河北省设施番茄土壤障碍的微藻水肥耦合改良技术

陈莉，宋晓，李建芬，蒋龙刚，黄冀楠，王丽英*

（1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；2.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北 石家庄 050051；3.河北省农林科学院粮油作物研究所，河北 石家庄 050035）

近年来，我国设施蔬菜栽培以其集约化程度大、产能效率高、农业环境条件适应能力强等特点，实现了蔬菜的高产、优质、高效生产和周年供应[1，2]。河北省是我国重要的蔬菜产区。据统计，2018年河北省蔬菜播种面积为78.76万hm2，其中番茄种植面积达到7.24万hm2，占全省蔬菜总播种面积的9.19%，仅次于大白菜和黄瓜，其中设施番茄规模不断扩大[3]。随着设施蔬菜产业的快速发展，土壤退化问题日益突出[4]。由于设施蔬菜连作种植、肥水投入超量、棚内环境全年高温高湿等，导致了设施内土壤板结、土壤次生盐渍化，土壤养分和微生态系统失衡，土传病虫害增多等问题。其中，大量使用化肥，尤其是氮肥施用过多，导致土壤氮磷钾养分富集严重，而中、微量元素及其他营养物质被作物大量摄取，不能及时补充[5]。生产上过量灌水造成土壤通气性差，影响根系的正常呼吸和养分吸收，且造成养分随水淋失。因此，设施蔬菜土壤质量变劣，导致蔬菜产量和质量以及土壤利用率、产投比和生产效率降低，已成为制约现代设施农业可持续发展的瓶颈。

土壤质量是蔬菜产业绿色发展的基础。国内外学者对设施蔬菜土壤障碍的改良技术进行研究，提出了农业、工程、生物等方面的改良措施，实现了土壤改良从化学防治向环境友好型生物防治和综合改良防控的转变。其中，生物措施被认为是绿色、有效的改良方式，极具发展潜力。微藻是介于微生物和植物之间的一种单细胞生物，是土壤微生物中唯一具有光合自养能力的有机物质制造者。微藻具有多种功能，可通过积累有机物质、转化无机盐等方式提高土壤质量，还可固定空气中游离的氮素促进植物根系发育。已有学者将土壤藻类群落作为评定土壤质量的一个重要生物指标[6]。添加外源微生物菌剂能够有效调节土壤微生物的种类、数量和分布，在提高土壤微生态系统多样性和稳定性方面发挥了重要作用。配施有机肥有利于维持土壤微生物的多样性及活性，改善设施土壤的微生物区系，提高细菌数量与真菌数量的比值，增加土壤微生物的生物量和呼吸量[7]。设施蔬菜根层水肥耦合可为蔬菜根系和土壤微生物活动创造良好的环境条件，提高水肥利用效率，减少环境污染[8]。

因此，针对当前设施番茄土壤退化问题，依据近年来微生物菌剂微藻水肥耦合技术在土壤改良中的研究成果，提出以设施番茄土壤障碍微藻水肥耦合改良技术为核心，配套微生物改良和物理改良技术、增施中微量元素均衡营养技术、土壤消毒技术、增施有机物料提升有机质技术为一体的土壤综合改良集成技术模式，为设施番茄土壤质量提升和绿色发展提供技术支撑，对设施番茄土壤改良和保育、秸秆废弃物资源化利用以及生产生态环境保护意义重大[9耀11]。

1 利用土壤消毒技术进行土壤改良

1.1 土壤消毒时间

选择夏季气温最高、光照最好的时段进行。生产上一般选择7耀8月棚室闲置期进行。

1.2 土壤消毒方式

1.2.1 消毒剂连续种植3 a以上的设施大棚，建议采用消毒剂进行土壤消毒，以防治土传病虫害。消毒剂与高温闷棚太阳能消毒联用效果更好，并可节约药剂使用量[12]。选择石灰氮（氰氨化钙）[13耀16]、威百亩（甲基二硫代氨基甲酸钠）、棉隆（四氢化-3，5-二甲基-2H-1，3，5噻二嗪-2-硫酮）等作为消毒剂[17，18]，均匀撒施或喷洒地表。一般石灰氮用量为1 200耀1 500 kg/hm2[13，16]，威百用量为450耀600kg/hm2，棉隆用量为300耀450kg/hm2，具体用量需根据土壤障碍程度和病虫害指数确定[17，18]。

土壤施用消毒剂后，深翻25耀30 cm，整地、封畦并大水浇透（灌水量750耀900 m3/hm2，田间持水量达到100%），然后用白色地膜封严地表，覆土压实。若是温室土壤消毒，需将棉被卷到最高处，关闭上、下风口，密封棚室。

1.2.2 高温闷棚密闭棚室，保持温室内高温高湿状态，使0耀10 cm土层温度达到70益左右，连续闷棚15耀20 d。若遇阴雨天，可适当延长闷棚时间。闷棚结束后，打开通风口，揭去地膜，晾棚7耀10 d。待地表含水量降至适宜湿度后整地。

2 利用微藻和微生物增施技术进行土壤改良

2.1 微藻

微藻通过光合作用以及其他代谢活动能够改变土壤pH值，增加土壤有机质和有效磷含量，并为其他微生物生存提供有利条件，具有土壤改良的作用。唐东山等[19]研究表明，将微藻接种到贫瘠土壤中可以改良土壤。

选择数量大于300万个/mL的微藻，分别在番茄定植时、第2穗果实膨大期前进行冲施或滴灌，每次用量为60 000耀12 000 mL/hm2。微藻要单独施用，不能与其他肥料配施[6]。

2.2 复合微生物菌剂

土壤功能微生物不仅可以改善土壤理化性状，增加土壤团聚体，提高土壤通透性，具有改良土壤的作用；还可以参与土壤有机代谢过程，抑制病菌繁殖，优化微生物群落结构，增强作物对土壤养分的吸收，提高土壤的生产能力。目前，微生物修复技术广泛应用于土壤修复与改良领域[20耀22]。

选择具有调节土壤微生物菌群、抗重茬、改良土壤的复合微生物菌剂，如以解淀粉芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌为主要成分的功能菌剂[23]，在番茄定植后随缓苗水一次性冲施，施用量37.5 kg/hm2。

3 利用水肥耦合技术进行土壤改良

3.1 有机物料施用

有机物料改良即向土壤中施用有机物质，不仅能提供作物需要的养分，提高土壤肥力水平，还能增加土壤微生物活性，增强土壤的缓冲性能。用作改良土壤的有机物料种类很多，可选用商品有机肥，也可选用农作物秸秆和畜禽粪肥堆肥等。

有机物料氮量为有机无机总施氮量的40%耀60%，磷量为有机无机总施磷量的40%耀60%。低肥力土壤，可施用农家堆肥45耀60 m3/hm2或商品有机肥15 000耀22 500 kg/hm2；中肥力土壤，可施用农家堆肥30耀45 m3/hm2或商品有机肥12 000耀15 000 kg/hm2；高肥力土壤，可施用农家堆肥15耀30 m3/hm2或商品有机肥9 000耀12 000 kg/hm2。堆肥质量符合DB 13/T 5373要求，有机肥料质量符合NY 525—2021要求。

3.2 合理使用化肥

合理使用化肥，包括适宜的施肥量、肥料品种、施肥时期及方法等，是防止土壤次生盐渍化的重要途径。

3.2.1 基肥控施化肥，增施中微量元素中等以下肥力土壤，结合有机物料施用，配施平衡型（氮磷钾总养分含量40%耀45%）或相近配方的氮磷钾三元复混肥料300耀600 kg/hm2，以及硫酸锌30耀45 kg/hm2、硫酸锰7.5耀15 kg/hm2和硼砂15耀30 kg/hm2，或者复合微量元素肥料30耀60 kg/hm2；高等以上肥力土壤，不施用化肥[24耀26]。

3.2.2 科学追肥番茄第一穗果为核桃大小时，用高氮型水溶性肥料（N、P2O5、K2O含量分别为22%、12%和16%）进行第1次追肥，追肥量为75耀112.5 kg/hm2；以后每坐住一穗果，用高钾型水溶性肥料（N、P2O5、K2O含量分别为19%、6%和25%）追肥1次，每次追肥量为112.5耀150 kg/hm2。采用滴灌施肥时，每穗果追肥2次，每次施肥量减半[24耀26]。

3.3 水肥一体化滴灌精量灌水

水肥耦合有机无机肥料配施可以调节土壤温度，减少硝态氮淋溶损失，同时为作物生长创造适宜的水肥条件[8]。周博等[27]通过合理的水肥管理方式，已经实现对土壤养分供应的有效调控。王思萍等[28]从土壤深松、实施水分调控、科学配施化肥等农艺技术路径角度，提出了土壤障碍的防治与修复措施。

3.3.1 灌水量控制设施番茄全生育期灌水定额为2 595耀2 700 m3/hm2。其中，定植灌水量为375 m3/hm2；以后浇清水量控制在150 m3/hm2，冲施水溶肥灌水量控制在195 m3/hm2。

3.4.2 灌水时期番茄定植后及时浇定植水，保证苗全苗壮；定植水后3耀5 d浇缓苗水；其他时间灌水间隔期为10 d左右。根据蔬菜长势、气候条件、土壤水分、棚内湿度等，可微调滴灌追肥时间和用量[29]。

4 利用土壤深翻技术进行土壤改良

设施土壤养分多富集在0耀20 cm的表层土壤，通过深耕把深层土壤翻上来、浅层土壤覆下去，可以显著改善土层的养分平衡，并起到疏松土壤、加厚耕层、改善土壤水肥气热状况的作用[30，31]。

番茄定植前，在0耀20 cm土层土壤相对含水量为60%耀70%时进行翻耕整地。一般每季翻耕土层深度为20 cm，翻耕2遍；深翻耕隔年进行1次，翻耕土层深度为30耀40 cm。翻耕时充分碎土，并清除土壤中的植物残体、废弃农膜等杂物，确保翻耕后的土壤颗粒细小、均匀，并使有机物料等基肥与土壤充分混合均匀。

5 设施蔬菜微藻水肥耦合土壤改良技术的应用效果

设施蔬菜微藻水肥耦合改良土壤技术示范应用后，土壤团粒结构增加，土壤有机质、硝态氮含量分别提高7.0%耀39.1%和22.6%耀47.0%[32，33]，可减少化肥施用量。连续应用该技术3季后，土壤次生盐渍化和板结现象缓解。土壤细菌、放线菌数量以及菌群总数增加，土壤菌群结构优化，微生态环境改善；设施番茄果实品质提升，其中硝酸盐和可滴定酸含量显著降低，可溶性固形物和可溶性总糖含量显著提高，果实商品率达到95%以上；植株长势较好，病虫害减少，产量提高12%耀15%[34]。

6 结论与讨论

设施蔬菜微藻水肥耦合改良土壤技术可改善土壤的物理、化学和生物学性质，提升土壤质量；可减少土传病虫害，降低化肥用量，提高产品质量和产量。微生物菌剂+微藻+水肥耦合技术是核心，有机肥配套施用是关键，化肥合理基施和追施是配套措施，要控制好肥料用量和施用时期。土壤深翻、土壤消毒等改良措施是现代设施蔬菜土壤改良常用的提升措施，适合的设施农机作业机具是关键[34]。微生物改良要注意菌肥的生产厂家和正确的施用方法。微藻的用量要适度，做到经济、有效，考虑产投入比。总之，在设施蔬菜生产上，土壤板结、次生盐渍化、养分和微生态系统失衡、土传病虫害增多等多障碍因素共存，仅靠单一技术措施不能达到理想的土壤改良效果，土壤改良的技术关键是各单项改良技术的配套集成应用。在设施蔬菜土壤改良技术中，微藻改良、功能微生物菌剂改良、水肥耦合改良、土壤深翻改良等是一个有机结合、相互联系的系统工程，几项措施相辅相成，不可替代。本技术模式是在近几年设施土壤改良研究成果的基础上总结出来的，其他蔬菜如黄瓜、茄子和豆角等设施栽培的土壤改良也可借鉴，具体的技术要求还需要进一步研究和配套。