設施土壤退化改良與安全高效生產(chǎn)技術(shù)研究

文丨陳清 慕康國 梁紅怡 梁斌 崔文靜 朱理平

白菜種植

近年來， 我國設施蔬菜栽培技術(shù)發(fā)展迅速，但與此同時，過量灌溉和施肥及長期連作的栽培模式，致使土壤酸化、次生鹽漬化、微生態(tài)失衡、重金屬污染等土壤退化問題日趨嚴重，制約了設施蔬菜生產(chǎn)力的進一步提升與可持續(xù)發(fā)展，成為多學科面臨的共同挑戰(zhàn)。 要想徹底解決設施土壤退化問題， 實現(xiàn)設施蔬菜生產(chǎn)的安全和健康發(fā)展，不僅要增強作物抗性，提高水肥吸收能力，而且要補足土壤缺失的養(yǎng)分，調(diào)理土壤酸堿性。 因此，加大設施土壤退化改良與安全高效生產(chǎn)技術(shù)的研究力度迫在眉睫。

一、單項技術(shù)與成效

（一）抗逆促生有機水溶性肥料的研發(fā)與推廣

針對設施蔬菜生長過程中面臨的根系發(fā)育不良，反季節(jié)栽培遇到的低溫、鹽漬化等問題，“設施土壤退化改良與安全高效生產(chǎn)技術(shù)” 項目研究團隊（以下簡稱“研究團隊”）與山東省諸城市浩辰生物科技有限公司等企業(yè)合作， 以玉米生產(chǎn)淀粉的廢液為原料，經(jīng)過膜分離、膜濃縮等先進工藝制得玉米漿濃縮液，與篩選的肌醇、聚谷氨酸、氨基酸等功能性物質(zhì)復配開發(fā)出功能型有機水溶肥料。

（1）玉米漿濃縮液的促生功能。 通過盆栽試驗驗證了玉米漿濃縮液對小白菜生長的促進作用，結(jié)果表明，采用灌根的方式施用玉米漿濃縮液（1g 產(chǎn)品加15mL 水，施用于1kg 土中）可以有效促進小白菜生長，地上部生物量提高了37.8%，地下部生物量提高了34.1%，主根長與對照相比增加了16.0%。

（2）玉米漿濃縮液的抗鹽功能。 研究團隊以玉米漿濃縮液作為有機水溶性肥料的載體， 復配活性物質(zhì)肌醇探究，驗證了玉米漿濃縮液、肌醇及兩者復配的抗鹽和促生功能。

以白菜為供試作物， 通過基質(zhì)育苗試驗探究在模擬鹽脅迫下促生抗逆產(chǎn)品對白菜苗期的生長和抗逆性的影響。試驗結(jié)果表明，鹽處理對白菜生長造成顯著抑制， 但在鹽處理的基礎上施用一定濃度的玉米漿濃縮液和肌醇促進了白菜生長， 地上部鮮重提高了89.8%， 其主要機制是施用玉米漿濃縮液和肌醇顯著降低了白菜中的丙二醛含量和相對電解質(zhì)滲透率，保護了白菜葉片細胞膜的穩(wěn)定性，并且通過影響白菜內(nèi)的Na+和K+含量來維持離子平衡。

在娃娃菜的盆栽試驗中，向濱海鹽堿土壤（EC為1373 μS·cm-1）中再添加2.25g·kg-1NaCl 加重鹽分脅迫， 探究將玉米漿濃縮液和肌醇復配后施用的抗鹽和促生效果。 試驗表明，高鹽脅迫下，娃娃菜的長勢受到明顯抑制， 而根施玉米漿和肌醇的復配液能顯著促進娃娃菜幼苗的生長， 降低鹽脅迫的影響作用。 作物地上部干、 鮮重顯著增加了138%、125%； 地下部干、 鮮重分別增加了297%、169%， 表明根施玉米漿和肌醇復配液的抗鹽促生效果較好， 復配液產(chǎn)品在設施土壤次生鹽漬化改良方面具有很好的應用前景。

研究團隊與青島真維農(nóng)生物科技有限公司利用玉米漿濃縮液為原料，聯(lián)合開發(fā)出“必佳新波路”新型抗鹽有機水溶性肥料，該產(chǎn)品不僅具有提高作物抗鹽性的功能，而且可以促進作物生長，提高作物品質(zhì)；增強土壤團聚體的穩(wěn)定性，提高磷鉀元素的利用率。

（二）硅鈣類土壤調(diào)理劑的研發(fā)與應用

針對過量施肥灌溉導致的設施土壤酸化和鈣鎂淋失等問題，研究團隊在“十三五”科技支撐項目和國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目的支持下， 與山東金正大生物工程股份有限公司、煙臺眾德集團、遼寧一畝神農(nóng)業(yè)科技有限公司等合作，篩選硅鈣鉀鎂肥、白云石、牡蠣殼粉、硅藻礦粉和鈣鎂改性生物炭等材料產(chǎn)品， 采用盆栽和田間試驗的方式研究其在調(diào)節(jié)設施土壤酸度、補充鈣鎂元素、鈍化土壤重金屬、緩解設施土壤連作障礙方面的作用。

硅鈣鉀鎂肥是磷石膏、 鉀長石在高溫下煅燒形成的堿性肥料，含有硅、鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素，水溶液呈堿性，可顯著改良酸性土壤，具有提高作物抗病抗蟲性能、促進作物營養(yǎng)吸收以及防倒伏、促進作物開花結(jié)實等作用。 研究表明，在酸化程度不同的設施土壤上， 每畝施用100～250kg 硅鈣鉀鎂肥能夠顯著增加設施黃瓜產(chǎn)量， 并有效降低黃瓜枯萎病的發(fā)病率和病情指數(shù)。

（三）重金屬鈍化產(chǎn)品與應用效果

研究團隊對玉米漿濃縮液緩解植物鎘脅迫的作用進行了探究。在霍格蘭營養(yǎng)液中添加5μmol/L 的氯化鎘溶液，觀察小白菜在鎘脅迫下的水培表現(xiàn)。試驗結(jié)果顯示， 玉米漿濃縮液的添加顯著降低了小白菜地上、地下部分的鎘含量，與鎘脅迫處理相比，小白菜地上部鎘含量降低了85.8%， 地下部鎘含量降低了75.0%，植株的總鎘含量降低了81.3%。另外，玉米漿濃縮液的添加顯著降低了小白菜的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)，與對照處理相比，降低了71.4%，說明添加有機玉米漿濃縮液能夠明顯抑制小白菜對鎘的吸收，同時抑制鎘從地下部到地上部的轉(zhuǎn)運。與此同時，研究團隊發(fā)現(xiàn)在湖南省鎘污染酸性土壤上， 基施300 公斤/畝硅鈣鉀鎂肥后，不僅可以促進大白菜、小白菜、白菜苔和紅皮蘿卜生長， 而且可以明顯抑制蔬菜的鎘累積，最多可以降低64%，符合《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB2762—2017）的要求。

二、技術(shù)集成方案

設施土壤改良以障礙土壤修復為核心， 與水肥一體化技術(shù)有機結(jié)合，將具有抗逆促生、降鹽改土等功能的水溶肥施用到作物根系周圍， 在提供養(yǎng)分的同時改善根區(qū)土壤微生態(tài)環(huán)境， 活化土壤養(yǎng)分，增強作物抗逆和促進生長，實現(xiàn)資源高效利用與作物高產(chǎn)。 研究團隊提出設施菜田改土套餐施肥方案，將硅鈣鉀鎂肥作為基肥施用，配合施用以玉米漿濃縮液為主要原料的有機水溶性肥料產(chǎn)品，目前這種產(chǎn)品組合施用方式在赤峰市、壽光市等設施蔬菜產(chǎn)地得到了廣泛應用。

設施蔬菜種植大棚

（一）推薦產(chǎn)品

（1）生物有機肥。選擇生物有機肥產(chǎn)品，可提高土壤有機質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤酸堿度，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保肥、保水的能力，提高化肥吸收利用率，具有固氮、解磷、解鉀等功效。

（2）鈣鎂類土壤調(diào)理劑。 這類產(chǎn)品的主要原料是白云石、牡蠣殼粉等，在生產(chǎn)的過程中添加復合高分子吸附材料，提高對鈉離子的吸附固定能力；含有復合有機高分子發(fā)酵液，提高土壤團粒結(jié)構(gòu)和土壤保水保肥能力；含有生物活性鈣，可增加細胞壁厚度；植入腐植酸，促進根系生長，提高養(yǎng)分利用率。

（3）液體有機水溶肥。 以玉米漿濃縮液為肥料載體， 產(chǎn)品富含分子量在500～2000Da 的小肽、 多聚糖、維生素、有機酸、聚谷氨酸等作物促生物質(zhì)等，可以促進作物生長，提高作物品質(zhì)，增強土壤團聚體的穩(wěn)定性，改善根際土壤的結(jié)構(gòu)，抑制土傳病害，調(diào)節(jié)土壤的酸堿度，提高磷鉀元素的利用率。

（二）施用技術(shù)要點

在設施蔬菜生產(chǎn)過程中，在保障養(yǎng)分供應的同時也應對土壤進行改良和修復。 因此，應用基施土壤改良劑和追施功能型水溶肥相結(jié)合的技術(shù)十分關鍵。

（1）基肥?；视? 種類型：一是以糞肥為主的有機肥，應以改土培肥為主。 以優(yōu)質(zhì)腐熟的有機糞肥做底肥，新菜田每畝可以施用3 立方米，老菜田每畝施用1～2 立方米， 結(jié)合秸稈粉碎還田或秸稈堆肥的方式充分翻耕，耕深約25cm；有機肥的選擇和施用量應根據(jù)菜田種植歷史和糞肥種類而定，在出現(xiàn)鹽漬化、酸化等障礙的菜田中，應該大力施用秸稈含量較多的有機肥。 二是生物有機肥，可在日光溫室翻地前與糞肥一同施用， 施用量為300～400 kg/畝， 對于種植年限超過5年的設施菜田土壤，應適當降低糞肥的施用量，增加生物有機肥的施用量。 三是土壤調(diào)理劑，可在日光溫室翻地前與糞肥、生物有機肥一同施用，主要用于種植年限超過5年的設施菜田土壤，施用量約為200 kg/畝。

（2）追肥。 除了采用大量元素水溶性肥料結(jié)合水肥一體化追施以外，有針對性地選擇具有抗鹽促生功能的液體有機水溶肥隨水施用， 可以連續(xù)用，間隔7～15 天即可，每次5～10 kg/畝，從成本和效果的方面考慮，可以施用2～4 次/季。

三、結(jié)語

優(yōu)質(zhì)、安全的設施蔬菜生產(chǎn)需土壤障礙改良先行。 設施土壤重金屬累積程度通常很低，雖然重金屬一般對蔬菜生長影響不大，但增加了蔬菜產(chǎn)品重金屬含量超標的風險。為了取得更好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，在充分考慮農(nóng)產(chǎn)品收獲的經(jīng)濟效益及農(nóng)作物種植模式的可持續(xù)性、保證大棚正常生產(chǎn)功能的同時，改良設施土壤、控制土壤污染、確保設施農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境安全意義重大。