态演变规律以及形成协调、高效和可持续的施肥-土壤-蔬菜品质的系统监控体系。加强对设施土壤质量中微生物区系、微量元素、重金属污染以及农药残留等方面的系统研究，开展有关土壤质量现状、退化规律、演变机制与调控模式，为设施土壤资源可持续利用提供理论指导和科学依据。

（2）大棚土壤环境质量的演变是一个自然因素和人为因素综合作用的动态过程。针对我国蔬菜大棚土壤出现的问题，有针对性、地域性地加强设施配套设备及环境优化控制软件（棚室内水、温、气、湿等环境控制设备）开发研究，提高设施环境控制水平，有效防治土壤障碍，为我国设施农业的进一步发展提供坚实的理论基础。

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