山东省寿光市设施蔬菜大棚土壤质量调查与评价——亲土在线-农业土壤治理大数据平台(下)

Investigation and Evaluation of Soil Quality of Vegetable Greenhouses in Shouguang City, Shandong Province — Pro-Soil Online-Big Data Platform for Agricultural Soil Remediation (Part Ⅱ)

金晟 Sheng JIN , 朴成淳 Chengchun PIAO , 商照聪 Zhaocong SHANG , 段路路 Lulu DUAN , 宋会明 Huiming SONG , 李建丽 Jianli LI

1 金友立生态农业〔上海〕股份有限公司上海 200062 Jinyouli Ecological Agriculture 〔Shanghai〕 Co., Ltd., Shanghai 200062, China 2 上海化工研究院有限公司上海 200062 Shanghai Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Shanghai 200062, China 3 中国农业大学资源与环境学院北京 100193 College of Resources and Environment Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China 4 化学工业出版社有限公司北京 100011 Chemical Industry Press Co., Ltd., Beijing 100011, China

摘要：

设施蔬菜是我国非常重要的农产品，然而一些不当的农事操作和长期连作可能会导致出现设施蔬菜大棚土壤耕性降低、病虫害严重、农业面源污染等一系列问题，影响设施蔬菜大棚的可持续发展。基于山东省寿光市典型蔬菜大棚的主要障碍因子，选择了常用的绿色环保的改良方法并评估了改良效果。结果表明：深土振动破碎与乙醇消毒相结合的土壤改良措施能够明显改善土壤理化性质，消除深层土壤板结和耕层土壤盐分累积问题，减轻了出现硝态氮和无机磷污染的环境风险，降低了发生病虫害的可能性；深土振动破碎与原土原菌(以非加热接触方式在80~90 ℃的环境下特殊培养，发明专利号CN110684540A)发酵法混合培养处理还能增加土壤有益微生物的数量并提高其活性。研究证明，采取上述改良措施30 d后，土壤理化性质明显改善，对农作物生长有利，且病虫害问题得到显著缓解，为采用亲土在线模式改良设施蔬菜大棚的土壤提供了直接依据。

关键词：

设施蔬菜大棚; 亲土在线; 原土原菌; 特殊培养; 深土振动破碎; 土壤改良;

Abstract：

The greenhouse vegetable is a very important agricultural product in China. However, some improper farming operations and long-term continuous cropping may lead to a series of vegetable greenhouse problems such as reduced soil tilth, serious pests and diseases, and agricultural non-point source pollution, which affect the sustainable development of vegetable greenhouse industry. Based on the main obstacle factors of typical vegetable greenhouses in Shouguang City, Shandong Province, the commonly used green environmental protection improvement methods are selected and the improvement effects are evaluated. The results show that the soil improvement measures which combine deep soil vibration breaking and ethanol disinfection can improve soil physical and chemical properties, eliminate deep soil compaction and surface soil salt accumulation, mitigate the environmental risk of nitrate nitrogen and inorganic phosphorus pollution, and reduce the possibility of diseases and insect pests; deep soil vibration breaking and indigenous microorganisms (specially cultivated by non-heated contact method under the environment of 80~90 ℃, invention patent number CN110684540A) fermentation method mixed cultivation treatment can also increase the number of beneficial microorganisms in the soil and increase its activity. The research proves that 30 days after taking the above improvement measures, the soil physical and chemical properties have been improved significantly, which is beneficial to the growth of crops, and the problems of pests and diseases have been significantly alleviated, which provides a direct basis for the improvement of the soil in vegetable greenhouses using Pro-Soil online mode.

Keyword：

vegetable greenhouse; Pro-Soil online; indigenous microorganisms; special cultivation; deep soil vibration breaking; soil improvement;

3 土壤改良措施

3.1 供试大棚概况

选择O2和O3的土壤作为改良的试验对象，2个大棚的连作品种均为青圆椒，栽培面积分别为930 m²和1 360 m²。

如表 9所示，O2的土壤有机质含量优于O3，其他理化性质比较接近。

表 9

2个大棚的土壤理化性质

大棚	土层深度/cm	pH(1:5)	土壤硬度/mm	容积密度/ (g·cm^-3)	w(盐分)/%	w(有机质)/%	阳离子交换量/ (cmol·kg^-1)
O2	0~15	8.0	16	1.5	0.31	4.8	12.0
O2	15~45	7.6	34	2.0	0.09	3.1	9.3
O3	0~15	7.4	14	1.4	0.30	3.3	12.0
O3	15~45	7.3	32	2.1	0.10	2.1	12.0

3.2 改良措施与操作方法

3.2.1 改良措施

深土破碎(PS)是常用的改良土壤物理性质的方法，能够增加土壤空隙率，提高透水和透气性，同时还能避免盐分过度积累，保证作物根系正常生长。解决病虫害的方法主要有化学防治与生物防治，前者主要通过乙醇对土壤进行消毒，后者主要通过微生物生命代谢活动改良土壤。采用乙醇消毒，无环境残留，施工作业简单，成本较低，对塑料等农资的老化无影响，对细菌、丝状菌、线虫、土壤害虫以及杂草等具有防治效果。生物防治可抑制有害病虫菌的生长，微生物生命代谢活动产生的营养物质可促进农作物生长，也能促进土壤团粒结构的形成，从而提高土壤的透气性和透水性，所吸附的盐类可缓慢释放以缓解盐分障碍；此外，微生物繁殖还能减少杂草种子的活力，起到防治杂草的效果。针对蔬菜大棚的病虫害问题，分别对土壤采用乙醇消毒(YD)和微生物肥处理(WSW)，对比2种方法减轻病虫害的效果。

3.2.2 操作方法

WSW：将原土原菌绿色复合微生物剂的培养原液稀释100倍，每8 d喷洒1次，每次用量为3 000 L/hm²，共喷洒3次；喷洒完成后实施旋耕作业，15 d后种植作物。试验采用金友立绿色复合微生物剂产品，该产品是将原土多种功能型微生物以非加热接触方式(80~90 ℃)混合培养制得，适合各种土壤环境，其中包含的微生物菌群有乳杆菌、普雷沃氏菌科、醋酸杆菌科、红螺菌科和博伊丁假丝酵母等。

PS：使用振动型深度破碎机通过上下振动使犁底层细密破碎，破碎深度为60 cm，并在45 cm土层处布置改善地下排水的排水管。试验采用的深土振动破碎机由金友立生态农业(上海)股份有限公司特制。

YD：将体积分数95%的工业乙醇按0.5%~1.0%比例稀释后一次灌入土壤中，灌入量为200~300 t/hm²，用塑料布覆盖土壤表面10 d后实施旋耕作业，7 d后种植作物。

为探究不同改良措施的具体效果，在O2中采用YD与PS相结合的改良处理(PS-YD)，在O3中设置WSW与PS并用的改良处理(PS-WSW)，同时在2个大棚中分别设置棚内对照(CK1和CK2)。2个大棚的土壤改良处理设置如表 10所示。

表 10

2个大棚的土壤改良处理设置

项目	O2		O3
项目	PS-YD	CK1	PS-WSW	CK2
面积/m²	465	200	990	370
改良措施	YD+ PS	空白对照	WSW+ PS	空白对照

3.3 测定方法与评估标准

分别在土壤改良处理实施前和实施30 d后实地测定土壤物理性质，并通过取土测定土壤化学性质，其中土壤pH、电导率、盐分含量等项目的测定由上海化工研究院有限公司检测中心完成。

3.4 统计方法

原始数据通过Excel表格整理，采用SPSS统计分析软件进行差异显著性分析。

4 土壤改良结果与分析

4.1 不同土壤改良处理对土壤理化性质的影响

4.1.1 对土壤物理性质的影响

如表 11所示，2种土壤改良处理均能明显改善深层土壤的物理性质。在CK1和CK2处理下，O2和O3的深层土壤硬度分别为34 mm和32 mm，容积密度分别为2.0 g/cm³和2.1 g/cm³，而PS-YD和PS-WSW处理的土壤硬度明显降低，分别为22 mm和19 mm，容积密度也明显减小，均为1.4 g/cm³。与CK1和CK2处理相比，2种土壤改良处理能使深层土壤的孔隙率明显增大，均提高了50%以上。2种土壤改良处理对深层土壤透气性的改善不太明显，其中PS-YD处理的深层土壤透气性比CK1处理的有所改善(从0.9升至1.2)，但PS-WSW处理的深层土壤透气性比CK2处理的有所降低(从1.2降至0.9)。

表 11

2种土壤改良处理对土壤物理性质的影响

项目	土层深度0~15 cm				土层深度15~45 cm
	O2		O3		O2		O3
	CK1	PS-YD	CK2	PS-WSW	CK1	PS-YD	CK2	PS-WSW
土壤硬度/mm	16	15	14	17	34	22	32	19
容积密度/(g·cm^-3)	1.5	1.4	1.4	1.4	2.0	1.4	2.1	1.4
孔隙率/%	55	52	58	54	29	50	32	50
透气性	2.8	2.4	2.3	2.1	0.9	1.2	1.2	0.9

相比之下，2种土壤改良处理对耕层土壤物理性质的改善不太明显。

4.1.2 对土壤化学性质的影响

如表 12所示，2种土壤改良处理对设施蔬菜大棚土壤化学性质的影响不同。PS-YD处理的耕层和深层土壤的pH分别为7.4和6.7，均低于CK1处理；而PS-WSW处理的土壤pH与CK2相比变化不明显，表明YD处理能够使土壤的碱性降低，而WSW对土壤pH几乎没有影响，这可能是因为乙醇溶液呈中性，减弱了土壤溶液中的碱度。

表 12

2种土壤改良处理对设施蔬菜大棚土壤化学性质的影响

项目	土层深度0~15 cm				土层深度15~45 cm
	O2		O3		O2		O3
	CK1	PS-YD	CK2	PS-WSW	CK1	PS-YD	CK2	PS-WSW
pH(1:5)	8.0	7.4	7.4	7.2	7.6	6.7	7.3	7.4
电导率/(S·m^-1)	4.2	1.4	4.0	1.8	0.7	1.8	0.9	1.5
w(有机质)/%	4.8	3.4	3.3	2.8	3.1	2.9	2.1	2.2
w(正磷酸盐磷)/(mg·kg^-1)	599	200	750	663	34	88	46	165
w(硝态氮)/(mg·kg^-1)	152	126	167	86	63	78	45	59
w(铵态氮)/(mg·kg^-1)	26	43	28	34	29	46	25	30
交换性钾/(cmol·kg^-1)	1.5	0.8	1.2	0.6	0.2	0.8	0.4	0.8
交换性钙/(cmol·kg^-1)	7.2	7.6	8.1	6.8	3.6	3.8	4.9	4.5
交换性镁/(cmol·kg^-1)	2.6	3.1	2.6	2.5	1.1	1.4	1.1	1.2

2种土壤改良处理对不同土层的土壤电导率影响不同。对于耕层土壤，CK1和CK2处理的土壤电导率分别为4.2 S/m和4.0 S/m，而PS-YD和PS-WSW处理的土壤电导率分别降至1.4 S/m和1.8 S/m，表明2种土壤改良处理均能降低耕层土壤的电导率；而深层土壤的电导率经改良处理后反而提高，PS-YD处理由0.7 S/m提高至1.8 S/m，PS-WSW处理由0.9 S/m提高至1.5 S/m，这可能是由于PS使得耕层土壤与深层土壤间的盐分分布更加均匀，降低了盐分在耕层土壤的累积，从而增大了深层土壤的盐分含量。

与CK1和CK2相比，经PS-YD和PS-WSW处理后，耕层土壤中的有机质质量分数分别由4.8%、3.3%降至3.4%、2.8%，表明2种土壤改良处理对耕层土壤有机质含量的影响较大。与之相比，深层土壤有机质含量变化不大。这可能是由于经改良处理后，耕层土壤的盐分累积得到缓解，植物与微生物的生存环境得到改善，加速了土壤有机质的分解。

2种土壤改良处理对土壤矿质元素含量的影响较大，且对不同元素的影响不尽相同。CK1和CK2处理下的耕层土壤中正磷酸盐磷(PO₄-P)质量分数很大，而经PS-YD和PS-WSW处理后，耕层土壤中的PO₄-P质量分数明显下降；与之相比，经改良处理后的深层土壤的PO₄-P质量分数均大于CK1和CK2处理。可见，改良处理能明显降低耕层土壤磷素的累积。土壤中的硝态氮和PO₄-P是重要的农业污染源，而改良处理能明显降低硝态氮和PO₄-P在耕层土壤的累积，进而降低环境污染的风险。

4.2 不同土壤改良处理对土壤生物性状的影响

土壤内细菌密度分析结果表明，CK1处理的细菌密度为3.26×10⁷ CFU/g，PS-YD处理的为3.76×10⁶ CFU/g，即YD处理使土壤细菌密度降低了约90%，其中大部分根线虫、病菌性细菌等有害微生物被消除。尽管消毒过程中也会消灭对农作物生长有益的微生物，但这些微生物可随着农作物的生长在20 d内恢复正常状态。

土壤中的乳杆菌密度分析结果表明，CK2处理的土壤中乳杆菌密度为3.2×10³ CFU/g，PS-WSW处理的为6.0×10⁴ CFU/g，比CK2处理的明显高，且普雷沃氏菌科、醋酸杆菌科等微生物菌的活性也进一步提高，为农作物生长提供了有利条件。

4.3 小结

(1) 采用PS-YD和PS-WSW对O2和O3土壤进行处理，30 d后的理化性质显示已经转化为有利于农作物生长的健康土壤。

(2) 连作栽培大棚最大的问题是因病虫害造成农药用量增加，为了防治病虫害的发生，试验选用绿色、环保、经济的YD法。

(3) 通过WSW处理，土壤中的乳杆菌密度明显增大，普雷沃氏菌科、醋酸杆菌科等微生物菌的活性也进一步提高，为农作物生长提供了有利条件。

5 结语

有研究表明，长期连作情况下蔬菜大棚的深层土壤容易形成犁底层，导致出现土壤盐分累积、植物根系生长环境恶化、病虫害等问题，严重影响了蔬菜生产，还存在环境污染风险^[10-11]。本研究针对寿光地区典型蔬菜大棚，基于其主要的障碍因子，针对性地提出亲土在线土壤改良措施并评估了改良效果，为实现绿色生态、健康土壤、高品质蔬果的设施蔬菜大棚土壤管理最后一公里提供直接依据。

ckwx 参考文献

唐海滨.山东寿光蔬菜大棚土壤性质变化规律研究[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2011.

赵文静.蔬菜大棚土壤连作障碍的防治措施[J].农村新技术, 2015, 15(7):53-53.