山東省壽光市設(shè)施蔬菜大棚土壤質(zhì)量調(diào)查與評價
——親土在線-農(nóng)業(yè)土壤治理大數(shù)據(jù)平臺(上)*

金 晟，樸成淳，商照聰，段路路，亓昭英

(1.金友立生態(tài)農(nóng)業(yè)〔上?！彻煞萦邢薰?上海 200062；2.上?；ぱ芯吭河邢薰?上海 200062；3.中國化工企業(yè)管理協(xié)會土壤健康分會 北京 100011)

設(shè)施蔬菜是我國非常重要的農(nóng)產(chǎn)品，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在我國一些區(qū)域已成為農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。近年來，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)發(fā)展迅猛，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積已居世界首位，設(shè)施蔬菜的種植面積、產(chǎn)量居世界首位[2-3]。然而，由于生產(chǎn)管理過程中的不當(dāng)農(nóng)事操作，我國的設(shè)施蔬菜大棚容易出現(xiàn)土壤耕性下降[1]、重金屬和有機物污染[4-5]、病蟲害嚴重[6]、環(huán)境污染[3]等問題，進而導(dǎo)致設(shè)施蔬菜產(chǎn)量降低、品質(zhì)惡化等一系列不良現(xiàn)象，影響設(shè)施蔬菜大棚的可持續(xù)發(fā)展。山東省壽光市是“中國蔬菜之鄉(xiāng)”，是我國重要的蔬菜生產(chǎn)基地。通過對壽光市典型的設(shè)施蔬菜大棚土壤特性進行調(diào)查及評價，以期更好地掌握土壤存在的問題，為綠色、環(huán)保、經(jīng)濟的設(shè)施蔬菜大棚土壤管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地點概況

選擇壽光市文家街道農(nóng)家莊的3個舊式溫室大棚A-1#、B-1#和C-1#以及一棟展會的新式溫室大棚D-1#為研究目標(biāo)，3個舊式大棚分別命名為O1、O2和O3，新式大棚命名為N1。

1.2 采樣方法

采樣時，先將異物較多的表土(深度1 cm左右)去除后用鐵鍬挖取一次形成小坑，從小坑壁面的耕作層(0～15 cm)和深層(15～45 cm)進行采樣。按照以上方法在大棚內(nèi)的5～10處采集樣品，再將樣品混合在一起，從中取2 kg裝入取樣袋作為檢測樣品。

1.3 測定方法與評估標(biāo)準(zhǔn)

采樣后實地直接進行土壤理化性質(zhì)的測定，包括土壤緊實程度(硬度、密度、孔隙率等)、土壤pH、電導(dǎo)率、鹽分等項目，土壤理化性質(zhì)評估標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。土壤肥力豐缺程度和重金屬與有機污染物含量在實驗室內(nèi)完成，農(nóng)業(yè)用地的土壤肥力豐缺指標(biāo)、重金屬評估標(biāo)準(zhǔn)和有機污染物評估標(biāo)準(zhǔn)如表2、表3和表4所示。

表1 土壤理化性質(zhì)評估標(biāo)準(zhǔn)

表2 土壤肥力豐缺指標(biāo)

1.4 統(tǒng)計方法

原始數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行整理，采用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

表3 重金屬評估標(biāo)準(zhǔn) mg/kg

表4 有機污染物評估標(biāo)準(zhǔn) mg/kg

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施蔬菜大棚土壤理化特性

分析4個大棚的土壤理化性質(zhì)測定結(jié)果(表5)可發(fā)現(xiàn)：4個大棚耕作層土壤硬度與容積密度均低于深層土壤，平均值分別為14 mm、1.3 g/m3和27 mm、1.9 g/m3；耕作層土壤空隙率與透氣性均高于深層土壤，平均值分別為59%、0.000 26 cm/s和38%、0.000 11 cm/s；耕作層土壤的理化性質(zhì)均達到了良好，而深層土壤的理化性質(zhì)均較差。上述結(jié)果表明，在設(shè)施蔬菜大棚中，深層土壤的物理特性明顯差于耕作層土壤，其可能的原因是頻繁的耕耘和灌水導(dǎo)致耕作層的黏土移至底部并結(jié)合在一起后形成了犁底層。4個大棚耕作層土壤電導(dǎo)率狀況極差，鹽分狀況差，而深層土壤的情況明顯優(yōu)于耕作層，這是因為犁底層的形成會阻礙植物根部的發(fā)育，導(dǎo)致耕作層積水時出現(xiàn)氧氣不足和鹽分積累現(xiàn)象。鹽分過高可能會影響植物根部從土壤吸收水分，導(dǎo)致植物枯死。4個大棚的土壤pH平均為7.2，僅N1的土壤pH達到良好，其余3個蔬菜大棚的土壤pH均偏高，呈弱堿性，其主要原因是施用雞糞所致。適宜的土壤pH對植物的養(yǎng)分吸收能力影響很大，如植物吸收磷的最佳土壤pH范圍為6.0～6.5。當(dāng)土壤pH超過7時，氮素極易以氨揮發(fā)的形式損失，還會導(dǎo)致葉面破損。

2.2 設(shè)施蔬菜大棚土壤養(yǎng)分狀況

4個大棚的土壤養(yǎng)分狀況測定結(jié)果(表6)表明：3個舊式大棚耕作層土壤的有機質(zhì)含量均為中等，新式大棚耕作層土壤的有機質(zhì)含量較低，而深層土壤的有機質(zhì)含量差異不大，且耕作層土壤的有機質(zhì)含量均高于深層土壤；4個大棚的土壤全氮含量差異不大，且耕作層土壤全氮含量均高于深層土壤；不同土層間的土壤陽離子交換量差異不大，但舊式大棚的土壤陽離子交換量優(yōu)于新式大棚。

新、舊2種大棚的土壤硝態(tài)氮和速效磷含量差異較大，新式大棚的土壤速效磷和硝態(tài)氮含量均低于舊式大棚，而這2種養(yǎng)分在耕作層土壤中的含量遠高于深層土壤。耕作層土壤速效磷含量的平均值是深層土壤的16倍，耕作層土壤硝態(tài)氮含量的平均值是深層土壤的2.7倍，表明溫室大棚耕作層氮和磷盈余情況嚴重，可能引起氮和磷隨徑流水和淋洗水進入地表水和地下水系統(tǒng)，進而可能導(dǎo)致水體氮和磷含量超標(biāo)。

耕作層土壤交換性鉀、交換性鈣和交換性鎂含量也明顯高于深層土壤。值得注意的是，3個舊式大棚耕作層土壤速效鉀含量均較高，可能會影響根系附近溶液的滲透壓，進而抑制作物對水分的吸收。

2.3 重金屬和有機污染物含量

4個大棚耕作層土壤重金屬和有機污染物含量(表7)均在農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)以下，其中：重金屬主要為鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)和鋅(Zn)；有機污染物主要包括多環(huán)芳烴、有機氯農(nóng)藥以及鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)。可見，4個大棚的土壤并不存在重金屬和有機污染物污染的問題。

表5 土壤理化性質(zhì)測定結(jié)果

表6 土壤養(yǎng)分狀況測定結(jié)果

2.4 土壤病蟲害情況

4個大棚均為蔬菜(黃瓜、西紅柿、茄子、青圓椒等)連作農(nóng)田，病蟲害主要根源是根線蟲，為了避免病蟲害，其中O3采用太陽熱進行消毒。

2.4.1 危害特點

侵入到植物根部的2齡幼蟲移動分散后排出特殊的生物活性物質(zhì)形成巨細胞(多核細胞)，土壤中的養(yǎng)分會集中移向巨細胞，導(dǎo)致植物營養(yǎng)失調(diào)，根部逐漸失去吸收養(yǎng)分和水分的功能。長期受到巨細胞影響后，植物地表以上部分越來越弱，節(jié)間越來越短，葉色漸變，最后會引起早期落葉。

表7 耕作層土壤重金屬和有機污染物含量 mg/kg

項目O1O2O3N1重金屬 總鎘(Cd)<0.5<0.5<0.5<0.5 總鉛(Pb)15.211.815.217.3 總鉻(Cr)65.838.349.065.1 總銅(Cu)12204101130693 總鋅(Zn)未檢出未檢出未檢出未檢出多環(huán)芳烴 苯并(a)蒽<0.1<0.1<0.1<0.1 苯并(a)芘<0.1<0.1<0.1<0.1 苯并(b)熒蒽<0.1<0.1<0.1<0.1 苯并(k)熒蒽<0.1<0.1<0.1<0.1 二苯并(a,h)蒽<0.05<0.05<0.05<0.05 茚并(1,2,3-cd)芘<0.1<0.1<0.1<0.1 菲<0.1<0.1<0.1<0.1 蒽<0.1<0.1<0.1<0.1 熒蒽<0.1<0.1<0.1<0.1 芴<0.1<0.1<0.1<0.1 芘<0.1<0.1<0.1<0.1 苯并(g,h,i)苝<0.1<0.1<0.1<0.1 苊烯(二氫苊)<0.1<0.1<0.1<0.1有機氯農(nóng)藥 滴滴涕總量未檢出未檢出未檢出未檢出 六六六總量<0.07<0.07<0.07<0.07鄰苯二甲酸酯類總量<0.5<0.5<0.5<0.5

影響蔬菜生長的線蟲主要有高弓根結(jié)線蟲、花生根結(jié)線蟲、北方根結(jié)線蟲及南方根結(jié)線蟲。線蟲的寄生范圍較廣，通常給瓠果、茄科、豆科、蘿卜、胡蘿卜、生菜、白菜等30多種蔬菜帶來危害。

2.4.2 生活習(xí)性

根結(jié)線蟲多分布在深度為0～20 cm的土壤內(nèi)，特別是在深度3～9 cm的土壤中線蟲數(shù)量最多，常以卵或2齡幼蟲隨植株殘體遺留在土壤中或糞肥中越冬或翌年環(huán)境適宜時以2齡幼蟲從植株嫩根侵入并繁殖為害，而在日光溫室中可終年為害。線蟲可通過帶蟲土或苗及灌溉水傳播，在土壤溫度25～30 ℃、土壤濕度為40%～70%條件下繁殖很快，在10 ℃以下停止活動，55 ℃時10 min死亡，在無寄主條件下可存活1年。

根線蟲侵入寄主植物的最佳溫度為15～20 ℃，最佳生育溫度為20～25 ℃，30 ℃以上時寄生會明顯減少。

由于根線蟲是單性生殖，幼蟲侵入到寄主后根據(jù)營養(yǎng)情況等生長環(huán)境，從雌性變?yōu)樾坌浴?/p>

2.4.3 解決方法

線蟲危害嚴重時，可通過化學(xué)藥劑或太陽熱進行消毒。太陽熱消毒是在7月至8月的高溫期將土壤溫度提高至40 ℃左右并形成厭氧環(huán)境后進行消毒的方法。殺滅有害菌和雜草的適宜溫度如表8所示。

表8 殺滅有害菌和雜草的適宜溫度

在太陽熱消毒過程中，高溫的保持和快速形成厭氧環(huán)境非常重要，故需要腐熟速度較快的有機物(稻草、堆肥等)和石灰，也可以利用蒸汽或水達到土壤消毒的效果。

土壤病蟲害的程度因土壤濕度、土壤溫度、土壤性質(zhì)及種類、堆肥種類等土壤條件有所差異，給線蟲和病原菌的生長提供良好的環(huán)境或鹽分積累導(dǎo)致植物生長環(huán)境惡化時，病蟲害的危害加劇。因此，保持健康的土壤(植物生長較好且腐生性微生物或有益菌等大量存在的穩(wěn)定的土壤環(huán)境)有助于提高植物抵御病蟲害的能力。

2.5 小結(jié)

由于多年連作或高強度的輪作，土壤耕性容易變差。調(diào)查結(jié)果表明，4個大棚的耕作層土壤物理性質(zhì)良好，但深層土壤容易形成犁底層，進而導(dǎo)致耕作層出現(xiàn)鹽分累積、電導(dǎo)率狀況變差等現(xiàn)象，影響植物根系發(fā)育。對土壤適當(dāng)深松或可改善此種狀況[7]。

調(diào)查結(jié)果表明，4個大棚的耕作層土壤有機質(zhì)含量中等，化學(xué)態(tài)的氮、磷和鉀含量超標(biāo)嚴重，表明過量施肥情況可能比較嚴重。耕作層土壤中的氮和磷極易隨地表徑流或淋洗水進入地表水和地下水系統(tǒng)，造成水體富營養(yǎng)化。雞糞的施用導(dǎo)致土壤酸堿性變差。因此，在設(shè)施蔬菜大棚的管理中，應(yīng)注意適當(dāng)減少氮肥、磷肥和鉀肥的投入量，用適量酸性有機肥替代化肥，在降低生產(chǎn)成本的同時可控制設(shè)施蔬菜生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)面源污染的影響[8]。

4個大棚的土壤并不存在重金屬和有機污染物污染的問題，但線蟲問題嚴重，應(yīng)適時對設(shè)施大棚進行消毒，如高溫悶棚、蒸熏等，也可通過合理輪作以保證蔬菜產(chǎn)量[9]。