土肥水协同调控设施蔬菜连作障碍技术研究

文丨田永强 孙绳军 高丽红

设施蔬菜产业是我国现代农业的重要组成部分。目前，我国设施蔬菜生产总面积基本稳定在230 万亩左右，产值约570 亿元。设施蔬菜为我国农民增收、 经济社会发展和人们生活水平提高作出了重要贡献。

一、成果研发的背景和意义

长期以来，由于土地资源短缺、专业化规模化种植需求和经济利益驱动等诸多原因，单一种植（包括连作和简单轮作）及水肥过量投入（包括化肥、畜禽粪肥和高氮有机肥）是我国设施蔬菜生产中普遍存在的现象。这些现象使得设施菜田在连续种植几年以后，极易发生土壤理化性状劣变（如板结、次生盐渍化等）、土传病害加重（如病原菌、植物寄生线虫等）、植物源有害物（如秸秆腐解产生的化感物质、根系分泌的自毒物质等）累积、有机/无机污染物富集（如重金属、抗生素等）等土壤质量退化问题，进而直接或间接造成作物植株生长障碍和产量下降等连作障碍问题。从根本上讲，土壤质量退化是设施蔬菜连作障碍发生的前提，而单一种植及水肥过量投入是连作障碍产生的关键诱因。因此，在提升菜田土壤质量的基础上，选择合理的灌溉施肥模式和制定灌溉施肥制度是控制土壤连作障碍发生的有效方法之一。

针对设施蔬菜“土壤障碍问题突出、水肥利用效率低”的重大产业问题，中国农业大学园艺学院设施蔬菜栽培生理与环境调控团队研创了“土肥水协同调控设施蔬菜连作障碍技术”。该技术成果以“提（土壤）质增（水肥）效”为核心，将土壤障碍防控与水肥高效利用技术进行优化集成，形成土壤可持续利用栽培模式及水分高效利用的灌溉制度，能够实现设施蔬菜水、肥、土资源的协同高效利用，从而助推我国设施蔬菜向现代化转型和高质量发展。

二、技术成果的主要内容

“土肥水协同调控设施蔬菜连作障碍技术”将土壤质量提升和水肥高效利用相结合，实现作物全生育期的土壤-作物同步调控，不仅可以改善作物赖以生存的根区土壤环境，而且在土壤质量提升的基础上提高作物抗性，减少水肥投入，进而有效改善作物生长并增加其产量，最终实现改土、节水和减肥的三重效果。针对不同区域、不同种植年限和不同土壤障碍诱因的设施菜田，该技术成果按照“一区一策、一类一法”原则，推广“四精两提”技术，即“精准土壤质量提升、精量水肥协同调控、精细作物健康管理和精确农资投入控制，提升土壤质量和提高水肥利用率”，实现土肥水协同发展，节水节肥。

（一）精准土壤质量提升

由于不同地区、不同蔬菜生产模式下土壤障碍发生的原因不完全相同，因此需要针对土壤障碍成因进行有针对性地调控。为此，课题组在系统调研全国设施蔬菜土壤质量的基础上，研发出适用于障碍分级的设施土壤质量数字化评价方法，核心内容如下。

基于全国设施蔬菜土壤质量调研结果，按照土壤采样和测试的结果，确定土壤质量调控的核心因子（包括pH、有机C、C/N 比和病原菌），据此确定设施菜田土壤障碍问题（图1）。针对不同土壤障碍诱因的设施菜田，按照“一类一法”原则，实施土壤质量精准调控技术。将土壤障碍问题归结为三大类：酸碱失衡、碳氮失衡、土传病害。第一类，“酸碱失衡”问题，采取基于酸碱平衡的土壤障碍调控技术，主要土壤改良剂包括硅钙钾镁肥和脱硫石膏等； 第二类，“碳氮失衡”问题，采取基于碳氮平衡的土壤障碍调控技术，主要土壤改良剂包括炭基肥、腐殖酸菌肥和高碳物料；第三类，“土传病害”问题，采取太阳能-嗜热菌介导的土壤障碍调控技术，主要土壤改良剂包括氰氨化钙和高碳物料、菌肥等。该技术特点是土壤改良剂质量恒定、标准统一、用量明确。

图1 基于土壤质量核心因子确定的设施菜田土壤障碍问题及其阻控策略

根据现有对连作障碍成因及调控技术研究的成果，建议以下技术可以作为连作障碍治理的重点选择技术。

1.土壤消毒技术。该技术是土传病害严重田块必选技术，可选择高温闷棚或秸秆石灰氮消毒、棉隆消毒、威百亩消毒等土壤消毒技术。

2.土壤质量提升技术。该技术适用所有障碍土壤，包括深松土壤（土壤深翻40cm 左右）+优质堆肥（如蚯蚓肥、稻壳肥、炭基肥等）+秸秆还田（果蔬秸秆原位还田或小麦、玉米等秸秆还田）。

3.土壤质量保持技术。在上述两项技术的基础上，制定合理的水肥管理制度，推荐采用基于目标产量和土壤肥力的水肥精量高频灌溉技术，同时，重视中微量元素的补充。

4.促根壮秧栽培管理。推荐技术为嫁接育苗，合理使用氨基酸类水溶肥促根； 通过植株调整、温光管理和采收强度等调控秧果平衡。

5.差异化调控技术。针对土壤pH 值过高或过低采用差异化调控技术，如酸化土壤可通过采用增施硅钙钾镁肥或采用石灰氮土壤消毒、增施生石灰等提高土壤pH 值；碱化土壤可增施脱硫石膏或硫磺等降低土壤pH 值；速效养分含量高的土壤减少大量养分的投入和补充中微量元素等；根据区域生产特点采用水旱轮作、填闲或伴生作物种植等；针对主要土传病害的高效菌肥应用，如根结线虫发病严重地块，除了土壤消毒还可以选择使用淡紫拟青霉菌剂等。

（二）精量水肥协同调控

合理的灌溉施肥模式和制度是阻控连作障碍发生的关键。建议连作障碍治理均采用规范化的水肥一体化管理技术，以下为参考方案。

1.水肥一体化设计基本原则。

（1）水肥一体化设计、选型、安装标准化，采用滴灌水肥一体化技术，滴灌的滴头间距和流量的选择要做到灌溉湿润面积与湿润深度成正比，过滤系统和施肥系统为标配，开发智能化水肥一体化装备。

（2）因地制宜制定合理的灌溉施肥制度，严格控制灌水量，减少肥料的淋失和盐分的累积，减少设施内的湿度。灌溉施肥制度围绕作物的营养根区做到根多深灌多深，遵循减少每次灌溉量缩短灌溉周期的模式（高频灌溉或每日灌溉）。根据不同作物不同茬口栽培作物目标产量和土壤肥力水平，给出水肥定额及灌溉施肥制度。

2.精准灌溉施肥推荐。

（1）番茄、黄瓜滴灌施肥推荐（表1、表2）。番茄、黄瓜属于耐盐性较差的蔬菜，过量的灌溉施肥会导致产量、品质下降，加速土壤障碍的发生。在番茄、 黄瓜定植后缓苗期用滴灌灌溉7～8m3/亩的大水（不宜再多），后面每间隔2 天灌溉一次，每次约3m3/亩，直至缓苗完成；番茄、黄瓜缓苗后进入生殖生长和营养生长的共存阶段，此时的生长量不大，不宜大水大肥管理，在番茄第一穗果或黄瓜根瓜坐住后适当加大灌溉施肥量，每次灌溉量以5～7m3/亩为宜。

表1 番茄滴灌施肥推荐

表2 黄瓜滴灌施肥推荐

（2）辣椒、茄子滴灌施肥推荐（表3、表4）。在辣椒、 茄子定植后缓苗期用滴灌灌溉7～8m3/亩的大水（不宜再多），后面每间隔2 天灌溉一次，每次约3m3/亩，直至缓苗完成；辣椒、茄子缓苗后进入生殖生长和营养生长共存阶段，此时的生长量小，应控制水肥投入量，不宜大水大肥管理，门椒/门茄坐住后适当加大灌溉施肥量，每次灌溉量根据土壤含水量控制在5～7m3/亩。

表3 青椒滴灌施肥推荐

上述灌溉施肥制度要结合作物的生长期、目标产量、气候变化、不同茬口等因素适当调整灌溉施肥量，基本原则是尽量维持作物的水、肥、根同位，避免水肥淋洗到根层以下，用缩短灌溉施肥周期、增加灌溉施肥频率的方法来调整。

三、技术成果的前景及发展

和常规技术相比，“土肥水协同调控设施蔬菜连作障碍技术”应用后，春大棚或日光温室喜温果菜栽培在整个栽培期间总灌水量控制在210～240 m3/亩，追氮量（纯氮）控制在16～31kg/亩，秋冬茬栽培总灌水量控制在120～150 m3/亩，追氮量（纯氮）控制在3～13kg/亩，确保了蔬菜生长对水分和氮肥的需求，同时达到节水30%以上，减少追肥氮用量30.5%～33.2%，盐分淋洗量降低46.0%～61.3%，形成了黄瓜、番茄、茄子、辣椒等作物设施栽培主要茬口的水肥管理模式。该技术在华北、西北和东北的设施果菜类蔬菜主产区进行了推广应用，应用后的土壤综合质量显著提升。