填閑作物改良設(shè)施土壤次生鹽漬化研究進(jìn)展

王洋 未曉巍

摘要 隨著我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)集約化的快速發(fā)展，設(shè)施土壤次生鹽漬化日益嚴(yán)重，致使土壤養(yǎng)分失衡，從而導(dǎo)致設(shè)施農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降的問(wèn)題日益突顯。介紹了填閑作物的選擇及其對(duì)土壤氮素的淋洗和消減作用，以及殘?bào)w還田對(duì)土壤功能的影響，并提出了今后填閑作物改良土壤鹽漬化的研究與發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 設(shè)施土壤;填閑作物;次生鹽漬化

中圖分類號(hào) S156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）10-0022-03

Abstract With the rapid development of facility agriculture in China，the secondary salinization of greenhouse soil is becoming more and more serious， which leads to the imbalance of soil nutrients and the decline of yield and quality of greenhouse crops. The paper expounded the research progress of the select catch corp， leaching and elimination of soil nitrogen by catch crops， effects of regression straw on soil function， and put forward research and development direction of soil salinization improvement with catch crops in the future.

Key words Facility soil;Catch crop;Secondary salinization

設(shè)施栽培是一種可控制性的栽培方式，它通過(guò)人為建立結(jié)構(gòu)設(shè)施，改變不適宜作物生長(zhǎng)的外界環(huán)境，從而為作物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造最適宜的生境條件[1]。目前設(shè)施栽培主要有塑料大棚、節(jié)能日光溫室、地膜和人工氣候室等[2]，均以種植蔬菜為主，其高產(chǎn)、高效的特點(diǎn)大大

提高了農(nóng)業(yè)環(huán)境、土壤環(huán)境、水環(huán)境的綜合利用水平，為我國(guó)北方地區(qū)四季提供新鮮蔬菜發(fā)揮了重要作用，滿足了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)蔬菜的需求，提高了農(nóng)民的收入水平。但由于蔬菜本身根系不發(fā)達(dá)，無(wú)法充分利用土壤中的肥料，而且設(shè)施栽培條件下的土壤與露地栽培土壤條件有較大差異，主要體現(xiàn)在缺少自然條件下的雨水沖洗，設(shè)施內(nèi)通氣狀況不良，且溫度高、濕度大，加之廣大農(nóng)民單純地追求高產(chǎn)量，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)量灌水及施肥，久而久之導(dǎo)致土壤表層中的鹽分離子大量累積，使土壤次生鹽漬化的現(xiàn)象發(fā)生[3-4]。種植填閑作物可吸收土壤中累積的氮素，進(jìn)而阻控氮素因淋洗而造成的損失，降低土壤電導(dǎo)率，同時(shí)改善土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)和種類，維持土壤健康，從而使設(shè)施土壤次生鹽漬化的問(wèn)題得到有效緩解[5-8]，筆者綜述了填閑作物對(duì)設(shè)施土壤次生鹽漬化的改良作用及近年來(lái)的研究成果，分析了填閑改良過(guò)程中存在的問(wèn)題和發(fā)展方向，旨在為我國(guó)設(shè)施土壤的相關(guān)研究及蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 填閑作物的選擇

填閑作物是指利用主要作物收獲后與后茬播種前的空隙時(shí)間種植的耐鹽、生長(zhǎng)周期短、能夠吸收土壤殘留氮素、降低土壤耕層營(yíng)養(yǎng)鹽分離子含量的作物[9-10]。與大田生產(chǎn)不同，我國(guó)北方設(shè)施種植多為一年兩季或越冬長(zhǎng)茬，因此要求填閑作物多在7—9月種植。同時(shí)，由于不同作物對(duì)土壤環(huán)境的影響不同，保證主栽作物的健康生長(zhǎng)是填閑作物的重要作用。不適宜的填閑作物對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，進(jìn)而對(duì)下茬作物產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。

是否有效且快速積累氮素是評(píng)價(jià)填閑作物的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。生物量大的作物普遍能夠快速而有效地積累氮，而我國(guó)北方夏季氣溫高，降水量大，適宜在此時(shí)種植填閑作物。根據(jù)這些植物特點(diǎn)和氣候條件，填閑作物應(yīng)選擇生長(zhǎng)期較短、生長(zhǎng)迅速、生物量大、根系發(fā)達(dá)、光合作用強(qiáng)的作物。以上指標(biāo)C4作物均優(yōu)于C3作物，如甜高粱、蘇丹草、莧菜、甜玉米等均具有填閑作物的特征，適合做填閑作物[11]，而且以甜玉米為填閑作物，在種植及生長(zhǎng)過(guò)程中不進(jìn)行施肥處理，仍獲得較高的產(chǎn)量，且吸氮量達(dá)184～256 kg/hm2。

根系發(fā)育參數(shù)也是填閑作物選擇的一個(gè)重要特征指數(shù)。如植物根系生長(zhǎng)深度、根長(zhǎng)的密度及單位時(shí)間內(nèi)根系向下的生長(zhǎng)速度等[12]。其中根長(zhǎng)密度反映了根系分布，更能反映根系氮素吸收的能力。Wiesler等[13]研究發(fā)現(xiàn)能夠高效利用土壤硝態(tài)氮的作物品種均具有較高的根長(zhǎng)密度與較高的吸氮能力。此外，填閑作物根系的深淺程度對(duì)土壤內(nèi)硝態(tài)氮的影響同樣顯著，深根系填閑作物可以降低設(shè)施土壤中剩余氮素的沉積。研究發(fā)現(xiàn)，意大利黑麥草的根系可降低1.0～1.5 m土層中硝態(tài)氮50%的含量，這是由于黑麥草的根系可達(dá)1 m左右，土壤表層的硝態(tài)氮被根系大量吸收，從而減少了其向下遷移。同時(shí)，通過(guò)對(duì)7種填閑作物根系生長(zhǎng)情況進(jìn)行研究，揭示了根系生長(zhǎng)與土層硝態(tài)氮含量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)根系生長(zhǎng)指標(biāo)與0.5～1.0 m土層中硝態(tài)氮含量顯著相關(guān)，而與0～0.5 m土層中硝態(tài)氮含量相關(guān)性不顯著[14]。

填閑作物選擇的另一項(xiàng)重要指標(biāo)是根系發(fā)育時(shí)間。雖然2種不同作物的根系最終深度接近，但在生長(zhǎng)過(guò)程中不同時(shí)期根的深度、密度及分布明顯不同，將會(huì)對(duì)氮素的吸收利用產(chǎn)生直接影響[15]。

2 填閑作物對(duì)土壤氮素的淋洗與消減作用

填閑作物減少氮素淋洗的機(jī)理主要有以下3個(gè)方面：一是設(shè)施蔬菜收獲后，根層土壤殘留了大量的氮素，填閑作物根系快速吸收氮素的特性減少了土壤淺層的氮素向下的進(jìn)一步遷移;二是填閑作物深根系的特點(diǎn)可以吸收土壤深層的氮素，減少了氮素的淋洗;三是填閑作物的蒸騰作用帶走了土壤中的水分，緩解了大量降雨所導(dǎo)致的土壤中硝酸鹽隨水分的向下遷移。

早在20世紀(jì)初，就有人提出在休閑期種植耐鹽且生長(zhǎng)快、吸肥力強(qiáng)的填閑植物來(lái)降低土壤耕層的鹽分離子含量，減少氮素淋溶[10，16-19]，填閑作物一方面通過(guò)其強(qiáng)大的根系分布能力吸收、攔截土壤中殘留的氮素，使土壤剖層的氮素?zé)o法向根系以下土壤遷移。另一方面，填閑作物利用其深根系強(qiáng)大的吸氮能力將土壤下層累積的氮素吸收，使氮素被填閑作物所利用，避免了氮素向土壤下部的進(jìn)一步沉積[20]。研究表明，填閑作物吸收土壤淋溶液中的氮可達(dá)19 g/m2[5]，每年可降低75%的硝態(tài)氮淋溶損失[21]，能夠有效地減少硝酸鹽在土壤剖層的積累和淋洗[22-23]。彭亞靜等[24]研究發(fā)現(xiàn)，甜高粱、莧菜、甜玉米3種填閑作物均對(duì)硝態(tài)氮具有較強(qiáng)的消減能力。

由于玻璃溫室和塑料溫室全面覆蓋的特點(diǎn)，缺少自然雨水和風(fēng)化，使溫室土壤硝酸鹽含量終年累積，次生鹽漬化的速度和程度較其他設(shè)施土壤發(fā)生早且嚴(yán)重[25]。研究表明，塑料溫室的耕層土壤含鹽量、硝酸鹽含量分別為露地土壤的4.0和5.9倍，而玻璃溫室則更嚴(yán)重，分別為露地土壤的11.8和16.5倍[26]。由此可見(jiàn)，硝酸鹽累積是引起土壤次生鹽漬化的原因之一。此外，Ca2+與連作大棚的鹽漬化程度也具有顯著相關(guān)性[27]。

近年來(lái)，研究者對(duì)夏季休閑期種植填閑作物治理土壤次生鹽漬化進(jìn)行研究[28-32]，結(jié)果表明電導(dǎo)率（EC值）的高低與土壤鹽分的多少成正比，因此許多研究者將電導(dǎo)率（EC值）作為土壤鹽漬化研究的一個(gè)重要指標(biāo)。龍衛(wèi)國(guó)[28]研究表明，玉米-蓖麻輪作在一定程度上能夠增加土壤孔隙度、改善土壤酸堿度、降低土壤電導(dǎo)率，對(duì)土壤養(yǎng)分的平衡也有一定的作用。趙擴(kuò)元等[29]于2005、2006年選擇玉米、大蔥對(duì)黃瓜連作土壤進(jìn)行填閑，發(fā)現(xiàn)連續(xù)2年填閑，能夠明顯降低土壤電導(dǎo)率，土壤速效磷、速效鉀含量也明顯降低，但對(duì)土壤中全氮、速效磷的影響不大。李元等[30]以北京市昌平區(qū)3年設(shè)施菜地為研究對(duì)象，休閑期間種植甜玉米，土壤中的氮、磷、鉀含量顯著降低，而豆科作物毛苕子作為填閑作物，吸收無(wú)機(jī)態(tài)氮最多，達(dá)79.5%。速生葉菜可以明顯降低土壤中的速效養(yǎng)分，降幅在20%～29%，甜玉米對(duì)速效養(yǎng)分降低更為明顯，降幅最高達(dá)34%;相對(duì)于休閑菜田對(duì)照，種植速生葉菜和甜玉米后，土壤電導(dǎo)率也顯著降低;陸扣萍等[31]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米作為填閑作物可顯著降低土壤（0～10 cm）的電導(dǎo)率，降幅達(dá)30%以上;文芳芳等[32]研究表明甜高粱和甜玉米是設(shè)施菜田理想的填閑作物，能夠大幅減少土壤各鹽分離子含量和土壤速效養(yǎng)分含量，顯著降低土壤電導(dǎo)率和養(yǎng)分的積累，緩解設(shè)施土壤次生鹽漬化的形成。

3 填閑作物殘?bào)w還田對(duì)土壤功能的影響

利用填閑作物改善土壤鹽漬化的同時(shí)，如果將填閑作物翻入土中還可釋放其體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽分庫(kù)，為后季作物提供N、P、K及其他多種養(yǎng)分，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤結(jié)構(gòu)，有益于作物生長(zhǎng)及地力培肥。劉娟等[33]研究表明，甜玉米填閑種植后，殘?bào)w還田能夠顯著降低土壤容重，使土壤結(jié)構(gòu)、物理與生物性狀得到改善;同時(shí)檢測(cè)結(jié)果顯示有效磷、有效鉀含量也明顯增加。文芳芳等[32]將夏季填閑作物甜高粱、甜玉米、籽粒莧和蘇丹草利用粉碎機(jī)翻壓還田后，土壤中鹽分離子含量大幅減少，顯著降低了土壤表層的電導(dǎo)率，同時(shí)不同處理的有機(jī)質(zhì)含量均呈上升趨勢(shì)，為下茬作物提供了養(yǎng)分。此外，將填閑作物秸稈翻壓還田還會(huì)影響土壤的微生物環(huán)境和線蟲(chóng)數(shù)量，從而降低致病菌積累，抑制病害的發(fā)生[34]。

4 小結(jié)與展望

由于目前設(shè)施蔬菜中氮肥的過(guò)量使用不可避免，填閑作物在吸收土壤中殘留的硝酸鹽、降低土壤鹽漬化的同時(shí)，有效地改善了土壤環(huán)境，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的利用，從而增加了設(shè)施土壤利用的可持續(xù)性。但填閑作物受諸多因素的影響，因此在今后的研究中應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：①根據(jù)不同地區(qū)的設(shè)施土壤特點(diǎn)、氣候特征及主栽作物，選擇適合耕種的填閑作物并建立配套的栽培管理技術(shù)體系。

②根據(jù)土壤含鹽量的不同，采用填閑作物輪作的方式，更新填閑品種，不斷修復(fù)并保持土壤健康，最大程度地達(dá)到改良土壤次生鹽漬化的目的。

③期待通過(guò)分子標(biāo)記、分子設(shè)計(jì)育種等途徑獲得深根、生物量大、吸氮力強(qiáng)的“全能”填閑作物。

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