多樣性種植是設施蔬菜土壤健康保持及障礙消減的重要途徑

文丨吳鳳芝

我國是設施園藝面積最大的國家，約有300萬公頃，占世界總面積的85%以上。設施園藝在我國農業農村經濟發展中發揮了重要作用，是保障園藝產品周年生產、周年供應，實現農業增效、農民增收，助推鄉村振興的重要途徑。然而，隨著我國設施蔬菜生產不斷趨向專業化、規模化和產業化，以及“一村一品”的單一集約化種植, 由此導致的蔬菜作物生長變差、產量降低、品質變劣、病蟲害嚴重等連作障礙問題，已成為制約我國設施蔬菜產業發展的瓶頸問題。黨的二十大提出“要樹立大食物觀，要向設施農業要食物”，給設施蔬菜生產提出了新的要求，因此，針對設施蔬菜土壤連作障礙問題，如何進行治理以及保持土壤健康是目前亟待解決的問題。

一、設施土壤障礙成因及田間表現

2023年中央一號文件提出，“實施設施農業現代化提升行動，集中連片推進老舊蔬菜設施改造提升”。2023年3月，全國農業技術推廣服務中心組織了6組相關專家，對我國設施園藝主產區老舊設施基地的設施改造及連作障礙治理情況進行了調研。調研發現，老舊設施占比約40%；種植10年以上的設施土壤，均不同程度的出現了土壤障礙，其主要田間表現為生長勢差、產量降低、死苗率高、土傳病害嚴重等。連作障礙的成因一般可歸結為三方面：一是主要由于水肥管理不當，由化學因子引起的土壤環境惡化，包括土壤酸化、鹽漬化以及養分失衡（包括C/N降低）；二是主要由于栽培制度和化學投入品不合理，由生物學因子引起的土壤環境惡化，包括土壤致病微生物豐度增加，有益微生物豐度降低，土壤微生物區系失衡，土壤微生物多樣性降低等；三是由于蔬菜作物連作所引起的自毒作用，包括地上部淋溶物、根系分泌物和植株殘體腐解物等。

研究發現，自毒作用會加重土壤化學因子和生物學因子導致的危害。在土壤連作障礙治理中，應該針對不同形成原因有針對性地采取相應措施。近日，中國農業大學和山東農業大學根據土壤質量指數，把土壤分為健康、輕度障礙、中度障礙和重度障礙4個等級，并提出應根據不同土壤障礙等級采取不同的治理措施。

二、減輕土壤連作障礙的主要措施

目前關于土壤連作障礙的防控措施主要包括嫁接、土壤消毒、淹水、秸稈還田、平衡施肥、多樣性種植（間套輪作，以及伴生、填閑等）等。輪作、間套作等是我國傳統農業的精華，是祖先留給我們的寶貴財富，通過輪作、間套作可以充分利用光、熱、水、肥等資源來提高產量、減輕病害，這已成為業界共識。《齊民要術》中就有“谷田必須歲易”的記載，民間也有“豆見豆，必定瘦；瓜茬種瓜，種了白搭；新種一年發，連種三年塌；要想富，地里開個雜貨鋪”之說，“雜貨鋪”就是指多樣性種植。

隨著設施蔬菜發展的專業化、產業化，以及“一村一品”規模化的單一種植，傳統的輪作、間套作變得難以實現，針對“間作難”“輪作難”的問題，東北農業大學設施園藝與蔬菜生理生態團隊發明和創建了“伴生”“填閑”等多項綠色生態多樣性種植技術。

三、控病增產的綠色生態多樣性種植技術

多樣性種植作為增加農田生態系統生物多樣性的重要措施，具有重要的生態功能。2000年，朱有勇院士在《自然》雜志上發表了“水稻基因多樣性與病害控制”一文，證實了利用水稻抗感品種混種可以減輕稻瘟病的病害程度，進而建立了利用生物多樣性控制病害的理論并進行了生產實踐。截至目前，大量的研究結果表明，隨著植物多樣性的增加，可以使植物生產力增加，這主要是由于物種互補的原因（而不是抽樣效應），并且這種作用會隨時間而增強。有研究發現，在多樣性種植的組合中，遺傳距離越遠，帶來的生產率越高；在多樣性種植中，提高土壤微生物多樣性是減輕土傳病害的主要途徑。因此，我們根據“蔬菜栽培學”“植物種間互作”和“化感作用”原理，利用百合科的蔥蒜類，禾本科中的小麥，豆科的菜豆、豌豆、蠶豆，十字花科的小白菜、油菜等，進行番茄、黃瓜和辣椒的多樣性種植技術研究，建立了多種基于提高土壤微生物多樣性的生態栽培模式。

（一）伴生栽培

2011年，東北農業大學的“一種克服黃瓜連作障礙的伴生栽培方法”獲國家發明專利。伴生栽培是指選用對主栽作物具有控病或促生作用的植物，將其在不單獨占用土地的情況下種植在主栽作物一側（便于機械化栽培），使其與主栽作物形成伴生關系，這種栽培方式不以收獲伴生植物為主要目的。目前建立的伴生栽培模式共有4 套，一是小麥伴生瓜類栽培（黃瓜、西瓜），提高瓜類產量10%以上，霜霉病、角斑病、枯萎病發病率降低15%以上；二是分蘗洋蔥伴生番茄栽培，提高番茄產量6.9%~19.6%，灰霉病、黃萎病、枯萎病的發病程度顯著降低，篩選出的2個控制番茄根結線蟲的伴生分蘗洋蔥品種，降低番茄根結線蟲發病率分別為68.7% 、68.1%，另外，由于分蘗洋蔥根系分泌物能活化土壤中不能被植物利用的磷，進而可以減施磷肥30%左右；三是蒲公英伴生黃瓜栽培，提高黃瓜產量5%以上，降低黃瓜發病率15%以上；四是蒲公英伴生辣椒栽培，辣椒疫病防效達66%~78%（利用蒲公英種植對辣椒疫病防控及增產增效的生態栽培法，發明專利，東北農業大學，2021年）。

伴生栽培與傳統間套作的區別在于：一是傳統間套作的作物以收獲為目的，如傳統的甘藍套種番茄，甘藍是要收獲的，而伴生栽培中的伴生植物不以收獲為目的。如小麥伴生黃瓜栽培中，伴生的小麥是不以收獲為目的的，當小麥生長到30-50cm時，全被割放在壟溝，以免影響通風透光，同時小麥秸稈翻入土壤后可以提供一定養分，其目的是通過小麥根系分泌物和秸稈腐解物改善黃瓜根際微生態環境，促進黃瓜生長，降低病害率。而伴生番茄的分蘗洋蔥是可以收獲的，可以提高單位面積的產出; 二是傳統間套作的作物是隔行、隔壟、隔畦或隔株種植，沒有強調與主栽作物的距離，但伴生栽培的伴生植物要求距主栽作物根際10 cm以內, 其目的是實現根際調控，伴生作物種植在主栽作物的同一壟或畦內，不單獨占用壟或畦；三是伴生栽培不改變原主栽作物的種植方式，比如農戶在同一塊菜田中連續種植番茄時，在番茄定植或定植緩苗后距番茄5-10cm處種植分蘗洋蔥即可，根據市場需求，分蘗洋蔥可以間拔采收青蔥，也可以一次性收獲蔥頭，既解決了因番茄單一種植帶來的土壤連作障礙問題，同時又增加了產品的多樣性，提高了土地的單位面積產出及經濟效益。

伴生栽培破解了設施蔬菜生產中輪作難、間套作難的問題，已經被越來越多的人所接受，目前，除以上的伴生栽培模式外，各地根據地域栽培特點及栽培作物，在生產中出現了“大蔥伴生番茄”“大蔥伴生辣椒”“大蔥伴生西甜瓜”“分蔥伴生甜瓜”“香蔥伴生番茄”“韭菜伴生火龍果”“圓蔥、大蒜伴生草莓”等多種伴生栽培模式。

（二）設施辣椒/菜豆間作共生技術

“一種棚室辣椒與菜豆間作共生技術”于2020年獲國家發明專利。在不影響辣椒定植株數的前提下，以3:1比例直播菜豆。菜豆可以在兩行辣椒之間，也可以在辣椒行外側。一是有效減輕辣椒疫病及“三落”；二是可以提高辣椒產量20%左右；三是單位面積產量（辣椒+菜豆）提高40%以上。

（三）設施番茄套作菜豆栽培技術

在越夏番茄生產中，由于夏季高溫經常造成番茄日灼和裂果現象，影響番茄的商品性，因此，在番茄定植大約2個月時，每隔2-3株番茄直播1株菜豆，為了適宜機械播種，可以在距番茄根際5-10cm處成行播種菜豆，間距70-100cm。該項技術不但可解決番茄連作引起的土壤連作障礙問題，又能減輕地上部番茄果實的日灼和裂果現象，同時因菜豆具有固氮作用，可以一定程度上減少氮肥的施用。目前該項技術已在遼寧省北票市、吉林省榆樹市等地大面積應用。

（四）填閑

填閑也可以稱為短期輪作，指在設施露地的休閑期，種植具有特殊性狀的作物，是以土壤修復、阻控養分流失等為目的的一種栽培模式。種植的填閑作物可以收獲也可以不收獲，主要是將其作為綠肥翻耕于土壤中。填閑可以平衡土壤養分，提高土壤pH，增加土壤微生物多樣性。目前的研究顯示，填閑作物主要包括小麥、豌豆、蠶豆、蘇丹草、毛苕子、籽粒莧、甜玉米、小白菜、油菜等。有研究表明，小麥填閑可使黃瓜增產10%以上，同時減施化肥30%左右；小麥和豌豆混合填閑，可促進辣椒幼苗生長，降低發病率；籽粒莧填閑可顯著減少番茄根結線蟲的發生；小白菜、油菜和小麥填閑不僅促進番茄幼苗生長，而且顯著減輕了番茄青枯病的病害程度。研究表明，填閑可以通過填閑作物根系分泌物和腐解物改變土壤微生物組，進而減少病害，增加作物的產量。

填閑也是解決設施蔬菜輪作難的主要措施之一，目前在我國許多地區得到應用，例如甜玉米填閑（玉米—果菜輪作）在河南、河北、天津、北京、山西等地均有應用；小麥、麥豆混合、蘇丹草等填閑在黑龍江、吉林、遼寧、甘肅、寧夏、內蒙古、山東、河南、河北等地均有應用。在不同地區根據種植特點，可在夏季設施休閑期或秋茬拉秧后，采用機播和機翻等方式填閑作物。

四、我國設施蔬菜多樣性種植的研究與應用展望

小麥伴生黃瓜栽培

分蘗洋蔥伴生番茄栽培

收獲的伴生分蘗洋蔥的蔥頭

我國設施蔬菜集約化的單一種植體系，均配置大量的化肥、農藥等外部化學投入品，易造成諸如土壤退化、化學污染、生物多樣性喪失等一系列問題。

多樣性種植（間套作、伴生、填閑等）提高體系生產力（作物產量）這一結論已被大量研究證實。

多樣性種植（間套作、伴生、填閑等）提高體系生產力（作物產量）這一結論已被大量研究證實，近年來我國蔬菜科技工作者研發了多種多樣性種植模式，除以上介紹的多樣性種植模式外，還有諸如甘藍/菜豆—玉米、水芹—黃瓜、小白菜—茄子/甜椒/豇豆/番茄、水稻/番茄、空心菜/黃瓜等輪作模式，玉米/辣椒、芹菜/黃瓜、芹菜/番茄等間套作模式。但由于受設施高效利用和高度集約化規模種植以及用工難、用工貴的影響，多樣性種植的推廣應用面積及規模受到了一定限制。隨著我國設施機械化、自動化、智能化以及綠色蔬菜產業的發展，多樣性種植將會得到更好發展與應用。

（一）宜機化栽培下的多樣性種植模式研究

機械化程度不高是限制多樣性種植應用的主要問題，由于勞動力成本的上升，以及農村勞動力缺乏等情況的逐漸加劇, 這一問題顯得越來越突出。因此，我們一方面要篩選出促生、控病、防蟲的間套作（伴生）作物，與主栽作物進行合理配置；另一方面，要研究其機械化種植參數，研究出更多適合機械化的多樣性種植技術，使除主栽作物外，間套作（伴生、填閑）作物也適合機械化種植及收獲，這對于提高設施蔬菜生產率以及適應設施現代化發展都是必要的。

（二）多樣性種植與養分資源利用

在多樣性種植體系中，種植的伴生（間套作）作物會帶走或活化一部分土壤養分，如分蘗洋蔥伴生番茄體系中，分蘗洋蔥根系分泌物能活化土壤中難溶的磷；在番茄套種菜豆體系中，菜豆收獲時會帶走一部分養分但也會通過固氮作用增加土壤的氮素營養；在填閑體系中，作為綠肥的填閑作物會增加土壤養分，而作為短期輪作可以收獲的填閑作物（甜玉米等）會帶走一部分土壤養分，與單作相比，土壤養分均發生了變化。如何弄清這種養分變化并根據其變化進行科學合理的養分管理，對于土壤健康保持及連作障礙消減均是值得研究的問題。

（三）多樣性種植將在綠色蔬菜產業發展中發揮更大作用

綠色蔬菜生產的主要特征是盡可能少地投入外部化學品，充分利用生物循環，重視土壤健康，保護生物多樣性的生態環境友好型農業生產體系。間套作（伴生等）由于具有活化土壤難以利用的磷素，充分發揮豆科植物生物固氮潛力等特征, 從而滿足減少化學肥料的要求。其次, 利用間套作（伴生）使作物合理配置, 可以減少作物病蟲害, 從而滿足減少或者完全不施用化學農藥的要求。如通過伴生作物與主栽作物互作，改變主栽作物根系分泌物，招募更多有益微生物，一方面直接殺死病原菌，另一方面通過提高誘導抗性而提高主栽作物對病害的抗性，進而減少病害；通過種植蜜源植物吸引天敵，種植驅蟲植物驅趕害蟲，達到減少蔬菜蟲害，減少農藥和化肥使用的目的。因此，隨著我國綠色蔬菜產業的發展，多樣性種植技術將發揮更大作用。

總之，間套作是人類在長期實踐中積累下來的寶貴財富，蘊含了豐富的生態學原理, 如何在將這些科學原理挖掘出來，豐富生態學理論的同時, 進一步對其進行完善，發揚光大，并不斷創新，以適應現代化農業發展的需要，是農業科技工作者的重要任務。相信隨著人們對綠色生態農業認識的提高，以及我國設施農業機械化水平的提升，多樣性種植技術將會在土壤健康保持及障礙消除方面發揮更大作用。