設施菜田土壤質量研究進展

田 恬 田永強 高麗紅*

（1 中國農業(yè)大學園藝學院，設施蔬菜生長發(fā)育北京市重點實驗室，北京 100193；2 國家林業(yè)和草原局管理干部學院，北京 102600）

自20 世紀90 年代節(jié)能型日光溫室大力推廣以來，長期困擾我國北方冬季蔬菜供應和農民增收的問題得到了明顯的解決。經過30 多年的發(fā)展，我國設施蔬菜產業(yè)取得了巨大成就（李天來，2016；李天來 等，2019）。目前，我國北方蔬菜基本實現(xiàn)了周年生產和均衡供應，全國30 種主要蔬菜都有設施栽培（薛亮 等，2021）。近年來，我國設施蔬菜生產總值占全國蔬菜生產總值的50%以上。以2016 年為例，設施蔬菜產量2.80 億t，占全國蔬菜總產量（9.18 億t）的30.5%；產值約1.2 萬億元，占蔬菜總產值（約2 萬億元）的62.6%（張真和和馬兆紅，2017）?，F(xiàn)階段，我國設施蔬菜生產規(guī)模已趨于穩(wěn)定。

設施蔬菜生產在取得顯著成績的同時，也面臨著諸多問題：一是缺乏科學統(tǒng)籌和整體發(fā)展規(guī)劃；二是設施設備簡陋、環(huán)境調控能力差（李治國 等，2021）；三是土壤質量退化嚴重（陳之群，2016）。其中，土壤質量退化問題尤為突出，其治理也相對棘手。設施菜田土壤質量退化主要表現(xiàn)：一方面，土壤物理化學性質劣化，包括土壤板結緊實、次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分元素失衡和重金屬累積等（Tian et al.，2010，2011；Chen et al.，2016；張西森 等，2020；邱偉，2021）；另一方面，土壤生物學環(huán)境惡化（Tian et al.，2017），包括病原菌和植物寄生線蟲危害等（Tian et al.，2009，2013；農業(yè)部辦公廳，2015；張西森 等，2020）。從前人研究結果來看，水肥過量供應和單一種植是設施菜田土壤質量退化的主要人為因素（李宇虹和陳清，2014；嚴正娟，2015），加之設施高溫高濕半封閉的特殊環(huán)境條件，設施蔬菜病害頻發(fā)，并由此引發(fā)農藥高投入和潛在的環(huán)境風險。

1 設施菜田土壤質量研究現(xiàn)狀

1.1 土壤物理性質的研究進展

土壤物理性質是土壤質量的重要組成部分，也是影響作物生長的重要因素。已有研究表明，栽培模式、種植年限、施肥措施、灌溉方式和土壤調理措施等是影響土壤物理性質的主要因素（張寶峰等，2013；Alskaf et al.，2021）。由于過量施肥、連作障礙等問題，設施蔬菜種植體系的土壤理化性質劣化現(xiàn)象比較普遍，主要表現(xiàn)為容重減小、孔隙度下降、土壤團聚體穩(wěn)定性差和土壤板結等（張寶峰 等，2013；陳延華 等，2015；張西超 等，2015；Zhang et al.，2021）。但是，目前有關設施菜田土壤物理性質的研究，其結論不盡相同。一般來說，隨著種植年限的增加，土壤容重呈上升趨勢，而孔隙度呈下降趨勢（朱余清 等，2011；Chen et al.，2016；田恬，2019）。但是，也有研究發(fā)現(xiàn)土壤容重隨種植年限的增加而下降，而孔隙度呈上升趨勢（高慧 等，2010）。因此，除種植年限外，施肥措施也可能是影響土壤物理性質的關鍵因素。在實際生產中，隨著種植年限的增加，農戶通常會施用更多的有機肥以保證作物產量。有研究表明，有機肥會降低土壤容重、增加土壤孔隙度。例如張寶峰等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，在設施番茄種植體系中，通過優(yōu)化有機肥的施用策略，可使土壤容重下降3.73%～14.93%，而總孔隙度增加4.18%～15.79%。除施肥措施外，灌溉方式也是影響土壤物理性質的重要因素之一。例如，張西超等（2015）研究不同灌溉方式對土壤物理性質的影響發(fā)現(xiàn)，滴灌和畦灌條件下土壤緊實度隨土層深度增加而增加，但滲灌條件下其變化趨勢相反。此外，過量水肥投入在多數(shù)情況下會破壞土壤團聚體穩(wěn)定性，加速土壤板結（Tuo et al.，2017；Li et al.，2019）。采用秸稈還田、土壤增施調理劑等措施，能夠有效阻控過量水肥投入對土壤物理性質的不利影響（Zhang et al.，2020；Zhao et al.，2021）。

綜上所述，雖然設施菜田土壤物理性質隨種植年限的增加呈現(xiàn)劣化的趨勢，但采用優(yōu)化水肥、秸稈還田、施用土壤調理劑等方式可以在不同程度上改善土壤物理性質，如降低容重、增加孔隙度、減小緊實度和提升團聚體穩(wěn)定性等。但是，相較于設施菜田土壤的化學和微生物性狀的研究，目前對土壤物理性質的整體關注度不高。由于土壤物理性質是影響土壤其他性質和作物生長的重要因素（Wilson et al.，2020；Ferreira et al.，2021），因此未來有關設施菜田土壤質量的研究需加強對土壤物理性質方面的研究。

1.2 土壤化學性質的研究進展

1.2.1 土壤酸堿度和鹽分 從近些年的研究來看，設施菜田土壤化學性質普遍存在兩個特點：一是耕層土壤酸化趨勢明顯，特別是種植年限長和水肥投入高的設施菜田土壤（陳之群，2016；王激清等，2019）；二是表層土壤次生鹽漬化現(xiàn)象嚴重（潘劍玲 等，2013；馬燦和王明友，2014；陳之群，2016；吉春陽 等，2020）。馬燦和王明友（2014）研究證實，日光溫室番茄土壤pH 值與種植年限呈顯著負相關；陳之群（2016）調研環(huán)渤海灣地區(qū)設施菜田土壤發(fā)現(xiàn)，隨種植年限的增加土壤pH 值呈顯著下降趨勢，而土壤EC 值呈先增加后下降的趨勢。值得關注的是，雖然設施菜田土壤酸化趨勢明顯，但我國北方地區(qū)的多數(shù)菜田土壤pH 值仍然處在大多數(shù)蔬菜作物能夠耐受的范圍內，并不是限制其生長的主要因素（Chen et al.，2016；Zhang et al.，2020；Zhao et al.，2021）。因 此，土壤酸化可能更多的是對土壤有機質轉換、養(yǎng)分循環(huán)和微生態(tài)平衡等造成不利影響（Tian et al.，2016；Schlatter et al.，2020）。與酸化相比，鹽漬化對我國設施菜田土壤質量的不利影響更為突出。土壤次生鹽漬化是造成設施蔬菜連作障礙的重要因素之一，有些地區(qū)土壤EC 值達到蔬菜作物發(fā)生生育障礙臨界值的2 倍以上，蔬菜產量和品質下降明顯（農業(yè)部辦公廳，2015）。黃紹文等（2016）對全國主要菜區(qū)設施（塑料大棚和日光溫室）蔬菜土壤調查分析表明，與露地菜田相比，設施菜田土壤鹽分總量顯著上升了69.3%，發(fā)生鹽漬化（＞2 g·kg-1）的土壤占總樣本數(shù)的42.9%。鹽分的累積使得設施菜田土壤質量日益惡化，并導致蔬菜作物因鹽脅迫而發(fā)生生理性干旱及代謝紊亂，已成為制約我國設施蔬菜生產的主要障礙因子。因此，通過阻控土壤次生鹽漬化和提高作物抗鹽性來緩解作物鹽脅迫，一直是設施蔬菜栽培的研究熱點。一般而言，隨著種植年限增加，設施菜田土壤鹽漬化加重（Chen et al.，2016）。

雖然種植年限顯著影響設施菜田土壤酸堿度和鹽分，但不同地區(qū)受影響的表現(xiàn)趨勢并不相同。例如，陳之群（2016）調查環(huán)渤海灣地區(qū)設施菜田土壤發(fā)現(xiàn)，遼寧凌源、瓦房店和河北永清地區(qū)設施菜田土壤鹽漬化較嚴重的種植年限主要集中在8～10年；河北永年和山東壽光、利津地區(qū)土壤鹽漬化較嚴重的種植年限為13～15 年；北京大興地區(qū)土壤鹽漬化較嚴重的種植年限在20 年以上。類似地，西藏設施菜田土壤酸化和鹽漬化的種植年限為5 年（潘劍玲 等，2013），而陜西涇陽縣設施菜田土壤連續(xù)種植16～20 年才出現(xiàn)較嚴重的土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象（楊園媛 等，2020）。

綜上所述，目前設施菜田土壤整體呈現(xiàn)酸化和鹽漬化趨勢，而隨種植年限增加引起的水肥高投入是造成這兩種現(xiàn)象的主要直接原因。此外，對于設施蔬菜作物而言，鹽漬化的不利影響大于酸化。因此，未來的相關研究應重點關注如何通過減緩或消除土壤次生鹽漬化來提升設施菜田土壤質量。

1.2.2 土壤養(yǎng)分 土壤養(yǎng)分一直是設施菜田研究的熱點，主要集中在土壤全氮、有機質、硝態(tài)氮、無機氮、有效磷和有效鉀等方面（馮偉 等，2008；曹齊衛(wèi)，2010；Chen et al.，2016）。此外，也有學者對土壤中有效性微量元素進行研究，如有效錳、有效鋅等（Chen et al.，2016），但相對關注度并不高。

土壤養(yǎng)分受種植年限和施肥水平的影響較大。整體而言，設施菜田土壤養(yǎng)分呈隨種植年限的增加而增加的趨勢。例如，對山西設施蔬菜土壤的研究發(fā)現(xiàn)，土壤全氮、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均隨種植年限的增加而增加（吳忠紅和周建斌，2007）。但是，有研究者發(fā)現(xiàn)有的養(yǎng)分隨種植年限呈波動變化，而有的養(yǎng)分并不與種植年限呈顯著線性關系。例如，陳之群（2016）調研發(fā)現(xiàn)環(huán)渤海灣地區(qū)設施菜田土壤全氮、有機質含量隨種植年限呈增加趨勢，而硝態(tài)氮、無機氮、有效磷和有效鉀含量呈先升高后下降的趨勢，但銨態(tài)氮含量的變化趨勢與之相反，呈先下降后上升趨勢。種植年限對土壤養(yǎng)分的影響主要歸因于施肥水平的變化。一般而言，在實際生產中，為了維持較高的產量，種植年限越長，則施肥量越大（Tian et al.，2016）。因此，合理施肥是調控設施菜田土壤養(yǎng)分的關鍵。

除種植年限和施肥水平外，土壤養(yǎng)分也受灌溉量和灌溉方式等因素的影響。例如，孫凱寧等（2015）研究發(fā)現(xiàn)較高的灌水量可明顯降低全氮、有效磷和有效鉀等養(yǎng)分在土壤中的含量。這主要是因為較高的灌水量容易引起表層土壤養(yǎng)分垂直淋洗損失所致（Tian et al.，2016；Li et al.，2018）。值得關注的是，對于因過量施肥導致養(yǎng)分過剩的設施菜田土壤，灌溉對土壤滲漏液中養(yǎng)分的影響大于施肥（Li et al.，2018）。因此，控制灌溉較控制施肥能更有效地阻控養(yǎng)分過剩的菜田土壤對環(huán)境的不利影響。

由此可見，在水肥耦合的基礎上優(yōu)化灌溉方式，可有效提高水肥利用率及土壤質量，并降低環(huán)境污染風險。例如，梁新書（2015）基于對土壤養(yǎng)分水平和作物營養(yǎng)需求的研究表明，采用每日肥灌（水肥一體化）技術在蔬菜作物根區(qū)少量高頻次地供應水肥，相較于傳統(tǒng)的間隔水肥供應方式（包括優(yōu)化的模式）可明顯降低耕層養(yǎng)分累積，提高肥料利用效率，同時保證了體系生產力。除灌溉外，種植制度、土壤調控等也能夠改變設施菜田土壤的養(yǎng)分狀況（田永強 等，2013）。例如，夏季種植填閑作物能有效降低土壤氮素淋洗率、提高土壤養(yǎng)分循環(huán)能力（Tian et al.，2011）；增施高碳堆肥、生物碳等土壤改良物料，可有效改善土壤水肥固持力，進而通過減少養(yǎng)分淋洗損失降低養(yǎng)分投入（Tian et al.，2017；Zhang et al.，2020）。值得關注的是，隨著設施菜田土壤質量相關研究的深入，單一調控措施的局限性日益顯現(xiàn)。最新的研究證實（Zhang et al.，2020），將土壤調控與水肥管理相結合，是在設施蔬菜作物根區(qū)維持穩(wěn)定養(yǎng)分供應的有效突破口，也是提升以生產力為目標的土壤綜合質量的重要途徑。例如，Zhang 等（2020）將根區(qū)土壤增施生物炭與每日肥灌結合，實現(xiàn)了土壤質量提升、作物穩(wěn)產和水肥高效利用的三重效果。因此，土肥水綜合調控是未來設施菜田土壤質量提升的可推廣模式。

綜上所述，設施菜田土壤養(yǎng)分性狀與過量施肥有直接關系，且土壤養(yǎng)分隨種植年限呈增加趨勢。優(yōu)化水肥供應方式、改善土壤水肥固持力等能夠有效緩解土壤養(yǎng)分累積并改善作物根區(qū)的養(yǎng)分供應。

1.2.3 土壤重金屬 含重金屬的農藥、化肥的施用，工業(yè)“三廢”、城市生活垃圾與污泥的排放，均導致設施菜田土壤中某些重金屬（如鉛、汞、鎘、砷等）超標，不僅使土壤質量下降，而且污染環(huán)境（Chen et al.，2016；Tian et al.，2016；賈麗 等，2020）。設施菜田土壤重金屬的累積受多種因素影響，如種植年限、栽培模式、水肥管理及土壤理化性狀等（Tian et al.，2016）。事實上，大量施肥導致的土壤重金屬累積現(xiàn)象在世界各地均有發(fā)生。關于露地農田重金屬狀況的研究，國內外已有大量報道（Muhammad et al.，2020；Adhikari et al.，2021）。但是，關于設施土壤這類相對封閉的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重金屬累積的研究則相對較少（Chen et al.，2016）。

目前對于設施菜田土壤重金屬的研究，主要集中在空間分布規(guī)律和時間變化特征兩方面。在空間分布規(guī)律上，大部分研究表明設施菜田土壤重金屬存在“表聚”現(xiàn)象，即主要在表層土壤累積（隨土層深度的增加呈下降趨勢）。例如，環(huán)渤海灣地區(qū)日光溫室土壤重金屬Cd、Cu和Zn主要集中在0～30 cm 土層（陳之群，2016）；在山東壽光和江蘇蘇北地區(qū)，設施菜田土壤重金屬As、Cr 和Pb 含量與土層深度間存在顯著負相關（李樹輝 等，2010；薛延豐和石志琦，2011）。設施菜田土壤重金屬的“表聚”現(xiàn)象主要是由大量施用含有重金屬的化肥和有機肥造成的（Lu et al.，2012；王美和李書田，2014）。在時間變化特征上，土壤重金屬也存在明顯的累積現(xiàn)象，即隨種植年限的增加其含量呈上升趨勢。陳之群（2016）調研環(huán)渤海灣地區(qū)日光溫室土壤發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬As、Cd 和Cr 含量均隨種植年限的增加呈積累趨勢，且設施菜田土壤重金屬含量均顯著高于臨近露地菜田；曾希柏等（2007）研究表明，設施菜田土壤中As 含量顯著高于普通農業(yè)用地，且隨著設施年限的增加出現(xiàn)了明顯的累積。相類似的，薛延豐和石志琦（2011）對江蘇蘇北地區(qū)設施蔬菜土壤重金屬的時間演變規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，重金屬隨種植年限的增加呈累積趨勢。

上述研究表明，設施菜田土壤重金屬主要表現(xiàn)為“表聚”和“累積”特征，且主要由大量施用含有重金屬的化肥或有機肥造成。因此，提高肥料質量和嚴格控制施用量是阻控設施菜田土壤重金屬污染的根本。

1.2.4 土壤塑化劑 塑化劑（PAEs）是一類鄰苯二甲酸酯類化合物，主要用于制造聚氯乙烯塑料薄膜（Wang et al.，2013；Chai et al.，2014）。塑料薄膜殘留是設施蔬菜種植體系存在的普遍現(xiàn)象。由于塑化劑在土壤中的半衰期非常長（幾個月到幾年），因此土壤塑化劑含量逐漸成為分析和評價設施菜田土壤質量的重要指標之一（何麗芝 等，2012；張倩 等，2014；Chai et al.，2014）。

從已有的研究進展來看，目前人們對設施菜田土壤塑化劑的研究結論尚未形成共識。Ma 等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，北京郊區(qū)設施蔬菜土壤塑化劑的含量可達1.34～3.15 μg·g-1；Xu 等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，設施蔬菜土壤塑化劑含量顯著高于未種植作物的土壤。但陳之群（2016）對環(huán)渤海灣地區(qū)日光溫室土壤的研究發(fā)現(xiàn)，僅北京大興地區(qū)連續(xù)種植3～5 年的日光溫室土壤中檢測出了土壤塑化劑，其中鄰苯二甲酸二乙酯（DEP）、鄰苯二甲酸二異丁酯（DiBP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）和鄰苯二甲酸二乙基己基酯（DEHP）的含量分別為0.001、0.141、0.165 mg·kg-1和0.046 mg·kg-1，且均未超標。此外，郇志博等（2021）對海南省11 個市縣設施菜田土壤塑化劑污染狀況的研究發(fā)現(xiàn)，DEHP、DiBP 和鄰苯二甲酸二正丁酯（DnBP）為主要檢出物質，含量分別在0.025～0.424 mg·kg-1、0.008～0.075 mg·kg-1和0.002～0.099 mg·kg-1之間，僅文昌地區(qū)的DnBP 含量超出控制標準，但低于治理標準，其余均未超標。

綜上，塑化劑可能是潛在的設施菜田土壤污染源，但其分布特征、變化規(guī)律及對土壤質量的影響仍需進一步研究。此外，對于塑化劑已經超標的設施菜田土壤，需加強控制含有塑化劑的地膜、棚膜等的投入。

1.2.5 土壤抗生素 抗生素抗性基因（ARGs）是一種新型環(huán)境污染物，土壤抗生素污染往往是由于糞肥的施用和ARGs 在土壤中的水平移動所導致（田其凡 等，2020）。近年來，土壤抗生素污染已引起人們的廣泛關注，設施菜田土壤抗生素主要以四環(huán)素類、磺胺類、氟喹諾酮類和β-內酰胺類為主，且四環(huán)素類抗生素污染較為嚴重（張志強，2013；謝超然，2017；苑學霞 等，2020）。設施菜田土壤抗生素污染特征主要體現(xiàn)在以下幾方面：①與種植年限有關，隨種植年限的增加，土壤抗生素污染越嚴重；② 受土壤環(huán)境因素的影響較大，如pH 值、有機質含量、電導率等；③影響土壤微生物群落的變化；④ 與土壤重金屬的變化有關（曾巧云 等，2018；常靜 等，2020；田其凡等，2020；苑學霞 等，2020）。土壤抗生素與土壤微生物群落之間存在一定的聯(lián)系，且土壤細菌對抗生素有一定的抗性，但其抗性隨抗生素濃度的增加而降低（趙祥，2017；田其凡 等，2020），具體表現(xiàn)為四環(huán)素類抗生素含量的增加會導致變形菌門、綠彎菌門、酸桿菌門和疣微菌門相對豐度降低（于曉雯 等，2021）。此外，隨種植年限的增加，土壤抗生素的含量越高（苑學霞 等，2020），主要原因是長期施用畜禽糞肥使得磺胺類抗生素含量增加，且與土壤有機質含量及電導率呈顯著正相關（謝超然，2017）。過量施肥會導致重金屬積累，而土壤抗生素的含量同樣會影響土壤重金屬的變化。如四環(huán)素類和β-內酰胺類抗生素會增加Cd 的活性，四環(huán)素類抗生素還會增加Cu 的活性（苑學霞 等，2020）。

綜上所述，設施菜田土壤抗生素與土壤化學性質和土壤生物學性質均有聯(lián)系，且土壤抗生素污染主要是由大量和長時間施用畜禽糞肥造成的。因此，加強土壤和蔬菜中抗生素污染特征的監(jiān)控，特別是抗生素在畜禽糞便-土壤體系和土壤-植物體系中的遷移轉化，是阻控設施菜田土壤抗生素污染的根本。

1.3 土壤生物學性質研究進展

1.3.1 土壤微生物 微生物是土壤生物體中多樣性最為豐富的群體之一，它們在土壤的生物地球化學循環(huán)過程方面起著十分重要的作用，對土壤健康和生態(tài)功能有著深遠影響。此外，微生物在動植物群體結構組成與功能形成，以及地球氣候等方面都起到了關鍵作用（Wagg et al.，2014）。在土壤中，微生物參與養(yǎng)分循環(huán)，維持土壤結構并調節(jié)作物生長（Gans et al.，2005；Nacke et al.，2011）。因 此，了解土壤微生物群落的組成結構與功能，對研究設施菜田土壤質量有重要意義。

設施菜田土壤微生物性狀特征主要體現(xiàn)在以下幾方面：①受微生物調控的有機質轉化和養(yǎng)分循環(huán)過程受阻，對植物的養(yǎng)分吸收產生不利影響；②部分土壤微生物種群（如病原微生物）大量增加，對植物健康的潛在威脅增大；③有益微生物（如拮抗微生物和植物促生菌）急劇下降，對植物生長的促進能力降低；④ 微生物多樣性下降，對植物病原生物的抑制潛能削弱；⑤ 與微生物和動物調控相關的土壤結構被破壞，且通透性下降，不利于植物根系的生長發(fā)育（王敬國，2011；Tian et al.，2016；Zhou et al.，2018；Ghani et al.，2019；Jin et al.，2020）。此外，單一種植的水肥高投入也能誘導土壤微生物群落結構發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為：土壤板結、酸化、次生鹽漬化、有機/無機污染物累積（主要是肥料引入的重金屬、抗生素）等，可導致土壤微生物和植物生長受到雙重抑制（Chen et al.，2016；Tian et al.，2016）。例如，施用有機肥（如畜禽糞肥和堆肥等）通常會增強土壤微生物的群落結構及多樣性（Zhang et al.，2012；Su et al.，2015；馬龍，2021），但過量施肥可能會導致設施菜田土壤病原真菌增多（Bonanomi et al.，2010）；還有研究發(fā)現(xiàn)肥料高投入引起的鹽漬化同樣會引起土壤微生物群落結構的變化，如易存活的芽孢桿菌增多（張建 等，2017）。除施肥外，重金屬污染也很容易對土壤微生物群落造成不利影響（Singh et al.，2014）。Chen 等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，重金屬污染會顯著降低真菌多樣性及豐富度，但對細菌影響較小；Giller 等（2009）試驗證實，共生細菌根瘤菌對重金屬敏感度高，細菌多樣性受Zn 污染的影響而降低。

綜上所述，微生物是調控土壤質量的核心要素。因此，提升設施菜田土壤質量，其核心是調控土壤微生物。但土壤微生物多樣性高，物種間存在復雜的交互關系網(wǎng)絡，且無法脫離土壤物理和化學環(huán)境而存在。表明調控土壤微生物需綜合考慮土壤物理、化學和生物因素，以及三者之間的交互關系。然而在設施菜田土壤質量研究方面，目前尚缺乏綜合考慮土壤物理、化學和生物因素的系統(tǒng)研究（Zhang et al.，2020）。

1.3.2 土壤酶活性 土壤酶在土壤各養(yǎng)分循環(huán)中起著重要作用，其活性與土壤質量緊密相連。土壤酶主要包括蔗糖酶、多酚氧化酶與過氧化物酶等。其中，蔗糖酶的主要作用是將蔗糖分解成葡萄糖和果糖，供植物直接吸收利用，蔗糖酶在一定程度上可以作為土壤肥力的指標之一；多酚氧化酶與過氧化物酶作為氧化還原酶，在土壤中對有機質和腐殖質的形成過程起到了非常重要的作用。顯而易見，土壤酶對土壤養(yǎng)分循環(huán)過程的影響，能夠調節(jié)植物對養(yǎng)分的吸收和利用（王書錦和胡江春，2002）。然而，對土壤酶活性的相關研究在土壤肥力領域中一直處于薄弱環(huán)節(jié)。目前國內外對土壤酶活性的報道僅限于研究土壤酶活性與土壤肥力的關系、土壤酶活性垂直分布規(guī)律、不同耕作模式和施肥管理措施等對土壤酶活性的影響（劉建新 等，2005；Floch et al.，2009；高利娟 等，2021；劉會芳 等，2021）。而對于土壤酶是否在設施菜田土壤可持續(xù)利用及維持設施生態(tài)系統(tǒng)平衡中起到基礎與核心作用，這一問題并沒有得到充分關注與重視。因此，研究設施菜田土壤酶的時空變化規(guī)律及其對種植年限、水肥管理、土壤調控等的響應機理，能夠為更好地進行設施蔬菜栽培和養(yǎng)分管理提供科學依據(jù)。

2 土壤質量評估方法的研究

為提高設施菜田土壤質量，首先應該找到影響土壤質量的關鍵因素。土壤質量指數(shù)（soil quality index，SQI）是一種被普遍用于評價農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的工具，可綜合評估土壤的整體質量（Andrews et al.，2002a，2002b；李鑫 等，2021；Yazhini et al.，2021）。SQI 的計算方法如下。

①最小數(shù)據(jù)集（minimum data set，MDS）的篩選。大部分研究發(fā)現(xiàn)，主成分分析法（PCA）是篩選最小數(shù)據(jù)集指標的最為廣泛的使用方法（D’Hose et al.，2014；Medina et al.，2021）。

② 最小數(shù)據(jù)集指標的轉化。為便于加和，基于無量綱方式將指標轉化為0～1 之間的得分。主要依據(jù)3 種不同的方式：一是“越多越好”，即某個土壤指標含量越高代表土壤質量越好；二是“越少越好”，即某種土壤指標含量越少表征土壤質量越好；三是“適量最好”，即某個土壤指標在適宜的范圍內最好，若含量高于或低于這個最適值代表土壤質量下降。

③數(shù)據(jù)整合與SQI 計算。數(shù)據(jù)整合也有多種方法，例如直接加和法、加權加和法（Andrews et al.，2002b）。Andrews 等（2002a）比較了多種計算SQI 方法的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)主成分分析法（PCA）和直接加和法（additive index）是計算SQI 最為簡便合適的方法。有研究發(fā)現(xiàn)在堆肥處理下，土壤質量與作物產量有很好的相關性（D’Hose et al.，2014）。

在農業(yè)生產中，好的土壤質量能夠促進生產力（Nyiraneza et al.，2021），土壤功能因子通常會作為一種篩選土壤指標的因素。土壤功能通常包括：促進作物生長，調節(jié)與分配水分，以及作為環(huán)境的緩沖劑（曹志洪和周健民，2008）。作物產量通常作為一種土壤功能因子來衡量土壤質量指數(shù)與作物生產的關系，但相關報道相對較少（Andrews et al.，2002a；D’Hose et al.，2014），大部分報道僅研究了SQI 的計算及對不同土壤質量的評估。

綜上所述，將多個表征土壤質量的指標（如土壤物理、化學、生物性質等）轉化為一個具體的數(shù)值，通過比較數(shù)值的大小，可以作為一種直觀評價土壤質量好壞的方式。

3 展望

本文闡述了國內外對設施菜田土壤性質的研究，并在此基礎上結合土壤物理、化學性質和土壤微生物性質，綜合分析了設施菜田土壤質量，也為今后系統(tǒng)評估設施菜田土壤質量提供參考。雖然目前設施菜田土壤質量研究已取得了顯著的成績，但仍存在以下問題：①相較于化學和微生物性狀，物理性質作為表征土壤質量的關鍵因素，研究者對其整體關注度不夠；② 鹽漬化對設施菜田土壤質量的不利影響大于酸化，但目前設施菜田土壤次生鹽漬化的減緩或消除機制尚不明確；③塑化劑的時空分布特征及其對菜田土壤污染的潛在風險，仍需進一步研究；④ 微生物是調控土壤質量的核心要素，但大多數(shù)相關研究僅停留在其對不同措施（如土壤改良、水肥管理、種植模式等）的簡單響應（如微生物數(shù)量、群落組成的變化等）方面，缺乏深層次探討；⑤ 缺乏綜合考慮土壤物理、化學和生物因素的系統(tǒng)研究。因此，未來需要綜合考慮上述問題，深入開展相關研究。