有机肥在设施农业中的应用研究进展

康晓丽，冯 棣，王欣英，张敬敏，王志和，祝海燕，杨文霞

（潍坊科技学院 山东寿光 262700）

设施农业打破了作物生长的季节限制，满足了人们对新鲜瓜果蔬菜的日常需求。然而，由于设施土壤复种指数高，且处于高温、高湿、无降水淋溶的环境，土壤连作障碍、次生盐渍化和酸化等问题严重。为了防治设施土壤障碍，前人开展了大量研究工作。其中，施用有机肥被认为是遏制设施土壤障碍的重要措施。有机肥养分较全面、肥效期长，可以改善土壤结构，提高土壤肥力[1]，减轻土壤的次生盐渍化[2]，提高蔬菜的产量和品质[3-5]；还能减轻作物土传病害，增加土壤中有益微生物的种类[6-7]。虽然施用有机肥有很多的益处，但是过量施用有机肥也会产生一定环境风险，如氮和磷的流失[8]、重金属积累[9]等。有机肥主要有动物源有机肥、植物源有机肥、微生物有机肥和复合生物有机肥。为了掌握有关有机肥的研究热点，笔者使用VOSviewer 在Web of science 数据库中以organic fertilizer 和agriculture 为关键词搜索近10年（2013 年3 月至2023 年3 月）发表的文献制作热点分析图（图1），发现高频词汇主要有plant、carbon、emission、tillage、farmer 等，可以看出近10年关于有机肥的研究涉及植物、土壤生态、温室气体、耕作、农民等诸多因素，热点话题比较广泛，学者们从不同领域对生物有机肥的开发利用及其对作物的作用效果等进行了探索。笔者针对不同种类有机肥在设施农业中的应用展开综述，并做出展望。

图1 Web of science 有机肥研究热点分析图Fig.1 The hotspot analysis of organic fertilier research in Web of science

1 动物源有机肥在设施农业中的应用效果

动物源有机肥主要是指以畜、禽等的排泄物，以及动物残体、动物加工后的下脚料、屠宰场废弃物，还包括骨粉、鱼粉、羽毛、皮毛、皮革等经腐熟和无害化处理后作为肥料使用的有机肥。在此主要论述畜禽粪便有机肥和蚯蚓粪便有机肥。

1.1 畜禽粪便有机肥在设施农业中的应用效果

1.1.1 畜禽粪便有机肥 畜禽粪便有机肥主要是由畜禽的排泄物经过特定的技术处理而形成的，其中含有大量的有机物质、无机养分、激素以及大量的养分元素。畜禽粪便产生量大，充分利用其开发有机肥，不仅可以减少化肥使用量、保护生态环境，还有利于改善土壤性状，实现农田土壤生态修复[10-11]。

1.1.2 畜禽粪便有机肥对设施作物的影响 大量研究证明，施用畜禽粪肥可显著提高作物产量，并改善作物品质[12-14]。郭全忠等[15]研究表明，发酵猪粪不论是单施还是与化肥配合施用均能提高番茄果实的水溶性糖含量，降低酸度，改善品质。何风杰等[16]研究表明，施用畜禽粪便有机肥可以在一定程度上提高大棚葡萄的萌芽率和成花率，促进叶片生长，提高叶绿素含量，加快枝条老熟，显著提升果实品质；综合果实硬度、单果质量、固酸比等指标，施用鱼肥和鸽粪的果实综合品质最好。也有研究表明，单施某种畜禽粪便对作物的影响并不是特别显著，与其他物质混合后施用效果更加明显。其中，以50%鸡粪和50%菌渣制作而成的有机肥效果较好，可显著提高白菜和黄瓜的产量，二者的可溶性蛋白、总糖和维生素C 含量也有所提高[17]。

1.1.3 畜禽粪便有机肥对设施土壤的影响 研究表明，施用有机肥能够改善土壤理化性状并提高土壤酶活性，为土壤微生物提供能量和营养物质[18-19]。施用畜禽粪便有机肥可以不同程度地降低土壤容重，增加孔隙度，并在一定程度上降低土壤含盐量，进而改善土壤理化性状[16]。史祥宾等[20]、王小龙等[21]研究表明，施用畜禽有机肥能增加土壤中多种营养元素，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤的保肥能力和缓冲性能，以满足葡萄在生长过程中对氮、磷、钾等元素和有机质的大量需求。关天霞等[22]发现，施用鸡粪可以降低土壤容重和pH 值，增加有机质含量并提高土壤酶活性。

1.1.4 畜禽粪便有机肥的作用机制 畜禽粪便有机肥含有丰富的有机物及氮、磷等大量元素，同时还含有其他微量元素和较丰富的蛋白质，是一种优质的有机肥源[23-24]。经过充分发酵的畜禽粪便，最大程度降低了对作物、土壤的负面影响，丰富了土壤中的营养物质，促进了土壤微生物的扩繁，改善了土壤性状，进而提高了作物的产量与品质[25]。

1.2 蚯蚓粪有机肥在设施农业中的应用效果

1.2.1 蚯蚓粪有机肥简介 蚯蚓粪是蚯蚓吞噬有机废弃物而产生的排泄物，呈黑色、均匀颗粒状，团粒结构良好，酸碱度趋于中性，通气性、保肥性和保水性良好。与畜禽粪便相比，蚯蚓粪的可溶性盐含量、腐殖酸含量和阳离子交换性能有明显提高，大部分有机质转化为稳定的腐殖质类复合物质，尤其是在微生物新陈代谢过程中会分泌有机酸，使偏碱性的畜禽粪经过蚯蚓处理而趋于中性[26]。蚯蚓粪中还含有丰富的有机质、氮、磷、钾、微量元素、激素、酶等，以及23 种氨基酸。此外，蚯蚓粪的最大优势在于含有大量的有益微生物，能够产生拮抗活性强、抗菌谱广的抗生素，从而限制病原菌的生长，抑制土传病害[27]。

1.2.2 蚯蚓粪有机肥对设施作物的影响 众多研究表明，蚯蚓粪中含有的矿物质元素、有机质、激素及生长素类物质，有利于设施作物对养分的吸收与运转，促进干物质的积累，并改善品质。王恩煜等[28]研究表明，蚯蚓粪处理可改善西瓜品质，提高果实内的维生素C、可溶性蛋白、还原性糖含量和糖酸比，显著降低果实中有机酸和硝酸盐的含量，而且蚯蚓粪显著降低了西瓜的发病率，增加西瓜产量。王小波等[29]发现，在设施土壤中联合施用蚯蚓粪与蛭石后，增加了菠菜的株高和叶绿素含量，提高了光合作用强度和产量，改善了菠菜维生素C、可溶性固形物和可溶性总糖含量等品质指标。陈彬等[30]研究发现，施用蚯蚓粪生物有机肥可显著降低果蔬中硝酸盐含量，而且能提高草莓和番茄果实中可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C 的含量。范洁等[31]研究发现，薄皮甜瓜对养分需求量有其适宜范围，并不是施肥越多越好。李婉茹等[32]研究表明，施用蚯蚓粪为9 000 kg·hm-2时，甜瓜的茎粗、相对叶绿素含量、净光合速率最高，其可溶性糖、中心可溶性固形物、维生素C 含量最高。可见，施用蚯蚓粪有机肥有利于提高设施作物产量并改善品质。

1.2.3 蚯蚓粪有机肥对设施土壤的影响 杨丽娟等[33]认为，施用蚯蚓粪可以改善土壤微生物区系结构，有利于预防或减轻土传病害。刘学才等[34]研究表明，施加蚯蚓粪提高了设施土壤有机质和有效氮、有效磷、有效钾等的含量，从而增加了番茄植株氮和钾的含量。这与张宁等[35]在露地栽培方式下施用蚯蚓粪的研究结果一致。单施蚯蚓粪和蚯蚓粪配施化肥处理均能显著增加番茄根际土壤细菌、真菌和放线菌的数量，还能提高土壤微生物的生物量及过氧化氢酶、蔗糖酶与脲酶活性[36]。夏思瑶等[37]发现，在蚯蚓粪中添加混合矿物质可以将基质容重降低近一半，并显著提高基质的全氮、速效磷含量，促进西瓜幼苗地下部的养分吸收，增加对Fe、Ca 以及Mg 的吸收量。

1.2.4 蚯蚓粪有机肥的作用机制 蚯蚓粪具有生物有机肥的功能特性，兼顾了有机肥与生物菌剂的优势[38]，富含大量的细菌、放线菌和真菌，可以将土壤中难分解物质矿化为易被植物直接吸收的有效物质[3]，促进糖、维生素、氨基酸等生物活性物质的合成[39]；同时也含有丰富的矿物质养分、有机质、多种腐殖质、酶和植物激素类物质[27]，对土壤健康和作物生长均有促进作用。

2 植物源有机肥在设施农业中的应用效果

2.1 植物源有机肥简介

植物源有机肥，就是利用植物秸秆、根茎、籽实或加工后的下脚料经过再加工、发酵、腐熟及活化后的一种有机肥料，其中使用绿色植物体制成的肥料称为绿肥。植物源有机肥的营养元素齐全，富含有机质和微量元素，并且来源更安全，不用担心盐分及重金属的危害，有些植物有机肥添有功能菌，对提高土壤肥力、促进作物生长具有特定的功效。

2.2 植物源有机肥对设施作物的影响

Canali 等[40]和Darnaudery 等[41]在对脐橙及烟草的研究中发现，施用植物有机肥可提高植株叶片中磷、钾水平。施用绿肥显著提高了果实中可溶性固形物含量，降低了可滴定酸含量[42]。王斌等[43]研究采用万寿菊秸秆有机肥与生防菌剂配施，对根结线虫的防效达49%以上，同时能有效提高中上等烟比例以及烟株的叶面积，但该复配措施的协同作用机制还有待进一步研究。毕军等[44]报道，与常规施肥相比，施用植物源药肥会降低花生植株高度，显著增加茎粗、果针数量和侧枝长度，增强花生抗倒伏能力。刘艳等[45]以5 种植物源有机肥处理黄金梨幼树，发现都显著增加了株高、茎粗、叶面积及地上部干物质量，还显著提高了叶片氮、磷、钾含量和净光合速率。

2.3 植物源有机肥对设施土壤的影响

褚德朋等[46]研究表明，大豆和海藻有机肥的施用均可改善土壤理化性质，并影响土壤细菌群落的多样性和丰富度，其中施用海藻有机肥后根际土壤中细菌群落丰富度降低，多样性升高，而施用大豆有机肥后丰富度升高，多样性降低。陶玥玥等[47]研究发现，与单施尿素相比，连续4 年施用等量氮的水生植物有机肥会增加表层土壤全氮和有机碳的含量，还会提高酸化土壤的pH 值。赵玲玲等[48]研究表明，不同配比的植物源有机肥较不施肥处理显著提高了土壤有机质含量，丰富了土壤的养分种类，提高了养分含量，并且不同的绿肥种类对土壤营养元素含量的影响不同，其中以质量配比为黄豆∶绿豆∶白三叶=1∶2∶2 和绿豆∶沙打旺=1∶2 的植物源有机肥效果最佳。吴传万等[49]对温室黄瓜施用植物源药肥发现，植物源药肥替代常规化学肥料有利于改善土壤微生物的群落结构，提高土壤细菌、放线菌数量及微生物总量，降低真菌数量，增强土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性。

2.4 植物源有机肥的作用机制

植物源有机肥具有环境相容性好、在自然界中可以自行降解、不易被其他生物和食物链浓缩富集、基本无残留、对人畜安全、害虫不易产生抗药性、不污染环境等显著优点[50]，在培肥土壤、提高地力、促进作物生长发育、增产增收、改善品质、促进农业废弃物资源化利用、优化环境等方面具有显著效果，是在农业生产上具有较大推广应用价值的生态肥料[51-52]。

3 微生物有机肥在设施农业中的应用效果

3.1 微生物有机肥简介

微生物有机肥又称接种剂、生物肥料、菌肥等，是指含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量或促进植物生长，提高作物产量，改善品质及农业生态环境。微生物有机肥主要是通过微生物的生命活动获得特定的肥料效应，其中微生物起关键作用。

3.2 微生物有机肥对设施作物的影响

微生物有机肥施用后在解磷、解钾的同时，能够使土壤中微量元素释放，被农作物利用，同时有益菌代谢后产生多种植物所需的物质，如低分子氨基酸、维生素、生长刺激物质等。所以在使用微生物有机肥之后，有效提高了土壤的养分均衡水平，使得作物可以在生长过程中吸收更多的养分。刘欢[53]发现，微生物菌肥能促进辣椒植株的生长发育，提高植株的单株结果数和单果质量，增产效果显著。邹荣松等[54]研究表明，施用微生物肥可明显促进草莓的生长发育，提高果实单果质量及产量，提高草莓果实的维生素C 含量和可溶性糖含量，改善果实的品质。申光辉等[55]发现，单施密旋链霉菌Act12 菌剂可显著增加草莓植株的总鲜质量、根鲜质量及叶片数。李保会等[56]研究发现，菌肥处理对草莓叶面积和叶柄长度影响较大，对叶片数量的影响不明显。而王剑等[57]发现，连续2 年施用不同的微生物有机肥对红颜草莓叶片纵径、叶片横径和叶片数的影响不大，不同的研究结果可能是作物品种和栽培管理措施不同所致，具体原因有待于进一步研究。

3.3 微生物有机肥对设施土壤的影响

张绪美等[58]发现，施用微生物有机肥能降低设施土壤含盐量，改善土壤次生盐渍化状况。李双喜等[59]也发现，增施微生物有机肥可以降低土壤盐分对西瓜根系的伤害，增强连作西瓜根系对氮、磷、钾等养分的吸收。微生物有机肥还可抑制土壤中的病菌，防止病害的发生。杨玉新等[60]发现，用微生物肥处理设施蔬菜土壤，土壤中的硝化细菌、好气性纤维分解细菌、乳酸菌、放线菌等土壤有益微生物数量会显著增长，而土壤中的反硝化细菌、霉菌等有害微生物数量明显下降。

3.4 微生物有机肥的作用机制

微生物可以充分利用空气中大量的氮元素，将氮气转化为植物能利用的固定态氮化物，让有益菌在生命活动过程中产生一定的酸和酶，进而活化土壤中一些难溶解的磷、钾等，将其转变成可以吸收的形态。在改良土壤理化性质、生物学性状，促进作物生长，提高果实品质和肥料利用率等方面均显示出了显著的促进作用。

4 复合生物有机肥在农业生产中的应用效果

复合生物有机肥是指将有特定功能的微生物与动植物残体，经过无害化处理、腐熟的一类兼具微生物肥和有机肥效应的肥料。

4.1 复合生物有机肥的特点

复合生物有机肥营养丰富，含有大量元素、中量元素和微量元素以及其他对作物生长有益的无机养分，还含有微生物代谢产物如氨基酸、有机酸和酶类等多种有机养分，为作物提供全面均衡的养分[61]。复合生物有机肥中的微生物活动产生的代谢物如维生素、氨基酸、吲哚乙酸和赤霉素等生理活性物质，能促进作物根系的生长，增加生物量[62]。此外，其中所含抗生素类物质，能提高作物的抗病能力。

4.2 复合生物有机肥的应用效果

4.2.1 复合生物有机肥对设施作物的影响 范立慧等[63]研究表明，施用复合生物有机肥能促进大棚青菜植株的生长，改良青菜的农艺性状，增加青菜的生物产量，改善青菜营养品质；其与普通有机肥相比，增加了可溶性糖、蛋白质和维生素C 含量。谭军利等[64]研究发现，施用复合生物有机肥促进了西瓜主蔓和叶片的生长，显著提高西瓜产量，还可以有效缓解植株感病甚至死亡的现象。韩萍等[65]发现，各种有机物肥料对苹果生产均有促进作用，其中生物复合有机肥效果最优，能够提高单果质量，降低次果率。

4.2.2 复合生物有机肥对设施土壤的影响 付丽军等[66]研究发现，施用复合生物有机肥可以改善设施土壤的物理性质，增强透水透气性，平衡土壤养分且减少土传病害的发生。蔺忠龙等[67]研究表明，施用复合生物有机肥可以降低土壤容重，增加土壤肥力，从而起到培肥作用，还能增强土壤的缓冲能力。梁嘉伟等[68]采用田间小区试验，发现施用复合生物有机肥能提高酸性土壤的pH 值，提高碱解氮、有效磷和速效钾的含量，增强土壤过氧化氢酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性并提高微生物生物量碳含量。朱利霞等[69]研究表明，化肥减量配施复合生物有机肥显著增加土壤全氮含量和有机质含量，土壤速效养分含量的增幅随着复合生物有机肥配施量的增加呈现先增加后减少的变化趋势。

4.3 复合生物有机肥的作用机制

复合生物有机肥中既含有糖类、氨基酸、蛋白质、脂肪、有机酸和酶类等有机养分，还含有N、P、K以及对作物生长有益的中量元素，如Ca、Mg、S 等，以及微量元素，如Fe、Mn、Cu、Zn、Mo 等。这些养分不仅可以为作物提供全面养分，还能有效改善土壤的保水性、保肥性和通气状况等，为作物提供良好的生长环境[70]。复合生物有机肥还富含多种生理活性物质，比如维生素、氨基酸、核酸、吲哚乙酸和赤霉素等生理活性物质，能够刺激作物根系生长、提高作物的新陈代谢能力，促进作物健康生长[71]。同时，生物有机肥进入土壤后，有益菌在植物根际大量繁殖，形成优质种群，从而抑制病原菌的繁殖，减少土传病害[72]。

5 结 语

综上所述，在设施土壤中施用有机肥可以增加土壤众多有机和无机营养物质，虽然不同种类的有机肥产生的效果存在差异，但都可以促进作物根系和地上部生长，增强作物抗逆性，从而减少农药用量，提高作物的产量和品质。施入土壤的生物有机肥经过微生物的一系列生命活动，可以起到促进植物生长、改善土壤结构、培肥地力、减少病害等作用。虽然有机肥料对提高作物产量和品质、改善土壤状况等方面具有相当重要的作用，但施用方法不当也会带来一系列问题。因此，如何科学、合理地施用有机肥来改良土壤、改善作物品质及提高肥水利用率等仍是设施土壤可持续利用和作物提质增效研究的重点。此外，还应加强有机肥料的商品标准化研究，保证有机肥料的有效性和稳定性。