生物有機肥修復設施蔬菜栽培土壤障礙的研究進展

陳伯清 高軍 葉月 孔令斌 張一彬 葛敏敏 董春蘭

（淮陰工學院生命科學與化學工程學院，江蘇淮安，223003）

生物有機肥修復設施蔬菜栽培土壤障礙的研究進展

陳伯清 高軍 葉月 孔令斌 張一彬 葛敏敏 董春蘭

（淮陰工學院生命科學與化學工程學院，江蘇淮安，223003）

對設施蔬菜栽培土壤存在的問題及其修復研究、生物有機肥修復設施蔬菜土壤的效用等方面的研究現狀進行了綜述，并對其發(fā)展進行了展望。

生物有機肥 設施蔬菜 土壤障礙 修復技術

1 設施蔬菜栽培土壤障礙及其修復

1.1 設施蔬菜栽培土壤障礙研究現狀

我國設施蔬菜產業(yè)從20世紀90年代以來得以快速發(fā)展。據統(tǒng)計，目前我國設施園藝栽培面積已達250余萬hm2，約占世界總面積的85%，設施園藝年產值達2 000多億元。在種植結構上，設施蔬菜面積占我國設施園藝總面積的95%以上，且70%以上分布在黃淮海及其以北地區(qū)[1～2]。然而設施蔬菜產業(yè)在高投入、高產出的生產模式下，產生了一系列的環(huán)境問題，尤其是土壤質量的下降。設施農業(yè)中由于土壤位置相對固定，加之塑料薄膜等覆蓋，土壤得不到雨水淋洗，并長期在高溫高濕的環(huán)境中，礦化速度加快，蒸騰量加大，使得設施內土壤理化性狀和生物學特性較自然土壤發(fā)生了較大變化，較明顯的是大量鹽分積聚在土壤表層，形成表聚現象，很容易導致土壤次生鹽漬化[3]。據余海英等[4]對山東壽光設施土壤鹽分的研究表明，設施土壤耕作層鹽分含量達2.69 g/kg，而相應的露地僅為0.61 g/kg；而且與相應露地土壤相比，鹽分含量無論從總量上還是單一組分看，設施土壤均明顯高于露地[13]。而土壤可溶性鹽濃度的升高可降低植物根際土壤溶液的滲透勢，從而造成作物對水肥的吸收障礙，使其出現明顯的生理性干旱和養(yǎng)分虧缺，導致其根細胞失水枯萎以至死亡。土壤含鹽量達10 g/kg以上時，多數作物不能生長、成活[5]。土壤中一些鹽分離子的累積不僅會對作物造成直接的單鹽毒害，同時也會改變其原生質膜的透性，致使植物吸收某種鹽類過多而抑制對另一些營養(yǎng)元素的吸收，從而使得植物細胞內部的離子種類和濃度也發(fā)生相應變化，這種不平衡吸收也會導致作物營養(yǎng)失調和生長發(fā)育不良[6]，如造成黃瓜根系生長受阻，植株早衰，番茄幼苗老化，在果實膨大期易出現畸形果等[7]。

同時設施栽培土壤的生物學特性較露地也有明顯變化。王珊等[8]研究表明，設施土壤酶總體活性、真菌和放線菌占微生物總數的比例均隨種植年限的延長有所下降，而微生物總數卻呈上升趨勢，與露地土壤相比，設施栽培中真菌增長快于細菌。此外，由于高溫高濕和低溫高濕是設施栽培的主要環(huán)境特征，同時設施蔬菜復種指數高，加之生產中化肥、農藥的過量使用，導致設施土壤中病原菌抗藥性群體數量顯著增加、抗藥性程度不斷增強，從而使土傳病害在設施栽培條件下更容易發(fā)生，各種病害日趨猖獗，如鐮刀菌引起的番茄和瓜類枯萎病、灰葡萄孢菌侵染引起的灰霉病以及根結線蟲等[9]，在露地土壤栽培中難以見到的傳染性病蟲害，在設施土壤中卻得以滋生蔓延，很多設施正是由于連作障礙和根結線蟲等病蟲為害而無法利用。不僅如此，設施土壤的酸化也是設施栽培中的常見現象，孟鴻光等[10]對沈陽城郊110個具代表性的大棚土壤pH值調查表明，土壤pH值＜6.5的大棚占調查總數的70.9%，其中部分大棚土壤pH值＜4.1。土壤酸化對植物根系正常生長以及產量影響較大，也增加了作物感染土傳病害的幾率[9]。

1.2 設施蔬菜栽培土壤障礙修復技術研究

目前對設施栽培土壤障礙的修復方法研究層面較多，對土壤中鹽分累積的原位解決方法主要集中在施肥和水洗兩個方面。有研究認為，增加纖維素含量較高的有機肥施用量，利用有機肥腐解形成的有機膠體的吸附性，可增加對土壤溶液中K+、Ca2+等鹽離子的吸附，從而起到緩沖作用，減少土壤溶液中鹽離子的濃度，減輕土壤鹽漬化程度以及調節(jié)土壤pH值[11]。許福濤[12]認為揭棚淋雨或灌水洗鹽能抑制土壤水分蒸發(fā)，減弱鹽分表聚現象，對降低耕層土壤鹽分含量有積極作用；對有鹽漬化的大棚土壤，可在夏季休閑期間進行灌水反復沖洗，以達到降低土壤鹽分的目的。

土壤病原微生物的去除，過去多采用溴甲烷熏蒸等化學手段，但這類消毒劑對環(huán)境影響很大。目前研究者提出諸如土壤還原等土壤生物消毒法以及低溫土壤蒸汽和熱水澆灌等物理消毒法，但在實際應用中這些方法由于受到實際環(huán)境和技術成本的影響，以及自身也存在諸多不足，而難以推廣應用。有機肥施用方面又存在生產周期長、種類多、成分不穩(wěn)定等特點，同時隨著城市化進程的加快，過去采用的堆肥在制作方面存在諸多限制，加之纖維含量高的材料如不經過預處理，簡單施用，在自然條件下分解緩慢，往往達不到預期效果。而從已有的研究結果看，僅僅采用揭棚淋雨的方法，也不能從根本上扭轉土壤質量下降的趨勢，尤其是對土壤鹽漬化。采用反復灌水洗鹽的方法，與我國嚴重缺水的實情不相吻合，背離了節(jié)約用水的初衷，同時該措施本身也不符合環(huán)保要求，容易造成鄰近水體的富營養(yǎng)化。

1.3 生物有機肥及其主要類型

生物有機肥是最近幾年在微生物技術發(fā)展及有機肥的商品化使用的基礎上研制而成的新型肥料，它既不是傳統(tǒng)的有機肥，也不是單純的菌肥，而是二者的有機結合體，實現了資源再利用，以自然中的有機物為基質和載體，加入適量的無機元素和有利于土壤結構、作物吸收、元素釋放的有益微生物，經特殊工藝加工而成的。其有機質載體大多為作物秸稈、草炭、禽畜糞、生活垃圾等有機廢棄物。所含微生物大致為分解菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌等[14]。

生物有機肥包括以植物及其殘體、動物（指土壤無脊椎動物）和動物排泄物等為來源，可直接施用于土壤中或在一定條件下經無害化處理（或加工）而成的有機肥料。它們含有作物生長所需的營養(yǎng)元素和促進作物生長的有益微生物，應用于農業(yè)生產中能夠直接或間接地起到肥料效應。

按其來源可將生物肥料分為三大類，即微生物肥料，包括根瘤菌類肥料、固氮菌類肥料、解磷解鉀菌類肥料、VA菌根真菌肥料、固氮藍藻肥料、復合（混）微生物肥料等；植物性肥料，包括綠肥、秸稈、富鉀硒等營養(yǎng)元素的植物等；動物性肥料，主要指動物及動物排泄物經堆肥化處理后形成的生物固體[15]。

2 生物有機肥修復設施蔬菜土壤障礙的效用

2.1 降低蔬菜硝酸鹽含量，提高產品品質

曹林奎等[16]用有機肥料處理溫室栽培的莧菜、芹菜表明，其NO3-含量平均值為2 133 mg/kg，比用蔬菜專用肥（對照）低1 617 mg/kg，其中施用大三元生物有機肥的芹菜NO3-值最低，為1 803 mg/kg，比對照低1 947 mg/kg。施用大三元生物有機肥的土壤鹽分（EC）含量也最低，說明施用生物有機肥可顯著降低蔬菜硝酸鹽含量和改善土壤。

王遠遠等[17]研究發(fā)現，施用沼液可明顯提高小白菜的維生素C和可溶性糖含量，其中以50%沼液濃度處理最好，維生素C含量達20.48 mg/100 g，比對照增30.20%；可溶性糖含量22.94 mg/kg，比對照增65.51%。施用沼液還降低了小白菜的硝酸鹽含量，其中以70%沼液濃度處理的降低幅度最大，硝酸鹽含量為44.627 mg/kg，降幅為13.85%。周焱等[18]對大棚小白菜和菠菜研究后發(fā)現，使用有機肥在提高蔬菜VC和可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量方面均明顯優(yōu)于化肥，但對粗蛋白的影響差異不大?？紫椴ǖ萚19]研究后認為，生物有機肥還可顯著改善生姜品質，提高根莖干物質和揮發(fā)油等的含量，降低硝酸鹽含量。

周建昭等[20]報道，有機固體基質栽培甜椒的氨基酸、VC含量與土壤栽培的相當，但提高了可溶性糖含量，降低了總酸度，同時硝酸鹽含量保持在安全限量范圍之內。李仁發(fā)等[21]研究后認為，空心菜基、追肥采用化肥與有機肥配合施用處理的與單施等量化肥處理的相比，亞硝酸鹽（NO2-）和硝酸鹽（NO3-）含量分別降低16.7%和12.4%；基、追肥均施用有機肥的NO2-和NO3-降幅更為顯著，分別為28.3%和22.2%。顧榮魁[22]在溫室番茄生產中進行秸稈還田腐熟技術應用研究表明，處理區(qū)番茄苗的壯苗指數顯著高于對照，根系發(fā)達，植株生長健壯，坐果率高，早熟效應顯著，始收期提前6～10 d，前期產量增加44.2%～64.2%；畸形果減少，品質改善。番茄總產量增加28.1%～39.8%，效益顯著提高。

2.2 減輕病蟲為害，提高作物產量

孫志棟等[23]認為，茶渣有機無機復混肥，能改良小菘菜單株性狀，改善地上部與地下部的合理結構，顯著提高產量。王立剛等[24]認為，施用生物有機肥可以使作物保持良好的生長發(fā)展態(tài)勢，促進干物質積累；長期施用生物有機肥可以持續(xù)穩(wěn)定地提高作物產量。于占東等[25]用稻草配施生物菌劑后表明，土壤微生物區(qū)系得到明顯改善，黃瓜枯萎病減輕，促進了黃瓜生長發(fā)育，黃瓜產量極顯著增加。劉恩科等[26]試驗表明，施用消毒劑和復合肥均可以提高設施連作番茄產量，改善其品質，二者配合施用表現出良好的加合效應，比單獨施用消毒劑或復合肥的效果都好。

樊軍等[27]研究發(fā)現施有機肥可明顯提高土壤微生物數量，玉米、苜蓿與冬小麥連作不同施肥土壤細菌數量相對休閑地變幅在-197.04×105～187.07×105個/g土，真菌在-6.08×103～36.57×103個/g土，放線菌在-47.21×104～301.4×104個/g土。輪作系統(tǒng)不同施肥處理真菌與放線菌數量均高于休閑地。不同作物輪作微生物的種類和數量也不同，苜蓿與糜子對細菌有相對抑制作用，對真菌和放線菌有促進作用；紅豆草抑制放線菌促進細菌，而豌豆對3類微生物均有抑制作用。

呂衛(wèi)光等[28]研究發(fā)現，有機肥能減輕黃瓜根系分泌物中的自毒化合物苯丙烯酸（CA）對連作黃瓜生長的抑制，提高黃瓜根系脫氫酶活性、ATP酶活性和促進黃瓜根系對養(yǎng)分的吸收，提高連作黃瓜土壤微生物活性。封輝[29]研究了外源自毒物質苯丙烯酸對黃瓜種子萌發(fā)、幼苗生長及其若干生理代謝的影響，認為低濃度CA促進黃瓜種子的萌發(fā)，較高濃度的CA抑制黃瓜種子的萌發(fā)，CA濃度愈高抑制作用愈強。有機肥可降低自毒物質CA對種子發(fā)芽的抑制作用。

侯茂林[30]研究了添加石灰氮和有機物進行太陽能加熱對溫室土壤中根結線蟲的防治效果，以及對黃瓜植株營養(yǎng)生長和商品性狀的影響。結果表明，土壤處理40 d后，根結線蟲2齡幼蟲數量下降57%～100%；幼蟲減退率不覆膜＜單層膜覆蓋＜雙層膜覆蓋，且砂壤土的減退率大于中壤土。處理后茬黃瓜的根結線蟲發(fā)病株率明顯低于處理前茬。

2.3 優(yōu)化土壤理化性狀，提高土壤肥力

于占東等[25]認為，有機物料稻草、豬糞、鋸木屑成分不同，入土轉化過程不同，對連作土壤pH值、EC值產生的影響也不同。試驗表明，豬糞有降低土壤 pH值、提高土壤EC值的作用，稻草能提高土壤的 pH值和EC值，而鋸木屑對土壤 pH、EC值影響不大。稻草施入土壤后增加了細菌、放線菌和真菌數。鋸木屑能增加土壤細菌、真菌數，而減少放線菌數。豬糞使土壤細菌、放線菌數大幅度增加，而真菌數減少。

朱林等[31]研究了生物有機肥對西瓜連作土壤酶和呼吸強度的影響，認為施用生物有機肥對土壤酶影響不同，施肥處理2周時土壤過氧化氫酶活性比對照低，但刺激了土壤脲酶活性，有機肥處理提高了土壤呼吸強度。張信娣等[32]將光合細菌菌液和發(fā)酵有機肥施入農田土壤，研究表層土壤中微生物區(qū)系變化。結果表明，光合細菌菌液和有機肥顯著增加了土壤中放線菌、異養(yǎng)細菌、固氮菌、氨化細菌和硝化細菌數量，減少了反硝化細菌數量，改善了土壤微生物區(qū)系。光合細菌菌液作用比有機肥更穩(wěn)定和持久，還能明顯降低真菌數量，提高放線菌/真菌比值，促進土壤健康。

李淑儀等[33]報道，田間試驗小白菜、苦瓜、豇豆3種蔬菜施有機肥3 000～4 500 kg/hm2+適量無機肥，可使土壤有機質含量保持在種植前的水平，該施肥量和方式不僅可使蔬菜高產、優(yōu)質，還有利于保護土壤肥力。王立剛等[24]通過7 a的生物有機肥試驗表明，施用生物有機肥可以使作物保持良好的生長發(fā)展態(tài)勢，促進干物質積累，長期施用生物有機肥可以顯著提高土壤有機質含量與土壤全氮、堿解氮的含量，提高土壤肥力，其中施用生物有機肥15 t/hm2的處理有機質含量上升最快，從1996年的126%升高到2001年的196%。

3 生物有機肥修復設施蔬菜土壤障礙的展望

隨著社會對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的日益重視和現代農業(yè)、有機農業(yè)的蓬勃發(fā)展，生物有機肥在農業(yè)生產中特別是在設施農業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。采用生物有機肥修復設施蔬菜土壤障礙的研究已受到廣泛的重視。應用多學科的方法和思路來研究生物有機肥的作用機理及其功能已成為生物有機肥科學研究的主要趨勢[34]。今后一段時期，生物有機肥修復設施蔬菜土壤障礙的研究可以從以下幾方面關注。一是生物有機肥的作用機理及其功能的加強；二是生物有機肥肥源以及生物菌種的篩選、優(yōu)化，特別是以秸稈為代表的農業(yè)廢棄物的開發(fā)利用；三是生物有機肥生產工藝路線和應用效果研究；四是生物有機肥產品質量控制及其標準研究。

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Progress of Restoration Technology of Bio-organic Fertilizer for Soil Obstacle in Protected Vegetable

CHEN Boqing,GAO Jun,YE Yue,KONG Lingbin,ZHANG Yibin,GE Minmin,DONG Chunlan
(School of Life Science and Chemical Engineering,Huaiyin Institute of Technology,Huai’an 223003)

Research statue and prospect of restoration technology of bio-organic fertilizer for soil obstacle in protected vegetable were described,covering cultivation soil obstacle and its restoration research in protected vegetable and restoration effects of bio-organic fertilizer on soil obstacle in protected vegetable,etc.

Bio-organic fertilizer;Protected vegetable;Soil obstacle;Restoration technology

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.002

江蘇淮安市農業(yè)支撐計劃項目（編號：HA2008001）；淮陰工學院大學生科技創(chuàng)新與實踐計劃項目（編號：2008051）

陳伯清（1964-），男，副教授，研究方向為設施園藝栽培、無公害園藝生產技術，電話：13852339010，0517-3591100。E-mail：hy3671320@163.com

2008-10-16