设施土壤退化改良与安全高效生产技术研究

文丨陈清 慕康国 梁红怡 梁斌 崔文静 朱理平

白菜种植

近年来， 我国设施蔬菜栽培技术发展迅速，但与此同时，过量灌溉和施肥及长期连作的栽培模式，致使土壤酸化、次生盐渍化、微生态失衡、重金属污染等土壤退化问题日趋严重，制约了设施蔬菜生产力的进一步提升与可持续发展，成为多学科面临的共同挑战。 要想彻底解决设施土壤退化问题， 实现设施蔬菜生产的安全和健康发展，不仅要增强作物抗性，提高水肥吸收能力，而且要补足土壤缺失的养分，调理土壤酸碱性。 因此，加大设施土壤退化改良与安全高效生产技术的研究力度迫在眉睫。

一、单项技术与成效

（一）抗逆促生有机水溶性肥料的研发与推广

针对设施蔬菜生长过程中面临的根系发育不良，反季节栽培遇到的低温、盐渍化等问题，“设施土壤退化改良与安全高效生产技术” 项目研究团队（以下简称“研究团队”）与山东省诸城市浩辰生物科技有限公司等企业合作， 以玉米生产淀粉的废液为原料，经过膜分离、膜浓缩等先进工艺制得玉米浆浓缩液，与筛选的肌醇、聚谷氨酸、氨基酸等功能性物质复配开发出功能型有机水溶肥料。

（1）玉米浆浓缩液的促生功能。 通过盆栽试验验证了玉米浆浓缩液对小白菜生长的促进作用，结果表明，采用灌根的方式施用玉米浆浓缩液（1g 产品加15mL 水，施用于1kg 土中）可以有效促进小白菜生长，地上部生物量提高了37.8%，地下部生物量提高了34.1%，主根长与对照相比增加了16.0%。

（2）玉米浆浓缩液的抗盐功能。 研究团队以玉米浆浓缩液作为有机水溶性肥料的载体， 复配活性物质肌醇探究，验证了玉米浆浓缩液、肌醇及两者复配的抗盐和促生功能。

以白菜为供试作物， 通过基质育苗试验探究在模拟盐胁迫下促生抗逆产品对白菜苗期的生长和抗逆性的影响。试验结果表明，盐处理对白菜生长造成显著抑制， 但在盐处理的基础上施用一定浓度的玉米浆浓缩液和肌醇促进了白菜生长， 地上部鲜重提高了89.8%， 其主要机制是施用玉米浆浓缩液和肌醇显著降低了白菜中的丙二醛含量和相对电解质渗透率，保护了白菜叶片细胞膜的稳定性，并且通过影响白菜内的Na+和K+含量来维持离子平衡。

在娃娃菜的盆栽试验中，向滨海盐碱土壤（EC为1373 μS·cm-1）中再添加2.25g·kg-1NaCl 加重盐分胁迫， 探究将玉米浆浓缩液和肌醇复配后施用的抗盐和促生效果。 试验表明，高盐胁迫下，娃娃菜的长势受到明显抑制， 而根施玉米浆和肌醇的复配液能显著促进娃娃菜幼苗的生长， 降低盐胁迫的影响作用。 作物地上部干、 鲜重显著增加了138%、125%； 地下部干、 鲜重分别增加了297%、169%， 表明根施玉米浆和肌醇复配液的抗盐促生效果较好， 复配液产品在设施土壤次生盐渍化改良方面具有很好的应用前景。

研究团队与青岛真维农生物科技有限公司利用玉米浆浓缩液为原料，联合开发出“必佳新波路”新型抗盐有机水溶性肥料，该产品不仅具有提高作物抗盐性的功能，而且可以促进作物生长，提高作物品质；增强土壤团聚体的稳定性，提高磷钾元素的利用率。

（二）硅钙类土壤调理剂的研发与应用

针对过量施肥灌溉导致的设施土壤酸化和钙镁淋失等问题，研究团队在“十三五”科技支撑项目和国家大宗蔬菜产业技术体系项目的支持下， 与山东金正大生物工程股份有限公司、烟台众德集团、辽宁一亩神农业科技有限公司等合作，筛选硅钙钾镁肥、白云石、牡蛎壳粉、硅藻矿粉和钙镁改性生物炭等材料产品， 采用盆栽和田间试验的方式研究其在调节设施土壤酸度、补充钙镁元素、钝化土壤重金属、缓解设施土壤连作障碍方面的作用。

硅钙钾镁肥是磷石膏、 钾长石在高温下煅烧形成的碱性肥料，含有硅、钙、镁、钾等营养元素，水溶液呈碱性，可显著改良酸性土壤，具有提高作物抗病抗虫性能、促进作物营养吸收以及防倒伏、促进作物开花结实等作用。 研究表明，在酸化程度不同的设施土壤上， 每亩施用100～250kg 硅钙钾镁肥能够显著增加设施黄瓜产量， 并有效降低黄瓜枯萎病的发病率和病情指数。

（三）重金属钝化产品与应用效果

研究团队对玉米浆浓缩液缓解植物镉胁迫的作用进行了探究。在霍格兰营养液中添加5μmol/L 的氯化镉溶液，观察小白菜在镉胁迫下的水培表现。试验结果显示， 玉米浆浓缩液的添加显著降低了小白菜地上、地下部分的镉含量，与镉胁迫处理相比，小白菜地上部镉含量降低了85.8%， 地下部镉含量降低了75.0%，植株的总镉含量降低了81.3%。另外，玉米浆浓缩液的添加显著降低了小白菜的镉转运系数，与对照处理相比，降低了71.4%，说明添加有机玉米浆浓缩液能够明显抑制小白菜对镉的吸收，同时抑制镉从地下部到地上部的转运。与此同时，研究团队发现在湖南省镉污染酸性土壤上， 基施300 公斤/亩硅钙钾镁肥后，不仅可以促进大白菜、小白菜、白菜苔和红皮萝卜生长， 而且可以明显抑制蔬菜的镉累积，最多可以降低64%，符合《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB2762—2017）的要求。

二、技术集成方案

设施土壤改良以障碍土壤修复为核心， 与水肥一体化技术有机结合，将具有抗逆促生、降盐改土等功能的水溶肥施用到作物根系周围， 在提供养分的同时改善根区土壤微生态环境， 活化土壤养分，增强作物抗逆和促进生长，实现资源高效利用与作物高产。 研究团队提出设施菜田改土套餐施肥方案，将硅钙钾镁肥作为基肥施用，配合施用以玉米浆浓缩液为主要原料的有机水溶性肥料产品，目前这种产品组合施用方式在赤峰市、寿光市等设施蔬菜产地得到了广泛应用。

设施蔬菜种植大棚

（一）推荐产品

（1）生物有机肥。选择生物有机肥产品，可提高土壤有机质含量，调节土壤酸碱度，改良土壤结构，提高土壤保肥、保水的能力，提高化肥吸收利用率，具有固氮、解磷、解钾等功效。

（2）钙镁类土壤调理剂。 这类产品的主要原料是白云石、牡蛎壳粉等，在生产的过程中添加复合高分子吸附材料，提高对钠离子的吸附固定能力；含有复合有机高分子发酵液，提高土壤团粒结构和土壤保水保肥能力；含有生物活性钙，可增加细胞壁厚度；植入腐植酸，促进根系生长，提高养分利用率。

（3）液体有机水溶肥。 以玉米浆浓缩液为肥料载体， 产品富含分子量在500～2000Da 的小肽、 多聚糖、维生素、有机酸、聚谷氨酸等作物促生物质等，可以促进作物生长，提高作物品质，增强土壤团聚体的稳定性，改善根际土壤的结构，抑制土传病害，调节土壤的酸碱度，提高磷钾元素的利用率。

（二）施用技术要点

在设施蔬菜生产过程中，在保障养分供应的同时也应对土壤进行改良和修复。 因此，应用基施土壤改良剂和追施功能型水溶肥相结合的技术十分关键。

（1）基肥。基肥有3 种类型：一是以粪肥为主的有机肥，应以改土培肥为主。 以优质腐熟的有机粪肥做底肥，新菜田每亩可以施用3 立方米，老菜田每亩施用1～2 立方米， 结合秸秆粉碎还田或秸秆堆肥的方式充分翻耕，耕深约25cm；有机肥的选择和施用量应根据菜田种植历史和粪肥种类而定，在出现盐渍化、酸化等障碍的菜田中，应该大力施用秸秆含量较多的有机肥。 二是生物有机肥，可在日光温室翻地前与粪肥一同施用， 施用量为300～400 kg/亩， 对于种植年限超过5年的设施菜田土壤，应适当降低粪肥的施用量，增加生物有机肥的施用量。 三是土壤调理剂，可在日光温室翻地前与粪肥、生物有机肥一同施用，主要用于种植年限超过5年的设施菜田土壤，施用量约为200 kg/亩。

（2）追肥。 除了采用大量元素水溶性肥料结合水肥一体化追施以外，有针对性地选择具有抗盐促生功能的液体有机水溶肥随水施用， 可以连续用，间隔7～15 天即可，每次5～10 kg/亩，从成本和效果的方面考虑，可以施用2～4 次/季。

三、结语

优质、安全的设施蔬菜生产需土壤障碍改良先行。 设施土壤重金属累积程度通常很低，虽然重金属一般对蔬菜生长影响不大，但增加了蔬菜产品重金属含量超标的风险。为了取得更好的经济效益和生态效益，在充分考虑农产品收获的经济效益及农作物种植模式的可持续性、保证大棚正常生产功能的同时，改良设施土壤、控制土壤污染、确保设施农产品生产环境安全意义重大。