设施农业的土壤健康调控技术研究进展*

耿文丛 ,马 悦 ,张玉雪 ,朱 峰

(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室 石家庄 050022;2. 中国科学院大学 北京 100049)

有关研究表明,到2050 年,超过2/3 的世界人口将实现城市化,可用耕地预计将减少1/3[1-2],而我国人均耕地面积仅有世界人均面积的40%。随着人均粮食需求的逐步增长,引发了人们对未来如何满足粮食需求问题以及在提高生产力以提供充足食物的同时将给环境带来什么影响的思考[3-4]。设施农业作为传统耕作的替代方法,通常比大田种植的作物资源利用率及单位面积产量更高,节能且对环境可持续[5]。发展设施农业已成为解决我国人多地少、制约可持续发展问题的最有效技术措施[6]。

近年来我国设施农业迅猛发展,目前已成为世界上设施栽培面积最大的国家,到2020 年,我国设施栽培面积已突破400 万hm2,其中温室大棚栽培面积达370 万hm2[7]。与其他国家利用水培或基质培等无土栽培方式不同,我国无土栽培面积约1000 hm2,不足设施栽培总面积的0.1%,未超过发达国家50%的水平[8],设施农业栽培仍以常规土培为主,因此我国对于设施农业土壤的关注日益增多。然而随着设施农业的不断发展,其特殊的生态环境与不合理的水肥管理措施导致微生态环境发生显著变化,设施农业土壤问题逐渐显现,如次生盐渍化、酸化、微生物区系失衡、土传病害等一系列问题,影响了作物的生长。例如在设施番茄(Solanum lycopersicum)中,土传真菌病害黄萎病致病菌的微菌核能在土壤存活十几年,而且其寄主范围广泛,能够感染数百种植物。充分认识和关注设施农业土壤健康问题,设计举措和行动对保护和恢复设施土壤、提高设施土壤生产力和设施农业可持续健康发展有重要指导意义。

1 设施农业土壤健康概念及评价指标

1.1 概念

近年来,土壤健康已成为人们广泛关注的研究主题,但由于土壤的异质性、土壤管理的特定性以及对不同生态系统服务的不同需求等,科学家在定义土壤健康的方式上存在挑战,并不容易界定或把握土壤健康的概念[9-10]。虽目前还未有完全统一的定义,但一般认为土壤健康指“土壤在生态系统和土地利用范围内,发挥重要生命系统的能力,以维持植物和动物的生产力,维持或改善水和空气质量,并促进植物生长和动物健康的能力”[11]。土壤健康概念的兴起和发展在很大程度上体现了人类在不同历史发展时期对土壤资源的认知水平,也体现了人类对可持续性发展意识的觉醒与深化[10,12-13]。现在越来越多的科研工作者将土壤健康与食品健康及人类健康联系在一起,研究其对人类社会和可持续发展的重要意义。如我国学者[14-17]强调土壤健康应更注重从我国可持续发展需求考虑,内容不应仅仅局限在土壤物理健康和化学健康,也应包含土壤生物健康、环境健康、人类健康及全球生态系统健康。但有关设施农业土壤健康的概念几乎是空白,大家对设施农业土壤健康的认知不够,所以维护设施农业土壤健康的意识也很薄弱。因此,我们可以以土壤健康概念为基础,从土壤的特定功能及应用实践角度出发,对设施农业土壤健康进行定义,实现从土壤健康到设施农业土壤健康的表达。设施农业土壤健康可以指“在以相对可控的条件进行作物高效生产的方式下,土壤能够发挥其能力以维持作物生产力、动植物多样性,并促进动植物和人类健康,同时能够持续生产出既丰富又优质的作物产品的能力”。

1.2 评价指标

1)物理指标: 土壤物理状况对植物生长和环境有着直接或间接的影响。表征土壤健康状况的物理指标有土壤容重、质地、结构、土层厚度、孔隙度和团聚体稳定性等[18-20]。其中容重和孔隙度能够更好地代表土壤利用和管理对水、空气关系的影响,土壤大孔隙度的增加不仅提高了土壤水分的渗透性,而且提高了空气和根系的渗透性[21-22]。

2)化学指标: 土壤养分存在形态和含量直接影响植物的生长。土壤化学指标包含有机质含量、pH、速效磷含量、速效钾含量、总氮含量和速效氮含量等[23-26]。其中土壤有机质为人类社会带来了很多益处,比如提高土壤肥力、水净化和持水能力,防止侵蚀风险,并提高食物和纤维供应[27-28];土壤pH 会影响养分的植物有效性;土壤中的养分耗尽会使植物更容易感染病原体[29]。

3)生物学指标: 土壤不仅是一个物理和化学复杂的异质环境,也是一个具备微生物和动物类群高度多样性的环境,包括细菌、真菌、放线菌和蚯蚓、线虫等[30]。这些土壤生物是土壤中具有生命力的主要部分,是评价土壤健康状况的重要指标之一。土壤健康的生物指标不仅包括这些微生物和动物的种群数量,还包括土壤呼吸等代谢过程以及与土壤有机质分解有关的土壤微生物活动的间接指标[31-36]。

国内外常选择土壤物理和化学指标进行土壤健康评价,其中化学指标应用最为广泛,而生物学指标较少[37-39],由于土壤生物直接参与大部分土壤生物化学过程,并深刻地影响着土壤生态系统功能,因此,在现有物理、化学指标体系基础上,筛选更多的生物学指标能够更全面地反映土壤健康程度[40]。而如何有效判断土壤健康状态,是实现农业绿色发展的基本问题[9]。然而与土壤健康的评价指标相比,设施农业土壤健康评价指标仍处于起步阶段,还未得到大家认可。广义上的土壤健康指标和设施条件下的土壤健康指标一定程度上是相通的,在对设施农业土壤健康进行评价时,可以在科学真实、敏感性高、可管理、准确且成本较低、能反映土壤功能与目标间的联系等标准上,综合多种土壤健康评价体系[41]。然而,对设施农业土壤健康的评价指标来说,除了上述所提到的物理、化学、生物指标外,还应该包括产出指标,比如设施土壤的生产能力、产品质量、产品品质等。

2 设施农业土壤存在的问题

设施农业是高复种指数、高投入的产业,为了追求更高的经济效益,种植者往往会不断增加化肥农药等的投入,而这种高投入会造成一种恶性循环,且随着种植年限延长,土壤的理化性质会发生相应的变化,引起一系列不同程度的土壤障碍问题,如次生盐渍化、酸化、板结、微生物区系恶化、土传病害频发等(如图1 所示),还会造成养分冗余,带来资源浪费和经济损失,还有可能导致环境问题[42-45]。

2.1 设施农业管理措施的问题

设施农业通常为增加经济效益从而较长时间连续种植同一种作物,造成种植品种单一、复种指数高、连作等,导致土壤养分失衡、土壤板结,影响植物对养分的吸收,还会导致土壤微生物活性降低、病原菌积累,引起土传病虫害的发生。

在对设施农业的管理过程中,养分管理是满足需求的一项重要措施,可以提高土壤肥力、增加作物产量、改善农产品品质,但种植者不合理的施肥措施也会造成氮磷积累、盐碱化、重金属积累等问题。以设施蔬菜为例,有研究发现,我国主要设施蔬菜区平均化肥养分用量1354.5 kg·hm-2,是农作物的4.2 倍[46];在郭春霞[47]的调查中,温室蔬菜栽培土壤的平均盐度为4680 mg·kg-1,远远超出质量评价标准中的2000 mg·kg-1;化肥中镉浓度磷肥中最高可达28.2 mg·kg-1,远超过化肥中砷、镉、铅、铬、汞限量值1 mg·kg-1(GBT 23349-2009)[48]。这些会通过影响土壤质量而影响作物,抑制作物生长发育、降低作物产量及品质,最终威胁人类健康。

在对现代农业尤其是设施温室进行病虫害防治的过程中,农药仍是保护作物免受病虫感染较为常用的一种方式。有研究发现,我国设施蔬菜年施药可达30～70 次,每667 m2施用量为大田作物的十几甚至数十倍[46]。其使用次数多、施用量大,长期施用会使植株产生抗药性、危害有益资源,农药残留还会对设施农业土壤的生物功能产生重大影响,如影响微生物活性[49-51]。

2.2 土壤环境问题

设施土壤比露地的耕层结构更好,持水力更强,但随着种植年限的增加,土壤的孔隙度降低,通透性变差,会造成土壤板结,导致植株根系呼吸受阻,从而影响植物吸收水肥的能力。同时,由于设施农业长期处于复种指数高、肥料施用量大的条件下,且土壤温度偏高、水分蒸发量大,下层土壤中的养分随深层土壤水分蒸发向上迁移,易导致土壤次生盐渍化[52-53]。另一方面,随着连作年限的增加,设施农业土壤的pH 逐渐下降,土壤酸化,而土壤酸化除直接危害植物外,还会抑制作物对磷、钙、镁等的吸收。

设施农业条件下,连作还会导致植物根系产生自毒物质,造成设施土壤微生物群落结构和物种多样性失调,病原菌大量富集、侵染、传播。随种植年限增加,病原菌成为土壤中的优势菌群,占据微生物群落的主导地位,从而导致土传病害的发生,其中由于土壤根际土传病原微生物丰度增加造成的真菌性和细菌性病害较为严重,包括枯萎病、立枯病、黄萎病、青枯病和线虫病害等,导致植株大面积死亡、减产,严重影响设施生产[54-55]。

3 设施农业的土壤健康调控技术

随着农业现代化水平的提高,设施化种植已成为我国重要的农业生产模式。然而,种植品种单一、复种指数高、过度施肥施药等不恰当的管理对粮食安全和土壤生态环境产生了很大影响,如养分利用率低、生物多样性降低、微生态环境破坏等,为了在未来维持生物量生产,并避免负面影响,还应回到土壤本身,保护生态健康的土壤,并对存在问题的土壤进行健康恢复[56]。土壤健康调控是指采用物理、化学或生物等措施对生态系统进行综合管理,通过对土壤生态过程、作物生长过程及土壤生物间的关系进行调节,为维持土壤健康提供有效保障[57]。其中,设施农业的土壤健康调控问题,主要依靠合理的作物调控技术和土壤调控技术,最终构建模式图如图1 所示。

图1 设施农业土壤健康调控模式图Fig.1 Soil health regulation model for facility agriculture

3.1 作物调控技术

3.1.1 调整优化设施农业种植结构

设施农业生产过程中常进行单作、连作,但是单作为地下生物提供的资源种类和数量十分有限,不足以维持更多生物类群的生存与繁殖,不利于抵抗病虫害;连作会导致设施栽培中根系分泌物、植物残体等自毒物质的积累,形成连作障碍。为解决单作、连作带来的这种问题,应调整优化作物的种植结构,推行多样化、环境友好型的设施农业种植模式。然而,目前调整种植结构的研究仍以大田农业为主,有关设施农业的研究相对较少,可以将大田试验所积累的经验和结果应用于设施农业生产过程。

作物种类多样化不仅对于优化作物生产至关重要,而且对于平衡土壤生物多样性、提高土壤养分利用效率和减少土壤病原体的传播以提高设施农业土壤健康能力也很重要[58-59]。比如在设施农业中加入C4植物或豆科(Leguminosae)植物可以提高丛枝菌根真菌的丰度,C3植物可以增加抑制病害的细菌的丰度,因此可以将C3植物、C4植物、豆科植物和非豆科植物其中任何几种进行混合种植[60-61]。

轮作是管理生物多样性的传统实用方法,可通过调节土壤中动物、微生物种群结构,加快土壤体系更新,利用增加有益生物类群与病虫害对养分、空间和水分等环境因子以及生态位的直接竞争来增强土壤健康、抑制病虫害爆发,从而提高产量[62-63]。据报道,蚕豆(Vicia faba)作为豆科作物之一,与其他作物轮作可以改善土壤理化性质、提高土壤酶活性、提高作物产量[64];不同鹰嘴豆(Cicer arietinum)品种或豆类作物轮作可以改变土壤功能微生物群落,影响豆类作物和后续作物的生产力[65];与谷物、豆类轮作可以提高小麦(Triticum aestivum)作为后续作物的生产力和蛋白质含量[66]。

间作可以通过减少人为化学污染、增强植物根系功能、增强土壤养分来增强土壤健康和空间利用效率和促进土壤微生物的生物功能[67-70]。作物间作具有高效利用资源的优势,由于增加了地上作物多样性,提高了根际微生物群落结构和代谢功能的多样性,从而改善根际微生物生态,促进植物抗病增产,对作物生产起到积极作用[71]。有研究发现,在木薯(Manihot esculenta)种植过程中,和豆类间作土壤具有更高的养分利用率和微生物多样性,而且可显著降低病害的发生率[72];在设施温室中,玉米(Zea mays)间作蚕豆系统可通过增加相关基因的表达来增加氮的吸收[73]。

在增加设施农业作物多样性的同时也要注意作物组合和作物品种选择问题,一方面是因为不同的搭配组合会产生不同的种植效果,比如不同科属作物间作对养分的吸收会互补,不同深浅的根系间作可间接提高作物对土壤水分、养分的吸收等。另一方面是不同植物间作能够形成化感物质并产生化感作用来影响邻近植物的生长发育,表现出在化感物质处于低浓度时促进植物生长,而在高浓度时抑制植物生长,即“低促高抑”的现象[74]。

3.1.2 栽培抗性优良品种

在设施农业中,病虫害、恶劣环境因素如盐碱、酸化、土壤板结等,均极大降低了设施作物的产量和品质。为防治这些危害,较大幅度提高设施作物产量和品质及经济效益,其中一个有效途径就是培育种植具有改善土壤有益生物种群相容性的新作物品种,因为植物基因型可以显著影响土壤微生物群落及其在农业生态系统中的功能[75]。近年来,我国就选育出了一批抗性优良品种,如抗黄萎病及抗虫害的番茄品种。通过开展作物抗逆机制研究、病原菌鉴定及抗性基因等分析,利用抗性标记筛选出抗病、耐瘠、高产能种质资源,最终培育作物新品种,以增强作物生存能力,尤其是增强其抗病性能,免受病原菌伤害。

3.2 土壤养分调控技术

在设施农业中,很多种植者为提高作物产量,把施用化肥作为提高土壤肥力的一个重要方法,而且施用量较大,但这不仅增加了生产成本,还导致设施土壤一系列问题。随着人们对土壤健康的不断关注,在保持土壤稳定和不断提高生产能力的同时,减少农药化肥投入,保证农产品质量。施用有机肥代替化肥顺应了国家长远需求,其营养元素齐全,能够改善使用化肥造成的土壤板结、次生盐渍化等问题,增强土壤保水、保肥、供肥能力,有利于农业生产的节本增效和农产品增产提质,同时可以提高土壤抑病能力,使土壤保持健康[76]。在我国,有机肥是一种非常丰富的资源,可用量约为4.0×1010t[77]。与无机肥料相比,有机肥可促进土壤团聚体的形成,使土壤更加疏松透气,一定程度上提高土壤质量,同时可以通过增加病原拮抗剂(即有益微生物类群)的数量抑制真菌病原体[78-79]。与单独施用化肥相比,化肥与有机肥联合施用能够改善土壤条件和作物生理指标及品质[80-82]。

在未来设施农业生产中,可根据肥料性质和作物特性,科学合理配施肥料,同时控制施肥量、施肥时间等。因为有机肥的养分有效性和释放速率受许多因素的影响,包括施用时间和施用量、微生物活性、土壤温度和水分等[83]。同时,可以研发功能性有机肥生产技术,综合提高作物生育期的养分利用效率和抑病能力。

3.3 土壤生物调控技术

3.3.1 添加外源菌剂

微生物菌剂的科学合理利用不仅可以增强植物对病虫害的防御能力,促进植物生长,而且对土壤环境无污染,是提高设施农业土壤健康水平的有效调控途径。但许多年来很少有人关注通过外源添加菌剂提高作物产量及防治病虫害,大多数种植者仍使用化肥、农药进行农业管理,但对于植物病原性微生物等引起的土传病害,有必要应用新的生物技术,改善土壤肥力和植物健康,从而在保护环境情况下生产足够的健康优质食品[84]。近年来,人们已经发现许多有益土壤细菌及其菌剂,其所包含的微生物可以分泌吲哚乙酸、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、水杨酸等植物生长素[85-87];能促进土壤中难溶性磷、钾的吸收及根际氮的积累,从而提高养分有效性,促进植物生长[88-90]。同时,还能分泌抗生素[91]、诱导植物产生抗性[92-93]、与土壤微生物竞争营养物质以及生态位[94-95],在控制植物病害方面显示出巨大的潜力。

在根际微生物宏基因组学研究中,Mendes 等[96]在变形菌、厚壁菌和放线菌中检测到更多的病害抑制性,如芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、青霉菌属(Penicillium)、链霉菌属(Streptomyces)和木霉属(Trichoderma)等[97-98]。有研究表明以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) B908 为有效成分的生物农药能够对水稻纹枯病、烟草黑胫病及三七根腐病产生较好的防治作用[99];以蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis)为有效成分的生物农药具有良好的抗菌防病效果[100]。另一方面,生物菌剂还能防治虫害,如芽孢杆菌分离物的生物控制作用已被有效地用于防止根结线虫感染[101]。除具有抗病虫害作用外,具有植物生长促进特征的有益微生物还可以通过铁、锌和硒的生物强化来防止植物微量营养素营养不良,直接或间接促进植物的生长[102],如Abdallah 等[103]研究发现枯草芽孢杆菌BSV41 和解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefacienssubsp.SV65接种番茄后能提升番茄抗性相关酶活性,刺激病程相关基因的表达从而减轻枯萎病的感染,同时达到促生效果。然而大多数研究都集中在土壤细菌上,实际上真菌也对作物保护至关重要,如丛枝菌根真菌一方面可以通过改善土壤结构和土壤保水性,降低土壤渗滤液中氮和磷的总浓度[104],另一方面可以减少植物活性磷化合物和非活性磷化合物的浸出,从而增加有效磷含量来增加宿主植物的营养[105],直接或间接帮助抑制病害。

3.3.2 构建人工微生物群落

在设施农业土壤中蕴藏着数量巨大、种类繁多的微生物,它们一方面通过错综复杂的相互作用影响土壤的化学和物理性质来促进物质的循环,提高作物养分有效性,直接影响土壤肥力来影响植物生长[106-109];另一方面可以通过激活植物抗病基因、调节植物免疫系统和病原体竞争养分资源、抑制病原体的活性等方式来增强植物对土传病害的抵抗能力[110-116]。土壤健康研究重要的进步之一就是在土壤管理中增加了生物学观点,以应对作物生产的长期可持续性挑战[9],而且近年来也已提出许多以微生物为基础的土壤健康指标,如微生物生物量、真细菌比值、微生物酶活性、群落组成和功能基因组成等。

设施农业土壤健康调控离不开植物和根际土壤微生物群落间的作用。可以引入外源有益微生物、益生菌构建抑病型根际微生物群落,从而形成健康土壤,控制黄萎病、枯萎病和根腐病等土传病害,培育健康可持续的设施农业土壤。同时,应对微生物的丰度、活性、群落组成和特定功能等综合考虑,如微生物多样性不仅能使许多病原体无法存活,还能阻止外源病原体的入侵[117]。一些微生物通过土壤中的螯合、增溶、氧化或还原反应增加植物对锌、铁和硒的有效性和吸收[118];一些有益的微生物能附着在寄生线虫(如根结线虫)的表皮抑制病害[119];高功能的土壤微生物多样性还能增加系统的恢复能力,增强对高盐、重金属污染等逆境的适应能力,使土壤不易受到环境短期变化的影响[56,120]。前面所提到的通过施加有机肥或添加菌剂提高土壤抑病能力也是通过改变土壤微生物群落的组成和活性来实现的[121-122]。生物有机肥及菌剂所携带的功能微生物不仅可以抑制病原真菌,降低其生存能力,同时还能重塑根际土壤微生物群落,激发土著有益菌群,协同抑制病原菌繁衍,增强作物抗逆、抗病能力。

3.3.3 调节土壤食物网

包括土壤动物和土壤微生物等在内的所有土壤生物并不是孤立存在的,而是通过物种间的共生、竞争和捕食等作用构成复杂的相互作用网络,即土壤食物网,共同参与土壤生态过程[123]。从调控土壤食物网的角度去提升设施农业土壤健康水平,也主要是通过调节食物网内生物类群之间的互作关系来调控食物网平衡,从而培育健康的设施农业土壤,实现绿色持续生产[57]。

土壤动物通过积极参与影响土壤性质和质量的过程来影响植物生长和土壤健康,如通过活动使土壤松软,促进空气和水的流动;无脊椎动物处理大量动植物碎屑,并影响新鲜物质资源在土壤食物网中转化的潜在速率[124-125]。其中,蚯蚓作为比较常见和易收集的土壤动物,能够通过搅动不同的土层使其混合,促进有机物质沿土层垂直或水平分布,加快有机质的分解速率,其代谢特征和行为也已被证明是一种简单的土壤健康指标[57]。除大型土壤动物外,设施农业土壤中还存在许多中小型动物及微生物。由这些具有不同功能的土壤微小生物及部分中型土壤动物(＜2 mm)组成的消费者-资源关系网络被称为土壤微食物网,其生态功能主要体现在微生物和食微动物间的相互作用对土壤的碳、氮循环过程和植物生长以及病虫害发生等的影响方面[126]。最近有研究发现,土壤原生动物对真细菌的取食能增加土壤有机质分解,而且能够广泛参与植物根际微生物群落的构建,影响植物生长和健康[127-128]。

在设施农业生产中,可以通过堆肥、合理施用化肥、有机物覆盖等措施来间接实现对设施土壤食物网的调控。堆肥中的微生物及有机质能够直接调节土壤食物网的结构[129];不同碳氮比的有机质投入会对土壤食物网产生影响[130];易矿化的有机质更能促进细菌生长繁殖,难矿化的有机质更能促进真菌生长繁殖[131];施用化肥能改变蚯蚓对线虫的抑制作用[132];增加氮的可用性是蚯蚓刺激植物生长的途径[133]。土壤食物网是一个巨大的生物资源宝库,是物质和能量传递的重要载体,是土壤功能的基础,紧密连接着地上和地下的生态过程[134-135]。然而在设施农业中,目前仍难以确定土壤生物种类及其食物网内生物间的关系,对土壤食物网的调控也有一定的难度,但近来与土壤食物网相关的研究越来越多,未来可以通过建立土壤食物网监测体系、发展简单的土壤食物网调控技术以改善设施农业土壤健康状况。

4 研究展望

近年来,设施农业土壤健康相关研究已经成为我国研究的热点之一,但就目前除尚未形成设施农业土壤健康评价体系和标准外,仍存在诸多不足:

1)我国设施农业土壤利用仍面临严重挑战。耕地的退化使设施农业受到越来越多的关注,但有些地区种植方式落后,因成本过高和环保农业投入,长期的不科学栽培使设施土壤产生一系列问题,导致植物营养失衡,生长发育不良。对设施农业而言,经常是多种形式的土壤退化同时发生,有关设施土壤叠加效应与交互作用研究较少。改善这些设施农业土壤问题的单项措施较多,综合措施较少。

2)设施农业地区发展不均衡。一方面设施土壤属性很少是均质的,即使是一个细微的差异也会对土壤调控产生直接影响,因此,虽然一些在实验室条件或受控条件下的调控试验显示出比较令人满意的结果,但设施栽培条件下达到相同的结果仍将是一项挑战。另一方面,我国很多地方没有因地制宜做好设施农业发展规划,区域分布较为不均匀。

3)设施农业土壤调控技术仍存在许多问题。对于利用微生物菌剂、构建合理生物群落等生物调控的研究较少;接种剂中微生物能否定殖还与接种位置和接种方式有关;引入的微生物菌株若非本土菌株,可能破坏根际微生物的稳定性;菌剂生产和运输也需要特定的条件,如温度等。实现设施农业土壤健康,第一应建立完善的适合设施农业土壤健康的评价体系;第二应该加强对设施农业的管理措施并进行推广应用,如在未来设施农业生产过程中可加强对微生物接种剂实际利用及影响因素等的研究;第三拓展新的调控技术;第四对一些问题突出的重点地区设施农业可以采用物理防治、化学防治和生物防治“三合一”的病虫害综合防控模式,形成设施农业全程绿色生产技术体系,建立地上地下综合协同防控系统,通过建立示范区,探索精准化调控措施,实现设施农业健康发展;第五利用物联网技术对设施农业进行智能调控。与大田农业相比,设施农业更需要专门的法律法规以确保其健康、可持续发展,未来可以推动制度建设,在地方、区域和国家层面制定法律框架并进行实施;未来也可以建立适合不同地区或不同设施类型的农业栽培技术标准。保护优质土壤,调控问题土壤,维持健康土壤是一个长期的过程,应该多主体参与,如科研单位、政府、企业及种植户,提升种植者的设施农业土壤健康意识,积极维护设施农业土壤健康。随着科学技术的发展,地理信息技术、遥感成像技术和功能宏基因组学等越来越多地用在探索土壤异质性的研究上,另外还可以推动生态学、地质学、土壤学和水文学等交叉学科的发展。