填閑作物改良設施土壤次生鹽漬化研究進展

王洋 未曉巍

摘要 隨著我國設施農業集約化的快速發展，設施土壤次生鹽漬化日益嚴重，致使土壤養分失衡，從而導致設施農作物產量和品質下降的問題日益突顯。介紹了填閑作物的選擇及其對土壤氮素的淋洗和消減作用，以及殘體還田對土壤功能的影響，并提出了今后填閑作物改良土壤鹽漬化的研究與發展方向。

關鍵詞 設施土壤;填閑作物;次生鹽漬化

中圖分類號 S156文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0022-03

Abstract With the rapid development of facility agriculture in China，the secondary salinization of greenhouse soil is becoming more and more serious， which leads to the imbalance of soil nutrients and the decline of yield and quality of greenhouse crops. The paper expounded the research progress of the select catch corp， leaching and elimination of soil nitrogen by catch crops， effects of regression straw on soil function， and put forward research and development direction of soil salinization improvement with catch crops in the future.

Key words Facility soil;Catch crop;Secondary salinization

設施栽培是一種可控制性的栽培方式，它通過人為建立結構設施，改變不適宜作物生長的外界環境，從而為作物生長發育創造最適宜的生境條件[1]。目前設施栽培主要有塑料大棚、節能日光溫室、地膜和人工氣候室等[2]，均以種植蔬菜為主，其高產、高效的特點大大

提高了農業環境、土壤環境、水環境的綜合利用水平，為我國北方地區四季提供新鮮蔬菜發揮了重要作用，滿足了經濟發展對蔬菜的需求，提高了農民的收入水平。但由于蔬菜本身根系不發達，無法充分利用土壤中的肥料，而且設施栽培條件下的土壤與露地栽培土壤條件有較大差異，主要體現在缺少自然條件下的雨水沖洗，設施內通氣狀況不良，且溫度高、濕度大，加之廣大農民單純地追求高產量，在實際生產過程中過量灌水及施肥，久而久之導致土壤表層中的鹽分離子大量累積，使土壤次生鹽漬化的現象發生[3-4]。種植填閑作物可吸收土壤中累積的氮素，進而阻控氮素因淋洗而造成的損失，降低土壤電導率，同時改善土壤中微生物群落結構和種類，維持土壤健康，從而使設施土壤次生鹽漬化的問題得到有效緩解[5-8]，筆者綜述了填閑作物對設施土壤次生鹽漬化的改良作用及近年來的研究成果，分析了填閑改良過程中存在的問題和發展方向，旨在為我國設施土壤的相關研究及蔬菜產業的發展提供科學依據和理論基礎。

1 填閑作物的選擇

填閑作物是指利用主要作物收獲后與后茬播種前的空隙時間種植的耐鹽、生長周期短、能夠吸收土壤殘留氮素、降低土壤耕層營養鹽分離子含量的作物[9-10]。與大田生產不同，我國北方設施種植多為一年兩季或越冬長茬，因此要求填閑作物多在7—9月種植。同時，由于不同作物對土壤環境的影響不同，保證主栽作物的健康生長是填閑作物的重要作用。不適宜的填閑作物對土壤環境產生不利的影響，進而對下茬作物產生負面效應。

是否有效且快速積累氮素是評價填閑作物的一個重要標準。生物量大的作物普遍能夠快速而有效地積累氮，而我國北方夏季氣溫高，降水量大，適宜在此時種植填閑作物。根據這些植物特點和氣候條件，填閑作物應選擇生長期較短、生長迅速、生物量大、根系發達、光合作用強的作物。以上指標C4作物均優于C3作物，如甜高粱、蘇丹草、莧菜、甜玉米等均具有填閑作物的特征，適合做填閑作物[11]，而且以甜玉米為填閑作物，在種植及生長過程中不進行施肥處理，仍獲得較高的產量，且吸氮量達184～256 kg/hm2。

根系發育參數也是填閑作物選擇的一個重要特征指數。如植物根系生長深度、根長的密度及單位時間內根系向下的生長速度等[12]。其中根長密度反映了根系分布，更能反映根系氮素吸收的能力。Wiesler等[13]研究發現能夠高效利用土壤硝態氮的作物品種均具有較高的根長密度與較高的吸氮能力。此外，填閑作物根系的深淺程度對土壤內硝態氮的影響同樣顯著，深根系填閑作物可以降低設施土壤中剩余氮素的沉積。研究發現，意大利黑麥草的根系可降低1.0～1.5 m土層中硝態氮50%的含量，這是由于黑麥草的根系可達1 m左右，土壤表層的硝態氮被根系大量吸收，從而減少了其向下遷移。同時，通過對7種填閑作物根系生長情況進行研究，揭示了根系生長與土層硝態氮含量之間的關系，發現根系生長指標與0.5～1.0 m土層中硝態氮含量顯著相關，而與0～0.5 m土層中硝態氮含量相關性不顯著[14]。

填閑作物選擇的另一項重要指標是根系發育時間。雖然2種不同作物的根系最終深度接近，但在生長過程中不同時期根的深度、密度及分布明顯不同，將會對氮素的吸收利用產生直接影響[15]。

2 填閑作物對土壤氮素的淋洗與消減作用

填閑作物減少氮素淋洗的機理主要有以下3個方面：一是設施蔬菜收獲后，根層土壤殘留了大量的氮素，填閑作物根系快速吸收氮素的特性減少了土壤淺層的氮素向下的進一步遷移;二是填閑作物深根系的特點可以吸收土壤深層的氮素，減少了氮素的淋洗;三是填閑作物的蒸騰作用帶走了土壤中的水分，緩解了大量降雨所導致的土壤中硝酸鹽隨水分的向下遷移。

早在20世紀初，就有人提出在休閑期種植耐鹽且生長快、吸肥力強的填閑植物來降低土壤耕層的鹽分離子含量，減少氮素淋溶[10，16-19]，填閑作物一方面通過其強大的根系分布能力吸收、攔截土壤中殘留的氮素，使土壤剖層的氮素無法向根系以下土壤遷移。另一方面，填閑作物利用其深根系強大的吸氮能力將土壤下層累積的氮素吸收，使氮素被填閑作物所利用，避免了氮素向土壤下部的進一步沉積[20]。研究表明，填閑作物吸收土壤淋溶液中的氮可達19 g/m2[5]，每年可降低75%的硝態氮淋溶損失[21]，能夠有效地減少硝酸鹽在土壤剖層的積累和淋洗[22-23]。彭亞靜等[24]研究發現，甜高粱、莧菜、甜玉米3種填閑作物均對硝態氮具有較強的消減能力。

由于玻璃溫室和塑料溫室全面覆蓋的特點，缺少自然雨水和風化，使溫室土壤硝酸鹽含量終年累積，次生鹽漬化的速度和程度較其他設施土壤發生早且嚴重[25]。研究表明，塑料溫室的耕層土壤含鹽量、硝酸鹽含量分別為露地土壤的4.0和5.9倍，而玻璃溫室則更嚴重，分別為露地土壤的11.8和16.5倍[26]。由此可見，硝酸鹽累積是引起土壤次生鹽漬化的原因之一。此外，Ca2+與連作大棚的鹽漬化程度也具有顯著相關性[27]。

近年來，研究者對夏季休閑期種植填閑作物治理土壤次生鹽漬化進行研究[28-32]，結果表明電導率（EC值）的高低與土壤鹽分的多少成正比，因此許多研究者將電導率（EC值）作為土壤鹽漬化研究的一個重要指標。龍衛國[28]研究表明，玉米-蓖麻輪作在一定程度上能夠增加土壤孔隙度、改善土壤酸堿度、降低土壤電導率，對土壤養分的平衡也有一定的作用。趙擴元等[29]于2005、2006年選擇玉米、大蔥對黃瓜連作土壤進行填閑，發現連續2年填閑，能夠明顯降低土壤電導率，土壤速效磷、速效鉀含量也明顯降低，但對土壤中全氮、速效磷的影響不大。李元等[30]以北京市昌平區3年設施菜地為研究對象，休閑期間種植甜玉米，土壤中的氮、磷、鉀含量顯著降低，而豆科作物毛苕子作為填閑作物，吸收無機態氮最多，達79.5%。速生葉菜可以明顯降低土壤中的速效養分，降幅在20%～29%，甜玉米對速效養分降低更為明顯，降幅最高達34%;相對于休閑菜田對照，種植速生葉菜和甜玉米后，土壤電導率也顯著降低;陸扣萍等[31]研究發現甜玉米作為填閑作物可顯著降低土壤（0～10 cm）的電導率，降幅達30%以上;文芳芳等[32]研究表明甜高粱和甜玉米是設施菜田理想的填閑作物，能夠大幅減少土壤各鹽分離子含量和土壤速效養分含量，顯著降低土壤電導率和養分的積累，緩解設施土壤次生鹽漬化的形成。

3 填閑作物殘體還田對土壤功能的影響

利用填閑作物改善土壤鹽漬化的同時，如果將填閑作物翻入土中還可釋放其體內營養鹽分庫，為后季作物提供N、P、K及其他多種養分，進而提高土壤養分循環和土壤結構，有益于作物生長及地力培肥。劉娟等[33]研究表明，甜玉米填閑種植后，殘體還田能夠顯著降低土壤容重，使土壤結構、物理與生物性狀得到改善;同時檢測結果顯示有效磷、有效鉀含量也明顯增加。文芳芳等[32]將夏季填閑作物甜高粱、甜玉米、籽粒莧和蘇丹草利用粉碎機翻壓還田后，土壤中鹽分離子含量大幅減少，顯著降低了土壤表層的電導率，同時不同處理的有機質含量均呈上升趨勢，為下茬作物提供了養分。此外，將填閑作物秸稈翻壓還田還會影響土壤的微生物環境和線蟲數量，從而降低致病菌積累，抑制病害的發生[34]。

4 小結與展望

由于目前設施蔬菜中氮肥的過量使用不可避免，填閑作物在吸收土壤中殘留的硝酸鹽、降低土壤鹽漬化的同時，有效地改善了土壤環境，促進了土壤養分的利用，從而增加了設施土壤利用的可持續性。但填閑作物受諸多因素的影響，因此在今后的研究中應關注以下幾點：①根據不同地區的設施土壤特點、氣候特征及主栽作物，選擇適合耕種的填閑作物并建立配套的栽培管理技術體系。

②根據土壤含鹽量的不同，采用填閑作物輪作的方式，更新填閑品種，不斷修復并保持土壤健康，最大程度地達到改良土壤次生鹽漬化的目的。

③期待通過分子標記、分子設計育種等途徑獲得深根、生物量大、吸氮力強的“全能”填閑作物。

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