浙江省规模化蔬菜基地连作障碍与土壤环境调查分析

姚燕来，朱为静，丁 检，洪磊东，洪春来，王卫平，*，朱凤香，何伟科，洪海清

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省农业技术推广中心，浙江 杭州 310020；3.松阳县农业农村局，浙江 松阳 331124)

近年来，我国蔬菜种植面积迅速扩大，由1980年的316.25万hm增至2019年的2 086.27万hm，不仅满足了国内消费，而且还扩大了出口。目前，我国蔬菜出口量已居世界第一位。今后一段时期，我国蔬菜生产仍将保持稳定增长的态势。与此同时，蔬菜连作障碍问题在全国各地也日渐突出。尤其是在设施栽培条件下，由于轮作困难、年年连茬，加上施肥不科学，一些蔬菜产地环境迅速恶化，土传病害频发，给蔬菜生产带来严重危害，造成了较大的农业损失，影响了农民的生产积极性，已成为制约多种瓜果蔬菜作物可持续生产的重要障碍。

蔬菜产业是浙江十大农业主导产业之一，是促进农业增效、农民增收的支柱产业。“十一五”以来，浙江省围绕高效生态农业发展，积极打造长三角蔬菜区域性主产区，蔬菜种植面积和产值逐步增长，在增加农民收入、保障蔬菜有效供给等方面发挥了重要的作用。2019年，浙江省蔬菜瓜果播种面积74.46万hm，总产量1 903.09万t，总产值563.42亿元，占全省种植业产值的35.33%。随着蔬菜产业规模的不断扩大，省内多个县市区已经建立起了规模化的常年种植基地，如杭州市、丽水市、温州市现有常年蔬菜基地的面积分别达到2.543万、2.407万、1.203万hm，省内设施蔬菜种植面积已达8.379万hm，年播种面积16.013万hm。与此同时，产地环境恶化，连作障碍的问题日渐突出，茄果类、瓜类、草莓等作物上的枯萎病、根腐病、炭疽病等土传病害发病呈逐年增长和加重态势。例如：温州的番茄基地，是全国番茄的重要外销基地之一，但近年来枯萎病问题突出，许多基地的常规发病率都在20%左右；台州黄岩区的茄子农业园区，饱受线虫病害困扰，枯萎病、青枯病等发病亦较严重，常规发病率在20%左右，重病地块可达50%以上，部分地块甚至绝收；嘉兴、台州等地的部分甜瓜种植基地连作年限达到10 a以上，甜瓜生长势弱，枯萎病等土传病害发病率达20%以上，甜瓜产量和品质受到影响。目前，连作障碍已成为制约浙江省蔬菜产业绿色可持续发展的重要瓶颈。

连作障碍是在多种因素作用下形成的作物外在表现，引起连作障碍的因素包括土壤酸化、次生盐渍化、土壤养分失衡、自毒作用、病原微生物积累、土壤微生物结构破坏等。其中，由土壤酸化、次生盐渍化等土壤质量退化引发的连作障碍，难以通过单一施用化学农药或者化学消毒的方法而得到有效解决。而且，不同区域、不同地块之间造成连作障碍的因素差异较大，只有深入调查区域连作障碍和土壤环境情况，因地制宜地开展连作障碍防控，才能更好地提高连作障碍防控效果，促进农业绿色发展。为此，本文通过现场调研、问卷调查、土壤样品采集与分析等方式对浙江省规模化蔬菜基地的连作障碍情况和土壤环境进行深入调研，以期探明浙江省规模化蔬菜基地连作障碍的发生情况和产地环境存在的问题，从而为浙江省规模化蔬菜基地产地环境质量的提升和连作障碍的高效防控提供依据。

1 材料与方法

1.1 调查方案

根据浙江省蔬菜种植情况，选择杭州、金华、宁波、嘉兴、台州、温州、舟山、丽水8个地级市的24个县市区开展常年种植规模化蔬菜基地连作障碍与土壤环境情况调查，调查对象主要选择种植面积在3.33 hm以上的规模化蔬菜基地。根据调查目的，制定统一的调查表，成立调查小组，采用问卷调查与实地调查采样相结合的办法，分地实施调查。问卷调查通过对规模化基地负责人、地方农技人员沟通问询的方式进行。实地调查采样时进入基地现场，统计病害发生率，拍照记录连作障碍发生情况，以3.33 hm作为1个采样基础单元，在每个采样基础单元内，按照多点采样的方式，采集10个以上样点混合成1个土壤样品作为该单元的代表样品，将样品置于冰盒中低温保存，及时送实验室进行样品分析与测定。

1.2 调查内容

针对规模化蔬菜基地，开展作物种植模式、施肥模式、连作障碍情况的调查，具体内容包括基地规模、瓜果蔬菜品种、种植类型、种植面积、施肥状况、土传病害发病率、产量损失等。

1.3 土壤样品化学指标和病原微生物数量检测

对实地调查中采集的土壤样品，测定其基本理化性状，主要包括土壤pH值、电导率(EC)，以及有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量。同时，针对甜瓜、番茄、茄子等作物土传病害发病严重的基地，测定其土壤中青枯病菌和尖孢镰刀菌等常见病原微生物的数量。

具体地：取风干土样按土水质量体积比1∶2.5的比例混合，按文献[11-12]中的方法测定土壤pH值和EC值；采用重铬酸钾滴定法测定土壤有机质含量；浓硫酸消解后，采用半自动凯氏定氮法测定土壤全氮含量；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量；采用醋酸铵浸提-火焰光度计法测定土壤速效钾含量。土壤(风干土样)中青枯病菌的数量检测采用TTC(三苯基四唑氯)选择性固体培养基，尖孢镰刀菌的数量检测采用Komada’s镰刀菌选择性培养基。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件和Graphpad Prism 9.0软件进行数据分析与作图，采用SPSS 22.0软件进行主成分分析和皮尔逊(Pearson)相关性分析。

2 结果与分析

2.1 浙江省规模化蔬菜基地的生产情况

按照调查方案，累计调查分布于8个地级市24个县市区的规模化蔬菜基地65个，涉及的农作物包括番茄、茄子、辣椒、草莓、甜瓜、黄瓜、丝瓜、葫芦、芦笋等浙江省主栽作物，共采集土壤样品101个。

2.1.1 浙江省规模化蔬菜基地生产概况

调查表明，浙江省蔬菜规模化种植发展较早，规模化基地种植年限普遍较长，平均种植年限为9.86 a，46.2%以上的调查基地种植年限在10 a以上，最长的达30 a。连作现象在调查的基地中较为普遍，其中，单一作物连作的占调查总数的38.5%。在肥料施用上，不同基地的差异较大(图1)。一般来说，化肥基肥主要采用等养分比例的复合肥(N、PO、KO的养分含量均为15%或17%)，每茬用量在225～2 250 kg·hm，平均用量达937.5 kg·hm。由于劳动力缺乏，规模化蔬菜基地一次性大量施用化肥的现象比较普遍，部分基地在甜瓜栽培中底肥一次性施用化肥1 500 kg·hm。浙江省规模化蔬菜基地使用有机肥的比例较高，占比达87.7%，但不同基地的用量差异较大，年用量范围在750～45 000 kg·hm，平均用量为11 844 kg·hm，但60.0%基地的施用量在7 500 kg·hm以下，用量在30 000 kg·hm以上的有机肥往往直接购自养殖企业，较多只是简单堆腐，未经充分腐熟。

图1 规模化基地基肥中化肥和有机肥的施用情况

2.1.2 浙江省规模化蔬菜基地土传病害发病和减产情况

调查显示，浙江省规模化蔬菜基地土传病害的发病率在0～100%，差异较大，平均发病率为17.82%。不同作物的土传病害发病率差异较大(图2)：叶菜类发病较少，主要存在的连作障碍问题是长势变弱、产量下降，但近2年来叶菜根肿病呈蔓延趋势；茄果类、瓜类等发病率较高，部分地区，如义乌、衢州的甜瓜重病年份发病率可达100%，台州和温州部分茄子、番茄基地的土传病害发病率达80%以上，在茄果类作物上，除了常见的枯萎病、青枯病等外，还有一些新的土传病害传播，如在苍南地区番茄上发生的“半边疯”病害，病原菌经分离鉴定为茄病镰刀菌()，感病严重地块的发病率达80%以上，减产60%以上，给番茄生产造成巨大损失。土传病害的发病率在一定程度上会随种植年限的增加而增加(图3)，但统计分析表明，种植年限与土传病害发病率之间并无显著相关性。同时，土传病害的发生会受到气候条件、土壤环境条件的影响，发病无明显规律性，不同年份、不同地块之间存在较大差异。

A、B，温州番茄青枯病和“半边疯”发病情况；C、D，台州地区线虫病害发生情况；E、F，衢州和宁波甜瓜枯萎病发病情况；G，嘉兴叶菜连作障碍；H，宁波西瓜连作情况。

图3 种植年限与土传病害发病率

调查表明，因连作造成的减产平均值为22.12%，最高减产可达100%。其中，由土传病害发病造成的减产较为严重，部分基地的土传病害，如青枯病、枯萎病等，一旦发病，即会导致番茄、甜瓜等在开花结果期大量发病死亡，以至绝收，给农业生产造成巨大的损失。

2.2 规模化蔬菜基地的土壤理化性状

2.2.1 土壤pH值

本次调查采集的土壤样本中，pH值最低的为3.79，最高的为8.16(图4)，平均值为5.79，这与当前浙江省长期监测点位的土壤pH值平均值一致。其中，土壤pH值≤5.0的样品占33.7%，>5.0～6.0的样品占28.7%，>6.0～7.0的样品占17.8%，>7.0的样品占19.8%。

图4 调查土壤样品的pH值、EC值，及有机质、全氮含量

对采集的样品按地区分布进行分类：(1)土壤pH值>7.0的样品主要分布在湖州、宁波、舟山、台州等地，尤其是台州地区(如椒江、黄岩等地的土壤pH值高于7.5)。上述地区中，除湖州外，均为沿海地区或者海岛，耕地土壤往往由盐碱土改良而成，土壤本身呈碱性。(2)pH值≤5.0的土壤样品在各地均有分布，在宁波、舟山、台州等沿海地区或海岛地区也有大量分布。温州部分地区，因番茄种植面积大、时间长，地块呈强酸性(pH值低于4.5)，土壤酸化问题十分突出。

本次调查也发现，部分规模化基地虽然位于相邻地区，但土壤pH值差异较大，如台州椒江区相邻村的2个基地，土壤pH值分别为7.62和4.50，分别呈碱性和强酸性。

2.2.2 土壤EC

本次调查采集的土壤样本中，EC值最低的仅147.2 μS·cm，最高的达4 695 μS·cm，平均值为1 167 μS·cm。其中，土壤EC值≤1 000 μS·cm的样品占57.4%，>1 000～2 000 μS·cm的样品占28.7%，>2 000 μS·cm的样品占13.9%。其中，土壤EC值在2 000 μS·cm以上的样品在多地都有分布，而这些地区的耕地本身并不是盐碱土，推测是由不合理施肥造成的次生盐渍化所致。

2.2.3 土壤有机质

本次调查采集的土壤样本中，有机质含量最低的为6.96 g·kg，最高的为73.29 g·kg，平均值为28.38 g·kg。其中，土壤有机质含量≤10.00 g·kg的样品占7.9%，>10.00～20.00 g·kg的样品占13.9%，>20.00～30.00 g·kg的样品占43.6%，>30.00～40.00 g·kg的样品占9.9%，>40.00～50.00 g·kg的样品占22.8%，>50.00 g·kg的样品占1.9%。

2.2.4 土壤全氮

本次调查采集的土壤样本中，全氮含量最低的为0.47 g·kg，最高的为3.85 g·kg，平均值为1.84 g·kg。其中，土壤全氮含量≤1.00 g·kg的样品占13.9%，>1.00～2.00 g·kg的样品占48.5%，>2.00～3.00 g·kg的样品占28.7%，>3.00～4.00 g·kg的样品占8.9%。经皮尔逊相关性分析，土壤有机质含量与土壤全氮含量呈极显著(<0.01)正相关，相关系数为0.937。

2.2.5 土壤碱解氮

本次调查采集的土壤样本中，碱解氮含量最低的为37.19 mg·kg，最高的为399.10 mg·kg(图5)，平均值为168.70 mg·kg。其中，土壤碱解氮含量≤100.00 mg·kg的样品占14.9%，>100.00～200.00 mg·kg的样品占54.50%，>200.00～300.00 mg·kg的样品占22.8%，>300.00～400.00 mg·kg的样品占7.8%。

图5 调查土壤样品的速效养分含量

2.2.6 土壤有效磷

本次调查采集的土壤样本中，有效磷含量最低的为22.11 mg·kg，最高的为766.10 mg·kg，平均值为184.30 mg·kg。其中，土壤有效磷含量≤100.00 mg·kg的样品占38.6%，>100.00～200.00 mg·kg的样品占29.7%，>200.00～300.00 mg·kg的样品占9.9%，>300.00～400.00 mg·kg的样品占10.9%，>400.00 mg·kg的样品占10.9%。总的来看，土壤有效磷含量较低的样品主要来自于舟山、台州等沿海地区，这些地区本就属于缺磷地区。

2.2.7 土壤速效钾

本次调查采集的土壤样本中，速效钾含量最低的为60.25 mg·kg，最高的为1 273.00 mg·kg，平均值为387.20 mg·kg。其中，土壤速效钾含量≤200.00 mg·kg的样品占29.7%，>200.00～400.00 mg·kg的样品占35.6%，>400.00～600.00 mg·kg的样品占18.8%，>600.00～1 000.00 mg·kg的样品占7.9%，>1 000.00 mg·kg的样品占7.9%。整体来看，调查的规模化蔬菜基地土壤速效钾含量均较高。

2.3 规模化蔬菜基地土壤中病原微生物数量

选择土传病害发病率较高的甜瓜、茄子和番茄等规模化种植基地，采用选择性培养基对土壤中的尖孢镰刀菌和青枯病菌数量进行测定(图6)。不同地块土壤中尖孢镰刀菌和青枯病菌的数量差异较大，部分连作地块的病原微生物数量较高，如某甜瓜连作地块中尖孢镰刀菌的数量高达3.3×10CFU·g(以干土计，下同)，某茄子连作地块中青枯病菌的数量高达1.1×10CFU·g。土壤中大量病原微生物的存在成为土传病害高发的重要原因。

图6 番茄、茄子、甜瓜等连作土壤中尖孢镰刀菌和青枯病菌的数量(以干土计)

2.4 土壤理化性状指标与尖孢镰刀菌数量的主成分分析

对甜瓜、茄子和番茄等高发病种植基地土壤样品的理化性状指标与尖孢镰刀菌数量进行主成分分析(表1)。结果表明，前3个主成分(因子)共解释了总变量的80.87%，能够反映大部分的数据信息。其中，因子1的贡献率为45.51%，土壤有机质、全氮、速效钾含量在第一主成分上具有较高的载荷。一般认为，土壤中的有机质含量与全氮含量呈正相关。本研究中，土壤有机质含量与全氮含量亦呈极显著(<0.01)正相关(表2)。此外，Pearson相关性分析结果还表明，土壤有机质含量与速效钾含量呈极显著(<0.01)正相关，与碱解氮含量呈显著(<0.05)正相关。当前，设施栽培中大量施用有机肥，推测既能增加土壤有机质含量，也有助于提高土壤中的全氮、碱解氮含量。从土壤有机质与速效钾含量的相关性推测，设施栽培中，除了施用有机肥外，还普遍大量地施用了钾肥。因子2的贡献率为21.61%，尖孢镰刀菌数量在因子2上具有较高的载荷。病原微生物是造成连作障碍的重要生物因素，尖孢镰刀菌是普遍存在而且会导致多种作物枯萎病的一类致病菌。Pearson相关性分析结果表明，土壤中的尖孢镰刀菌数量与有效磷含量呈极显著(<0.01)正相关，与碱解氮含量显著(<0.05)相关。一般来说，微生物的生长会受到环境因素，尤其是土壤中氮素、磷素的影响。现有研究表明，养分增加和不平衡可能是导致病害发生的重要原因，氮含量增加会导致土传病害加重。

表1 土壤理化性状指标与尖孢镰刀菌数量的主成分分析结果

表2 土壤理化性状指标与尖孢镰刀菌数量的相关性分析

3 讨论

产地环境恶化和连作障碍已经成为我国蔬菜产业绿色可持续生产的关键制约因素。本研究对浙江规模化蔬菜基地的调查表明，蔬菜连作情况非常普遍，部分规模化基地虽然采用轮作方式，但轮作品种往往也为茄果类、瓜果类等同类蔬菜，较少采用水旱轮作等方式，容易造成土传病害病原菌的积累和相互侵染。在肥料施用上，化肥施用量大、一次性施肥问题突出，既浪费养分，还易造成土壤中养分的大量积累、土壤酸化和次生盐渍化，导致土壤质量退化。为提高农产品品质，加之浙江省对商品有机肥的应用予以财政补助，大多数规模化蔬菜基地都施用了有机肥，土壤有机质含量较高(平均值为28.38 g·kg)，但由于对有机肥的安全使用缺乏认识，部分基地大量施用未经充分腐熟的畜禽粪，极易导致土壤环境质量退化、地下害虫增加、烧苗等，从而引发连作障碍。

对从规模化蔬菜基地采集的土壤样品进行分析，结果发现，土壤酸化、次生盐渍化问题较为突出。我国把土壤酸碱度分为5级，pH值在5.0以下的属于强酸性土壤，采集样品中，pH值在5.0以下的占33.7%，在6.0以下的占62.4%，与全省约有62%的长期定位监测点旱地土壤呈酸性和强酸性的结果相符。土壤酸化与长期以来化肥的大量施用有关。土壤酸化不仅会降低土壤的供肥能力，提高重金属活性，影响植物对营养元素的吸收，从而影响植物健康生长，而且会显著影响微生物群落组成，尤其是细菌群落结构，容易导致土壤病原微生物的大量增殖，造成土传病害高发。次生盐渍化是引发蔬菜连作障碍的重要原因之一，土壤EC值是土壤次生盐渍化的重要表征，土壤EC值越高，表明土壤中的可溶性盐含量越高。一般认为，作物生育障碍的临界点为EC值大于500 μS·cm，超过该临界点即表示存在土壤盐渍化倾向。采集的土壤样品中，EC值的平均值达1 167 μS·cm，EC值在1 000 μS·cm以上的土壤样品占42.6%，EC值最高的达4 695 μS·cm。次生盐渍化严重的土壤中，可溶性盐含量较高，会使土壤溶液的渗透压减小、水势降低，导致植物根系吸水困难，出现“生理干旱”，情况严重时，植物会因生理脱水而萎蔫死亡。同时，土壤可溶性盐浓度过高也会直接对植物产生毒害作用，如导致植物叶片发黄、提早衰落，甚至凋亡，从而加剧连作障碍的发生。

对土壤中速效养分含量的调查发现，设施栽培土壤中速效养分含量较高，碱解氮、有效磷和速效钾的平均含量分别为168.70、184.30、387.20 mg·kg。土壤中有效磷和速效钾大量积累，其中，有效磷含量大于100 mg·kg的样品占61.4%，有效磷含量最高的达到766.10 mg·kg。按照《中国土壤》中的分类方法，土壤有效磷含量大于40 mg·kg已经属于丰富状态。本调查中绝大部分规模化蔬菜基地的土壤都属于该等级。但是，过高的土壤有效磷含量容易导致其他中、微量元素利用率的降低，影响植物吸收。相关性分析表明，土壤有效磷含量与尖孢镰刀菌数量呈显著正相关，这可能也是造成尖孢镰刀菌在土壤中大量积累的重要因素之一。调查样品中，土壤速效钾含量也呈富余状态，速效钾含量大于200.00 mg·kg的样品占70.2%，大于1 000.00 mg·kg的样品占7.9%，土壤速效钾含量最高的达1 273.00 mg·kg。过高的速效钾含量不仅导致土壤中可溶性盐含量的增加，而且容易抑制其他离子的吸收，影响作物生长。当前，设施土壤中较高的有效磷累积与等养分比例复合肥的大量普遍使用有较大关系。另外，土壤中高含量的速效钾还与当前果蔬种植中为了提高农产品品质而大量施用高钾型复合肥、高钾型水溶肥等肥料有关，但大量速效养分的积累和养分比例的失衡，不仅会造成土壤“富营养化”，而且会影响植物对土壤中其他营养元素的吸收，导致植物生长势变弱、抗病性降低，从而加重连作障碍的发生。

土传病害是连作障碍最主要的表现，也是造成作物减产的重要原因。本研究对土传病害发病率的调查结果与其他地区的报道一致，但呈局部高发、新老病害并存的新态势，土传病害高发造成的绝收在浙江省甜瓜、番茄、茄子等多种作物上均有出现，而且往往在农作物开花结果期或者接近成熟期发病，难以换茬补救，造成的损失较大。土传病害的发生与土壤中病原菌的积累有着密切关系，对甜瓜、茄子、番茄连作基地土壤中尖孢镰刀菌和青枯病菌的检测发现，部分基地土壤中病原菌大量积累，甜瓜连作地块中尖孢镰刀菌的数量高达3.3×10CFU·g，茄子连作地块中青枯病菌的数量高达1.1×10CFU·g。有研究认为，土壤中的病原菌数量大于10CFU·g时极易造成土传病害的发生。连作加上过量施肥造成的土壤酸化、养分大量积累等更容易导致土壤中的病原菌数量不断增加，从而引起土传病害的大面积发生。

4 结论

本文对浙江省主要的规模化蔬菜基地进行调查，结果表明，这些基地的平均种植年限达9.86 a，连作现象较为普遍，连作障碍较为突出，平均土传病害发病率达到17.82%，平均减产达到22.12%，部分基地重病年份甚至绝收。当前，浙江省规模化蔬菜基地土壤酸化、次生盐渍化问题较为突出，养分积累量大，土壤“富营养化”，部分连作基地土壤中尖孢镰刀菌、青枯病菌等土传病害微生物大量积累，成为土传病害高发的重要原因，过量施肥可能会进一步加剧土传病害的发生。

综上所述，多年连作，以及不合理的施肥方式导致当前浙江省规模化蔬菜基地土壤环境质量退化，部分规模化蔬菜基地连作障碍问题较为突出。针对这一问题，建议开展蔬菜栽培化肥减施技术推广应用，正确认识和合理施用有机肥，应用生物有机肥、土壤生态修复等现代技术手段对酸化、次生盐渍化、高病原菌数量土壤进行生态修复，改善规模化蔬菜基地土壤环境质量，以有效减少连作障碍的发生，确保蔬菜产业的绿色可持续发展。