蔬菜优质高产生产要素集成技术及应用进展

王广印, 马新立, 梁鸣早, 张淑香, 孙建光, 刘立新,王天喜, 吕周锋, 郭卫丽, 陈碧华

(1.河南科技学院园艺园林学院/河南省园艺植物资源利用与种质创新工程研究中心,河南新乡 453003;2.山西省新绛县革命老区建设促进会,山西新绛 043100; 3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081;4.山西省临汾市尧都区汾河生物科技有限公司,山西临汾 041099; 5.陕西赛众生物科技有限公司,陕西合阳 715300)

近几十年来,以土传病原菌和土壤退化为主的土壤连作障碍问题日益突出,成为制约设施蔬菜优质高产和可持续发展的重大生产问题[1]。虽然在防控设施蔬菜土壤连作障碍、土传病害及实现优质高产方面,采取了不少技术措施[2-4],但这些技术措施大多针对特定障碍因素,如抑制土传病原菌、降低土壤酸碱度和提高有机质含量等,也都具有一定的防控或缓解土壤连作障碍的效果,并维持一定的蔬菜产量水平,但由于这些技术措施作用比较单一,没有彻底改变土壤病原微生物的生长环境,未能从根本上修复退化的蔬菜土壤,难于解决多因素成因的土壤连作障碍和土传病虫害问题。可见,在当前蔬菜生产中,只有多项技术措施并举,才能取得防控连作障碍、持续优质高产和绿色发展的显著效果。

众所周知,蔬菜生产只要采取设施和有土栽培,就一定发生土壤连作障碍的问题。土壤连作障碍发生的原因很多,且随着种植年限的延长,呈现不断加重的趋势,使设施蔬菜难于持续优质高产[1]。这是因为连作土壤已经弱化了优质高产的基础,如土壤有机质、土壤肥力、土壤理化性质、土壤生物学性状和土壤环境等都在不断下降或恶化。

目前,对连作土壤要维持理想的蔬菜产量水平,就要不断地加大投入新品种、新技术、新农药和新肥料等,种菜成本不断上升。在现阶段,要维持设施蔬菜的持续优质高产,就必须解决土壤连作障碍问题。这可以从2个主要途径着手,一是“净土”保持土壤健康,二是对土壤进行“保健”,着力解决土壤微生物和土壤营养的平衡协调关系,增强土壤的可持续利用性。具体策略即:一是采用强还原土壤灭菌法(reductive soil disinfestation,RSD)“打扫干净土壤”[2-4],二是采用生产要素集成技术“长期保持土壤清洁”,可实现设施蔬菜既优质高产,又可持续、绿色、低碳发展。近些年来,一些新型农业物资(生产要素)不断涌现,为蔬菜生产提供了物质保证。如微生物肥料、矿物质肥、土壤调理剂、植物诱导剂和植物修复素等。还有一些优质高产、绿色低碳生产新技术,如RSD技术[2-4]、非生物固氮技术[5]、土壤有机物耕层发酵技术[6]、土壤保健技术[7]和农业秸秆还田新技术[8]。如何有效利用有机资源、矿物资源和微生物资源,以及集成农业生产新技术,实现设施土壤连作障碍防控、蔬菜绿色和有机发展、产品持续优质高产是当前蔬菜生产的必然选择。

近些年来,通过对农业生产要素和新技术的集成,基本构建了蔬菜优质高产、绿色有机生产集成技术新体系。马新立和王广印等学者在蔬菜生产实践中较早总结并创新性提出蔬菜生产要素集成技术[9-11],由最初的生产“四要素”集成技术[12],发展、形成目前的生产“五要素”(即“有机质碳素肥+微生物菌肥+矿物质肥+植物诱导剂+植物修复素”)集成技术[9,13-18],被应用于有机和绿色蔬菜生产等方面成效显著[5-11,14-19],并创立了蔬菜生产“五要素”集成技术推广的新绛模式[20-21]。梁鸣早等学者对作物(蔬菜)优质高产生产集成技术从理论上进行了深化与提升,并形成了有机农业优质高产栽培技术体系[5-6,12,19]。

本文主要综述蔬菜优质高产生产要素集成技术及应用方面的进展,以期为设施蔬菜与土壤连作障碍防控、绿色和有机蔬菜优质高产提供理论与实践指导。

1 蔬菜优质高产生产要素集成核心技术

在多年的蔬菜生产实践中,通过总结、研究和理论升华,提出了蔬菜优质高产“五要素”生产集成技术,即“有机质碳素肥+有益菌肥+矿物质肥+植物诱导剂+植物修复素”。其核心技术包括如下[19]:(1)在土壤大量使用秸秆、牛粪和鸡粪等有机肥供应碳素,提高土壤的碳氮比率,以充足的碳为蔬菜高产打下基础;(2)充分发挥生物菌能固氮、快速降解有机物、促进根系和植株生长、终生胁迫作物和固碳减排的功能,并充分利用非豆科固氮微生物解决氮素供应的问题,减少化学氮肥的使用;(3)利用天然矿物钾肥及矿物类土壤调理剂等矿物肥供给土壤钾、钙、镁及中微量营养元素,满足土壤腐殖质和团粒结构形成及植物生长发育对矿质营养元素的需要,确保植物基本代谢途径和胁迫开启次生代谢途径的均衡运转;(4)辅助应用植物诱导剂和植物修复剂,综合提高作物主动抗逆能力,最终生产优质高产的绿色和有机蔬菜。

2 蔬菜优质高产生产要素集成技术原理

2.1 高碳有机物肥

2.1.1 种类 主要包括畜禽粪(牛粪、鸡粪、羊粪、猪粪)、秸秆肥、饼肥、腐殖酸有机肥、生物有机肥等。其中秸秆是配比合理的营养复合体,富含碳、氢、氧元素,碳氮比含量比较合理(一般约为 80∶1)。从粪肥和商品有机肥使用效果来看,在快速提升土壤有机质方面,商品有机肥优于粪肥,但粪肥养分含量高,肥效比较持久。因此,从促进土壤有机质提升和兼顾蔬菜优质高产两方面考虑,可采取粪肥、秸秆与商品有机肥配合施用的方式。

2.1.2 主要作用与功能 碳素有机肥是作物碳、氢、氧等元素的主要来源。碳素有机物(肥)不仅可作为有益菌的食物,特别是有益菌分解碳素有机质中的碳、氢、氧、氮,大大提高了碳素有机质肥的利用率,而且有利于改良土壤[17]。有机碳素与有益菌结合,也对提高土壤透气性、降低盐碱危害和增强作物抗逆性具有重要作用[22]。

2.1.3 技术措施 一般畜禽粪、秸秆(需粉碎或切成长5～10 cm小段)按照5 000 kg/667 m2左右施入田间,然后冲施生物菌液2～4 kg。如果以牛粪和秸秆做有机碳素原料,合理配合,碳氮比值能达 90∶1,则蔬菜产量更高。有条件的农户以鸡粪和牛粪(或秸秆)各占50%为好,使碳氮比值达(30～90)∶1。如瓜果蔬菜按照667 m2产15 000～20 000 kg 目标产量计算,需施入鸡粪和牛粪各 5 000 kg,或鸡粪5 000 kg和秸秆2 500 kg,增产效果更加显著。

2.2 微生物肥料

2.2.1 种类 微生物肥料(简称菌肥或微肥)特指含有特定微生物活体的制品[23-25],是由一种或数种有益微生物(或目标微生物)、经工业化培养发酵、扩繁和加工制成的活菌制剂或生物性肥料。当前的微生物肥料已从单一菌剂转向了复合菌剂,单一菌肥转向了复合型微生物菌肥,单功能转向了多功能[26]。微生物肥料包含农用微生物菌剂(或称微生物接种剂、微生物菌剂、复合微生物菌剂、微生物浓缩制剂)、复合微生物肥料(或称微生物肥料)和生物有机肥。生物有机肥和复合微生物肥料主要是微生物(有效活性菌)、有机质和氮磷钾肥料或有机肥配合而成的混合物[24],其他添加物还可能有氨基酸、蛋白质、中微量元素、腐殖酸、生化黄腐酸、蛋白多酶、大豆多肽蛋白、海藻酸和生根剂等[27]。目前,微生物菌肥产品较多[24-25,27],但其中以(复合)微生物菌剂为主,其次是生物有机肥料和复合微生物肥料。微生物肥料中含有效菌种1种的居多(主要为枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等)(其属于单一微生物菌肥),其次为含2 种或2 种以上的有效菌种(其属于复合微生物菌肥)。微生物肥料的产品形态以粉剂类型为主,其次是颗粒剂和液体。山西省新绛县使用的“地力旺”微生物菌剂,活性菌含量高达20亿～40亿/g(国家标准为 2亿/g),主要包含10种菌,其中6种为固氮能力很强的芽孢杆菌属类[17]。

2.2.2 主要作用与功能 微生物肥料中的有益菌发挥着重要作用。有益菌具有固氮、杀菌杀虫、促长和增加腐殖质、诱导胁迫(开启植物的次生代谢)和分解有机质等多种作用与功能。而微生物肥料主要是通过改善土壤结构、提高土壤肥力、提高土壤酶活性、产生植物激素类物质、提高作物的抗病性和抗逆性等发挥其重要功能与作用[26]。在蔬菜生产中施用微生物肥料能取得改善土壤理化与生物学性质、缓解连作障碍、增强蔬菜抗病能力、提高品质和产量的显著效果[26]。

2.2.3 技术措施 微生物肥料可以和有机肥配施做蔬菜的基肥,也可做追肥、浸种、蘸根或叶面喷施等,具体施用方式要根据菌肥类型、连作障碍轻重及土传病害危害程度等予以调整。对微生物菌剂而言,田间第一次可施用微生物菌剂2～4 kg/667 m2,生长中后期每次随水冲施菌剂1～2 kg/667 m2,每隔 10～15 d施1次。沤制碳素有机肥时,667 m2施肥总量需用生物菌剂液2～4 kg。基施固体微生物肥料的用量一般为10～50 kg/667 m2,具体应根据微生物肥料的类型、土壤肥力、目标产量和使用说明等确定。

2.3 矿物质肥料

2.3.1 种类 矿物质肥料系指天然矿物钾肥、土壤调理剂等富含钾素及中微量元素的一类肥料。土壤调理剂种类多种多样[28],这里特指天然矿物类调理剂。天然矿质钾肥有德国产“红牛”牌和“摩天化”牌硫酸钾肥和硫酸钾镁肥、新疆产“罗布泊”牌硫酸钾肥等,其品质高,含量足(K2O≥50%),适用于瓜果、蔬菜的优质高产栽培[18]。“赛众牌”土壤调理剂为矿物制剂,也是有机认证准用生产资料,富含钾、硅和镁等多种中微量元素和稀有元素[16]。如“赛众”系列产品之一的“赛众28硅镁钾肥”主要含速效钾(K2O)≥8%、缓效钾12%、硅(SiO2)≥42%、镁(MgO)≥3%,以及多种微量元素。

2.3.2 主要作用与功能 钾是作物必需的营养元素之一,又称品质元素,是调节多种元素的“兴奋剂”[2]。矿物钾肥中的钾素不仅是果实生长所需的首要元素,而且是植物体内酶的活化剂,能激活植物体代谢所必需的60余种酶的活性,在作物生长发育以及产量形成、促进植物体生理生化活动及代谢反应过程中具有十分重要的作用[29-31]。矿物型土壤调理剂一般具有补充中微量元素、平衡营养、改良土壤、增强抗性、促根生长、提高产量和品质等多种作用[7,28]。“赛众牌”土壤调理剂为良好的土壤和植物保健型肥料。

2.3.3 技术措施 一般钾肥施用量要根据底肥用量、土壤含钾量、钾肥种类、蔬菜产量水平和浇水间隔期长短等确定。作为底肥,每667 m2一般施用天然矿物钾10 kg左右。在果菜类蔬菜结果期,每667 m2每次随水追施50%天然矿物钾量为8～24 kg。坚持早期少施、结果期勤施和多施的基本原则。若当地、当季土壤钾含量达到100～120 mg/kg时,可减半施用。“赛众牌”土壤调理剂基施量一般为50～75 kg/667 m2,中期追施量为25～50 kg/667 m2,可全田撒施后耕翻入土。另外,可用“赛众牌”土壤调理剂浸出液作叶面喷施,越早施效果越好。

2.4 植物诱导剂

2.4.1 种类 植物诱导剂系指“那氏778诱导剂”(那氏齐齐发,简称“齐齐发”),为云南生态农业研究所农业专家研究的一种以多种中草药原粉为主的生物粉剂,属于一种无公害植物细胞激活剂和作物基因表型诱导剂。生产上也有专门配制的液体类型制剂,使用更方便,按照说明应用即可。

2.4.2 主要作用与功能 一般高浓度诱导剂混合液可抑制植物生长,而低浓度可促进植物生长。“那氏778诱导剂”具有提高光合速率、增强生理代谢、促进根系和作物生长发育、促进和矮化双向调控、作物抗逆、增产和提质等多种功能与作用[22,32-34]。

2.4.3 技术措施 植物诱导剂可浸种、叶面喷洒或灌根。幼苗期(育苗期)1 200倍液叶面喷洒1～2次。生长期可按照600～800倍液喷洒,或用800～1 200倍液灌根,用量约50 g/株。全生长期一般喷施或灌根2～3次。秦立金等试验表明,不同浓度的“那氏778诱导剂”均能有效促进番茄营养生长,其中用1 000倍液叶面喷施增加番茄前期产量显著,单果质量、果直径和坐果率均比对照增加[33]。

2.5 植物修复素

2.5.1 种类 植物修复素系指从天然矿石中提取的多元矿溶液,是一种特殊结构和功能的“液晶态水”,属于一种新类型的植物营养激活剂,富含氢氧自由基(羟基自由基)、生态氧和20多种植物新陈代谢所必需的矿质元素[35]。应用于农业生产的植物修复素产品,获国家肥料正式登记证和“批准用于有机农业的投入物证明”,原商品名为“丰产动力素”,现商品名为“吉山乐生”,通用名为“微量元素水溶肥料”。

2.5.2 主要作用与功能 植物修复素是生产绿色、有机蔬菜的天然矿物质[22],能激活植物细胞,提高生命活力;补充微量元素,促进植物生长与次生代谢;增加叶片叶绿素和增强光合作用;降解农残,解药害和解肥害;增强植物抗逆性,提高产量,优化品质。“吉山乐生”水溶肥有区别于其他微量元素肥料的特点,富含众多微量元素,具有杀菌和解毒功能,也能改良土壤和激活潜在养分[22]。

2.5.3 技术措施 植物修复素以叶面喷施为主。蔬菜作物一般用800～1 000倍液喷施,用量为 100～150 g/667 m2,20 d左右施用1次,生长期用 2～3次即可。也可把“吉山乐生”水溶肥按照一定比例混配到复合肥或有机肥中,制作成颗粒剂作基肥使用更方便。

3 蔬菜优质高产生产要素集成技术的应用

3.1 提高土壤固氮酶活性

对山西新绛有机蔬菜专业合作社的番茄根际土取样和测定结果[22]表明,温室番茄有机种植和化学种植2种模式土壤中(鲜土)的固氮活性酶有较大差异;多年采用有机种植模式温室番茄土壤固氮酶活性高达1 215.19 nmol/(kg·d),而化学种植模式几乎为0,土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量也都有不同程度提高,显示有机种植模式培肥土壤的巨大优势,为番茄优质高产打下了基础(表1)。

表1 不同种植模式下土壤速效养分和固氮酶活性

3.2 土壤有机物耕层发酵技术

所谓秸秆耕层发酵技术,即在土壤中充分施用秸秆、畜禽粪便和农业废弃物等有机农业资源,并合理配施矿质元素肥、微生物肥料等在土壤中进行耕层发酵[6]。实践证明,秸秆耕层发酵可以使有机质和土壤营养被高效利用,土壤团粒结构良好,土壤松软,有机质含量提升,土壤中固氮酶活性增加,最终有利于提高农作物产量和品质[6]。

3.3 在番茄和茄子生产上的应用

3.3.1 生产要素的集成效应 王广印等对日光温室秋冬茬番茄超高产栽培技术的分析表明,有机肥碳素充足、钾素较充足、植物诱导剂促进壮苗、微生物肥料发挥重要功能与作用、利用植物诱导剂和植物修复素调控秧植株生长,这些集成措施是日光温室秋冬茬番茄超高产的关键技术[14]。

3.3.2 施用有机肥或秸秆的作用 土壤有机质含量和土壤酶活性是土壤质量的重要指标,而番茄长期连作对多数土壤酶活性产生抑制作用。特别是对大棚土壤基施“有机肥+秸秆”,增加了土壤有机质和氮、磷、钾含量,土壤酶活性增强,改善了作物生长环境,减缓了土壤质量的退化[36]。另外,在大棚番茄田间增施高碳氮比的“鸡粪+作物秸秆”肥,可显著降低土壤盐分浓度,增高土壤pH值,土壤有机质和氮磷钾含量显著提高,各时期土壤酶活性显著提高,大棚土壤微环境得到优化[37]。

3.3.3 施用微生物肥料的效应 近年来,微生物肥料发展迅速,但微生物肥料种类较多,其改良设施土壤、提高抗病性的效应各异。在设施番茄连作障碍土壤上,施用微生物菌肥均能不同程度促进连作番茄的生长,提高番茄土壤酶的活性[38]。对连作番茄和辣椒土壤,施用生物有机肥的可显著提高产量,青枯病发病率显著降低,植株根际土壤功能菌群数量显著增加,土壤细菌和放线菌数量显著增加,而真菌和病原菌数量显著减少[39-40]。对设施连作栽培的番茄田,“菌肥基施+菌剂灌根”两者配合,促进番茄生长和增加土壤肥力的效果最佳,果实产量和品质显著增加[41-42]。棉隆是一种常用的土壤消毒剂,但其施用对土壤有益菌生存产生不利影响。王广印等的试验结果表明,采用“棉隆+生物菌肥”配施处理,大棚秋番茄第1果穗产量明显高于对照和棉隆单独处理,也显著降低了番茄茎基腐病和根结线虫发病率,根结线虫病防治效果提高30.3%[43]。石灰氮是目前常用的土壤消毒剂。采用“石灰氮熏蒸+微生物菌肥(或菌剂)”配施联用,相比石灰氮单独对照处理,可有效改善连作茄子根系吸收能力,提高光合作用性能,促进植株生长,增加产量,缓解设施茄子连作障碍,显示配施微生物肥料的效果[44]。

3.3.4 有机质肥+微生物肥料的效应 有机肥是微生物的粮食,而微生物又是有机肥的发酵分解剂。在日光温室夏秋茬番茄栽培上,采用“有机肥+碳能生物菌肥”复配处理,比对照处理的番茄果实可溶性固形物、蛋白质和番茄红素含量及番茄产量显著提高[45]。而在春季设施番茄栽培中,“有机肥(30%)+微生物菌剂”配施,番茄光合作用增强,提高了番茄果实产量和品质[46]。作物秸秆属于高碳有机质肥,它在土壤中快速发酵离不开微生物的参与。桓明辉等在茄子田定位施用“秸秆+生物菌肥”,土壤微生物数量及土壤各种酶活增加[47]。另外,利用蔬菜残株还田,并结合施用微生物菌肥对日光温室土壤进行改良,土壤微生物群落结构改善,土壤磷酸酶活性、有机质和速效钾含量显著提高[48]。

3.3.5 生物菌肥+土壤调理剂的效应 对于大棚春、秋番茄而言,生物菌剂与土壤调理剂配施处理的效应,不仅促进了番茄的生长与结果,而且防病效果也十分显著。王广印等在大棚春番茄大田试验的结果表明,其中“生物菌肥+土壤调理剂+激抗菌968微生物菌肥”配施,提高番茄坐果率和降低畸形果率的效应最显著,特别是显著降低了番茄晚疫病和叶霉病的病情指数,提高了防病效果[49]。王胜楠等在大棚秋番茄采用“EM生物菌肥+土壤调理剂”配施,促进番茄生长、提高坐果率的效应显著,并可使秋番茄黄化曲叶病毒发病率和病情指数明显降低,根结线虫的根结指数为最低,防病效果显著[50]。另外,把生物菌肥和土壤调理剂单独或配施处理,也能对设施番茄土壤次生盐渍化起到明显的缓解作用[51]。

3.3.6 秸秆+生物菌肥+土壤调理剂的综合效应 在日光温室番茄大田试验,“秸秆+生物菌肥+调理剂”三者配施,明显提高了番茄坐果率、净光合速率最大值、果实可溶性固形物、总酸和可溶性蛋白含量,并可使土壤水溶性盐含量显著下降[52-53]。

3.3.7 有机肥+生物菌剂+土壤调理剂+硫酸钾的综合效应 在日光温室茄子试验结果表明,“有机肥(牛粪+秸秆)+土壤调理剂+生物菌剂+硫酸钾”模式处理比“有机肥(牛粪)+复合肥+硫酸钾” 对照模式,可显著提高茄子产量和维生素C含量,降低硝酸盐含量,并可使土壤pH值和全盐含量降低,土壤有机质、速效氮、有效磷和速效钾含量提高,显示配施“秸秆+土壤调理剂+生物菌剂”的综合效应[54]。

3.3.8 对化肥减量的效应 化肥减量和增施有机肥是绿色农业的必然要求。为解决日光温室番茄连作障碍问题,采用“无机肥+有机肥”配施,结果表明增施有机肥通过改善土壤理化性质和微生物群落结构,减少了番茄连作土壤病害的发生[55]。另外,设施番茄采用“化肥减量+增施有机肥”模式,也可显著提高土壤有机质和氮磷钾含量,显著增加番茄产量和果实可溶性糖和维生素C含量[56]。

3.4 在黄瓜、西瓜生产上的应用

3.4.1 生产要素的集成效应 某农户种植温室春黄瓜,按“有机碳素肥+EM生物菌+矿物钾+植物诱导剂+植物修复素”进行管理,800 m2产瓜2.8万kg,收入5.2万元,高产要素集成效果十分显著[57]。

3.4.2 微生物肥料的各种效应 微生物菌肥种类较多,不同菌肥的施用效果虽有差异,但都证实了其具有促进蔬菜生长发育、提高产量与品质、克服连作障碍等方面的显著作用。

3.4.2.1 促进黄瓜生长发育、提高产量与品质 施用微生物菌肥后,黄瓜根际土壤理化性质得到明显改善,黄瓜叶片中的酶活性显著提高,黄瓜产量和品质同步提高[58]。对温室黄瓜施用3种微生物菌肥,以含“木霉菌”的菌肥对促进黄瓜生长、产量和品质提高效应显著[59]。而采用多种不同微生物菌肥处理日光温室黄瓜,尤以光合细菌菌剂比其他5种菌肥更能促进黄瓜营养生长、显著提高黄瓜产量和品质[60]。对设施栽培黄瓜以农用微生物菌剂进行根际浇灌与叶面喷洒双处理,证明配施效果最佳,能提高根际土壤酶活,增加根际土壤养分含量,促进黄瓜生长,提高叶绿素含量、果实产量和品质[61]。日光温室越冬茬黄瓜采用菌肥冲施,可使土壤各种酶活性增大,促进黄瓜生长,前期结果数量显著增加[62]。

3.4.2.2 诱导黄瓜的系统抗病性 在黄瓜连作土壤中,添加4种不同微生物菌肥,结果表明,微生物菌肥在一定程度上能诱导黄瓜的系统抗病性[63]。

3.4.2.3 缓解黄瓜连作障碍 曲成闯等采用田间定位试验生物有机肥的施入效果,连续3季的调查与统计结果表明,生物有机肥可减缓黄瓜连作障碍的发生[64]。以拮抗菌与有机肥配合施用,微生物有机肥能够取代化肥,防治黄瓜连作障碍及提高黄瓜品质的效果显著[65]。另外,在相同连作年限下,土壤微生物数量、酶活性、黄瓜产量和品质整体随生物有机肥用量的增加而提高,用量越高对连作年限越久的土壤改良效果越好[66]。

3.4.2.4 防控土传西瓜病害 西瓜枯萎病是最严重的土传病害,微生物有机肥能激发连作土壤中有益微生物活性,显著促进西瓜生长,对西瓜连作障碍有明显的缓解作用。李双喜等在西瓜生产中施用微生物有机肥,改善了土壤微生物群落结构发生,有效抑制了尖孢镰刀菌的活性,防治西瓜枯萎病的效果显著[67]。

3.4.3 秸秆或有机肥+微生物菌肥或土壤调理剂的效应 张婷等在冬季温室黄瓜采用“秸秆+生防菌”配施处理,对黄瓜连作土壤微生物群落改善明显,黄瓜产量明显提高,根结线虫的病情指数降低,统计到第3茬时,黄瓜产量比对照还增加25.9%,病情指数比对照减小71.4%[68]。微生物菌肥在西瓜育苗上少见报道。在西瓜苗期喷施“有机肥和生物菌肥”,根际微生物环境改善,明显提高了幼苗的质量[69]。施用土壤调理剂能明显改善土壤结构,增强土壤通透性,土壤容重降低,土壤总孔隙度增加,特别是“秸秆+土壤调理剂”配合施用,对土壤物理性状改善、黄瓜产量与品质的提高效果更佳[70]。

3.4.4 微生物菌肥+土壤调理剂的效应 王广印等在大棚春黄瓜上采用“微生物菌肥+土壤调理剂”配施处理,其中以“微生物菌剂+激抗菌微生物菌肥+土壤调理剂”配施处理显著提高了黄瓜的单果质量和产量,大棚黄瓜霜霉病、靶斑病的发病率和病情指数降低,防病效果明显提高[71]。张蕾等也采用“微生物菌肥+土壤调理剂”配施处理,还使连作黄瓜的土壤次生盐渍化和盐胁迫大大缓解[72]。

3.4.5 有机肥+微生物菌肥+土壤调理剂的三配效应 张蕾等在日光温室黄瓜发生次生盐渍化的土壤上,采用“有机肥+微生物菌肥+土壤调理剂”配施,对土壤肥力提升、降盐、促长、增产提质都具有显著效果[73]。郭君钰等采取有机肥分别与矿物类调理剂、复合菌剂配施以及三者复配施用,均可显著提高土壤质量和西瓜品质,其中“有机肥+矿物类调理剂+复合菌剂”为最佳配施处理组合[74]。

3.4.6 对化肥减量的效应 减少化肥用量,改善土壤结构和环境是绿色农业的基础。在黄瓜生产中,适当降低化肥用量并配合施用生物肥料,能促进黄瓜的生长发育,提高黄瓜产量、品质与效益[75]。王明友等以“无机肥+生物菌肥”配施,氮磷钾无机肥用量减少40%左右,既稳产提质,又能提高生物和土壤环境效益[76]。赵跃等以“生物有机肥+硅钙钾镁肥” 配施处理,并减少底肥中的化肥用量,仍能保证西瓜的产量和品质[77]。

4 问题与展望

4.1 生产要素的集成应用会产生巨大的加成效应

综上所述,需要强调碳素有机质肥、微生物菌肥、矿物质肥、植物诱导剂和植物修复素等五大生产要素必须有机结合,方能产生良好的加成效应[14]。梁鸣早等也强调在作物有机高产优质栽培技术体系中,也强调足量碳、有益微生物菌群、天然矿物质和田间管理四项技术的有机配合,如果单独使用1项或2项技术,持效性短,应用效果不大显著[19]。

4.2 碳素有机肥的基础地位不可动摇

有机农业和生物农业都离不开有机质肥。不管是作物优质、高产,还是绿色、有机发展,都必须坚持施用足量有机肥不动摇。若土壤中缺乏有机质,则会降低微生物活性,影响土壤腐殖质和团粒结构的形成。近几年推行的农业“双减一增”行动计划,同样也离不开增施有机肥这个根本措施。另外,须强调市场上出售的商品生物有机肥类,也不能完全代替高碳素粪肥和秸秆肥的定量补充与施用。

4.3 微生物肥料的功能与作用不用质疑

生物农业离不开生物菌。微生物肥料在使用过程中,也存在菌种效能不稳定、肥效缓慢、储存期短等问题,特别是因其含有的特效微生物受环境等因素的影响较大,导致产品质量不稳定,影响了农户对微生物菌肥的正确认识和接受。这与菌肥品牌选择、施用方法、使用量,以及与有机质肥配合等密切有关。仅依靠有益微生物也不能达到土壤改良、提高土壤肥力的效果,把有益微生物与有机肥料配合使用,才可达到1+1>2的应用效果[78]。

微生物肥料在土壤-作物-微生物三者之间存在良好的关联,对现代农业的可持续发展和农产品安全等有着积极的作用。微生物菌肥可通过改善土壤环境、提高有机肥的利用率而减少化学肥料的施用量[79]。微生物肥料通过改变土壤微生物区系、降低土传病虫害发生率、提高防治效果,以及通过增强作物自身抗病害能力等,可减少化学农药的使用量。

4.4 作物优质高产少不了矿物钾肥及中微量元素肥

当前,我国大部分地区土壤仍然缺钾,实现蔬菜优质高产必须补充钾素营养。目前多数地区土壤含钾量为60～100 mg/kg,而作物高产要求土壤含钾量为240～300 mg/kg。我国农田缺钾的主要原因是蔬菜产量的迅速增加、有机肥用量下降和秸秆还田太少,所以钾素的补充主要依靠施用矿物钾肥、有机肥和秸秆还田[31]。作物优质高产必须均衡提供矿物钾肥和中微量矿质元素。

4.5 选择品牌农资

当前,农资市场上的生产要素产品种类繁多,其有效成分含量、质量、性能等参差不齐,也可能存在不实或夸大宣传其功能与作用的现象。所以应选择信誉好、大品牌、专用品和经过实践检验的农资。

当前,对农业生产要素的研究主要集中于施用有机物料种类选择、施用量以及应用效果等方面,而机理方面的研究主要针对土壤理化和生物性状、地上作物生长生理指标等方面,研究的系统性不足,下一步还需要深入和更高水平的研究与探索。

农业自然资源和生产要素也不是十全十美,还需要一分为二看待和科学、合理地施用。目前农业生产要素施用后的风险研究还少见报道,长期、大量和连续施用1种或几种生产要素是否会给土壤生态系统造成某种危害还需要进一步探索。