新建温室土壤培肥技术及应用研究进展

王威，卢树昌

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300392）

随着农业种植结构不断调整，温室面积越来越大。据资料表明，2018 年全球温室面积超过460万hm2，主要分布在亚洲、非洲、欧洲等地[1]。中国是全球温室面积最大的国家，2018 年中国温室总面积达到18 万hm2，较2010 年增长了71.8%[2]。另外，作为中国北方大都市——天津市，2021 年提出了新建温室面积1.3 万hm2，2025 年温室面积达到6.7 万hm2的目标[3-4]，可见，近些年新建温室面积越来越大（本文新建温室界定为棚龄3 年内的温室[5]）。由于温室生产具有复种指数、产量、效益和集约投入性高等特征[6]，为实现设施生产高产、高效目标，由传统粮田转为温室后，土壤地力培肥越来越重要。关于新建温室土壤地力提升技术的研究越来越多，但近些年新建温室土壤地力技术研究应用中出现了诸多土壤环境质量下降的问题[7-8]，如土壤孔隙遭到破坏、土壤酸化、盐渍化、养分失衡、重金属及其他有害物质积累、土传病害发生严重等[9-10]，制约了现代设施农业的可持续发展。基于此，本文对新建温室土壤培肥技术及其应用研究进展进行探讨，提出今后提高土壤培肥质量考察的主要方向，旨在为我国温室土壤质量提升、促进设施农业可持续发展提供参考。

1 新建温室土壤肥力评价指标体系

温室土壤肥力是指衡量土壤提供设施作物生长所需水肥气热的能力，其中养分供应是主要方面，它是反映土壤肥沃性的一个重要指标[11]。土壤肥力评价是对土壤肥力水平的判断和评价，但土壤肥力评价因子的选择存在较大差异性。骆东奇等[12]提出耕作土壤肥力评价指标包括土壤物理指标（如质地、容重）、化学指标（如有效氮磷、阳离子交换量等）、生物学指标（如有机质、土壤酶活性等）和环境指标（如pH）。刘世梁等[13]提出有机质、有效磷钾、pH、全量氮磷钾、质地、土层厚度、CEC等10 项指标来评价耕作土壤肥力。颜雄等[14]提出耕作土壤肥力评价指标选取原则，一是选取对作物生长发育具有重大影响的主导限制因素指标，二是选取以土壤养分含量为主的指标，三是选取稳定性高的指标。CAO 等[15]针对水稻秸秆翻压还田开展土壤肥力评价时采用了土壤有机碳分组（如TOC、LFOC、POC 等）、土壤酶活性、有效氮磷钾等指标。裴小龙等[16]系统总结了1986—2020 年有关土壤肥力评价的161 篇文献，从文献应用率高的指标中构建了土壤肥力评价指标体系，包括了有机质、全量氮磷、有效磷钾、pH、容重、总孔隙度、土壤酶、微生物量碳氮等指标。

作为耕作土壤中的设施土壤，相关土壤肥力评价文献较少，但新建温室土壤肥力评价可以借鉴以上耕作土壤肥力评价指标体系开展相关研究。考虑到新建温室土壤肥力建设的特点，土壤肥力评价可以参考有机质、全氮、有效磷钾、pH、容重、总孔隙度、土壤酶、微生量碳氮等指标，尤其针对重要指标开展深入分析，如有机质分组（化学、物理分组等[17-18]）。

2 新建温室土壤培肥技术研究与应用现状

2.1 有机培肥技术研究与应用

土壤有机调理剂材料一般包括生物炭、畜禽粪便、绿肥、生物有机肥等[19]。畜禽粪便等有机肥料是新建温室土壤地力培肥常见的材料，其培肥施用技术研究较多。张翠绵等[20]利用畜禽粪便与发酵菌剂结合制作有机肥并研究其施用技术，施用方式可以采用撒施法、条状沟施法、环状沟施法、辐射状沟施等，施用量为3 000～30 000 kg/hm2。畜禽粪肥因为含有丰富的腐殖质，可使土壤疏松、孔隙度增大，促进团聚体形成，施用鸡粪与家畜粪可显著提高设施土壤大于0.25 mm 水稳性团聚体含量[21-22]。另外，施用畜禽粪便可提高土壤阳离子交换量，增强土壤保肥性能，降低土壤含盐量[23]。在无机磷含量较低、固磷能力强的设施土壤中施入猪粪类有机肥，土壤有机磷含量增加，从而提高了有效磷供给水平[24]。DU 等[25]通过多年研究发现，当畜禽粪肥施用大于10 年时，土壤全氮含量提高了27%。关天霞等[26]施用鸡粪与猪粪等可提高土壤有机碳含量，土壤酶活性也得到提高[26]。MCBRIDE 等[27]研究表明，施入牛粪后，土壤中细菌和放线菌数量显著增加，并明显了抑制真菌的增长。

农作物秸秆也是新建温室土壤培肥的重要有机肥源。秸秆还田可分为直接还田与间接还田[28]，秸秆还田量一般为3 000～4 500 kg/hm2，还田埋深以10～15 cm 为宜[29]。研究发现，秸秆还田可显著增加温室土壤总磷和无机磷含量，促进有机磷矿化，提高土壤氮、磷、钾有效性，增强作物抗性[30-31]。HUANG 等[32]研究表明，秸秆还田可有效降低土壤总氮量，降低土壤氮风险。另外，秸秆还田还可增加设施土壤各种酶的数量，提高酶活性[33-35]。近些年，土壤有机调理剂材料被广泛应用于新建温室土壤培肥。潘洁等[36]研究表明，日光温室施入棉花秸秆炭，土壤容重可降低2.65%～15.73%。黄刘亚等[37]研究得出，生物炭可改善土壤孔隙度和团聚体稳定性。UZOMA 等[38]和李旭军等[39]研究发现，施用生物炭可显著提高砂质土壤有效水含量、水分利用效果和阳离子交换量。生物炭也可增加土壤碱解氮含量，提高土壤磷的有效性及植物对磷素的吸收[40-41]。另外，生物炭在提升土壤环境质量方面也很明显。研究发现，在土壤中施加稻壳炭可提高新建温室土壤的pH、养分含量（特别是K+、Ca2+、Mg2+等含量），当添加量达到20 g/kg 时，能改善土壤盐渍化状况[42-44]。同时土壤中添加生物炭对于吸附固持土壤养分、降低土壤硝态氮的淋失、减少农田土壤养分流失的作用也很明显[45]。

绿肥在新建温室土壤培肥中的应用逐渐得到重视。绿肥翻压一般分为整株翻压和粉碎翻压两种方式[46]，翻压时期通常为初花期、盛花期或豆荚期[47]，翻压量一般为22 500 kg/hm2[48-49]。研究发现，翻压绿肥油菜，其有机质可以与土壤颗粒胶结形成较大（＞1 mm）的水稳性团聚体，增加土壤孔隙度和土壤含水量[49-50]。刘立生[51]通过30 年长期定位试验，证实了绿肥作物翻压可明显增加土壤有机碳含量，其中翻压紫云英的效果最显著。翻压春油菜有利于土壤腐殖质的更新与积累，增加土壤有机酸含量，降低土壤pH 值[52]。THORUPKRISTENSEN 等[53]和顾炽明等[54]研究发现，以豆科、禾本科、十字花科油菜等作绿肥对土壤氮素有更强的捕获能力，也能提高土壤难溶性磷活化程度，显著提高土壤有效磷含量。

综上所述，有机培肥在新建温室地力提升方面的效果比较稳定、持续和全面。

2.2 无机培肥技术研究与应用

无机肥料——化肥与改良剂是新建温室培肥的常见材料之一，可极大提高作物产量，是目前新建温室土壤有效养分快速提升的重要途径。白新禄[55]经过5 年的种植试验发现，设施土壤全氮量由7 163 kg/hm2增加到13 057 kg/hm2。王静等[56]经过20 年的长期定位施肥试验发现，施磷肥处理的闭蓄态磷比空白处理增加了90.1%。另外，在温室大棚增施20%钾肥后，土壤速效钾含量显著升高[57]。中微量元素也是设施作物必需的营养元素。李泽梅等[58]研究表明，在田间添加中微量元素后，与常规处理相比番茄产量增加了30.7%，并降低了番茄病害发生率。设施土壤中单施化肥可使土壤有机质增加，土壤中各种酶的数量和活性变高[59-60]。但KAISER 等[61]、曾艳等[62]经过长期定位试验表明，长期单施化肥可使土壤容重、土壤固孔比例增加，田间持水量、土壤酸化、全量铁含量降低。李素艳等[63]和张洋等[64]采用沸石等无机改良剂对盐碱土进行改良，取得了抑制土壤碱化、降低土壤含盐量、增大土壤孔隙的效果。王丽英等[65]通过日光温室黄瓜种植试验发现，通过养分吸收量平衡施肥（mN∶mP2O5∶mK2O＝4∶1∶4.5）可缓解土壤有效养分的过度累积，缓解土壤盐渍化。

2.3 有机无机结合培肥技术研究与应用

目前大多新建温室培肥是采用有机无机肥料配施，该培肥技术集中了以上两类培肥技术途径的优点，成为温室培肥中普遍选择的技术措施。有研究发现，新建设施菜田通过有机无机肥料配施，配施比为m有机肥∶m无机肥＝1∶1 时，可降低土壤容重、改善土壤孔隙度、提高土壤保水能力[66]。王玉敏等[67]、PHARES 等[68]、MALHI 等[69]、文方芳等[70]研究表明，在设施菜田肥料配施过程中，随着氮肥施用量的增加，土壤中有机质的含量也会增加，当生物炭和无机磷肥配施时，土壤中的总氮和有效磷含量也会相应增加。此外，土壤pH 降低、土壤全Zn、Fe、Mn 分解和矿化都与有机无机肥料配施有关[71-72]。但MANNA 等[71]、徐丽萍[73]、张北赢等[74]通过有机无机肥料配施研究发现，有机无机肥料配施可防止土壤酸化，在塑料大棚施用化肥氮60%和有机肥氮40%时，可减少土壤中碳、氮的损失程度。潘洁等[36]、文方芳等[75]研究指出，生物复混肥不仅提高了土壤酶活性，还使土壤微生物量碳氮呈上升趋势，当有机氮与无机氮施用比为1∶1.4 时，可明显增加土壤中三大细菌的数量，提高土壤生物肥力，促进作物的正常生长。可见，有机无机肥料配施可快速、持续、全面地提升新建温室的土壤地力。

3 新建温室土壤培肥存在的主要问题

3.1 土壤过度培肥与培肥不足并存

一般情况下农户都会对新建温室大量施用各种肥料。通过温室大棚试验研究显示，长期大量施氮肥，土壤硝态氮会随施氮量的增加而增加，不施化学氮肥而大量施用有机肥料，也会引起土壤硝酸盐含量升高[76-77]。当长期大量施磷时，土壤磷最大缓冲容量降低、土壤对磷的固定能力降低、土壤有效磷比例逐渐增加等[78]。肖辉等[79]研究发现，设施蔬菜施用大量有机肥料，土壤盐分出现累积，土壤含盐量与有机肥料施用量呈正相关。同时，施用未腐熟有机肥还会造成作物烧苗和土传病害的发生[80-81]。另外，有些新建温室培肥不足，由于一些有机肥料释放养分缓慢，还可能因淋洗使氮磷钾等营养元素流失，导致土壤肥力不足，引发作物产量和品质的降低[82]。

3.2 土壤培肥中施肥结构失衡，土壤质量下降

在农业生产中，不同肥料的施用方式和效果也不同。在施用氮、磷、钾和中微量元素等肥料的过程中，施肥比例常常不合理，化肥与有机肥施用也会出现失衡。研究表明，一旦施肥结构失衡，就会出现土壤碳氮失衡、盐渍化、土壤酸化、板结，肥力下降等问题[83]。有研究发现，当化肥比重过大时，设施土壤的水稳性团粒结构会下降，而有机肥比重过大时，也会出现土壤富营养化[78，84]。

3.3 土壤培肥与农业废弃物资源综合利用结合程度不高

农业废弃物资源利用形式主要有肥料化、饲料化等。但农业废弃物作肥料，其利用程度不高。宗晓波[85]在温室大棚中利用农业废弃物稻草与猪粪发酵后的残渣作为肥料，发现农业废弃物需匹配微生物菌剂才可以发酵成所需的肥料，寻找和完善更加有效的菌株还需要进一步的试验。这些问题影响着农业废弃物资源在土壤培肥中的综合利用。

3.4 土壤肥力评价因子研究不够深入

温室土壤肥力评价中重要影响因子的深入研究非常重要，如有机质作为土壤评价因子中最重要的一项，其组分与肥力的关系研究不够深入。由于腐殖化过程非常缓慢，因此用土壤腐殖质的变化来反映一些农业措施对土壤质量的影响，具有明显的滞后性。土壤有机质的物理分组中轻组有机质的变化速度快，但其对土壤肥力的影响研究较少。有研究发现，粮田改设施菜田后，设施菜田表层土壤中的氮更多地进入到重组有机质中，使表层土壤C/N 变小，导致土壤的不稳定性增加[86]。

4 展望

新建温室土壤培肥以构建稳定、持续、有效的供肥保肥系统最为重要。因此，研究合理高效的土壤培肥技术是今后提高土壤培肥质量考虑的方向，如绿肥翻压培肥技术、农业资源高效利用培肥技术、生物炭施用技术、有机无机结合培肥技术等。另外，新建温室高质量培肥体系重要评价因子需深入研究，如有机质分组中物理分组的轻组有机质和重组有机质、化学分组的腐殖质在高质土壤肥力体系的作用如何体现，更是今后需要深入探讨的方向，土壤结构中团聚体的形成研究在温室土壤肥力评价中作用也应得到重视。