高山蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤障礙因子分析及消減技術(shù)

趙書軍邱正明徐大兵余宗波佀國(guó)涵朱鳳娟

（1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，湖北武漢 430064；2湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北武漢 430064；3武漢益錦祥生物環(huán)保有限公司，湖北武漢 430070）

我國(guó)高山蔬菜產(chǎn)區(qū)面臨連作障礙突出、土壤肥力下降、水土流失嚴(yán)重，連作性病蟲害發(fā)生日益增多等問題，推廣有機(jī)肥部分替代化肥、施用土壤調(diào)理劑、測(cè)土配方施肥、“土坎+生物埂”生物護(hù)土、土壤生物修復(fù)等土壤障礙因子消減技術(shù)，可改善土壤質(zhì)量、促進(jìn)增產(chǎn)增收，從而保證高山蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

高山地區(qū)利用夏季高溫季節(jié)山區(qū)獨(dú)特的天然冷涼氣候和良好的生態(tài)條件生產(chǎn)喜冷涼蔬菜，可在6～9月高溫季節(jié)緩解平原地區(qū)部分蔬菜供應(yīng)的“伏缺”。我國(guó)高山蔬菜生產(chǎn)基地主要分布在秦嶺和南嶺之間的武陵山區(qū)、秦巴山區(qū)、大別山區(qū)、烏蒙山區(qū)的120多個(gè)高海拔（海拔800～2 600 m）主產(chǎn)縣（市），2014年播種面積已達(dá)133.3萬(wàn)hm2（2 000萬(wàn)畝），產(chǎn)值逾500億元。但迅猛發(fā)展的高山蔬菜產(chǎn)業(yè)也衍生出一系列生產(chǎn)技術(shù)問題，制約著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步健康可持續(xù)發(fā)展，主要表現(xiàn)在連作障礙突出、土壤肥力下降、水土流失嚴(yán)重，連作性病蟲害發(fā)生日益增多，蔬菜生產(chǎn)效率下降、品質(zhì)降低。因此，土壤保育和修復(fù)是高山蔬菜產(chǎn)區(qū)面臨的重要問題，推廣以提高土壤有機(jī)質(zhì)和pH值、平衡土壤養(yǎng)分、減少水土流失、改善土壤生物性狀和減少連作病害為主要目標(biāo)的土壤保育與修復(fù)技術(shù)對(duì)高山蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 高山蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤主要障礙因子分析

1.1 局部盲目過度開墾，水土流失嚴(yán)重 高山蔬菜產(chǎn)區(qū)多為典型的山地，部分田塊坡度大于25°，不適宜常年翻耕。但由于高山蔬菜經(jīng)濟(jì)效益較突出，一些地區(qū)盲目發(fā)展高山蔬菜產(chǎn)業(yè)時(shí)不注意地形和地勢(shì)的選擇，隨意開墾，過度開發(fā)，導(dǎo)致山地的生態(tài)環(huán)境被破壞，水土流失加?。涣硗?，大量的蔬菜次品和下腳料被遺留在產(chǎn)地或加工場(chǎng)地任其腐爛，已成為高山蔬菜產(chǎn)區(qū)一大污染源。不僅在局部破壞了生態(tài)環(huán)境，而且影響了高山蔬菜產(chǎn)業(yè)自身的可持續(xù)健康發(fā)展（邱正明 等，2008；陳磊夫 等，2014）。

1.2 土壤酸化加劇 高山蔬菜產(chǎn)區(qū)降雨量大，加之長(zhǎng)期重施化肥，忽視有機(jī)肥的施用而導(dǎo)致土壤酸化，已經(jīng)成為高山蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要限制因子之一。以湖北省恩施、長(zhǎng)陽(yáng)、房縣為代表的高山蔬菜產(chǎn)區(qū)在1982～2007年的25 a（年）間，pH＜5.0的強(qiáng)酸性土壤比例上升了0.6～18.1個(gè)百分點(diǎn)（表1）。2016年湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所在長(zhǎng)陽(yáng)和恩施高山蔬菜產(chǎn)區(qū)采集了43份土壤樣品，分析結(jié)果表明：土壤pH范圍處于3.9～7.9，平均值為5.5，其中pH＜5.0的強(qiáng)酸性土壤樣品達(dá)到了41.9%，與2007年相比明顯增加，這表明高山蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤酸化的趨勢(shì)十分明顯。

表1 1982～2007年湖北省高山蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤酸化情況

1.3 土壤微量元素缺乏明顯 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所2015年在恩施州高山蔬菜產(chǎn)區(qū)采集了630份土壤樣品，分析結(jié)果表明：該區(qū)域土壤水溶性硼含量平均值為（0.34±0.20）mg·kg-1，缺乏及潛在缺乏土壤水溶性硼的面積占比達(dá)81.1%；土壤有效鋅含量平均值為（1.03±0.56）mg·kg-1，土壤有效銅含量平均值為（1.19±1.41）mg·kg-1，土壤鋅、銅缺乏面積達(dá)60%左右；土壤水溶性氯含量平均值為（3.19±5.82）mg·kg-1，98.6%的土壤水溶性氯含量偏低；土壤交換性鎂含量平均值為（62.97±40.97）mg·kg-1。

1.4 長(zhǎng)期連作導(dǎo)致病害發(fā)生加重 由于長(zhǎng)期的不合理耕作而造成的土壤連作障礙問題在高山蔬菜產(chǎn)區(qū)非常普遍，危害也越來(lái)越嚴(yán)重，并逐漸成為土壤低產(chǎn)的主要限制因子之一（侯慧 等，2016）。2010～2011年，湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所的調(diào)查結(jié)果表明，恩施州恩施市大白菜、辣椒、蘿卜、甘藍(lán)的連作年限分別在10、6、10、20 a（年）左右，具有較長(zhǎng)的種植歷史；4種蔬菜類型輪作或種植時(shí)間在2 a（年）以下的田塊僅占35.8%，連作時(shí)間在5 a（年）以上的田塊達(dá)45.7%，連作時(shí)間在8 a（年）以上的田塊達(dá)26%，連作土壤的發(fā)病率為36.3%，而非連作土壤的發(fā)病率為20.0%，蔬菜的種植年限與發(fā)病率的相關(guān)系數(shù)為0.353，達(dá)到了極顯著相關(guān)水平（趙書軍 等，2012）。2015年在長(zhǎng)陽(yáng)縣高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明（調(diào)查農(nóng)戶71戶），該區(qū)域部分田塊蘿卜、大白菜的種植年限在20 a（年）以上，其中種植年限超過10 a（年）的占31.4%，常年連作導(dǎo)致大白菜和蘿卜根腫病的大量發(fā)生。高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的主要連作病害包括十字花科根腫病、十字花科軟腐病、茄科蔬菜青枯病、大白菜干燒心、結(jié)球甘藍(lán)黑根病等。

2 高山蔬菜產(chǎn)區(qū)土壤保育及障礙因子消減技術(shù)

2.1 有機(jī)肥部分替代化肥，改善和提升高山菜地土壤質(zhì)量 近年來(lái)，由于農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、家庭散戶養(yǎng)殖逐漸萎縮等原因，農(nóng)家肥（畜禽糞肥）的資源越來(lái)越少，導(dǎo)致有機(jī)肥的施用量越來(lái)越低。在目前形勢(shì)下主要是廣辟肥源，鼓勵(lì)菜農(nóng)施用農(nóng)家肥，同時(shí)加大商品有機(jī)肥和生物有機(jī)肥的施用，大力推廣秸稈還田技術(shù)，改善和提升高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的土壤質(zhì)量。有機(jī)肥替代化肥的比例既要考慮對(duì)蔬菜產(chǎn)量、質(zhì)量以及土壤質(zhì)量提高的效果，也要考慮對(duì)土壤環(huán)境的影響以及投入成本的問題。

有機(jī)肥施用：① 有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥的比例。有機(jī)肥替代化肥的比例一般以氮含量計(jì)算，以有機(jī)肥中的氮占氮肥施用總量的20%～70%較為適宜，不同蔬菜類型之間差異較大。② 有機(jī)肥施用方法。有機(jī)肥一般作底肥或基肥施用，農(nóng)家肥（牛圈肥、雞鴨糞、豬糞、沼液等）一般作基肥撒施，沼液也可以作追肥施用；商品有機(jī)肥、生物有機(jī)肥一般與化肥一起作底肥施用。③ 有機(jī)肥施用量。一般每667 m2施農(nóng)家肥（牛圈肥、雞鴨糞、豬糞等）1 000～2 000 kg，有機(jī)肥要充分腐熟，防止未腐熟而引起燒根；沼液用量一般為1 000～1 500 kg；商品有機(jī)肥一般為100～200 kg；秸稈還田量一般為200～300 kg。

湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2016年在宜昌市長(zhǎng)陽(yáng)縣火燒坪鄉(xiāng)和堡鎮(zhèn)高山蔬菜產(chǎn)區(qū)開展的示范結(jié)果表明（表2），在每667 m2施用商品有機(jī)肥100 kg的基礎(chǔ)上，減少?gòu)?fù)合肥（N-P-K為16-8-16）的施用量20 kg，大白菜每667 m2增產(chǎn)8.4%，增收546元；蘿卜每667 m2增產(chǎn)8.6%，增收265元。

2.2 施用土壤調(diào)理劑調(diào)酸補(bǔ)鈣，改良土壤 一般土壤pH值低于5.5時(shí)可施用石灰物質(zhì)、堿性肥料、生物炭等土壤調(diào)理劑進(jìn)行酸性改良。石灰物質(zhì)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，是較經(jīng)濟(jì)、便捷的酸性土壤改良劑。石灰物質(zhì)包括生石灰、熟石灰、碳酸鈣、碳酸鈣鎂等。石灰物質(zhì)施用：一般在移栽或播種前15～30 d（天）將石灰物質(zhì)撒施于土壤中，然后翻耕15 cm左右，以防止局部土壤堿性過強(qiáng)。石灰物質(zhì)結(jié)合有機(jī)肥一起施用效果更佳，時(shí)效更長(zhǎng)。生石灰每667 m2用量一般為50～100 kg，熟石灰75～150 kg，碳酸鈣和碳酸鈣鎂100～200 kg，可根據(jù)土壤酸度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

施用鈣鎂磷肥、磷礦粉等堿性肥料替代普通過磷酸鈣等酸性肥料，不僅可以中和土壤中的H+、Al3+等酸性離子，而且還可以將難溶性磷轉(zhuǎn)化成有效磷，保證蔬菜對(duì)磷的吸收。鈣鎂磷肥、磷礦粉一般與其他肥料混合施用，每667 m2用量一般為50～60 kg。

生物炭中含有的堿性物質(zhì)在進(jìn)入土壤后可以很快釋放出來(lái)，中和部分土壤酸度，同時(shí)可以改良土壤結(jié)構(gòu)，每667 m2用量一般為800～1 000 t。

湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2015年在恩施州恩施市板橋鎮(zhèn)大山頂村開展的示范結(jié)果表明（表3），施用生石灰和碳酸鈣鎂等石灰物質(zhì)后，土壤的pH值提高了0.6～0.7，蘿卜發(fā)病率降低了0.4～6.5個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)量增加36.0%～44.1%。

表2 大白菜和蘿卜施用商品有機(jī)肥的效果

表3 施用石灰物質(zhì)在蘿卜上的應(yīng)用效果

2.3 推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)，消減土壤養(yǎng)分限制因子 測(cè)土配方施肥技術(shù)的操作步驟：① 土壤取樣。一般3.3～6.7 hm2（50～100畝）取1份土壤樣品，取樣深度為0～15 cm。② 土壤檢測(cè)。一般由具有資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行。③ 土壤評(píng)價(jià)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并找出影響蔬菜生長(zhǎng)的限制因子。④ 制定施肥方案。根據(jù)蔬菜的營(yíng)養(yǎng)特性，制定出不同種類蔬菜的優(yōu)化施肥配方，下發(fā)施肥通知單。根據(jù)不同蔬菜的營(yíng)養(yǎng)特性和不同區(qū)域的土壤肥力特點(diǎn)配制蔬菜專用肥是蔬菜測(cè)土配方施肥的方向。一般大白菜、甘藍(lán)的氮、磷、鉀吸收比例為1∶（0.4～0.5）∶（0.8～1.1），番茄、辣椒的氮、磷、鉀吸收比例為 1∶（0.3～0.4）∶（1.2～1.5），目前在蔬菜生產(chǎn)中使用較多的復(fù)合肥氮、磷、鉀配比為1∶1∶1，這造成了磷素的較大浪費(fèi)。2016～2017年湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，根據(jù)宜昌市、恩施州高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的土壤肥力特點(diǎn)和蔬菜的營(yíng)養(yǎng)特性，研發(fā)了氮、磷、鉀配比為16∶8∶16和15∶10∶20的蔬菜專用肥。2017年在恩施市白楊鄉(xiāng)熊家?guī)r村開展的示范結(jié)果表明（表4），應(yīng)用蔬菜專用肥后，大白菜每667 m2增產(chǎn)18.9%～31.6%，增收872.8～1 458.4元。

推廣鈣、鎂、硼、鋅等中微量元素肥料，中微量元素肥料一般作底肥與其他肥料一起施用，硼肥、鋅肥也可以作葉面肥施用。每667 m2具體施用量為：鈣肥（石灰）50 kg，七水硫酸鎂10.0～15.0 kg，硼砂0.5～1.0 kg，七水硫酸鋅1.0～2.0 kg。

2.4 推廣“土坎+生物埂”生物護(hù)土技術(shù)，減少水土流失 “土坎+生物埂”生物護(hù)土技術(shù)（圖1）是在我國(guó)高山蔬菜生產(chǎn)實(shí)踐中不斷改進(jìn)摸索出的一套簡(jiǎn)單而行之有效的高山菜地固土方法，即在坡耕地上修筑土坎并種植根系固土能力強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)作物，既能有效減緩山地農(nóng)田水土流失，又能增加一定的經(jīng)濟(jì)收入（邱正明 等，2008）。

表4 蔬菜專用肥在大白菜上的應(yīng)用效果

圖1 “土坎+生物埂”橫切面示意圖

現(xiàn)有高山蔬菜田塊一般選擇自上而下的垂直方式做畦，在雨季隨著畦溝的加長(zhǎng)，雨水的沖刷力加大，會(huì)加重水土流失。為此，一般在坡面菜地每隔20～50 m（依不同坡度而定，坡度越大，溝坎需越密集）沿水平45°開挖40 cm左右寬的導(dǎo)水溝，同時(shí)在溝下方借原土修筑40 cm寬的土坎。綜合考慮坡耕地的排水和聚土效果，做畦方向應(yīng)與水平等高線成一定夾角（一般45°左右），夾角大小與田塊坡度成正相關(guān)，而導(dǎo)水溝的方向則與畦溝朝向垂直，按一定間距排列，形成直畦斜溝或斜畦直溝。

土坎生物埂是將適宜的喬木、灌木或草本植物配置在菜地土質(zhì)埂坎上形成的一種農(nóng)林復(fù)合生產(chǎn)方式。不同種類的生物埂植物聚土和增產(chǎn)增收效果不同，原則上應(yīng)選擇遮陰小、固土能力強(qiáng)、林冠一般不高出田面、有經(jīng)濟(jì)效益的草本植物或直根系灌木植物。高山蔬菜生物埂植物主要以草本或小灌木蔬菜、飼料和藥用果等經(jīng)濟(jì)作物為主，如草本的黃花菜、三葉草、大力籽、藥用牛蒡、魚腥草、薄荷、香根草、鐵線草、蓑草、黑麥草等，木本的梔子花、金銀花、香椿、茶樹、箬葉、皺皮木瓜、大黃、黃柏、大葉楊、三七、山茶、胡枝子、大棗、核桃、懸鉤子、鹽膚木等。

2.5 選擇優(yōu)良品種，合理輪作 合理輪作是克服土壤連作障礙的有效措施，根據(jù)不同科別蔬菜的特性進(jìn)行合理輪作，既能吸收土壤中的不同養(yǎng)分，又可以減輕土傳病害發(fā)生，提高蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。湖北恩施、宜昌高山蔬菜產(chǎn)區(qū)的合理輪作模式包括：甘藍(lán)（或大白菜）—辣椒、蘿卜—辣椒、甘藍(lán)（或大白菜）—玉米、大白菜—番茄、蘿卜—萵苣等。選擇抗逆性、抗病性強(qiáng)的適宜本地種植的優(yōu)良蔬菜品種，如抗根腫病的吉祥如意大白菜等；也可考慮種植抗病、抗逆性強(qiáng)的嫁接苗。

2.6 推廣土壤生物修復(fù)技術(shù)，抑制連作病害的發(fā)生

長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致連作障礙，重度連作障礙的主要表現(xiàn)是蔬菜病害嚴(yán)重發(fā)生。通過施用生物有機(jī)肥或功能性微生物菌劑可以改善土壤的微生態(tài)環(huán)境，抑制病原微生物的生長(zhǎng)。例如施用拮抗青枯病的生物有機(jī)肥和抑制根腫病的功能性微生物菌劑均有較好的效果。2016～2017年湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所在恩施州宣恩縣椒園鎮(zhèn)的示范結(jié)果表明，在番茄根際施用拮抗青枯病的生物有機(jī)肥（200 g·株-1），對(duì)番茄青枯病的防效達(dá)56.9%～82.2%；2015年和2016年在宜昌市長(zhǎng)陽(yáng)縣火燒坪鄉(xiāng)的示范結(jié)果表明，施用復(fù)合芽孢桿菌以枯草芽孢桿菌為主防治大白菜根腫病，防效達(dá)73%～76%，與化學(xué)農(nóng)藥氟啶胺的防效相當(dāng)。