設(shè)施菜地土壤污染現(xiàn)狀及防治對(duì)策

高波 李紅陽 王凱 孫星星 張俊喜 顧慧玲 馬晶晶

摘要 分析了設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化、重金屬污染、抗生素污染現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)科學(xué)施肥管理的重要性，提出了微生物技術(shù)的田間推廣及針對(duì)設(shè)施土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的完善對(duì)策，為保障設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 設(shè)施菜地；土壤污染；防治對(duì)策

中圖分類號(hào) X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）04-0064-03

Pollution Situation and Control Strategies of Greenhouse Vegetable Field Soil

GAO Bo，LI Hong-yang， WANG Kai* et al （Jiangsu Institute of Agricultural Sciences in Coastal Areas，Yancheng，Jiangsu 224002）

Abstract Several major pollution problems like soil secondary salinization， heavy metal pollution and antibiotic pollution in greenhouse vegetable field were analyzed. To solve these problems， we emphasized the importance of scientific fertilization management， suggested that the microbial technology should be intensively developed and soil environmental quality standards should be perfected for facility cultivation soil specifically， in order to provide reference for the greenhouse vegetable industry sustainable development.

Key words Greenhouse vegetable filed；Soil pollution；Control strategies

設(shè)施栽培作為一項(xiàng)提高蔬菜產(chǎn)量的有效途徑，對(duì)我國反季節(jié)和跨地區(qū)的蔬菜種植起著重要作用[1]。設(shè)施菜地的土壤質(zhì)量不僅直接決定蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，還影響著設(shè)施蔬菜種植的可持續(xù)發(fā)展。在當(dāng)前土地資源日益緊張的背景下，健康、高效地發(fā)展設(shè)施蔬菜生產(chǎn)顯得尤為重要。因此，認(rèn)識(shí)設(shè)施菜地土壤污染現(xiàn)狀與成因，合理利用現(xiàn)有的改良與修復(fù)技術(shù)，是保障蔬菜的安全生長及實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)和土地資源利用可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。筆者分析了近年來設(shè)施菜地土壤存在的3種主要污染問題，介紹了設(shè)施土壤現(xiàn)有的改良與修復(fù)技術(shù)，展望了微生物技術(shù)在設(shè)施菜地土壤改良中的應(yīng)用前景，以期為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 設(shè)施菜地的污染現(xiàn)狀

目前，設(shè)施栽培方式主要有塑料大棚、玻璃溫室、日光溫室、小拱棚等，設(shè)施栽培高投入、高產(chǎn)出的集約化種植方式帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而，隨著種植年限的增加，設(shè)施菜地土壤也存在一系列環(huán)境問題。

1.1 土壤次生鹽漬化

由于缺少雨水的淋洗和高肥料施用，設(shè)施菜地土壤多余的肥力極易殘留在土壤中，溫室大棚的溫度相對(duì)較高，土壤水氣蒸發(fā)量大，鹽分離子隨著土壤水分的向上運(yùn)動(dòng)逐漸向表層遷移和積聚[2]，土壤次生鹽漬化成為蔬菜設(shè)施栽培面臨的重要問題。

設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化對(duì)蔬菜生產(chǎn)的危害主要表現(xiàn)在以下2方面：一方面，會(huì)影響土壤的養(yǎng)分供應(yīng)平衡。設(shè)施土壤次生鹽漬化容易引起作物生理性病害，土壤中輕度硝酸鹽積累可造成蔬菜對(duì)各種營養(yǎng)元素的吸收不平衡，在酸性土壤上可引起Mn中毒，在堿性土壤上則可引起缺Fe、Zn、Cu等癥狀[3]；土壤中Na+過多會(huì)影響植株對(duì)K+、Ca2+、Mg2+等離子的吸收；Cl-與SO42-吸收過多，則可降低對(duì)HPO42-吸收，這種不平衡的吸收，不僅會(huì)造成營養(yǎng)失調(diào)，還可能造成單鹽毒害作用，在積鹽嚴(yán)重時(shí)黃瓜會(huì)有明顯的苦味，番茄的僵果率也會(huì)明顯增加。另一方面，會(huì)改變土壤微生物的狀況。土壤微生物群落和數(shù)量的變化可作為土壤肥力狀況的重要生物學(xué)指標(biāo)，其變化有賴于土壤的肥料水平和環(huán)境狀況[4]。土壤次生鹽漬化會(huì)降低土壤中硝化細(xì)菌活性，抑制氮的氨化和硝化作用。張金錦等[5]研究表明，當(dāng)土壤中NaCl達(dá)到2.0 g/kg時(shí)，氨化作用大為降低，達(dá)到10.0 g/kg時(shí)，氨化作用幾乎完全被抑制，從而導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

設(shè)施菜地土壤的次生鹽漬化現(xiàn)象是一個(gè)普遍存在的問題，是目前限制設(shè)施蔬菜健康生長的主要影響因子之一。我國多個(gè)省市都有與設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化相關(guān)的報(bào)道。余海英等[6]通過對(duì)山東、遼寧、江蘇、四川的實(shí)地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，設(shè)施栽培條件的土壤表面均有不同程度的白色鹽霜出現(xiàn)，有的甚至出現(xiàn)土壤鹽化板結(jié)致使作物無法正常生長，以山東和江蘇設(shè)施土壤的鹽漬化程度最為嚴(yán)重。Shi等[7]在對(duì)長江三角洲地區(qū)宜興、蘇州、常州、鎮(zhèn)江、揚(yáng)州5市的抽樣調(diào)查表明，大棚蔬菜土壤有近1/3出現(xiàn)次生鹽漬化，連續(xù)種植4年以上的土壤就有可能發(fā)生次生鹽漬化。

1.2 土壤重金屬污染

土壤重金屬污染是土壤環(huán)境科學(xué)的重點(diǎn)研究內(nèi)容，我國非常重視對(duì)菜地土壤重金屬的污染研究，有學(xué)者分別在不同區(qū)域?qū)Σ说赝寥乐亟饘傥廴厩闆r開展了調(diào)查與評(píng)價(jià)。近年來，由于設(shè)施蔬菜對(duì)市場(chǎng)供應(yīng)量不斷增長，設(shè)施菜地土壤的重金屬污染也逐漸受到關(guān)注[8]。菜地土壤的重金屬含量不僅會(huì)直接影響蔬菜品質(zhì)，還會(huì)通過食物鏈對(duì)人體健康造成威脅。目前，我國部分區(qū)域的設(shè)施菜地存在重金屬富集或超標(biāo)現(xiàn)象，具有不同程度的污染與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[9]。侯鵬程[10]對(duì)上海市松江區(qū)“浦南”典型設(shè)施菜地的研究表明，耕層土壤中重金屬均出現(xiàn)了不同程度的累積，且研究區(qū)設(shè)施菜地各剖面中 Cu、Pb、Cd、Cr、As 含量均高于露地栽培；曾希柏等[11]對(duì)不同類型菜地土壤中重金屬含量分析表明，設(shè)施菜地中Cu、Cr含量高于其他類型菜地，這表明設(shè)施菜地土壤的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)要高于其他種植類型。山東壽光是我國重要的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地，學(xué)者對(duì)該地區(qū)不同農(nóng)業(yè)利用方式下的土壤重金屬調(diào)查研究結(jié)果顯示，設(shè)施菜地0～20 cm表層土壤樣本Pb、As、Cr、Cu、Zn的平均含量分別為17.96[12]、9.62[13]、53.00[14]、33.91、124.20 mg/kg[15]，均高于露天菜地等其他土地利用類型，雖然其平均含量低于我國土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但部分種植年限較長的設(shè)施菜地土壤重金屬含量已超過了我國土壤環(huán)境質(zhì)量 Ⅰ 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—1995）。這表明設(shè)施菜地出現(xiàn)了較為明顯的重金屬富集趨勢(shì)，由種植年限增加而導(dǎo)致的重金屬累積的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)尤其值得重視[16-18]。

一般認(rèn)為，土壤重金屬來源于工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾、農(nóng)用化學(xué)品的投入及大氣沉降等[19]，設(shè)施菜地土壤重金屬的來源與露天菜地類似，但設(shè)施菜地更加追求經(jīng)濟(jì)效益，復(fù)種指數(shù)高，肥料投入大，從而增大了重金屬的輸入量。研究表明，肥料投入是設(shè)施菜地土壤重金屬的重要來源[20]，其中磷肥是土壤中Cd的最大來源[21]。有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)可以對(duì)重金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合作用，合理施用有機(jī)肥可以增強(qiáng)土壤對(duì)重金屬的吸附能力，但有機(jī)肥的投入也會(huì)帶來一定的重金屬污染。喬德波[22]研究表明，設(shè)施菜地土壤Zn和Cd的全量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增大，長期施用有機(jī)肥可明顯增加土壤有效態(tài)重金屬在表土層的積累。筆者在對(duì)江蘇沿海地區(qū)多個(gè)大棚種植農(nóng)戶調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥已成為部分農(nóng)戶施用的主要肥料，但由于缺乏科學(xué)的處理和施用方式，許多有機(jī)肥未經(jīng)過必要的處理被施用到田間，極易造成Cu、Zn、Cr等重金屬在土壤中的富集[23]。除肥料來源外，設(shè)施栽培過程中使用的塑料大棚和地膜中往往含有Cd和Pb，也容易造成重金屬污染[24]。

1.3 土壤抗生素污染

近年來，土壤環(huán)境出現(xiàn)了多種新型污染物，抗生素就是其中之一?？股刈鳛橹委熀皖A(yù)防動(dòng)物疾病的藥物被廣泛運(yùn)用于畜禽養(yǎng)殖，又因?yàn)槟艽碳ず痛龠M(jìn)動(dòng)物生長，而被添加到飼料中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年用于畜禽養(yǎng)殖的抗生素約占世界總產(chǎn)量的70%[25]。而畜禽糞便是有機(jī)肥的主要來源之一，大量進(jìn)入土壤的抗生素通過對(duì)土壤微生物的毒性作用，可破壞土壤的生態(tài)系統(tǒng)平衡，并通過生物鏈被人體攝入，威脅人類健康[26]。

目前，我國設(shè)施菜地畜禽有機(jī)肥使用較為普遍，一些地區(qū)設(shè)施菜地的有機(jī)糞肥用量高于無機(jī)肥[27]，為節(jié)約成本，一些糞肥經(jīng)過簡單處理后施用于設(shè)施菜地，給蔬菜生產(chǎn)帶來了安全隱患。張慧敏等[28]研究指出，施用畜禽糞肥農(nóng)田表層土壤土霉素、四環(huán)素和金霉素的平均殘留量分別是未施畜禽糞肥農(nóng)田的38、13、12倍，說明畜禽糞肥是農(nóng)田土壤抗生素的重要來源。

2 設(shè)施菜地土壤改良與防治

設(shè)施菜地土壤環(huán)境質(zhì)量的防與治是貫穿設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程的一項(xiàng)重要問題。近年來，人們?cè)絹碓街匾曂寥栏牧寂c修復(fù)的研究，盡管許多新技術(shù)的引入提升了這類研究的科學(xué)性，但考慮到設(shè)施栽培成本等因素，部分技術(shù)并不利于大面積推廣，農(nóng)戶更愿意接受簡單易行的防治措施。

2.1 科學(xué)的施肥管理

科學(xué)合理的施用肥料不僅能節(jié)約資源，還能從根本上預(yù)防土壤污染的發(fā)生。肥料投入是設(shè)施菜地土壤污染的來源，蔬菜是典型的喜肥作物，農(nóng)戶為追求高產(chǎn)和高效，往往會(huì)過量施用肥料，造成浪費(fèi)的同時(shí)也給設(shè)施土壤造成嚴(yán)重危害。

長期以來，人們對(duì)施肥方式、肥料用量、肥料品種做了大量研究，設(shè)施菜地由于缺少自然降雨的沖刷和淋洗，多余的肥料更容易在土壤中累積。秦巧燕等[29]研究表明，設(shè)施栽培土壤表層硝態(tài)氮的累積量遠(yuǎn)高于相鄰露地。沈靈鳳等[30]將當(dāng)?shù)卦O(shè)施栽培習(xí)慣施肥量減半后施用，蔬菜的產(chǎn)量并未降低，卻極顯著降低了硝態(tài)氮的積累量，可見設(shè)施菜地如何精準(zhǔn)有效施肥應(yīng)引起重視。張樂平等[31]研究指出，在減氮處理下，添加消化抑制劑、脲酶抑制劑也能有效降低蔬菜中38%以上的亞硝酸鹽的積累。越來越多的研究表明，適量有機(jī)肥的投入能有效提高化肥利用率、促進(jìn)作物生長，過多施用有機(jī)肥非但不能增產(chǎn)，還會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成影響。張迪等[32]研究顯示，當(dāng)有機(jī)肥投入量過大時(shí)會(huì)造成設(shè)施菜地土壤中硝態(tài)氮不同程度的累積。綜上，合理減少肥料用量，適當(dāng)添加土壤改良劑，規(guī)范有機(jī)肥施用可顯著減少土壤硝酸鹽積累；同時(shí)，有機(jī)肥的科學(xué)管理也是減少重金屬輸入及降低抗生素污染風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。

2.2 微生物技術(shù)的應(yīng)用

微生物修復(fù)是指利用天然存在或篩選培養(yǎng)的功能微生物群，在人為優(yōu)化的適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強(qiáng)化微生物代謝功能，從而達(dá)到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質(zhì)來修復(fù)受污染土壤的技術(shù)[33]?；瘜W(xué)農(nóng)藥是保證作物生長不可或缺的物資，但同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的土壤污染，設(shè)施菜地也同樣如此。對(duì)于土壤農(nóng)藥污染的修復(fù)，微生物技術(shù)是一種被普遍認(rèn)可的安全有效的方法?；瘜W(xué)農(nóng)藥在微生物的作用下被轉(zhuǎn)化和降解，從而達(dá)到對(duì)污染土壤的修復(fù)。此外，微生物還可以通過改變環(huán)境的理化特征來改變有機(jī)污染物的有效性，進(jìn)而間接達(dá)到修復(fù)土壤的作用[34]。與化學(xué)農(nóng)藥等有機(jī)污染物不同，重金屬離子并不會(huì)發(fā)生微生物或者化學(xué)降解，微生物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)主要通過對(duì)重金屬的遷移或鈍化來實(shí)現(xiàn)[35]。微生物通過生物吸附和富集作用、氧化還原作用、溶解和沉淀作用以及微生物-植物相互作用4個(gè)方面來影響土壤重金屬的活性，以吸附和富集作用為例，微生物中的陰離子型基團(tuán)與帶正電的重金屬離子通過離子交換、絡(luò)合、螯合、靜電吸附及共價(jià)吸附等作用進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬離子的固定[36]。

盡管目前針對(duì)設(shè)施菜地土壤抗生素的污染和修復(fù)研究相對(duì)匱乏，但設(shè)施菜地長期大量施用有機(jī)肥導(dǎo)致的抗生素污染不容忽視。微生物能使抗生素殘留物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，將抗生素殘留物的大分子化合物降解為小分子化合物，最終成為H2O和CO2，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境污染的無害化[37]。堆肥是一種降低有機(jī)糞肥對(duì)土壤和作物污染的有效方法[38]，該方法利用多種微生物的作用，將生物殘?bào)w、糞便和藥渣等進(jìn)行礦化、腐殖化和無害化，同時(shí)利用堆積時(shí)產(chǎn)生的高溫殺死糞便中的病菌等有害物質(zhì)[39]。Wu等[40]研究表明，堆肥可有效降解糞肥中70%以上的四環(huán)素類抗生素。微生物技術(shù)以其高效、環(huán)保等特點(diǎn)在土壤污染的治理和修復(fù)過程中扮演著重要角色，近年來微生物藥肥的研制逐步深入，越來越多的微生物產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)用于田間，對(duì)保護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量起到重要作用，在設(shè)施蔬菜種植中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 設(shè)施菜地土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的完善

建立和完善土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是保證農(nóng)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)行的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)適用于農(nóng)田、茶園、果園等土壤，并未專門針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)置具體要求，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，設(shè)施土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善值得關(guān)注。監(jiān)管部門應(yīng)及時(shí)更新設(shè)施土壤環(huán)境中各類污染物標(biāo)準(zhǔn)，如重金屬的限制值。隨著國家對(duì)高效農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)的大力扶持，畜禽有機(jī)肥越來越得到農(nóng)場(chǎng)主的青睞[41]。但越來越多的研究表明，過多施用有機(jī)肥非但不能增產(chǎn)，還會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成影響[9]。對(duì)此，需要科學(xué)管理設(shè)施菜地生產(chǎn)過程中有機(jī)肥的使用，完善設(shè)施菜地有機(jī)肥質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系?！锻寥牢廴痉乐涡袆?dòng)計(jì)劃》[42]（簡稱“土十條”）中明確提出“推進(jìn)土壤污染防治立法，建立健全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系”的要求，修訂肥料、飼料、灌溉用水中有毒有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)，建立一套與設(shè)施菜地相適宜的藥肥投入標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)在必行。

3 展望

土壤環(huán)境安全是蔬菜質(zhì)量安全的基礎(chǔ)，也是農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的核心，提升設(shè)施土壤環(huán)境質(zhì)量既要從污染來源入手，科學(xué)管理藥肥質(zhì)量與投入，又要注重生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)對(duì)污染土壤進(jìn)行治理與修復(fù)。合理開發(fā)利用微生物環(huán)保技術(shù)，研發(fā)推廣環(huán)境友好型農(nóng)藥[43]，也是保障設(shè)施菜地土壤質(zhì)量的重要課題。

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[42] 圖解：國務(wù)院關(guān)于印發(fā)土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知[A/OL].（2016-05-31）[2016-10-11].http：//www.gov.cn/xinwen/2016-05/31/content_5078445.htm.

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