大棚設施葡萄土壤退化的生物修復技術(shù)試驗

王金良，黃文峰，溫世君，陳 哲，呂芬華，董元華，王小琴

（1.海鹽縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 海鹽 314300；2.海鹽縣友邦生物有機肥廠，浙江 海鹽 314300；3.中科院南京土壤所，江蘇 南京 210000）

海鹽縣地處長三角中心地區(qū)，葡萄產(chǎn)業(yè)異軍突起，全縣葡萄面積發(fā)展到1733.3hm2，居全省第四位，嘉興市第一位；大棚設施葡萄比例95%以上，居全省首位。海鹽葡萄連年豐產(chǎn)豐收，加上市場價格高，農(nóng)民種植葡萄積極性高漲，去年又新增了333.3hm2。但農(nóng)民為了偏面追求高產(chǎn)，葡萄栽培中高強度超量使用化肥，引起土壤生物功能嚴重退化，以及土壤嚴重酸化、富營養(yǎng)化、次生鹽漬化[1]，已威脅到葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為了解決葡萄生產(chǎn)上面臨的土壤嚴重退化問題，我們立項研究，實施“集約化農(nóng)業(yè)退化土壤快速修復技術(shù)研究”省級科技項目。將土壤—葡萄—施肥方式作為一個有機整體，研發(fā)功能性酵素有機肥、葡萄配方專用肥以及配套綠色施肥技術(shù)，以恢復并保障土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康與可持續(xù)利用。

1 海鹽地區(qū)葡萄主產(chǎn)區(qū)土壤理化性質(zhì)狀況調(diào)查

1.1 海鹽葡萄生產(chǎn)普遍高強度使用化肥

葡萄是喜肥水果，需肥量大，葡萄中等地力一般每公頃施肥量（折純）：氮450kg左右、磷375～450kg、鉀450～600kg，三要素肥料1275～1500kg[2]。據(jù)全縣20戶抽樣戶調(diào)查，每公頃葡萄平均施氮 1102.5kg、磷 1174.5kg、鉀 727.5kg、三要素3004.5kg，分別超過了葡萄一般正常需肥的145%、184.73%、38.57%、116.54%（見表 1）。以于城三聯(lián)王少林為例，每公頃葡萄施氮1295.25kg、磷 937.5kg、鉀 876.75kg、三要素 3109.5kg，超過了正常需肥187.83%、127.27%、67%、124.1%。調(diào)查表明，葡萄超量施肥情況嚴重。

表1 海鹽縣每公頃葡萄施肥情況調(diào)查統(tǒng)計 單位：kg/hm2

1.2 海鹽葡萄土樣調(diào)查分析

2010年10月，海鹽縣土肥站在葡萄面積最大的武原街道、于城鎮(zhèn)隨機抽取23戶大棚葡萄，按標準取土，采集了第一批23個土樣。2011年9～11月，海鹽農(nóng)科所又在武原街道、于城鎮(zhèn)、通元鎮(zhèn)、西塘橋街道隨機抽取14戶大棚葡萄，采集了第二批15個土樣。據(jù)海鹽縣土肥站檢測，這38個土樣（見表 2），pH平均值 5.59、有機質(zhì)平均34.15g/kg、全氮 2.25g/kg、有效磷 144.25mg/kg、速效鉀471.6mg/kg。對照優(yōu)質(zhì)葡萄地力指標要求[1]，土樣pH平均值5.59比要求指標值6.5～7.5明顯偏低，最低只有4.02，嚴重酸化；有機質(zhì)和全氮指標與要求指標值基本一致；但有效磷超過了優(yōu)質(zhì)葡萄地力指標值6.21倍，速效鉀超過了要求指標值1.69倍。對照全縣農(nóng)田平均值，有效磷超過了5.27倍，速效鉀超過了3.03倍，磷鉀養(yǎng)分嚴重超標，富營養(yǎng)化。第二批土樣水溶性鹽總量平均值0.83g/kg，是全縣農(nóng)田平均值0.1g/kg的8.3倍，鹽漬化趨勢非常明顯。輕度鹽漬化（小于1.0g/kg）10個，占 66.7%；中度鹽漬化（1.0～2.0g/kg）4個，占26.7%；重度鹽漬化（大于2.0%）1個，占6.7%。葡萄屬對鹽敏感的非鹽生植物，水溶性鹽總量1.8g/kg生長不良，2.3g/kg植株死亡[1]。武原紅益中5組金志榮葡萄園pH值4.02，水溶性鹽總量2.28g/kg，出現(xiàn)嚴重死株。

表2 海鹽大棚葡萄土壤養(yǎng)分綜合指標檢測結(jié)果

1.3 海鹽葡萄土壤退化功能性障礙嚴重

葡萄是多年生作物，常年連作，長期高強度超量使用化肥，作物來不及吸收而累積，影響土壤理化性狀；推廣設施栽培后，蓋膜時間從1月到10月長達10個月，減少了雨水沖淋對土壤自然修復作用；土壤因此出現(xiàn)板結(jié)，生物功能退化，葡萄根系主動性吸收養(yǎng)分出現(xiàn)障礙，大量養(yǎng)分沒有吸收，而富集出現(xiàn)富營養(yǎng)化[3]。土壤中雖然磷鉀養(yǎng)分超過了正常數(shù)倍，但植物根系難于吸收利用，出現(xiàn)越“肥”越要施肥的怪現(xiàn)象[4]。推廣單膜覆蓋、雙膜覆蓋，引起棚內(nèi)溫度升高，蒸發(fā)量大，土壤鹽分隨毛細管向表層土集聚，出現(xiàn)次生鹽漬化。使用氮肥和過磷酸鈣等酸性肥料，加劇了土壤酸化，大多數(shù)養(yǎng)分pH6.5～7.5時有效性最高，土壤酸化影響了葡萄對土壤中有機氮、磷素、微量元素等吸收，生產(chǎn)上出現(xiàn)缺硼、缺鎂等缺素癥，葡萄也容易出現(xiàn)發(fā)病、裂果等情況。土壤養(yǎng)分常被鐵、鋁和鈣等固定，成無效態(tài)或遲效態(tài)。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，葡萄大棚栽培時間越長，土壤酸化、富營養(yǎng)化、以及各種功能性障礙等越嚴重。

2 高活性酵素生物有機肥研制開發(fā)

2.1 篩選復壯優(yōu)質(zhì)酵素菌種

在中國科學院南京土壤研究所專家指導下，海鹽友邦生物有機肥廠，以原來企業(yè)堆肥發(fā)酵使用的商品菌種和市售商業(yè)菌種為初發(fā)菌劑，進行了優(yōu)質(zhì)酵素菌種的篩選、復壯。共篩選和復壯耐高溫分解菌7株，耐高溫蛋白酶高產(chǎn)菌2株（>10000U/mL），乳酸菌3株，光合細菌2株，放線菌2株。對菌株在以畜禽糞便為主要原料，堆肥發(fā)酵進行比較和生產(chǎn)性驗證，獲得了適合企業(yè)發(fā)酵工藝的優(yōu)化菌群組合HY-1，其發(fā)酵效果與企業(yè)原來生產(chǎn)使用的進口EM菌效果相當。相關(guān)菌株符合《微生物肥料生物安全通用技術(shù)準則》（NY 1109-2006）中第一級菌株的要求。

2.2 優(yōu)化發(fā)酵工藝參數(shù)

利用企業(yè)研制的簡便實用的自走式條垛翻拋機，進行了翻拋間隔、次數(shù)及堆肥物料配比（C/N、調(diào)理劑、水分）的參數(shù)優(yōu)化，獲得了堆溫提速快、發(fā)酵時間短的優(yōu)化工藝參數(shù)。處理后成品有機肥中的有益微生物數(shù)量高，產(chǎn)品外觀顏色好，無臭，速效和全量養(yǎng)分高。經(jīng)中科院南京土壤所分析檢測，有效活菌數(shù)（cfu）2.33億/g（其中枯草芽孢桿菌1.45、戊糖片球菌0.30、米根霉0.32、粉狀畢赤酵母0.26），超過標準0.2億/g10倍；蛔蟲卵死亡率99%，糞大腸桿菌群數(shù)20個/g，達到NY 884-2012生物有機肥行業(yè)標準。又經(jīng)農(nóng)業(yè)部肥料質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（杭州）檢測，2011～2012年連續(xù)2a，成品都達到NY525-2012有機肥料行業(yè)標準，其中總養(yǎng)分指標，2a平均10.4%，遠遠超標準要求的5%。

2.3 酵素肥具有生物修復功能

該酵素肥含有大量高活性菌、原生赤霉素、生長激素、抗生素和其他活性有機可溶物，pH 7.5～8.5，呈堿性。具有培肥改良土壤，促進植物生長，增強作物抗性，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，還能恢復土壤生物功能，修復酸化土壤的功能。酵素菌肥料施入土壤后，能快速分解有機物，降解有害物質(zhì)，并在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量葡萄糖、氨基酸、酶類、維生素等活性物質(zhì)。利用酵素菌技術(shù)可以修復長期使用農(nóng)藥化肥造成的土壤板結(jié)、地力下降、土壤緩沖能力減弱、返鹽返堿等諸多問題，并能改善土壤的理化性狀，分解殘留的農(nóng)藥，防止土壤鹽漬化，調(diào)節(jié)pH值和地溫，促進土壤有益微生物的增殖，從根本上改善土壤的生態(tài)環(huán)境[5]。

3 葡萄配方專用肥和葉面肥研制開發(fā)

根據(jù)浙江海鹽地區(qū)氣候條件，葡萄園土壤肥力狀況，葡萄各生育期對養(yǎng)分需求規(guī)律，以及土壤施肥與葉面施肥相互關(guān)系，設計了葡萄酵素專用肥配方組合和大量、中微量元素葉面肥配方組合。通過田間對比試驗，篩選出葡萄酵素配方專用肥1個，微量元素、中量元素氨基酸水溶性葉面肥2個，大量元素氨基酸水溶性肥1個。

3.1 葡萄酵素配方專用肥

該配方肥是一種無氯專用活性有機無機肥產(chǎn)品，其中含氮、磷、鉀總有效成分≥20%（8-4-8），微量元素含量≥0.3%，活性有機質(zhì)20%，腐殖酸10%，其中有機-無機，大、中、微量元素養(yǎng)分之間配比合理，配伍科學。葡萄施用后，供肥穩(wěn)而長、利用率高，保肥、保墑性能強?？梢源龠M葡萄根系生長，提高根系活力，充分吸收養(yǎng)分，增強植株抗病、抗逆能力。尤其提高葡萄果實色香味較佳，提高品質(zhì)。該配方肥具有土壤改良修復作用，增強土壤微生物活性，活化土壤養(yǎng)分，減輕土壤富營養(yǎng)化、次生鹽漬化。內(nèi)含中科生物活性增效劑和調(diào)理劑，激活釋放退化土壤固定的養(yǎng)分，對土壤重金屬有鈍化作用。

3.2 葡萄氨基酸水溶性葉面肥

3.2.1 微量元素鋅硼型復合氨基酸水溶性葉面肥

按照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY1429-2010-含氨基酸水溶肥料技術(shù)標準要求，該氨基酸微量元素液態(tài)肥含有17種氨基酸，總含量≥100g/L（即含量≥10%），銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬等微量元素總含量20g/L（即總含量2%），N-K2O≥15%，可促進作物葉綠素的生成，增強同化產(chǎn)物的蓄積效率，提高作物的品質(zhì)（促進著色、提高糖度）。用清水稀釋250倍，葉片正反面均勻噴施。

3.2.2 中量元素鈣鎂型復合氨基酸水溶性葉面肥

該氨基酸中量元素液態(tài)肥含有17種氨基酸，總含量≥100g/L（即含量≥10%），鈣鎂總含量30g/L（即總含量3%），N-K2O≥15%，可促進作物葉綠素的生成、細胞分裂和花粉受精、蛋白質(zhì)和淀粉合成及植物的光合作用（促進果皮著色、提高糖度），增強同化產(chǎn)物的蓄積效率，提高作物的品質(zhì)，強化植物對各種外力的抵抗能力，提高作物對病蟲害的免疫力，該產(chǎn)品尤其適用于鈣鎂營養(yǎng)元素短缺的果園、蔬菜土壤種植的作物。用清水稀釋250倍，葉片正反面均勻噴施。

3.2.3 氮鉀大量元素氨基酸水溶肥

該產(chǎn)品氨基酸總含量≥200g/L（即含量≥20%），氮鉀總含量 300g/L，N-K2O≥30%，產(chǎn)品配伍合理，該產(chǎn)品使用方便，節(jié)省勞力，作物吸收快，利用率高，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)，同時可減少肥料用量，防止土壤鹽漬化程度的加深，故建議在該地區(qū)（有沖施條件）開展推廣應用。前期每次每公頃150kg，中后期每次每公頃225～300kg，一般按 1∶250～300倍兌水，可采用溝灌、滴灌或沖施的方法進行。

4 健植型酵素有機肥葡萄退化土壤修復試驗

4.1 不同處理因子葡萄退化土壤修復試驗

試驗設在于城鎮(zhèn)呂冢7組沈中華葡萄園，品種紅地球，樹齡10a，長期高強度施肥，土壤已嚴重退化。設置生石灰、鈣鎂磷肥、健植型酵素肥3個處理因子以及不同用量試驗，結(jié)合葡萄基肥施用。2012年10月18日葡萄園采集土樣，經(jīng)海鹽縣友邦生物有機肥廠實驗室檢測（見表3），處理前pH 值 5.22、有機質(zhì) 31.36g/kg、全氮 2.48g/kg、有效磷206.57mg/kg、速效鉀436mg/kg。2013年11月25日處理后采集土樣分析酸堿度pH值，生石灰、鈣鎂磷肥、健植型酵素肥3個用量平均pH值分別是6.43、6.02、5.62，生石灰最好、鈣鎂磷肥次之，健植型酵素肥也有效。有效磷3個處理分別是161.12、186.46、190.58mg/kg，分別下降了22%、9.74%、7.75%，生石灰最好、鈣鎂磷肥次之，健植型酵素肥也有效。速效鉀分別是 361.22、398.48、416.73mg/kg，分別下降了17.15%、8.61%、4.42%，也是生石灰最好、鈣鎂磷肥次之，健植型酵素肥也有效。有機質(zhì)、全氮各處理間沒有顯著差異。進一步分析，有效磷、速效鉀的下降與pH值下降相關(guān)聯(lián)。

4.2 葡萄果品外觀性狀及品質(zhì)檢測分析

我們采集葡萄各處理樣本，對葡萄果粒外觀指標（單重、縱徑、橫徑、可溶性固形物）和果穗外觀指標（單重、縱徑、橫徑）進行檢測和測定，并取其平均值。果粒外觀指標對比結(jié)果（見表4）綜合分析。健植型酵素肥明顯優(yōu)于鈣鎂磷肥和生石灰；酵素肥中，15000kg/hm2最好，單重、縱徑、橫徑、可溶性固形物分別達到 11.75g、29.9mm、25.15mm、16.2%；單果重、糖度最高。施用生石灰和鈣鎂磷肥果粒相對較小，可溶性固形物含量也較低。這說明施用健植型酵素肥對改善葡萄外觀性狀與糖度指標有較大提高。葡萄果穗外觀指標（表5）也以酵素肥最好，單重、縱徑、橫徑分別達到 1399g、259.6mm、191.8mm；生石灰和鈣鎂磷肥數(shù)據(jù)變化大。但實際葡萄產(chǎn)量，與海鹽縣葡萄數(shù)字化管理、控產(chǎn)、定穗有關(guān)。

表3 生石灰、鈣鎂磷肥、健植型酵素肥退化土壤修復效果分析

表4 不同處理間葡萄果粒外觀及糖度指標對比測定

表5 不同處理間葡萄果穗外觀指標對比測定

4.3 試驗結(jié)果分析

施用生石灰對提高土壤pH值、逆轉(zhuǎn)土壤酸化、修復大棚葡萄退化土壤的直接效果最好；但是，施用健植型酵素肥和鈣鎂磷肥對調(diào)節(jié)土壤pH值和酸化土壤改良也有作用，更重要的是健植型酵素肥可以明顯改善土壤結(jié)構(gòu)，修復土壤生物功能，提高葡萄外觀性狀和內(nèi)在品質(zhì)，果粒飽滿，果穗美觀，糖度增加，提高經(jīng)濟效益。生產(chǎn)上二者可以結(jié)合起來，對大棚葡萄退化土壤，每公頃施用生石灰750kg，并結(jié)合酵素生物有機肥11250～15000kg，在每年秋冬季作為基肥一起施用，施用方法為地面上撒施，然后全園翻耕覆蓋。鈣鎂磷肥代替過磷酸鈣對緩解土壤酸化有作用，但目前土壤普遍富營養(yǎng)化磷過剩，老葡萄園基本上不需要使用。

5 綠色生態(tài)施肥技術(shù)研究與方案制定

將土壤—葡萄作為一個有機整體，研究葡萄綠色施肥技術(shù)，制定科學施肥方案[6]。根據(jù)葡萄品種特性和目標產(chǎn)量確定全生育期總用肥量，再根據(jù)葡萄各個生育時期需肥規(guī)律、農(nóng)民的操作習慣確定施肥時間、施肥品種、肥料用量和施肥方法，結(jié)合施肥關(guān)鍵環(huán)節(jié)定向開發(fā)和使用有機無機配方肥。推廣健植型酵素肥和葡萄配方專用肥，調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分平衡。盡量利用好每年的11～12月大棚揭膜，利用自然降雨土壤修復。用地與養(yǎng)地結(jié)合，在生產(chǎn)高品質(zhì)葡萄的同時，加快恢復和長期保障土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康。根據(jù)項目研究技術(shù)成果，并在海鹽純元葡萄合作社、豐香葡萄合作社及金斗笠農(nóng)場等葡萄基地，試驗應用完善，制定了《海鹽紅地球葡萄綠色生態(tài)施肥技術(shù)方案》、《海鹽醉金香葡萄綠色生態(tài)施肥技術(shù)方案》、《海鹽藤稔葡萄綠色生態(tài)施肥技術(shù)方案》。

6 葡萄綠色生態(tài)施肥技術(shù)示范與推廣

6.1 建立示范基地

項目組在海鹽純元葡萄合作社、豐香葡萄合作社、九斤現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園及金斗笠農(nóng)場，建立葡萄綠色生態(tài)施肥示范基地78.67hm2，按照綠色生態(tài)施肥技術(shù)方案要求，規(guī)范技術(shù)，做出樣板。在西塘橋豐香葡萄合作社社長沈衛(wèi)忠葡萄園示范基地，由于以前超量用化肥，土壤退化嚴重，據(jù)測土檢驗pH值5.6、有機質(zhì)38.1g/kg、全氮2.5g/kg、有效磷289.5mg/kg、速效鉀843mg/kg、全鹽量0.95mg/kg，生產(chǎn)上出現(xiàn)裂果、缺素癥等癥狀。2011年開始，在進行退化土壤修復試驗的同時，采取了土壤修復技術(shù)措施，每公頃使用酵素肥7500kg作基肥，生石灰750kg土壤處理；以及使用葡萄配方專用肥，中微量元素氨基酸葉面肥，復合肥、尿素大幅度減量，化肥用量減少了45%；由于土壤嚴重磷過剩，停止使用過磷酸鈣。結(jié)合10～12月大棚揭膜，利用雨水沖淋等有效措施，葡萄退化土壤得到有效修復，pH值回升到6.8、有效磷下降了35%、速效鉀下降了38%、全鹽量下降到0.25mg/kg。土壤修復后，去年每公頃紅地球葡萄產(chǎn)量2.7萬kg，效益15萬元，醉金香2.1萬kg，效益13.05萬元，投產(chǎn)6hm2葡萄，經(jīng)濟效益80萬元。其他武原純元葡萄合作社周陶軍葡萄園、于城八字葡萄合作社沈中華葡萄園等示范基地，采取相同修復措施，取得相同效果。

6.2 大面積推廣應用

我們結(jié)合“海鹽葡萄萬畝億元工程”和“萬畝紅地球優(yōu)質(zhì)高效提升工程”，大力推廣葡萄綠色生態(tài)施肥技術(shù)，并將操作技術(shù)編入《大棚紅地球葡萄標準化栽培模式圖》。我們利用海鹽縣農(nóng)業(yè)科學研究所每年舉辦的7次大型葡萄培訓班，大力推廣葡萄綠色生態(tài)施肥與退化土壤修復技術(shù)培訓，并通過重點示范戶帶動，加快技術(shù)推廣。2a來已推廣應用575hm2，生產(chǎn)上大面積推廣健植型酵素肥作基肥，每公頃葡萄產(chǎn)量11250～15000kg，并使用生石灰土壤處理；結(jié)合測土配方施肥，重點推廣葡萄酵素配方專用肥，有機無機結(jié)合，化肥減量而增效；激活釋放土壤固定積累的養(yǎng)分，調(diào)節(jié)養(yǎng)分平衡，修復了退化土壤。pH值平均回升了1個點以上，每公頃葡萄全生育期化肥從原來4785kg，下降到2835kg，平均下降40.75%；其中復合肥減少46.67%、尿素減少25%，土壤磷過剩嚴重停止用磷化肥，氮磷鉀三要素減少了27.4%；施肥成本節(jié)省了25.76%。實施區(qū)葡萄控產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，每公頃葡萄平均產(chǎn)量2620kg左右。實施區(qū)葡萄品質(zhì)顯著提高，果穗美觀，果粒飽滿，糖度增加，風味很好，精品果比例從40%提高到55%。每公頃葡萄平均增收節(jié)本42175.65元，全縣果農(nóng)共增收節(jié)本36355.5萬元，海鹽友邦生物肥料廠轉(zhuǎn)化鮮糞1.15×104萬kg，生產(chǎn)酵素有機肥2570萬kg，效益226.3萬元。項目總經(jīng)濟效益2650萬元，而且減少了畜糞引起的環(huán)境污染。

［1］張乃明.我國設施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量退化特征與調(diào)控［R］.蘇州：江蘇省土壤學會，2011.

［2］楊治元.葡萄營養(yǎng)與科學施肥［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2009：36-37，38，144-145.

［3］賀普超.葡萄學［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：87.

［4］嚴大義.紅地球葡萄［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011：81.

［5］胡鋒.高強度利用下的土壤生態(tài)問題及生物調(diào)控［R］.蘇州：江蘇省土壤學會，2011.

［6］董元華.我國的土壤健康問題與農(nóng)業(yè)技術(shù)革命［R］.蘇州：江蘇省土壤學會，2011.