设施农业土壤存在的问题及改良对策

滕 颖，范晓璐，陈 徉，宋天顺，谢婧婧

（1.常州市金坛区农业广播电视学校，江苏常州213200；2.常州市生产力发展中心，江苏常州213131；3.南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京211816）

0 引言

设施农业是采用工程技术手段，使动植物在全天候条件下进行高效生长的一种现代工业方式。但由于其特殊的生长环境以及长期不合理的管理措施，致使土壤出现了一系列严重的退化问题。其中土壤酸化和次生盐渍化的问题最为突出，会影响到作物的产量和品质。

1 设施农业土壤存在的问题

1.1 设施土壤酸化的形成原因

土壤酸化是指在自然或人为条件下土壤pH值不断下降的过程［1］。自然条件主要是指土壤中本身组成成分所导致的pH值影响，但更多的是由于人为的农业过程而导致的土壤酸化。

氮肥的施用。据研究，每年在中国施用的氮肥含氮量，远超过每公顷作物的吸收量。大部分的氮肥残留在土壤中,特别是在土壤的耕作层积累。其中，各类含铵根态的酸性氮肥的过量使用，会使得土壤中硝化作用增强，导致硝酸根的大量积累，从而加速了土壤的酸化［2］。

粪肥的施用。为了提高设施作物的产量，农户会大量使用一些动物粪肥，而其中一部分粪肥，并未进行充分的堆肥腐熟，当其进入到土壤中，有机质会进一步分解产生大量有机酸，使得土壤酸化加剧［3］。

植物的致酸作用。设施农业环境的限制会致使土壤空气聚集大量的CO2,当其溶解于水中，会产生大量的H+加速土壤的酸化。此外，作物根系在生长过程中也会分泌出多种有机酸，在通气不良的环境下，这些有机酸会大量的积累，使得土壤pH值下降［4］。

1.2 设施土壤酸化的危害

土壤的板结。土壤酸化会使土壤中的团粒结构性能变差，而这些团粒结构是影响土壤性能的重要因素，在一定程度上影响着土壤的通气性和透水性。因此其性能的下降，会导致土壤发生板结，使土壤中的水分不容易保持，作物不能有效地吸收相应的养分［5］。

中量元素的流失。土壤酸化会使土壤的pH值不断下降，当土壤pH值进一步低于4.0时，土壤中的钙、镁等中量元素，其离子态的迁移性增强，灌溉时，这些中量元素会从土壤中溶解到水里，发生流失，从而降低了土壤中营养元素的量，使得作物的吸收量降低，导致作物的产量或品质下降。

抑制微生物的活性。土壤中适宜有益微生物生长的pH值范围在6.0～7.5，当土壤发生酸化时，土壤的pH值降低，特别是降低到5以下时，有益微生物会大量死亡或者受到严重抑制，而这些有益微生物在土壤中，可以用来矿化土壤中的有机质或发生固氮作用提高土壤中的氮含量，有益微生物的大量减少或抑制会使土壤中作物吸收的营养成分下降。与此同时，pH值环境的变化，会使得一些极端微生物特别是某些有害微生物的数量增加，其会抑制作物的根系生长，甚至使作物得土传病，从而影响到作物的生长。

重金属的富集积累。土壤中除了中量元素，还会由于土壤背景值或施肥等条件引入一些重金属。其在中性条件下，会以螯合或沉淀等低迁移态的形式存在。但在酸化条件下，这些重金属变成离子态，其迁移性增强，会被作物的根系吸收富集，从而影响植物的生长。

1.3 土壤次生盐渍化形成的原因

土壤发次生盐渍化［6］是设施农业中普遍存在的问题，其表现为土壤表面出现白色盐霜或紫红色的胶状物，主要是由于盐分在土壤的表层或亚表层中积累造成的。

温室环境的封闭性。设施农业因其自身特点，需要保持室内较高的温度，并会频繁地浇水，因此使得土壤水分蒸发处于一个较快的速率，水分蒸发的过程中，会将土壤中的盐分带到表层并大量析出。

施肥措施的不合理性。为了使得温室内的作物能快速生长，提高效益，农户会施用大量的化肥，但作物的吸收效率有限，大量的化肥并没有被利用，而是在土壤中累积，化肥中的成分中含有大量的盐，因此会随蒸发作用积累到地表。

灌溉的不合理性。在设施农业中，常用的灌溉方式有滴灌、渗灌和沟灌，其会对土壤中的盐分含量有影响，一般是沟灌后的土壤含盐量要高于渗灌以及滴灌［7］。同时，地下水也会影响到土壤中含盐量［8］。地下水分低的时候，大水灌溉会使得盐分洗脱到地下水中。但是当地下水高的时候，大水灌溉不会使盐分从土壤中洗脱，反而使地下水中的盐分返回到土壤中来，因此需要根据不同的水文地质条件来选择适合的灌溉方式。

1.4 设施土壤次生盐渍化的危害

土壤性质的破坏。土壤次生盐渍化会破坏土壤团粒结构，透水通气性变差，造成板结，耕作层土壤性质变坏，此外大量的强酸性离子，存留于土壤中，会导致营养元素的有效性降低。

农作物生长的抑制。设施土壤发生次生盐渍化后，会引起渗透势增高，引起作物根系吸收营养成分困难，其次盐的胁迫，也会影响作物的生长，容易引起土传病，进一步导致作物品质的下降等［9］。

土壤微生物活性等的抑制。随着土壤中含盐量的提高，微生物的活性，特别是益生菌受抑制程度也会不断地提高［10］。但微生物中，一些放线菌和真菌由于耐盐性较高，反而随着含量盐的提高，在土壤中变成优势微生物，而这些微生物多具有致病性，从而影响作物产量，并降低了作物的品质。

2 设施农业土壤改良措施

2.1 物理改良

物理改良土壤最常用的方法是客土法。客土法即采用理化性质较好的耕地土壤替换原来受损的耕地土壤［11］，这项措施最大的好处是可以起到立竿见影的效果，但是成本较高，并且更换的受损土壤也需要后续处理。另一种方法是深翻改土，即将下层含盐量低的土壤，通过深翻到表层，而将含有大量盐分的表层放到沟底，从而有效降低表层土壤中的含盐量。此外，淋洗［12］也是常用的一种盐渍土壤的改良措施。通过大水的漫灌，使得土壤中的盐分被洗脱，从而降低土壤的含盐量，促进作物生长。

2.2 化学改良

化学改良剂的种类比较多，石灰作为传统的改良剂，其施用到土壤中，在中和酸化土壤的pH值同时，可以减少某些养分的淋失，并钝化重金属，降低其迁移性及毒害作用［13］。草木灰是另一中常见的改良剂，其来自于作物秸秆焚烧后的残灰，用于酸性土壤中会提高土壤的pH值，此外其含有钾、钙、磷等多种营养元素，也能增加土壤中的养分含量，促进作物的生长。

化工产业生产过程中的副产品，如脱硫石膏、磷石膏、过硫酸钙等含钙物质［14-16］，也可作为土壤改良剂。其施用到土壤中，通过增加交换性的钙含量，而这些钙可以和盐渍土中的Na盐等进行交换，使得土壤在淋洗的时候，盐分容易洗下来，最终起到脱盐的目的。

此外，作物秸秆在缺氧条件下，在低于700℃下裂解的固体产物生物炭，也可作为土壤改良剂。生物炭由于制备过程中，会产生一定数量的碱性基团，因此可以用于土壤pH值的中和。此外生物炭可提高土壤阳离子交换量，增强作物对营养元素吸收，并由于其巨大的比表面积，可为土壤中有益微生物提供庇护［17］，提高益生菌在受损土壤中的活性。

2.3 生物改良

种植耐盐作物是一种常见的生物改良方法。主要通过在设施大棚里耐盐植物和作物的相互轮作，利用盐生植物来去除土壤中盐分的目的。此外盐生植物根系分泌产生有机酸也能起到中和改碱的作用。

另一种生物改良方法为微生物肥料，即通过微生物菌肥与无机肥的配施，可有效减轻盐渍化含盐量，提高土壤中微生物活性，经微生物作用后的土壤有机质和水解性氮的含量变多，促进营养成分的吸收，此外益生菌的增多，也可抑制病原菌的生长，从而达到促进作物生长的目的［18］。

3 结语

设施农业是我国农业战略性结构调整的一个重要方向，是农业增效、农民增收，实施乡村振兴一项重要手段。设施农业中土壤理化和生物学性状是影响作物产量和品质的重要因素，因此根据受损土壤的特点，选择适宜的土壤改良方法，在中和土壤pH值、降低盐分的同时，解决土壤营养成分丢失、肥力及有益微生物缺乏的问题，从而全面地恢复受损土壤的活力,促进设施农业的发展。