蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)要素集成技術(shù)及應(yīng)用進展

王廣印, 馬新立, 梁鳴早, 張淑香, 孫建光, 劉立新,王天喜, 呂周鋒, 郭衛(wèi)麗, 陳碧華

(1.河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院/河南省園藝植物資源利用與種質(zhì)創(chuàng)新工程研究中心,河南新鄉(xiāng) 453003;2.山西省新絳縣革命老區(qū)建設(shè)促進會,山西新絳 043100; 3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081;4.山西省臨汾市堯都區(qū)汾河生物科技有限公司,山西臨汾 041099; 5.陜西賽眾生物科技有限公司,陜西合陽 715300)

近幾十年來,以土傳病原菌和土壤退化為主的土壤連作障礙問題日益突出,成為制約設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重大生產(chǎn)問題[1]。雖然在防控設(shè)施蔬菜土壤連作障礙、土傳病害及實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)方面,采取了不少技術(shù)措施[2-4],但這些技術(shù)措施大多針對特定障礙因素,如抑制土傳病原菌、降低土壤酸堿度和提高有機質(zhì)含量等,也都具有一定的防控或緩解土壤連作障礙的效果,并維持一定的蔬菜產(chǎn)量水平,但由于這些技術(shù)措施作用比較單一,沒有徹底改變土壤病原微生物的生長環(huán)境,未能從根本上修復(fù)退化的蔬菜土壤,難于解決多因素成因的土壤連作障礙和土傳病蟲害問題?？梢?在當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)中,只有多項技術(shù)措施并舉,才能取得防控連作障礙、持續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和綠色發(fā)展的顯著效果。

眾所周知,蔬菜生產(chǎn)只要采取設(shè)施和有土栽培,就一定發(fā)生土壤連作障礙的問題。土壤連作障礙發(fā)生的原因很多,且隨著種植年限的延長,呈現(xiàn)不斷加重的趨勢,使設(shè)施蔬菜難于持續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[1]。這是因為連作土壤已經(jīng)弱化了優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ),如土壤有機質(zhì)、土壤肥力、土壤理化性質(zhì)、土壤生物學(xué)性狀和土壤環(huán)境等都在不斷下降或惡化。

目前,對連作土壤要維持理想的蔬菜產(chǎn)量水平,就要不斷地加大投入新品種、新技術(shù)、新農(nóng)藥和新肥料等,種菜成本不斷上升。在現(xiàn)階段,要維持設(shè)施蔬菜的持續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),就必須解決土壤連作障礙問題。這可以從2個主要途徑著手,一是“凈土”保持土壤健康,二是對土壤進行“保健”,著力解決土壤微生物和土壤營養(yǎng)的平衡協(xié)調(diào)關(guān)系,增強土壤的可持續(xù)利用性。具體策略即:一是采用強還原土壤滅菌法(reductive soil disinfestation,RSD)“打掃干凈土壤”[2-4],二是采用生產(chǎn)要素集成技術(shù)“長期保持土壤清潔”,可實現(xiàn)設(shè)施蔬菜既優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),又可持續(xù)、綠色、低碳發(fā)展。近些年來,一些新型農(nóng)業(yè)物資(生產(chǎn)要素)不斷涌現(xiàn),為蔬菜生產(chǎn)提供了物質(zhì)保證。如微生物肥料、礦物質(zhì)肥、土壤調(diào)理劑、植物誘導(dǎo)劑和植物修復(fù)素等。還有一些優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、綠色低碳生產(chǎn)新技術(shù),如RSD技術(shù)[2-4]、非生物固氮技術(shù)[5]、土壤有機物耕層發(fā)酵技術(shù)[6]、土壤保健技術(shù)[7]和農(nóng)業(yè)秸稈還田新技術(shù)[8]。如何有效利用有機資源、礦物資源和微生物資源,以及集成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新技術(shù),實現(xiàn)設(shè)施土壤連作障礙防控、蔬菜綠色和有機發(fā)展、產(chǎn)品持續(xù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)是當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)的必然選擇。

近些年來,通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素和新技術(shù)的集成,基本構(gòu)建了蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、綠色有機生產(chǎn)集成技術(shù)新體系。馬新立和王廣印等學(xué)者在蔬菜生產(chǎn)實踐中較早總結(jié)并創(chuàng)新性提出蔬菜生產(chǎn)要素集成技術(shù)[9-11],由最初的生產(chǎn)“四要素”集成技術(shù)[12],發(fā)展、形成目前的生產(chǎn)“五要素”(即“有機質(zhì)碳素肥+微生物菌肥+礦物質(zhì)肥+植物誘導(dǎo)劑+植物修復(fù)素”)集成技術(shù)[9,13-18],被應(yīng)用于有機和綠色蔬菜生產(chǎn)等方面成效顯著[5-11,14-19],并創(chuàng)立了蔬菜生產(chǎn)“五要素”集成技術(shù)推廣的新絳模式[20-21]。梁鳴早等學(xué)者對作物(蔬菜)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)集成技術(shù)從理論上進行了深化與提升,并形成了有機農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)體系[5-6,12,19]。

本文主要綜述蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)要素集成技術(shù)及應(yīng)用方面的進展,以期為設(shè)施蔬菜與土壤連作障礙防控、綠色和有機蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論與實踐指導(dǎo)。

1 蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)要素集成核心技術(shù)

在多年的蔬菜生產(chǎn)實踐中,通過總結(jié)、研究和理論升華,提出了蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)“五要素”生產(chǎn)集成技術(shù),即“有機質(zhì)碳素肥+有益菌肥+礦物質(zhì)肥+植物誘導(dǎo)劑+植物修復(fù)素”。其核心技術(shù)包括如下[19]:(1)在土壤大量使用秸稈、牛糞和雞糞等有機肥供應(yīng)碳素,提高土壤的碳氮比率,以充足的碳為蔬菜高產(chǎn)打下基礎(chǔ);(2)充分發(fā)揮生物菌能固氮、快速降解有機物、促進根系和植株生長、終生脅迫作物和固碳減排的功能,并充分利用非豆科固氮微生物解決氮素供應(yīng)的問題,減少化學(xué)氮肥的使用;(3)利用天然礦物鉀肥及礦物類土壤調(diào)理劑等礦物肥供給土壤鉀、鈣、鎂及中微量營養(yǎng)元素,滿足土壤腐殖質(zhì)和團粒結(jié)構(gòu)形成及植物生長發(fā)育對礦質(zhì)營養(yǎng)元素的需要,確保植物基本代謝途徑和脅迫開啟次生代謝途徑的均衡運轉(zhuǎn);(4)輔助應(yīng)用植物誘導(dǎo)劑和植物修復(fù)劑,綜合提高作物主動抗逆能力,最終生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的綠色和有機蔬菜。

2 蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)要素集成技術(shù)原理

2.1 高碳有機物肥

2.1.1 種類 主要包括畜禽糞(牛糞、雞糞、羊糞、豬糞)、秸稈肥、餅肥、腐殖酸有機肥、生物有機肥等。其中秸稈是配比合理的營養(yǎng)復(fù)合體,富含碳、氫、氧元素,碳氮比含量比較合理(一般約為 80∶1)。從糞肥和商品有機肥使用效果來看,在快速提升土壤有機質(zhì)方面,商品有機肥優(yōu)于糞肥,但糞肥養(yǎng)分含量高,肥效比較持久。因此,從促進土壤有機質(zhì)提升和兼顧蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)兩方面考慮,可采取糞肥、秸稈與商品有機肥配合施用的方式。

2.1.2 主要作用與功能 碳素有機肥是作物碳、氫、氧等元素的主要來源。碳素有機物(肥)不僅可作為有益菌的食物,特別是有益菌分解碳素有機質(zhì)中的碳、氫、氧、氮,大大提高了碳素有機質(zhì)肥的利用率,而且有利于改良土壤[17]。有機碳素與有益菌結(jié)合,也對提高土壤透氣性、降低鹽堿危害和增強作物抗逆性具有重要作用[22]。

2.1.3 技術(shù)措施 一般畜禽糞、秸稈(需粉碎或切成長5～10 cm小段)按照5 000 kg/667 m2左右施入田間,然后沖施生物菌液2～4 kg。如果以牛糞和秸稈做有機碳素原料,合理配合,碳氮比值能達 90∶1,則蔬菜產(chǎn)量更高。有條件的農(nóng)戶以雞糞和牛糞(或秸稈)各占50%為好,使碳氮比值達(30～90)∶1。如瓜果蔬菜按照667 m2產(chǎn)15 000～20 000 kg 目標產(chǎn)量計算,需施入雞糞和牛糞各 5 000 kg,或雞糞5 000 kg和秸稈2 500 kg,增產(chǎn)效果更加顯著。

2.2 微生物肥料

2.2.1 種類 微生物肥料(簡稱菌肥或微肥)特指含有特定微生物活體的制品[23-25],是由一種或數(shù)種有益微生物(或目標微生物)、經(jīng)工業(yè)化培養(yǎng)發(fā)酵、擴繁和加工制成的活菌制劑或生物性肥料。當(dāng)前的微生物肥料已從單一菌劑轉(zhuǎn)向了復(fù)合菌劑,單一菌肥轉(zhuǎn)向了復(fù)合型微生物菌肥,單功能轉(zhuǎn)向了多功能[26]。微生物肥料包含農(nóng)用微生物菌劑(或稱微生物接種劑、微生物菌劑、復(fù)合微生物菌劑、微生物濃縮制劑)、復(fù)合微生物肥料(或稱微生物肥料)和生物有機肥。生物有機肥和復(fù)合微生物肥料主要是微生物(有效活性菌)、有機質(zhì)和氮磷鉀肥料或有機肥配合而成的混合物[24],其他添加物還可能有氨基酸、蛋白質(zhì)、中微量元素、腐殖酸、生化黃腐酸、蛋白多酶、大豆多肽蛋白、海藻酸和生根劑等[27]。目前,微生物菌肥產(chǎn)品較多[24-25,27],但其中以(復(fù)合)微生物菌劑為主,其次是生物有機肥料和復(fù)合微生物肥料。微生物肥料中含有效菌種1種的居多(主要為枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等)(其屬于單一微生物菌肥),其次為含2 種或2 種以上的有效菌種(其屬于復(fù)合微生物菌肥)。微生物肥料的產(chǎn)品形態(tài)以粉劑類型為主,其次是顆粒劑和液體。山西省新絳縣使用的“地力旺”微生物菌劑,活性菌含量高達20億～40億/g(國家標準為 2億/g),主要包含10種菌,其中6種為固氮能力很強的芽孢桿菌屬類[17]。

2.2.2 主要作用與功能 微生物肥料中的有益菌發(fā)揮著重要作用。有益菌具有固氮、殺菌殺蟲、促長和增加腐殖質(zhì)、誘導(dǎo)脅迫(開啟植物的次生代謝)和分解有機質(zhì)等多種作用與功能。而微生物肥料主要是通過改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、提高土壤酶活性、產(chǎn)生植物激素類物質(zhì)、提高作物的抗病性和抗逆性等發(fā)揮其重要功能與作用[26]。在蔬菜生產(chǎn)中施用微生物肥料能取得改善土壤理化與生物學(xué)性質(zhì)、緩解連作障礙、增強蔬菜抗病能力、提高品質(zhì)和產(chǎn)量的顯著效果[26]。

2.2.3 技術(shù)措施 微生物肥料可以和有機肥配施做蔬菜的基肥,也可做追肥、浸種、蘸根或葉面噴施等,具體施用方式要根據(jù)菌肥類型、連作障礙輕重及土傳病害危害程度等予以調(diào)整。對微生物菌劑而言,田間第一次可施用微生物菌劑2～4 kg/667 m2,生長中后期每次隨水沖施菌劑1～2 kg/667 m2,每隔 10～15 d施1次。漚制碳素有機肥時,667 m2施肥總量需用生物菌劑液2～4 kg?；┕腆w微生物肥料的用量一般為10～50 kg/667 m2,具體應(yīng)根據(jù)微生物肥料的類型、土壤肥力、目標產(chǎn)量和使用說明等確定。

2.3 礦物質(zhì)肥料

2.3.1 種類 礦物質(zhì)肥料系指天然礦物鉀肥、土壤調(diào)理劑等富含鉀素及中微量元素的一類肥料。土壤調(diào)理劑種類多種多樣[28],這里特指天然礦物類調(diào)理劑。天然礦質(zhì)鉀肥有德國產(chǎn)“紅?！迸坪汀澳μ旎迸屏蛩徕浄屎土蛩徕涙V肥、新疆產(chǎn)“羅布泊”牌硫酸鉀肥等,其品質(zhì)高,含量足(K2O≥50%),適用于瓜果、蔬菜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培[18]?！百惐娕啤蓖寥勒{(diào)理劑為礦物制劑,也是有機認證準用生產(chǎn)資料,富含鉀、硅和鎂等多種中微量元素和稀有元素[16]。如“賽眾”系列產(chǎn)品之一的“賽眾28硅鎂鉀肥”主要含速效鉀(K2O)≥8%、緩效鉀12%、硅(SiO2)≥42%、鎂(MgO)≥3%,以及多種微量元素。

2.3.2 主要作用與功能 鉀是作物必需的營養(yǎng)元素之一,又稱品質(zhì)元素,是調(diào)節(jié)多種元素的“興奮劑”[2]。礦物鉀肥中的鉀素不僅是果實生長所需的首要元素,而且是植物體內(nèi)酶的活化劑,能激活植物體代謝所必需的60余種酶的活性,在作物生長發(fā)育以及產(chǎn)量形成、促進植物體生理生化活動及代謝反應(yīng)過程中具有十分重要的作用[29-31]。礦物型土壤調(diào)理劑一般具有補充中微量元素、平衡營養(yǎng)、改良土壤、增強抗性、促根生長、提高產(chǎn)量和品質(zhì)等多種作用[7,28]?！百惐娕啤蓖寥勒{(diào)理劑為良好的土壤和植物保健型肥料。

2.3.3 技術(shù)措施 一般鉀肥施用量要根據(jù)底肥用量、土壤含鉀量、鉀肥種類、蔬菜產(chǎn)量水平和澆水間隔期長短等確定。作為底肥,每667 m2一般施用天然礦物鉀10 kg左右。在果菜類蔬菜結(jié)果期,每667 m2每次隨水追施50%天然礦物鉀量為8～24 kg。堅持早期少施、結(jié)果期勤施和多施的基本原則。若當(dāng)?shù)?、?dāng)季土壤鉀含量達到100～120 mg/kg時,可減半施用?！百惐娕啤蓖寥勒{(diào)理劑基施量一般為50～75 kg/667 m2,中期追施量為25～50 kg/667 m2,可全田撒施后耕翻入土。另外,可用“賽眾牌”土壤調(diào)理劑浸出液作葉面噴施,越早施效果越好。

2.4 植物誘導(dǎo)劑

2.4.1 種類 植物誘導(dǎo)劑系指“那氏778誘導(dǎo)劑”(那氏齊齊發(fā),簡稱“齊齊發(fā)”),為云南生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所農(nóng)業(yè)專家研究的一種以多種中草藥原粉為主的生物粉劑,屬于一種無公害植物細胞激活劑和作物基因表型誘導(dǎo)劑。生產(chǎn)上也有專門配制的液體類型制劑,使用更方便,按照說明應(yīng)用即可。

2.4.2 主要作用與功能 一般高濃度誘導(dǎo)劑混合液可抑制植物生長,而低濃度可促進植物生長?！澳鞘?78誘導(dǎo)劑”具有提高光合速率、增強生理代謝、促進根系和作物生長發(fā)育、促進和矮化雙向調(diào)控、作物抗逆、增產(chǎn)和提質(zhì)等多種功能與作用[22,32-34]。

2.4.3 技術(shù)措施 植物誘導(dǎo)劑可浸種、葉面噴灑或灌根。幼苗期(育苗期)1 200倍液葉面噴灑1～2次。生長期可按照600～800倍液噴灑,或用800～1 200倍液灌根,用量約50 g/株。全生長期一般噴施或灌根2～3次。秦立金等試驗表明,不同濃度的“那氏778誘導(dǎo)劑”均能有效促進番茄營養(yǎng)生長,其中用1 000倍液葉面噴施增加番茄前期產(chǎn)量顯著,單果質(zhì)量、果直徑和坐果率均比對照增加[33]。

2.5 植物修復(fù)素

2.5.1 種類 植物修復(fù)素系指從天然礦石中提取的多元礦溶液,是一種特殊結(jié)構(gòu)和功能的“液晶態(tài)水”,屬于一種新類型的植物營養(yǎng)激活劑,富含氫氧自由基(羥基自由基)、生態(tài)氧和20多種植物新陳代謝所必需的礦質(zhì)元素[35]。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的植物修復(fù)素產(chǎn)品,獲國家肥料正式登記證和“批準用于有機農(nóng)業(yè)的投入物證明”,原商品名為“豐產(chǎn)動力素”,現(xiàn)商品名為“吉山樂生”,通用名為“微量元素水溶肥料”。

2.5.2 主要作用與功能 植物修復(fù)素是生產(chǎn)綠色、有機蔬菜的天然礦物質(zhì)[22],能激活植物細胞,提高生命活力;補充微量元素,促進植物生長與次生代謝;增加葉片葉綠素和增強光合作用;降解農(nóng)殘,解藥害和解肥害;增強植物抗逆性,提高產(chǎn)量,優(yōu)化品質(zhì)?！凹綐飞彼芊视袇^(qū)別于其他微量元素肥料的特點,富含眾多微量元素,具有殺菌和解毒功能,也能改良土壤和激活潛在養(yǎng)分[22]。

2.5.3 技術(shù)措施 植物修復(fù)素以葉面噴施為主。蔬菜作物一般用800～1 000倍液噴施,用量為 100～150 g/667 m2,20 d左右施用1次,生長期用 2～3次即可。也可把“吉山樂生”水溶肥按照一定比例混配到復(fù)合肥或有機肥中,制作成顆粒劑作基肥使用更方便。

3 蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生產(chǎn)要素集成技術(shù)的應(yīng)用

3.1 提高土壤固氮酶活性

對山西新絳有機蔬菜專業(yè)合作社的番茄根際土取樣和測定結(jié)果[22]表明,溫室番茄有機種植和化學(xué)種植2種模式土壤中(鮮土)的固氮活性酶有較大差異;多年采用有機種植模式溫室番茄土壤固氮酶活性高達1 215.19 nmol/(kg·d),而化學(xué)種植模式幾乎為0,土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量也都有不同程度提高,顯示有機種植模式培肥土壤的巨大優(yōu)勢,為番茄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)打下了基礎(chǔ)(表1)。

表1 不同種植模式下土壤速效養(yǎng)分和固氮酶活性

3.2 土壤有機物耕層發(fā)酵技術(shù)

所謂秸稈耕層發(fā)酵技術(shù),即在土壤中充分施用秸稈、畜禽糞便和農(nóng)業(yè)廢棄物等有機農(nóng)業(yè)資源,并合理配施礦質(zhì)元素肥、微生物肥料等在土壤中進行耕層發(fā)酵[6]。實踐證明,秸稈耕層發(fā)酵可以使有機質(zhì)和土壤營養(yǎng)被高效利用,土壤團粒結(jié)構(gòu)良好,土壤松軟,有機質(zhì)含量提升,土壤中固氮酶活性增加,最終有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。

3.3 在番茄和茄子生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.3.1 生產(chǎn)要素的集成效應(yīng) 王廣印等對日光溫室秋冬茬番茄超高產(chǎn)栽培技術(shù)的分析表明,有機肥碳素充足、鉀素較充足、植物誘導(dǎo)劑促進壯苗、微生物肥料發(fā)揮重要功能與作用、利用植物誘導(dǎo)劑和植物修復(fù)素調(diào)控秧植株生長,這些集成措施是日光溫室秋冬茬番茄超高產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)[14]。

3.3.2 施用有機肥或秸稈的作用 土壤有機質(zhì)含量和土壤酶活性是土壤質(zhì)量的重要指標,而番茄長期連作對多數(shù)土壤酶活性產(chǎn)生抑制作用。特別是對大棚土壤基施“有機肥+秸稈”,增加了土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀含量,土壤酶活性增強,改善了作物生長環(huán)境,減緩了土壤質(zhì)量的退化[36]。另外,在大棚番茄田間增施高碳氮比的“雞糞+作物秸稈”肥,可顯著降低土壤鹽分濃度,增高土壤pH值,土壤有機質(zhì)和氮磷鉀含量顯著提高,各時期土壤酶活性顯著提高,大棚土壤微環(huán)境得到優(yōu)化[37]。

3.3.3 施用微生物肥料的效應(yīng) 近年來,微生物肥料發(fā)展迅速,但微生物肥料種類較多,其改良設(shè)施土壤、提高抗病性的效應(yīng)各異。在設(shè)施番茄連作障礙土壤上,施用微生物菌肥均能不同程度促進連作番茄的生長,提高番茄土壤酶的活性[38]。對連作番茄和辣椒土壤,施用生物有機肥的可顯著提高產(chǎn)量,青枯病發(fā)病率顯著降低,植株根際土壤功能菌群數(shù)量顯著增加,土壤細菌和放線菌數(shù)量顯著增加,而真菌和病原菌數(shù)量顯著減少[39-40]。對設(shè)施連作栽培的番茄田,“菌肥基施+菌劑灌根”兩者配合,促進番茄生長和增加土壤肥力的效果最佳,果實產(chǎn)量和品質(zhì)顯著增加[41-42]。棉隆是一種常用的土壤消毒劑,但其施用對土壤有益菌生存產(chǎn)生不利影響。王廣印等的試驗結(jié)果表明,采用“棉隆+生物菌肥”配施處理,大棚秋番茄第1果穗產(chǎn)量明顯高于對照和棉隆單獨處理,也顯著降低了番茄莖基腐病和根結(jié)線蟲發(fā)病率,根結(jié)線蟲病防治效果提高30.3%[43]。石灰氮是目前常用的土壤消毒劑。采用“石灰氮熏蒸+微生物菌肥(或菌劑)”配施聯(lián)用,相比石灰氮單獨對照處理,可有效改善連作茄子根系吸收能力,提高光合作用性能,促進植株生長,增加產(chǎn)量,緩解設(shè)施茄子連作障礙,顯示配施微生物肥料的效果[44]。

3.3.4 有機質(zhì)肥+微生物肥料的效應(yīng) 有機肥是微生物的糧食,而微生物又是有機肥的發(fā)酵分解劑。在日光溫室夏秋茬番茄栽培上,采用“有機肥+碳能生物菌肥”復(fù)配處理,比對照處理的番茄果實可溶性固形物、蛋白質(zhì)和番茄紅素含量及番茄產(chǎn)量顯著提高[45]。而在春季設(shè)施番茄栽培中,“有機肥(30%)+微生物菌劑”配施,番茄光合作用增強,提高了番茄果實產(chǎn)量和品質(zhì)[46]。作物秸稈屬于高碳有機質(zhì)肥,它在土壤中快速發(fā)酵離不開微生物的參與?；该鬏x等在茄子田定位施用“秸稈+生物菌肥”,土壤微生物數(shù)量及土壤各種酶活增加[47]。另外,利用蔬菜殘株還田,并結(jié)合施用微生物菌肥對日光溫室土壤進行改良,土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改善,土壤磷酸酶活性、有機質(zhì)和速效鉀含量顯著提高[48]。

3.3.5 生物菌肥+土壤調(diào)理劑的效應(yīng) 對于大棚春、秋番茄而言,生物菌劑與土壤調(diào)理劑配施處理的效應(yīng),不僅促進了番茄的生長與結(jié)果,而且防病效果也十分顯著。王廣印等在大棚春番茄大田試驗的結(jié)果表明,其中“生物菌肥+土壤調(diào)理劑+激抗菌968微生物菌肥”配施,提高番茄坐果率和降低畸形果率的效應(yīng)最顯著,特別是顯著降低了番茄晚疫病和葉霉病的病情指數(shù),提高了防病效果[49]。王勝楠等在大棚秋番茄采用“EM生物菌肥+土壤調(diào)理劑”配施,促進番茄生長、提高坐果率的效應(yīng)顯著,并可使秋番茄黃化曲葉病毒發(fā)病率和病情指數(shù)明顯降低,根結(jié)線蟲的根結(jié)指數(shù)為最低,防病效果顯著[50]。另外,把生物菌肥和土壤調(diào)理劑單獨或配施處理,也能對設(shè)施番茄土壤次生鹽漬化起到明顯的緩解作用[51]。

3.3.6 秸稈+生物菌肥+土壤調(diào)理劑的綜合效應(yīng) 在日光溫室番茄大田試驗,“秸稈+生物菌肥+調(diào)理劑”三者配施,明顯提高了番茄坐果率、凈光合速率最大值、果實可溶性固形物、總酸和可溶性蛋白含量,并可使土壤水溶性鹽含量顯著下降[52-53]。

3.3.7 有機肥+生物菌劑+土壤調(diào)理劑+硫酸鉀的綜合效應(yīng) 在日光溫室茄子試驗結(jié)果表明,“有機肥(牛糞+秸稈)+土壤調(diào)理劑+生物菌劑+硫酸鉀”模式處理比“有機肥(牛糞)+復(fù)合肥+硫酸鉀” 對照模式,可顯著提高茄子產(chǎn)量和維生素C含量,降低硝酸鹽含量,并可使土壤pH值和全鹽含量降低,土壤有機質(zhì)、速效氮、有效磷和速效鉀含量提高,顯示配施“秸稈+土壤調(diào)理劑+生物菌劑”的綜合效應(yīng)[54]。

3.3.8 對化肥減量的效應(yīng) 化肥減量和增施有機肥是綠色農(nóng)業(yè)的必然要求。為解決日光溫室番茄連作障礙問題,采用“無機肥+有機肥”配施,結(jié)果表明增施有機肥通過改善土壤理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu),減少了番茄連作土壤病害的發(fā)生[55]。另外,設(shè)施番茄采用“化肥減量+增施有機肥”模式,也可顯著提高土壤有機質(zhì)和氮磷鉀含量,顯著增加番茄產(chǎn)量和果實可溶性糖和維生素C含量[56]。

3.4 在黃瓜、西瓜生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.4.1 生產(chǎn)要素的集成效應(yīng) 某農(nóng)戶種植溫室春黃瓜,按“有機碳素肥+EM生物菌+礦物鉀+植物誘導(dǎo)劑+植物修復(fù)素”進行管理,800 m2產(chǎn)瓜2.8萬kg,收入5.2萬元,高產(chǎn)要素集成效果十分顯著[57]。

3.4.2 微生物肥料的各種效應(yīng) 微生物菌肥種類較多,不同菌肥的施用效果雖有差異,但都證實了其具有促進蔬菜生長發(fā)育、提高產(chǎn)量與品質(zhì)、克服連作障礙等方面的顯著作用。

3.4.2.1 促進黃瓜生長發(fā)育、提高產(chǎn)量與品質(zhì) 施用微生物菌肥后,黃瓜根際土壤理化性質(zhì)得到明顯改善,黃瓜葉片中的酶活性顯著提高,黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)同步提高[58]。對溫室黃瓜施用3種微生物菌肥,以含“木霉菌”的菌肥對促進黃瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)提高效應(yīng)顯著[59]。而采用多種不同微生物菌肥處理日光溫室黃瓜,尤以光合細菌菌劑比其他5種菌肥更能促進黃瓜營養(yǎng)生長、顯著提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)[60]。對設(shè)施栽培黃瓜以農(nóng)用微生物菌劑進行根際澆灌與葉面噴灑雙處理,證明配施效果最佳,能提高根際土壤酶活,增加根際土壤養(yǎng)分含量,促進黃瓜生長,提高葉綠素含量、果實產(chǎn)量和品質(zhì)[61]。日光溫室越冬茬黃瓜采用菌肥沖施,可使土壤各種酶活性增大,促進黃瓜生長,前期結(jié)果數(shù)量顯著增加[62]。

3.4.2.2 誘導(dǎo)黃瓜的系統(tǒng)抗病性 在黃瓜連作土壤中,添加4種不同微生物菌肥,結(jié)果表明,微生物菌肥在一定程度上能誘導(dǎo)黃瓜的系統(tǒng)抗病性[63]。

3.4.2.3 緩解黃瓜連作障礙 曲成闖等采用田間定位試驗生物有機肥的施入效果,連續(xù)3季的調(diào)查與統(tǒng)計結(jié)果表明,生物有機肥可減緩黃瓜連作障礙的發(fā)生[64]。以拮抗菌與有機肥配合施用,微生物有機肥能夠取代化肥,防治黃瓜連作障礙及提高黃瓜品質(zhì)的效果顯著[65]。另外,在相同連作年限下,土壤微生物數(shù)量、酶活性、黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)整體隨生物有機肥用量的增加而提高,用量越高對連作年限越久的土壤改良效果越好[66]。

3.4.2.4 防控土傳西瓜病害 西瓜枯萎病是最嚴重的土傳病害,微生物有機肥能激發(fā)連作土壤中有益微生物活性,顯著促進西瓜生長,對西瓜連作障礙有明顯的緩解作用。李雙喜等在西瓜生產(chǎn)中施用微生物有機肥,改善了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生,有效抑制了尖孢鐮刀菌的活性,防治西瓜枯萎病的效果顯著[67]。

3.4.3 秸稈或有機肥+微生物菌肥或土壤調(diào)理劑的效應(yīng) 張婷等在冬季溫室黃瓜采用“秸稈+生防菌”配施處理,對黃瓜連作土壤微生物群落改善明顯,黃瓜產(chǎn)量明顯提高,根結(jié)線蟲的病情指數(shù)降低,統(tǒng)計到第3茬時,黃瓜產(chǎn)量比對照還增加25.9%,病情指數(shù)比對照減小71.4%[68]。微生物菌肥在西瓜育苗上少見報道。在西瓜苗期噴施“有機肥和生物菌肥”,根際微生物環(huán)境改善,明顯提高了幼苗的質(zhì)量[69]。施用土壤調(diào)理劑能明顯改善土壤結(jié)構(gòu),增強土壤通透性,土壤容重降低,土壤總孔隙度增加,特別是“秸稈+土壤調(diào)理劑”配合施用,對土壤物理性狀改善、黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的提高效果更佳[70]。

3.4.4 微生物菌肥+土壤調(diào)理劑的效應(yīng) 王廣印等在大棚春黃瓜上采用“微生物菌肥+土壤調(diào)理劑”配施處理,其中以“微生物菌劑+激抗菌微生物菌肥+土壤調(diào)理劑”配施處理顯著提高了黃瓜的單果質(zhì)量和產(chǎn)量,大棚黃瓜霜霉病、靶斑病的發(fā)病率和病情指數(shù)降低,防病效果明顯提高[71]。張蕾等也采用“微生物菌肥+土壤調(diào)理劑”配施處理,還使連作黃瓜的土壤次生鹽漬化和鹽脅迫大大緩解[72]。

3.4.5 有機肥+微生物菌肥+土壤調(diào)理劑的三配效應(yīng) 張蕾等在日光溫室黃瓜發(fā)生次生鹽漬化的土壤上,采用“有機肥+微生物菌肥+土壤調(diào)理劑”配施,對土壤肥力提升、降鹽、促長、增產(chǎn)提質(zhì)都具有顯著效果[73]。郭君鈺等采取有機肥分別與礦物類調(diào)理劑、復(fù)合菌劑配施以及三者復(fù)配施用,均可顯著提高土壤質(zhì)量和西瓜品質(zhì),其中“有機肥+礦物類調(diào)理劑+復(fù)合菌劑”為最佳配施處理組合[74]。

3.4.6 對化肥減量的效應(yīng) 減少化肥用量,改善土壤結(jié)構(gòu)和環(huán)境是綠色農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。在黃瓜生產(chǎn)中,適當(dāng)降低化肥用量并配合施用生物肥料,能促進黃瓜的生長發(fā)育,提高黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)與效益[75]。王明友等以“無機肥+生物菌肥”配施,氮磷鉀無機肥用量減少40%左右,既穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì),又能提高生物和土壤環(huán)境效益[76]。趙躍等以“生物有機肥+硅鈣鉀鎂肥” 配施處理,并減少底肥中的化肥用量,仍能保證西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)[77]。

4 問題與展望

4.1 生產(chǎn)要素的集成應(yīng)用會產(chǎn)生巨大的加成效應(yīng)

綜上所述,需要強調(diào)碳素有機質(zhì)肥、微生物菌肥、礦物質(zhì)肥、植物誘導(dǎo)劑和植物修復(fù)素等五大生產(chǎn)要素必須有機結(jié)合,方能產(chǎn)生良好的加成效應(yīng)[14]。梁鳴早等也強調(diào)在作物有機高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)體系中,也強調(diào)足量碳、有益微生物菌群、天然礦物質(zhì)和田間管理四項技術(shù)的有機配合,如果單獨使用1項或2項技術(shù),持效性短,應(yīng)用效果不大顯著[19]。

4.2 碳素有機肥的基礎(chǔ)地位不可動搖

有機農(nóng)業(yè)和生物農(nóng)業(yè)都離不開有機質(zhì)肥。不管是作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn),還是綠色、有機發(fā)展,都必須堅持施用足量有機肥不動搖。若土壤中缺乏有機質(zhì),則會降低微生物活性,影響土壤腐殖質(zhì)和團粒結(jié)構(gòu)的形成。近幾年推行的農(nóng)業(yè)“雙減一增”行動計劃,同樣也離不開增施有機肥這個根本措施。另外,須強調(diào)市場上出售的商品生物有機肥類,也不能完全代替高碳素糞肥和秸稈肥的定量補充與施用。

4.3 微生物肥料的功能與作用不用質(zhì)疑

生物農(nóng)業(yè)離不開生物菌。微生物肥料在使用過程中,也存在菌種效能不穩(wěn)定、肥效緩慢、儲存期短等問題,特別是因其含有的特效微生物受環(huán)境等因素的影響較大,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,影響了農(nóng)戶對微生物菌肥的正確認識和接受。這與菌肥品牌選擇、施用方法、使用量,以及與有機質(zhì)肥配合等密切有關(guān)。僅依靠有益微生物也不能達到土壤改良、提高土壤肥力的效果,把有益微生物與有機肥料配合使用,才可達到1+1>2的應(yīng)用效果[78]。

微生物肥料在土壤-作物-微生物三者之間存在良好的關(guān)聯(lián),對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)產(chǎn)品安全等有著積極的作用。微生物菌肥可通過改善土壤環(huán)境、提高有機肥的利用率而減少化學(xué)肥料的施用量[79]。微生物肥料通過改變土壤微生物區(qū)系、降低土傳病蟲害發(fā)生率、提高防治效果,以及通過增強作物自身抗病害能力等,可減少化學(xué)農(nóng)藥的使用量。

4.4 作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)少不了礦物鉀肥及中微量元素肥

當(dāng)前,我國大部分地區(qū)土壤仍然缺鉀,實現(xiàn)蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)必須補充鉀素營養(yǎng)。目前多數(shù)地區(qū)土壤含鉀量為60～100 mg/kg,而作物高產(chǎn)要求土壤含鉀量為240～300 mg/kg。我國農(nóng)田缺鉀的主要原因是蔬菜產(chǎn)量的迅速增加、有機肥用量下降和秸稈還田太少,所以鉀素的補充主要依靠施用礦物鉀肥、有機肥和秸稈還田[31]。作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)必須均衡提供礦物鉀肥和中微量礦質(zhì)元素。

4.5 選擇品牌農(nóng)資

當(dāng)前,農(nóng)資市場上的生產(chǎn)要素產(chǎn)品種類繁多,其有效成分含量、質(zhì)量、性能等參差不齊,也可能存在不實或夸大宣傳其功能與作用的現(xiàn)象。所以應(yīng)選擇信譽好、大品牌、專用品和經(jīng)過實踐檢驗的農(nóng)資。

當(dāng)前,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的研究主要集中于施用有機物料種類選擇、施用量以及應(yīng)用效果等方面,而機理方面的研究主要針對土壤理化和生物性狀、地上作物生長生理指標等方面,研究的系統(tǒng)性不足,下一步還需要深入和更高水平的研究與探索。

農(nóng)業(yè)自然資源和生產(chǎn)要素也不是十全十美,還需要一分為二看待和科學(xué)、合理地施用。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素施用后的風(fēng)險研究還少見報道,長期、大量和連續(xù)施用1種或幾種生產(chǎn)要素是否會給土壤生態(tài)系統(tǒng)造成某種危害還需要進一步探索。