生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜栽培土壤障礙的研究進(jìn)展

陳伯清 高軍 葉月 孔令斌 張一彬 葛敏敏 董春蘭

（淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安，223003）

生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜栽培土壤障礙的研究進(jìn)展

陳伯清 高軍 葉月 孔令斌 張一彬 葛敏敏 董春蘭

（淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇淮安，223003）

對(duì)設(shè)施蔬菜栽培土壤存在的問題及其修復(fù)研究、生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜土壤的效用等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。

生物有機(jī)肥 設(shè)施蔬菜 土壤障礙 修復(fù)技術(shù)

1 設(shè)施蔬菜栽培土壤障礙及其修復(fù)

1.1 設(shè)施蔬菜栽培土壤障礙研究現(xiàn)狀

我國(guó)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)從20世紀(jì)90年代以來得以快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)設(shè)施園藝栽培面積已達(dá)250余萬hm2，約占世界總面積的85%，設(shè)施園藝年產(chǎn)值達(dá)2 000多億元。在種植結(jié)構(gòu)上，設(shè)施蔬菜面積占我國(guó)設(shè)施園藝總面積的95%以上，且70%以上分布在黃淮海及其以北地區(qū)[1～2]。然而設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)在高投入、高產(chǎn)出的生產(chǎn)模式下，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題，尤其是土壤質(zhì)量的下降。設(shè)施農(nóng)業(yè)中由于土壤位置相對(duì)固定，加之塑料薄膜等覆蓋，土壤得不到雨水淋洗，并長(zhǎng)期在高溫高濕的環(huán)境中，礦化速度加快，蒸騰量加大，使得設(shè)施內(nèi)土壤理化性狀和生物學(xué)特性較自然土壤發(fā)生了較大變化，較明顯的是大量鹽分積聚在土壤表層，形成表聚現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致土壤次生鹽漬化[3]。據(jù)余海英等[4]對(duì)山東壽光設(shè)施土壤鹽分的研究表明，設(shè)施土壤耕作層鹽分含量達(dá)2.69 g/kg，而相應(yīng)的露地僅為0.61 g/kg；而且與相應(yīng)露地土壤相比，鹽分含量無論從總量上還是單一組分看，設(shè)施土壤均明顯高于露地[13]。而土壤可溶性鹽濃度的升高可降低植物根際土壤溶液的滲透勢(shì)，從而造成作物對(duì)水肥的吸收障礙，使其出現(xiàn)明顯的生理性干旱和養(yǎng)分虧缺，導(dǎo)致其根細(xì)胞失水枯萎以至死亡。土壤含鹽量達(dá)10 g/kg以上時(shí)，多數(shù)作物不能生長(zhǎng)、成活[5]。土壤中一些鹽分離子的累積不僅會(huì)對(duì)作物造成直接的單鹽毒害，同時(shí)也會(huì)改變其原生質(zhì)膜的透性，致使植物吸收某種鹽類過多而抑制對(duì)另一些營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而使得植物細(xì)胞內(nèi)部的離子種類和濃度也發(fā)生相應(yīng)變化，這種不平衡吸收也會(huì)導(dǎo)致作物營(yíng)養(yǎng)失調(diào)和生長(zhǎng)發(fā)育不良[6]，如造成黃瓜根系生長(zhǎng)受阻，植株早衰，番茄幼苗老化，在果實(shí)膨大期易出現(xiàn)畸形果等[7]。

同時(shí)設(shè)施栽培土壤的生物學(xué)特性較露地也有明顯變化。王珊等[8]研究表明，設(shè)施土壤酶總體活性、真菌和放線菌占微生物總數(shù)的比例均隨種植年限的延長(zhǎng)有所下降，而微生物總數(shù)卻呈上升趨勢(shì)，與露地土壤相比，設(shè)施栽培中真菌增長(zhǎng)快于細(xì)菌。此外，由于高溫高濕和低溫高濕是設(shè)施栽培的主要環(huán)境特征，同時(shí)設(shè)施蔬菜復(fù)種指數(shù)高，加之生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的過量使用，導(dǎo)致設(shè)施土壤中病原菌抗藥性群體數(shù)量顯著增加、抗藥性程度不斷增強(qiáng)，從而使土傳病害在設(shè)施栽培條件下更容易發(fā)生，各種病害日趨猖獗，如鐮刀菌引起的番茄和瓜類枯萎病、灰葡萄孢菌侵染引起的灰霉病以及根結(jié)線蟲等[9]，在露地土壤栽培中難以見到的傳染性病蟲害，在設(shè)施土壤中卻得以滋生蔓延，很多設(shè)施正是由于連作障礙和根結(jié)線蟲等病蟲為害而無法利用。不僅如此，設(shè)施土壤的酸化也是設(shè)施栽培中的常見現(xiàn)象，孟鴻光等[10]對(duì)沈陽(yáng)城郊110個(gè)具代表性的大棚土壤pH值調(diào)查表明，土壤pH值＜6.5的大棚占調(diào)查總數(shù)的70.9%，其中部分大棚土壤pH值＜4.1。土壤酸化對(duì)植物根系正常生長(zhǎng)以及產(chǎn)量影響較大，也增加了作物感染土傳病害的幾率[9]。

1.2 設(shè)施蔬菜栽培土壤障礙修復(fù)技術(shù)研究

目前對(duì)設(shè)施栽培土壤障礙的修復(fù)方法研究層面較多，對(duì)土壤中鹽分累積的原位解決方法主要集中在施肥和水洗兩個(gè)方面。有研究認(rèn)為，增加纖維素含量較高的有機(jī)肥施用量，利用有機(jī)肥腐解形成的有機(jī)膠體的吸附性，可增加對(duì)土壤溶液中K+、Ca2+等鹽離子的吸附，從而起到緩沖作用，減少土壤溶液中鹽離子的濃度，減輕土壤鹽漬化程度以及調(diào)節(jié)土壤pH值[11]。許福濤[12]認(rèn)為揭棚淋雨或灌水洗鹽能抑制土壤水分蒸發(fā)，減弱鹽分表聚現(xiàn)象，對(duì)降低耕層土壤鹽分含量有積極作用；對(duì)有鹽漬化的大棚土壤，可在夏季休閑期間進(jìn)行灌水反復(fù)沖洗，以達(dá)到降低土壤鹽分的目的。

土壤病原微生物的去除，過去多采用溴甲烷熏蒸等化學(xué)手段，但這類消毒劑對(duì)環(huán)境影響很大。目前研究者提出諸如土壤還原等土壤生物消毒法以及低溫土壤蒸汽和熱水澆灌等物理消毒法，但在實(shí)際應(yīng)用中這些方法由于受到實(shí)際環(huán)境和技術(shù)成本的影響，以及自身也存在諸多不足，而難以推廣應(yīng)用。有機(jī)肥施用方面又存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、種類多、成分不穩(wěn)定等特點(diǎn)，同時(shí)隨著城市化進(jìn)程的加快，過去采用的堆肥在制作方面存在諸多限制，加之纖維含量高的材料如不經(jīng)過預(yù)處理，簡(jiǎn)單施用，在自然條件下分解緩慢，往往達(dá)不到預(yù)期效果。而從已有的研究結(jié)果看，僅僅采用揭棚淋雨的方法，也不能從根本上扭轉(zhuǎn)土壤質(zhì)量下降的趨勢(shì)，尤其是對(duì)土壤鹽漬化。采用反復(fù)灌水洗鹽的方法，與我國(guó)嚴(yán)重缺水的實(shí)情不相吻合，背離了節(jié)約用水的初衷，同時(shí)該措施本身也不符合環(huán)保要求，容易造成鄰近水體的富營(yíng)養(yǎng)化。

1.3 生物有機(jī)肥及其主要類型

生物有機(jī)肥是最近幾年在微生物技術(shù)發(fā)展及有機(jī)肥的商品化使用的基礎(chǔ)上研制而成的新型肥料，它既不是傳統(tǒng)的有機(jī)肥，也不是單純的菌肥，而是二者的有機(jī)結(jié)合體，實(shí)現(xiàn)了資源再利用，以自然中的有機(jī)物為基質(zhì)和載體，加入適量的無機(jī)元素和有利于土壤結(jié)構(gòu)、作物吸收、元素釋放的有益微生物，經(jīng)特殊工藝加工而成的。其有機(jī)質(zhì)載體大多為作物秸稈、草炭、禽畜糞、生活垃圾等有機(jī)廢棄物。所含微生物大致為分解菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌等[14]。

生物有機(jī)肥包括以植物及其殘?bào)w、動(dòng)物（指土壤無脊椎動(dòng)物）和動(dòng)物排泄物等為來源，可直接施用于土壤中或在一定條件下經(jīng)無害化處理（或加工）而成的有機(jī)肥料。它們含有作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素和促進(jìn)作物生長(zhǎng)的有益微生物，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能夠直接或間接地起到肥料效應(yīng)。

按其來源可將生物肥料分為三大類，即微生物肥料，包括根瘤菌類肥料、固氮菌類肥料、解磷解鉀菌類肥料、VA菌根真菌肥料、固氮藍(lán)藻肥料、復(fù)合（混）微生物肥料等；植物性肥料，包括綠肥、秸稈、富鉀硒等營(yíng)養(yǎng)元素的植物等；動(dòng)物性肥料，主要指動(dòng)物及動(dòng)物排泄物經(jīng)堆肥化處理后形成的生物固體[15]。

2 生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜土壤障礙的效用

2.1 降低蔬菜硝酸鹽含量，提高產(chǎn)品品質(zhì)

曹林奎等[16]用有機(jī)肥料處理溫室栽培的莧菜、芹菜表明，其NO3-含量平均值為2 133 mg/kg，比用蔬菜專用肥（對(duì)照）低1 617 mg/kg，其中施用大三元生物有機(jī)肥的芹菜NO3-值最低，為1 803 mg/kg，比對(duì)照低1 947 mg/kg。施用大三元生物有機(jī)肥的土壤鹽分（EC）含量也最低，說明施用生物有機(jī)肥可顯著降低蔬菜硝酸鹽含量和改善土壤。

王遠(yuǎn)遠(yuǎn)等[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用沼液可明顯提高小白菜的維生素C和可溶性糖含量，其中以50%沼液濃度處理最好，維生素C含量達(dá)20.48 mg/100 g，比對(duì)照增30.20%；可溶性糖含量22.94 mg/kg，比對(duì)照增65.51%。施用沼液還降低了小白菜的硝酸鹽含量，其中以70%沼液濃度處理的降低幅度最大，硝酸鹽含量為44.627 mg/kg，降幅為13.85%。周焱等[18]對(duì)大棚小白菜和菠菜研究后發(fā)現(xiàn)，使用有機(jī)肥在提高蔬菜VC和可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量方面均明顯優(yōu)于化肥，但對(duì)粗蛋白的影響差異不大。孔祥波等[19]研究后認(rèn)為，生物有機(jī)肥還可顯著改善生姜品質(zhì)，提高根莖干物質(zhì)和揮發(fā)油等的含量，降低硝酸鹽含量。

周建昭等[20]報(bào)道，有機(jī)固體基質(zhì)栽培甜椒的氨基酸、VC含量與土壤栽培的相當(dāng)，但提高了可溶性糖含量，降低了總酸度，同時(shí)硝酸鹽含量保持在安全限量范圍之內(nèi)。李仁發(fā)等[21]研究后認(rèn)為，空心菜基、追肥采用化肥與有機(jī)肥配合施用處理的與單施等量化肥處理的相比，亞硝酸鹽（NO2-）和硝酸鹽（NO3-）含量分別降低16.7%和12.4%；基、追肥均施用有機(jī)肥的NO2-和NO3-降幅更為顯著，分別為28.3%和22.2%。顧榮魁[22]在溫室番茄生產(chǎn)中進(jìn)行秸稈還田腐熟技術(shù)應(yīng)用研究表明，處理區(qū)番茄苗的壯苗指數(shù)顯著高于對(duì)照，根系發(fā)達(dá)，植株生長(zhǎng)健壯，坐果率高，早熟效應(yīng)顯著，始收期提前6～10 d，前期產(chǎn)量增加44.2%～64.2%；畸形果減少，品質(zhì)改善。番茄總產(chǎn)量增加28.1%～39.8%，效益顯著提高。

2.2 減輕病蟲為害，提高作物產(chǎn)量

孫志棟等[23]認(rèn)為，茶渣有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥，能改良小菘菜單株性狀，改善地上部與地下部的合理結(jié)構(gòu)，顯著提高產(chǎn)量。王立剛等[24]認(rèn)為，施用生物有機(jī)肥可以使作物保持良好的生長(zhǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)，促進(jìn)干物質(zhì)積累；長(zhǎng)期施用生物有機(jī)肥可以持續(xù)穩(wěn)定地提高作物產(chǎn)量。于占東等[25]用稻草配施生物菌劑后表明，土壤微生物區(qū)系得到明顯改善，黃瓜枯萎病減輕，促進(jìn)了黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育，黃瓜產(chǎn)量極顯著增加。劉恩科等[26]試驗(yàn)表明，施用消毒劑和復(fù)合肥均可以提高設(shè)施連作番茄產(chǎn)量，改善其品質(zhì)，二者配合施用表現(xiàn)出良好的加合效應(yīng)，比單獨(dú)施用消毒劑或復(fù)合肥的效果都好。

樊軍等[27]研究發(fā)現(xiàn)施有機(jī)肥可明顯提高土壤微生物數(shù)量，玉米、苜蓿與冬小麥連作不同施肥土壤細(xì)菌數(shù)量相對(duì)休閑地變幅在-197.04×105～187.07×105個(gè)/g土，真菌在-6.08×103～36.57×103個(gè)/g土，放線菌在-47.21×104～301.4×104個(gè)/g土。輪作系統(tǒng)不同施肥處理真菌與放線菌數(shù)量均高于休閑地。不同作物輪作微生物的種類和數(shù)量也不同，苜蓿與糜子對(duì)細(xì)菌有相對(duì)抑制作用，對(duì)真菌和放線菌有促進(jìn)作用；紅豆草抑制放線菌促進(jìn)細(xì)菌，而豌豆對(duì)3類微生物均有抑制作用。

呂衛(wèi)光等[28]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥能減輕黃瓜根系分泌物中的自毒化合物苯丙烯酸（CA）對(duì)連作黃瓜生長(zhǎng)的抑制，提高黃瓜根系脫氫酶活性、ATP酶活性和促進(jìn)黃瓜根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高連作黃瓜土壤微生物活性。封輝[29]研究了外源自毒物質(zhì)苯丙烯酸對(duì)黃瓜種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)及其若干生理代謝的影響，認(rèn)為低濃度CA促進(jìn)黃瓜種子的萌發(fā)，較高濃度的CA抑制黃瓜種子的萌發(fā)，CA濃度愈高抑制作用愈強(qiáng)。有機(jī)肥可降低自毒物質(zhì)CA對(duì)種子發(fā)芽的抑制作用。

侯茂林[30]研究了添加石灰氮和有機(jī)物進(jìn)行太陽(yáng)能加熱對(duì)溫室土壤中根結(jié)線蟲的防治效果，以及對(duì)黃瓜植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)和商品性狀的影響。結(jié)果表明，土壤處理40 d后，根結(jié)線蟲2齡幼蟲數(shù)量下降57%～100%；幼蟲減退率不覆膜＜單層膜覆蓋＜雙層膜覆蓋，且砂壤土的減退率大于中壤土。處理后茬黃瓜的根結(jié)線蟲發(fā)病株率明顯低于處理前茬。

2.3 優(yōu)化土壤理化性狀，提高土壤肥力

于占東等[25]認(rèn)為，有機(jī)物料稻草、豬糞、鋸木屑成分不同，入土轉(zhuǎn)化過程不同，對(duì)連作土壤pH值、EC值產(chǎn)生的影響也不同。試驗(yàn)表明，豬糞有降低土壤 pH值、提高土壤EC值的作用，稻草能提高土壤的 pH值和EC值，而鋸木屑對(duì)土壤 pH、EC值影響不大。稻草施入土壤后增加了細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)。鋸木屑能增加土壤細(xì)菌、真菌數(shù)，而減少放線菌數(shù)。豬糞使土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)大幅度增加，而真菌數(shù)減少。

朱林等[31]研究了生物有機(jī)肥對(duì)西瓜連作土壤酶和呼吸強(qiáng)度的影響，認(rèn)為施用生物有機(jī)肥對(duì)土壤酶影響不同，施肥處理2周時(shí)土壤過氧化氫酶活性比對(duì)照低，但刺激了土壤脲酶活性，有機(jī)肥處理提高了土壤呼吸強(qiáng)度。張信娣等[32]將光合細(xì)菌菌液和發(fā)酵有機(jī)肥施入農(nóng)田土壤，研究表層土壤中微生物區(qū)系變化。結(jié)果表明，光合細(xì)菌菌液和有機(jī)肥顯著增加了土壤中放線菌、異養(yǎng)細(xì)菌、固氮菌、氨化細(xì)菌和硝化細(xì)菌數(shù)量，減少了反硝化細(xì)菌數(shù)量，改善了土壤微生物區(qū)系。光合細(xì)菌菌液作用比有機(jī)肥更穩(wěn)定和持久，還能明顯降低真菌數(shù)量，提高放線菌/真菌比值，促進(jìn)土壤健康。

李淑儀等[33]報(bào)道，田間試驗(yàn)小白菜、苦瓜、豇豆3種蔬菜施有機(jī)肥3 000～4 500 kg/hm2+適量無機(jī)肥，可使土壤有機(jī)質(zhì)含量保持在種植前的水平，該施肥量和方式不僅可使蔬菜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，還有利于保護(hù)土壤肥力。王立剛等[24]通過7 a的生物有機(jī)肥試驗(yàn)表明，施用生物有機(jī)肥可以使作物保持良好的生長(zhǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)，促進(jìn)干物質(zhì)積累，長(zhǎng)期施用生物有機(jī)肥可以顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤全氮、堿解氮的含量，提高土壤肥力，其中施用生物有機(jī)肥15 t/hm2的處理有機(jī)質(zhì)含量上升最快，從1996年的126%升高到2001年的196%。

3 生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜土壤障礙的展望

隨著社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的日益重視和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，生物有機(jī)肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中特別是在設(shè)施農(nóng)業(yè)中將發(fā)揮越來越重要的作用。采用生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜土壤障礙的研究已受到廣泛的重視。應(yīng)用多學(xué)科的方法和思路來研究生物有機(jī)肥的作用機(jī)理及其功能已成為生物有機(jī)肥科學(xué)研究的主要趨勢(shì)[34]。今后一段時(shí)期，生物有機(jī)肥修復(fù)設(shè)施蔬菜土壤障礙的研究可以從以下幾方面關(guān)注。一是生物有機(jī)肥的作用機(jī)理及其功能的加強(qiáng)；二是生物有機(jī)肥肥源以及生物菌種的篩選、優(yōu)化，特別是以秸稈為代表的農(nóng)業(yè)廢棄物的開發(fā)利用；三是生物有機(jī)肥生產(chǎn)工藝路線和應(yīng)用效果研究；四是生物有機(jī)肥產(chǎn)品質(zhì)量控制及其標(biāo)準(zhǔn)研究。

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Progress of Restoration Technology of Bio-organic Fertilizer for Soil Obstacle in Protected Vegetable

CHEN Boqing,GAO Jun,YE Yue,KONG Lingbin,ZHANG Yibin,GE Minmin,DONG Chunlan
(School of Life Science and Chemical Engineering,Huaiyin Institute of Technology,Huai’an 223003)

Research statue and prospect of restoration technology of bio-organic fertilizer for soil obstacle in protected vegetable were described,covering cultivation soil obstacle and its restoration research in protected vegetable and restoration effects of bio-organic fertilizer on soil obstacle in protected vegetable,etc.

Bio-organic fertilizer;Protected vegetable;Soil obstacle;Restoration technology

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.01.002

江蘇淮安市農(nóng)業(yè)支撐計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：HA2008001）；淮陰工學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新與實(shí)踐計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2008051）

陳伯清（1964-），男，副教授，研究方向?yàn)樵O(shè)施園藝栽培、無公害園藝生產(chǎn)技術(shù)，電話：13852339010，0517-3591100。E-mail：hy3671320@163.com

2008-10-16