生物有机肥修复设施蔬菜栽培土壤障碍的研究进展

陈伯清 高军 叶月 孔令斌 张一彬 葛敏敏 董春兰

（淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏淮安，223003）

生物有机肥修复设施蔬菜栽培土壤障碍的研究进展

陈伯清 高军 叶月 孔令斌 张一彬 葛敏敏 董春兰

（淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏淮安，223003）

对设施蔬菜栽培土壤存在的问题及其修复研究、生物有机肥修复设施蔬菜土壤的效用等方面的研究现状进行了综述，并对其发展进行了展望。

生物有机肥 设施蔬菜 土壤障碍 修复技术

1 设施蔬菜栽培土壤障碍及其修复

1.1 设施蔬菜栽培土壤障碍研究现状

我国设施蔬菜产业从20世纪90年代以来得以快速发展。据统计，目前我国设施园艺栽培面积已达250余万hm2，约占世界总面积的85%，设施园艺年产值达2 000多亿元。在种植结构上，设施蔬菜面积占我国设施园艺总面积的95%以上，且70%以上分布在黄淮海及其以北地区[1～2]。然而设施蔬菜产业在高投入、高产出的生产模式下，产生了一系列的环境问题，尤其是土壤质量的下降。设施农业中由于土壤位置相对固定，加之塑料薄膜等覆盖，土壤得不到雨水淋洗，并长期在高温高湿的环境中，矿化速度加快，蒸腾量加大，使得设施内土壤理化性状和生物学特性较自然土壤发生了较大变化，较明显的是大量盐分积聚在土壤表层，形成表聚现象，很容易导致土壤次生盐渍化[3]。据余海英等[4]对山东寿光设施土壤盐分的研究表明，设施土壤耕作层盐分含量达2.69 g/kg，而相应的露地仅为0.61 g/kg；而且与相应露地土壤相比，盐分含量无论从总量上还是单一组分看，设施土壤均明显高于露地[13]。而土壤可溶性盐浓度的升高可降低植物根际土壤溶液的渗透势，从而造成作物对水肥的吸收障碍，使其出现明显的生理性干旱和养分亏缺，导致其根细胞失水枯萎以至死亡。土壤含盐量达10 g/kg以上时，多数作物不能生长、成活[5]。土壤中一些盐分离子的累积不仅会对作物造成直接的单盐毒害，同时也会改变其原生质膜的透性，致使植物吸收某种盐类过多而抑制对另一些营养元素的吸收，从而使得植物细胞内部的离子种类和浓度也发生相应变化，这种不平衡吸收也会导致作物营养失调和生长发育不良[6]，如造成黄瓜根系生长受阻，植株早衰，番茄幼苗老化，在果实膨大期易出现畸形果等[7]。

同时设施栽培土壤的生物学特性较露地也有明显变化。王珊等[8]研究表明，设施土壤酶总体活性、真菌和放线菌占微生物总数的比例均随种植年限的延长有所下降，而微生物总数却呈上升趋势，与露地土壤相比，设施栽培中真菌增长快于细菌。此外，由于高温高湿和低温高湿是设施栽培的主要环境特征，同时设施蔬菜复种指数高，加之生产中化肥、农药的过量使用，导致设施土壤中病原菌抗药性群体数量显著增加、抗药性程度不断增强，从而使土传病害在设施栽培条件下更容易发生，各种病害日趋猖獗，如镰刀菌引起的番茄和瓜类枯萎病、灰葡萄孢菌侵染引起的灰霉病以及根结线虫等[9]，在露地土壤栽培中难以见到的传染性病虫害，在设施土壤中却得以滋生蔓延，很多设施正是由于连作障碍和根结线虫等病虫为害而无法利用。不仅如此，设施土壤的酸化也是设施栽培中的常见现象，孟鸿光等[10]对沈阳城郊110个具代表性的大棚土壤pH值调查表明，土壤pH值＜6.5的大棚占调查总数的70.9%，其中部分大棚土壤pH值＜4.1。土壤酸化对植物根系正常生长以及产量影响较大，也增加了作物感染土传病害的几率[9]。

1.2 设施蔬菜栽培土壤障碍修复技术研究

目前对设施栽培土壤障碍的修复方法研究层面较多，对土壤中盐分累积的原位解决方法主要集中在施肥和水洗两个方面。有研究认为，增加纤维素含量较高的有机肥施用量，利用有机肥腐解形成的有机胶体的吸附性，可增加对土壤溶液中K+、Ca2+等盐离子的吸附，从而起到缓冲作用，减少土壤溶液中盐离子的浓度，减轻土壤盐渍化程度以及调节土壤pH值[11]。许福涛[12]认为揭棚淋雨或灌水洗盐能抑制土壤水分蒸发，减弱盐分表聚现象，对降低耕层土壤盐分含量有积极作用；对有盐渍化的大棚土壤，可在夏季休闲期间进行灌水反复冲洗，以达到降低土壤盐分的目的。

土壤病原微生物的去除，过去多采用溴甲烷熏蒸等化学手段，但这类消毒剂对环境影响很大。目前研究者提出诸如土壤还原等土壤生物消毒法以及低温土壤蒸汽和热水浇灌等物理消毒法，但在实际应用中这些方法由于受到实际环境和技术成本的影响，以及自身也存在诸多不足，而难以推广应用。有机肥施用方面又存在生产周期长、种类多、成分不稳定等特点，同时随着城市化进程的加快，过去采用的堆肥在制作方面存在诸多限制，加之纤维含量高的材料如不经过预处理，简单施用，在自然条件下分解缓慢，往往达不到预期效果。而从已有的研究结果看，仅仅采用揭棚淋雨的方法，也不能从根本上扭转土壤质量下降的趋势，尤其是对土壤盐渍化。采用反复灌水洗盐的方法，与我国严重缺水的实情不相吻合，背离了节约用水的初衷，同时该措施本身也不符合环保要求，容易造成邻近水体的富营养化。

1.3 生物有机肥及其主要类型

生物有机肥是最近几年在微生物技术发展及有机肥的商品化使用的基础上研制而成的新型肥料，它既不是传统的有机肥，也不是单纯的菌肥，而是二者的有机结合体，实现了资源再利用，以自然中的有机物为基质和载体，加入适量的无机元素和有利于土壤结构、作物吸收、元素释放的有益微生物，经特殊工艺加工而成的。其有机质载体大多为作物秸秆、草炭、禽畜粪、生活垃圾等有机废弃物。所含微生物大致为分解菌、固氮菌、解磷菌、解钾菌等[14]。

生物有机肥包括以植物及其残体、动物（指土壤无脊椎动物）和动物排泄物等为来源，可直接施用于土壤中或在一定条件下经无害化处理（或加工）而成的有机肥料。它们含有作物生长所需的营养元素和促进作物生长的有益微生物，应用于农业生产中能够直接或间接地起到肥料效应。

按其来源可将生物肥料分为三大类，即微生物肥料，包括根瘤菌类肥料、固氮菌类肥料、解磷解钾菌类肥料、VA菌根真菌肥料、固氮蓝藻肥料、复合（混）微生物肥料等；植物性肥料，包括绿肥、秸秆、富钾硒等营养元素的植物等；动物性肥料，主要指动物及动物排泄物经堆肥化处理后形成的生物固体[15]。

2 生物有机肥修复设施蔬菜土壤障碍的效用

2.1 降低蔬菜硝酸盐含量，提高产品品质

曹林奎等[16]用有机肥料处理温室栽培的苋菜、芹菜表明，其NO3-含量平均值为2 133 mg/kg，比用蔬菜专用肥（对照）低1 617 mg/kg，其中施用大三元生物有机肥的芹菜NO3-值最低，为1 803 mg/kg，比对照低1 947 mg/kg。施用大三元生物有机肥的土壤盐分（EC）含量也最低，说明施用生物有机肥可显著降低蔬菜硝酸盐含量和改善土壤。

王远远等[17]研究发现，施用沼液可明显提高小白菜的维生素C和可溶性糖含量，其中以50%沼液浓度处理最好，维生素C含量达20.48 mg/100 g，比对照增30.20%；可溶性糖含量22.94 mg/kg，比对照增65.51%。施用沼液还降低了小白菜的硝酸盐含量，其中以70%沼液浓度处理的降低幅度最大，硝酸盐含量为44.627 mg/kg，降幅为13.85%。周焱等[18]对大棚小白菜和菠菜研究后发现，使用有机肥在提高蔬菜VC和可溶性糖含量，降低硝酸盐含量方面均明显优于化肥，但对粗蛋白的影响差异不大。孔祥波等[19]研究后认为，生物有机肥还可显著改善生姜品质，提高根茎干物质和挥发油等的含量，降低硝酸盐含量。

周建昭等[20]报道，有机固体基质栽培甜椒的氨基酸、VC含量与土壤栽培的相当，但提高了可溶性糖含量，降低了总酸度，同时硝酸盐含量保持在安全限量范围之内。李仁发等[21]研究后认为，空心菜基、追肥采用化肥与有机肥配合施用处理的与单施等量化肥处理的相比，亚硝酸盐（NO2-）和硝酸盐（NO3-）含量分别降低16.7%和12.4%；基、追肥均施用有机肥的NO2-和NO3-降幅更为显著，分别为28.3%和22.2%。顾荣魁[22]在温室番茄生产中进行秸秆还田腐熟技术应用研究表明，处理区番茄苗的壮苗指数显著高于对照，根系发达，植株生长健壮，坐果率高，早熟效应显著，始收期提前6～10 d，前期产量增加44.2%～64.2%；畸形果减少，品质改善。番茄总产量增加28.1%～39.8%，效益显著提高。

2.2 减轻病虫为害，提高作物产量

孙志栋等[23]认为，茶渣有机无机复混肥，能改良小菘菜单株性状，改善地上部与地下部的合理结构，显著提高产量。王立刚等[24]认为，施用生物有机肥可以使作物保持良好的生长发展态势，促进干物质积累；长期施用生物有机肥可以持续稳定地提高作物产量。于占东等[25]用稻草配施生物菌剂后表明，土壤微生物区系得到明显改善，黄瓜枯萎病减轻，促进了黄瓜生长发育，黄瓜产量极显著增加。刘恩科等[26]试验表明，施用消毒剂和复合肥均可以提高设施连作番茄产量，改善其品质，二者配合施用表现出良好的加合效应，比单独施用消毒剂或复合肥的效果都好。

樊军等[27]研究发现施有机肥可明显提高土壤微生物数量，玉米、苜蓿与冬小麦连作不同施肥土壤细菌数量相对休闲地变幅在-197.04×105～187.07×105个/g土，真菌在-6.08×103～36.57×103个/g土，放线菌在-47.21×104～301.4×104个/g土。轮作系统不同施肥处理真菌与放线菌数量均高于休闲地。不同作物轮作微生物的种类和数量也不同，苜蓿与糜子对细菌有相对抑制作用，对真菌和放线菌有促进作用；红豆草抑制放线菌促进细菌，而豌豆对3类微生物均有抑制作用。

吕卫光等[28]研究发现，有机肥能减轻黄瓜根系分泌物中的自毒化合物苯丙烯酸（CA）对连作黄瓜生长的抑制，提高黄瓜根系脱氢酶活性、ATP酶活性和促进黄瓜根系对养分的吸收，提高连作黄瓜土壤微生物活性。封辉[29]研究了外源自毒物质苯丙烯酸对黄瓜种子萌发、幼苗生长及其若干生理代谢的影响，认为低浓度CA促进黄瓜种子的萌发，较高浓度的CA抑制黄瓜种子的萌发，CA浓度愈高抑制作用愈强。有机肥可降低自毒物质CA对种子发芽的抑制作用。

侯茂林[30]研究了添加石灰氮和有机物进行太阳能加热对温室土壤中根结线虫的防治效果，以及对黄瓜植株营养生长和商品性状的影响。结果表明，土壤处理40 d后，根结线虫2龄幼虫数量下降57%～100%；幼虫减退率不覆膜＜单层膜覆盖＜双层膜覆盖，且砂壤土的减退率大于中壤土。处理后茬黄瓜的根结线虫发病株率明显低于处理前茬。

2.3 优化土壤理化性状，提高土壤肥力

于占东等[25]认为，有机物料稻草、猪粪、锯木屑成分不同，入土转化过程不同，对连作土壤pH值、EC值产生的影响也不同。试验表明，猪粪有降低土壤 pH值、提高土壤EC值的作用，稻草能提高土壤的 pH值和EC值，而锯木屑对土壤 pH、EC值影响不大。稻草施入土壤后增加了细菌、放线菌和真菌数。锯木屑能增加土壤细菌、真菌数，而减少放线菌数。猪粪使土壤细菌、放线菌数大幅度增加，而真菌数减少。

朱林等[31]研究了生物有机肥对西瓜连作土壤酶和呼吸强度的影响，认为施用生物有机肥对土壤酶影响不同，施肥处理2周时土壤过氧化氢酶活性比对照低，但刺激了土壤脲酶活性，有机肥处理提高了土壤呼吸强度。张信娣等[32]将光合细菌菌液和发酵有机肥施入农田土壤，研究表层土壤中微生物区系变化。结果表明，光合细菌菌液和有机肥显著增加了土壤中放线菌、异养细菌、固氮菌、氨化细菌和硝化细菌数量，减少了反硝化细菌数量，改善了土壤微生物区系。光合细菌菌液作用比有机肥更稳定和持久，还能明显降低真菌数量，提高放线菌/真菌比值，促进土壤健康。

李淑仪等[33]报道，田间试验小白菜、苦瓜、豇豆3种蔬菜施有机肥3 000～4 500 kg/hm2+适量无机肥，可使土壤有机质含量保持在种植前的水平，该施肥量和方式不仅可使蔬菜高产、优质，还有利于保护土壤肥力。王立刚等[24]通过7 a的生物有机肥试验表明，施用生物有机肥可以使作物保持良好的生长发展态势，促进干物质积累，长期施用生物有机肥可以显著提高土壤有机质含量与土壤全氮、碱解氮的含量，提高土壤肥力，其中施用生物有机肥15 t/hm2的处理有机质含量上升最快，从1996年的126%升高到2001年的196%。

3 生物有机肥修复设施蔬菜土壤障碍的展望

随着社会对农业生态环境的日益重视和现代农业、有机农业的蓬勃发展，生物有机肥在农业生产中特别是在设施农业中将发挥越来越重要的作用。采用生物有机肥修复设施蔬菜土壤障碍的研究已受到广泛的重视。应用多学科的方法和思路来研究生物有机肥的作用机理及其功能已成为生物有机肥科学研究的主要趋势[34]。今后一段时期，生物有机肥修复设施蔬菜土壤障碍的研究可以从以下几方面关注。一是生物有机肥的作用机理及其功能的加强；二是生物有机肥肥源以及生物菌种的筛选、优化，特别是以秸秆为代表的农业废弃物的开发利用；三是生物有机肥生产工艺路线和应用效果研究；四是生物有机肥产品质量控制及其标准研究。

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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

江苏淮安市农业支撑计划项目（编号：HA2008001）；淮阴工学院大学生科技创新与实践计划项目（编号：2008051）

陈伯清（1964-），男，副教授，研究方向为设施园艺栽培、无公害园艺生产技术，电话：13852339010，0517-3591100。E-mail：hy3671320@163.com

2008-10-16