多样性种植是设施蔬菜土壤健康保持及障碍消减的重要途径

文丨吴凤芝

我国是设施园艺面积最大的国家，约有300万公顷，占世界总面积的85%以上。设施园艺在我国农业农村经济发展中发挥了重要作用，是保障园艺产品周年生产、周年供应，实现农业增效、农民增收，助推乡村振兴的重要途径。然而，随着我国设施蔬菜生产不断趋向专业化、规模化和产业化，以及“一村一品”的单一集约化种植, 由此导致的蔬菜作物生长变差、产量降低、品质变劣、病虫害严重等连作障碍问题，已成为制约我国设施蔬菜产业发展的瓶颈问题。党的二十大提出“要树立大食物观，要向设施农业要食物”，给设施蔬菜生产提出了新的要求，因此，针对设施蔬菜土壤连作障碍问题，如何进行治理以及保持土壤健康是目前亟待解决的问题。

一、设施土壤障碍成因及田间表现

2023年中央一号文件提出，“实施设施农业现代化提升行动，集中连片推进老旧蔬菜设施改造提升”。2023年3月，全国农业技术推广服务中心组织了6组相关专家，对我国设施园艺主产区老旧设施基地的设施改造及连作障碍治理情况进行了调研。调研发现，老旧设施占比约40%；种植10年以上的设施土壤，均不同程度的出现了土壤障碍，其主要田间表现为生长势差、产量降低、死苗率高、土传病害严重等。连作障碍的成因一般可归结为三方面：一是主要由于水肥管理不当，由化学因子引起的土壤环境恶化，包括土壤酸化、盐渍化以及养分失衡（包括C/N降低）；二是主要由于栽培制度和化学投入品不合理，由生物学因子引起的土壤环境恶化，包括土壤致病微生物丰度增加，有益微生物丰度降低，土壤微生物区系失衡，土壤微生物多样性降低等；三是由于蔬菜作物连作所引起的自毒作用，包括地上部淋溶物、根系分泌物和植株残体腐解物等。

研究发现，自毒作用会加重土壤化学因子和生物学因子导致的危害。在土壤连作障碍治理中，应该针对不同形成原因有针对性地采取相应措施。近日，中国农业大学和山东农业大学根据土壤质量指数，把土壤分为健康、轻度障碍、中度障碍和重度障碍4个等级，并提出应根据不同土壤障碍等级采取不同的治理措施。

二、减轻土壤连作障碍的主要措施

目前关于土壤连作障碍的防控措施主要包括嫁接、土壤消毒、淹水、秸秆还田、平衡施肥、多样性种植（间套轮作，以及伴生、填闲等）等。轮作、间套作等是我国传统农业的精华，是祖先留给我们的宝贵财富，通过轮作、间套作可以充分利用光、热、水、肥等资源来提高产量、减轻病害，这已成为业界共识。《齐民要术》中就有“谷田必须岁易”的记载，民间也有“豆见豆，必定瘦；瓜茬种瓜，种了白搭；新种一年发，连种三年塌；要想富，地里开个杂货铺”之说，“杂货铺”就是指多样性种植。

随着设施蔬菜发展的专业化、产业化，以及“一村一品”规模化的单一种植，传统的轮作、间套作变得难以实现，针对“间作难”“轮作难”的问题，东北农业大学设施园艺与蔬菜生理生态团队发明和创建了“伴生”“填闲”等多项绿色生态多样性种植技术。

三、控病增产的绿色生态多样性种植技术

多样性种植作为增加农田生态系统生物多样性的重要措施，具有重要的生态功能。2000年，朱有勇院士在《自然》杂志上发表了“水稻基因多样性与病害控制”一文，证实了利用水稻抗感品种混种可以减轻稻瘟病的病害程度，进而建立了利用生物多样性控制病害的理论并进行了生产实践。截至目前，大量的研究结果表明，随着植物多样性的增加，可以使植物生产力增加，这主要是由于物种互补的原因（而不是抽样效应），并且这种作用会随时间而增强。有研究发现，在多样性种植的组合中，遗传距离越远，带来的生产率越高；在多样性种植中，提高土壤微生物多样性是减轻土传病害的主要途径。因此，我们根据“蔬菜栽培学”“植物种间互作”和“化感作用”原理，利用百合科的葱蒜类，禾本科中的小麦，豆科的菜豆、豌豆、蚕豆，十字花科的小白菜、油菜等，进行番茄、黄瓜和辣椒的多样性种植技术研究，建立了多种基于提高土壤微生物多样性的生态栽培模式。

（一）伴生栽培

2011年，东北农业大学的“一种克服黄瓜连作障碍的伴生栽培方法”获国家发明专利。伴生栽培是指选用对主栽作物具有控病或促生作用的植物，将其在不单独占用土地的情况下种植在主栽作物一侧（便于机械化栽培），使其与主栽作物形成伴生关系，这种栽培方式不以收获伴生植物为主要目的。目前建立的伴生栽培模式共有4 套，一是小麦伴生瓜类栽培（黄瓜、西瓜），提高瓜类产量10%以上，霜霉病、角斑病、枯萎病发病率降低15%以上；二是分蘖洋葱伴生番茄栽培，提高番茄产量6.9%~19.6%，灰霉病、黄萎病、枯萎病的发病程度显著降低，筛选出的2个控制番茄根结线虫的伴生分蘖洋葱品种，降低番茄根结线虫发病率分别为68.7% 、68.1%，另外，由于分蘖洋葱根系分泌物能活化土壤中不能被植物利用的磷，进而可以减施磷肥30%左右；三是蒲公英伴生黄瓜栽培，提高黄瓜产量5%以上，降低黄瓜发病率15%以上；四是蒲公英伴生辣椒栽培，辣椒疫病防效达66%~78%（利用蒲公英种植对辣椒疫病防控及增产增效的生态栽培法，发明专利，东北农业大学，2021年）。

伴生栽培与传统间套作的区别在于：一是传统间套作的作物以收获为目的，如传统的甘蓝套种番茄，甘蓝是要收获的，而伴生栽培中的伴生植物不以收获为目的。如小麦伴生黄瓜栽培中，伴生的小麦是不以收获为目的的，当小麦生长到30-50cm时，全被割放在垄沟，以免影响通风透光，同时小麦秸秆翻入土壤后可以提供一定养分，其目的是通过小麦根系分泌物和秸秆腐解物改善黄瓜根际微生态环境，促进黄瓜生长，降低病害率。而伴生番茄的分蘖洋葱是可以收获的，可以提高单位面积的产出; 二是传统间套作的作物是隔行、隔垄、隔畦或隔株种植，没有强调与主栽作物的距离，但伴生栽培的伴生植物要求距主栽作物根际10 cm以内, 其目的是实现根际调控，伴生作物种植在主栽作物的同一垄或畦内，不单独占用垄或畦；三是伴生栽培不改变原主栽作物的种植方式，比如农户在同一块菜田中连续种植番茄时，在番茄定植或定植缓苗后距番茄5-10cm处种植分蘖洋葱即可，根据市场需求，分蘖洋葱可以间拔采收青葱，也可以一次性收获葱头，既解决了因番茄单一种植带来的土壤连作障碍问题，同时又增加了产品的多样性，提高了土地的单位面积产出及经济效益。

伴生栽培破解了设施蔬菜生产中轮作难、间套作难的问题，已经被越来越多的人所接受，目前，除以上的伴生栽培模式外，各地根据地域栽培特点及栽培作物，在生产中出现了“大葱伴生番茄”“大葱伴生辣椒”“大葱伴生西甜瓜”“分葱伴生甜瓜”“香葱伴生番茄”“韭菜伴生火龙果”“圆葱、大蒜伴生草莓”等多种伴生栽培模式。

（二）设施辣椒/菜豆间作共生技术

“一种棚室辣椒与菜豆间作共生技术”于2020年获国家发明专利。在不影响辣椒定植株数的前提下，以3:1比例直播菜豆。菜豆可以在两行辣椒之间，也可以在辣椒行外侧。一是有效减轻辣椒疫病及“三落”；二是可以提高辣椒产量20%左右；三是单位面积产量（辣椒+菜豆）提高40%以上。

（三）设施番茄套作菜豆栽培技术

在越夏番茄生产中，由于夏季高温经常造成番茄日灼和裂果现象，影响番茄的商品性，因此，在番茄定植大约2个月时，每隔2-3株番茄直播1株菜豆，为了适宜机械播种，可以在距番茄根际5-10cm处成行播种菜豆，间距70-100cm。该项技术不但可解决番茄连作引起的土壤连作障碍问题，又能减轻地上部番茄果实的日灼和裂果现象，同时因菜豆具有固氮作用，可以一定程度上减少氮肥的施用。目前该项技术已在辽宁省北票市、吉林省榆树市等地大面积应用。

（四）填闲

填闲也可以称为短期轮作，指在设施露地的休闲期，种植具有特殊性状的作物，是以土壤修复、阻控养分流失等为目的的一种栽培模式。种植的填闲作物可以收获也可以不收获，主要是将其作为绿肥翻耕于土壤中。填闲可以平衡土壤养分，提高土壤pH，增加土壤微生物多样性。目前的研究显示，填闲作物主要包括小麦、豌豆、蚕豆、苏丹草、毛苕子、籽粒苋、甜玉米、小白菜、油菜等。有研究表明，小麦填闲可使黄瓜增产10%以上，同时减施化肥30%左右；小麦和豌豆混合填闲，可促进辣椒幼苗生长，降低发病率；籽粒苋填闲可显著减少番茄根结线虫的发生；小白菜、油菜和小麦填闲不仅促进番茄幼苗生长，而且显著减轻了番茄青枯病的病害程度。研究表明，填闲可以通过填闲作物根系分泌物和腐解物改变土壤微生物组，进而减少病害，增加作物的产量。

填闲也是解决设施蔬菜轮作难的主要措施之一，目前在我国许多地区得到应用，例如甜玉米填闲（玉米—果菜轮作）在河南、河北、天津、北京、山西等地均有应用；小麦、麦豆混合、苏丹草等填闲在黑龙江、吉林、辽宁、甘肃、宁夏、内蒙古、山东、河南、河北等地均有应用。在不同地区根据种植特点，可在夏季设施休闲期或秋茬拉秧后，采用机播和机翻等方式填闲作物。

四、我国设施蔬菜多样性种植的研究与应用展望

小麦伴生黄瓜栽培

分蘖洋葱伴生番茄栽培

收获的伴生分蘖洋葱的葱头

我国设施蔬菜集约化的单一种植体系，均配置大量的化肥、农药等外部化学投入品，易造成诸如土壤退化、化学污染、生物多样性丧失等一系列问题。

多样性种植（间套作、伴生、填闲等）提高体系生产力（作物产量）这一结论已被大量研究证实。

多样性种植（间套作、伴生、填闲等）提高体系生产力（作物产量）这一结论已被大量研究证实，近年来我国蔬菜科技工作者研发了多种多样性种植模式，除以上介绍的多样性种植模式外，还有诸如甘蓝/菜豆—玉米、水芹—黄瓜、小白菜—茄子/甜椒/豇豆/番茄、水稻/番茄、空心菜/黄瓜等轮作模式，玉米/辣椒、芹菜/黄瓜、芹菜/番茄等间套作模式。但由于受设施高效利用和高度集约化规模种植以及用工难、用工贵的影响，多样性种植的推广应用面积及规模受到了一定限制。随着我国设施机械化、自动化、智能化以及绿色蔬菜产业的发展，多样性种植将会得到更好发展与应用。

（一）宜机化栽培下的多样性种植模式研究

机械化程度不高是限制多样性种植应用的主要问题，由于劳动力成本的上升，以及农村劳动力缺乏等情况的逐渐加剧, 这一问题显得越来越突出。因此，我们一方面要筛选出促生、控病、防虫的间套作（伴生）作物，与主栽作物进行合理配置；另一方面，要研究其机械化种植参数，研究出更多适合机械化的多样性种植技术，使除主栽作物外，间套作（伴生、填闲）作物也适合机械化种植及收获，这对于提高设施蔬菜生产率以及适应设施现代化发展都是必要的。

（二）多样性种植与养分资源利用

在多样性种植体系中，种植的伴生（间套作）作物会带走或活化一部分土壤养分，如分蘖洋葱伴生番茄体系中，分蘖洋葱根系分泌物能活化土壤中难溶的磷；在番茄套种菜豆体系中，菜豆收获时会带走一部分养分但也会通过固氮作用增加土壤的氮素营养；在填闲体系中，作为绿肥的填闲作物会增加土壤养分，而作为短期轮作可以收获的填闲作物（甜玉米等）会带走一部分土壤养分，与单作相比，土壤养分均发生了变化。如何弄清这种养分变化并根据其变化进行科学合理的养分管理，对于土壤健康保持及连作障碍消减均是值得研究的问题。

（三）多样性种植将在绿色蔬菜产业发展中发挥更大作用

绿色蔬菜生产的主要特征是尽可能少地投入外部化学品，充分利用生物循环，重视土壤健康，保护生物多样性的生态环境友好型农业生产体系。间套作（伴生等）由于具有活化土壤难以利用的磷素，充分发挥豆科植物生物固氮潜力等特征, 从而满足减少化学肥料的要求。其次, 利用间套作（伴生）使作物合理配置, 可以减少作物病虫害, 从而满足减少或者完全不施用化学农药的要求。如通过伴生作物与主栽作物互作，改变主栽作物根系分泌物，招募更多有益微生物，一方面直接杀死病原菌，另一方面通过提高诱导抗性而提高主栽作物对病害的抗性，进而减少病害；通过种植蜜源植物吸引天敌，种植驱虫植物驱赶害虫，达到减少蔬菜虫害，减少农药和化肥使用的目的。因此，随着我国绿色蔬菜产业的发展，多样性种植技术将发挥更大作用。

总之，间套作是人类在长期实践中积累下来的宝贵财富，蕴含了丰富的生态学原理, 如何在将这些科学原理挖掘出来，丰富生态学理论的同时, 进一步对其进行完善，发扬光大，并不断创新，以适应现代化农业发展的需要，是农业科技工作者的重要任务。相信随着人们对绿色生态农业认识的提高，以及我国设施农业机械化水平的提升，多样性种植技术将会在土壤健康保持及障碍消除方面发挥更大作用。