河北省設(shè)施番茄土壤障礙的微藻水肥耦合改良技術(shù)

陳莉，宋曉，李建芬，蔣龍剛，黃冀楠，王麗英*

（1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050041；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所，河北 石家莊 050035）

近年來，我國設(shè)施蔬菜栽培以其集約化程度大、產(chǎn)能效率高、農(nóng)業(yè)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，實現(xiàn)了蔬菜的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)和周年供應(yīng)[1，2]。河北省是我國重要的蔬菜產(chǎn)區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，2018年河北省蔬菜播種面積為78.76萬hm2，其中番茄種植面積達(dá)到7.24萬hm2，占全省蔬菜總播種面積的9.19%，僅次于大白菜和黃瓜，其中設(shè)施番茄規(guī)模不斷擴(kuò)大[3]。隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，土壤退化問題日益突出[4]。由于設(shè)施蔬菜連作種植、肥水投入超量、棚內(nèi)環(huán)境全年高溫高濕等，導(dǎo)致了設(shè)施內(nèi)土壤板結(jié)、土壤次生鹽漬化，土壤養(yǎng)分和微生態(tài)系統(tǒng)失衡，土傳病蟲害增多等問題。其中，大量使用化肥，尤其是氮肥施用過多，導(dǎo)致土壤氮磷鉀養(yǎng)分富集嚴(yán)重，而中、微量元素及其他營養(yǎng)物質(zhì)被作物大量攝取，不能及時補(bǔ)充[5]。生產(chǎn)上過量灌水造成土壤通氣性差，影響根系的正常呼吸和養(yǎng)分吸收，且造成養(yǎng)分隨水淋失。因此，設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量變劣，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量以及土壤利用率、產(chǎn)投比和生產(chǎn)效率降低，已成為制約現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

土壤質(zhì)量是蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的基礎(chǔ)。國內(nèi)外學(xué)者對設(shè)施蔬菜土壤障礙的改良技術(shù)進(jìn)行研究，提出了農(nóng)業(yè)、工程、生物等方面的改良措施，實現(xiàn)了土壤改良從化學(xué)防治向環(huán)境友好型生物防治和綜合改良防控的轉(zhuǎn)變。其中，生物措施被認(rèn)為是綠色、有效的改良方式，極具發(fā)展?jié)摿ΑＮ⒃迨墙橛谖⑸锖椭参镏g的一種單細(xì)胞生物，是土壤微生物中唯一具有光合自養(yǎng)能力的有機(jī)物質(zhì)制造者。微藻具有多種功能，可通過積累有機(jī)物質(zhì)、轉(zhuǎn)化無機(jī)鹽等方式提高土壤質(zhì)量，還可固定空氣中游離的氮素促進(jìn)植物根系發(fā)育。已有學(xué)者將土壤藻類群落作為評定土壤質(zhì)量的一個重要生物指標(biāo)[6]。添加外源微生物菌劑能夠有效調(diào)節(jié)土壤微生物的種類、數(shù)量和分布，在提高土壤微生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要作用。配施有機(jī)肥有利于維持土壤微生物的多樣性及活性，改善設(shè)施土壤的微生物區(qū)系，提高細(xì)菌數(shù)量與真菌數(shù)量的比值，增加土壤微生物的生物量和呼吸量[7]。設(shè)施蔬菜根層水肥耦合可為蔬菜根系和土壤微生物活動創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，提高水肥利用效率，減少環(huán)境污染[8]。

因此，針對當(dāng)前設(shè)施番茄土壤退化問題，依據(jù)近年來微生物菌劑微藻水肥耦合技術(shù)在土壤改良中的研究成果，提出以設(shè)施番茄土壤障礙微藻水肥耦合改良技術(shù)為核心，配套微生物改良和物理改良技術(shù)、增施中微量元素均衡營養(yǎng)技術(shù)、土壤消毒技術(shù)、增施有機(jī)物料提升有機(jī)質(zhì)技術(shù)為一體的土壤綜合改良集成技術(shù)模式，為設(shè)施番茄土壤質(zhì)量提升和綠色發(fā)展提供技術(shù)支撐，對設(shè)施番茄土壤改良和保育、秸稈廢棄物資源化利用以及生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大[9耀11]。

1 利用土壤消毒技術(shù)進(jìn)行土壤改良

1.1 土壤消毒時間

選擇夏季氣溫最高、光照最好的時段進(jìn)行。生產(chǎn)上一般選擇7耀8月棚室閑置期進(jìn)行。

1.2 土壤消毒方式

1.2.1 消毒劑連續(xù)種植3 a以上的設(shè)施大棚，建議采用消毒劑進(jìn)行土壤消毒，以防治土傳病蟲害。消毒劑與高溫悶棚太陽能消毒聯(lián)用效果更好，并可節(jié)約藥劑使用量[12]。選擇石灰氮（氰氨化鈣）[13耀16]、威百畝（甲基二硫代氨基甲酸鈉）、棉隆（四氫化-3，5-二甲基-2H-1，3，5噻二嗪-2-硫酮）等作為消毒劑[17，18]，均勻撒施或噴灑地表。一般石灰氮用量為1 200耀1 500 kg/hm2[13，16]，威百用量為450耀600kg/hm2，棉隆用量為300耀450kg/hm2，具體用量需根據(jù)土壤障礙程度和病蟲害指數(shù)確定[17，18]。

土壤施用消毒劑后，深翻25耀30 cm，整地、封畦并大水澆透（灌水量750耀900 m3/hm2，田間持水量達(dá)到100%），然后用白色地膜封嚴(yán)地表，覆土壓實。若是溫室土壤消毒，需將棉被卷到最高處，關(guān)閉上、下風(fēng)口，密封棚室。

1.2.2 高溫悶棚密閉棚室，保持溫室內(nèi)高溫高濕狀態(tài)，使0耀10 cm土層溫度達(dá)到70益左右，連續(xù)悶棚15耀20 d。若遇陰雨天，可適當(dāng)延長悶棚時間。悶棚結(jié)束后，打開通風(fēng)口，揭去地膜，晾棚7耀10 d。待地表含水量降至適宜濕度后整地。

2 利用微藻和微生物增施技術(shù)進(jìn)行土壤改良

2.1 微藻

微藻通過光合作用以及其他代謝活動能夠改變土壤pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量，并為其他微生物生存提供有利條件，具有土壤改良的作用。唐東山等[19]研究表明，將微藻接種到貧瘠土壤中可以改良土壤。

選擇數(shù)量大于300萬個/mL的微藻，分別在番茄定植時、第2穗果實膨大期前進(jìn)行沖施或滴灌，每次用量為60 000耀12 000 mL/hm2。微藻要單獨施用，不能與其他肥料配施[6]。

2.2 復(fù)合微生物菌劑

土壤功能微生物不僅可以改善土壤理化性狀，增加土壤團(tuán)聚體，提高土壤通透性，具有改良土壤的作用；還可以參與土壤有機(jī)代謝過程，抑制病菌繁殖，優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)作物對土壤養(yǎng)分的吸收，提高土壤的生產(chǎn)能力。目前，微生物修復(fù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)與改良領(lǐng)域[20耀22]。

選擇具有調(diào)節(jié)土壤微生物菌群、抗重茬、改良土壤的復(fù)合微生物菌劑，如以解淀粉芽孢桿菌、鼠李糖乳桿菌為主要成分的功能菌劑[23]，在番茄定植后隨緩苗水一次性沖施，施用量37.5 kg/hm2。

3 利用水肥耦合技術(shù)進(jìn)行土壤改良

3.1 有機(jī)物料施用

有機(jī)物料改良即向土壤中施用有機(jī)物質(zhì)，不僅能提供作物需要的養(yǎng)分，提高土壤肥力水平，還能增加土壤微生物活性，增強(qiáng)土壤的緩沖性能。用作改良土壤的有機(jī)物料種類很多，可選用商品有機(jī)肥，也可選用農(nóng)作物秸稈和畜禽糞肥堆肥等。

有機(jī)物料氮量為有機(jī)無機(jī)總施氮量的40%耀60%，磷量為有機(jī)無機(jī)總施磷量的40%耀60%。低肥力土壤，可施用農(nóng)家堆肥45耀60 m3/hm2或商品有機(jī)肥15 000耀22 500 kg/hm2；中肥力土壤，可施用農(nóng)家堆肥30耀45 m3/hm2或商品有機(jī)肥12 000耀15 000 kg/hm2；高肥力土壤，可施用農(nóng)家堆肥15耀30 m3/hm2或商品有機(jī)肥9 000耀12 000 kg/hm2。堆肥質(zhì)量符合DB 13/T 5373要求，有機(jī)肥料質(zhì)量符合NY 525—2021要求。

3.2 合理使用化肥

合理使用化肥，包括適宜的施肥量、肥料品種、施肥時期及方法等，是防止土壤次生鹽漬化的重要途徑。

3.2.1 基肥控施化肥，增施中微量元素中等以下肥力土壤，結(jié)合有機(jī)物料施用，配施平衡型（氮磷鉀總養(yǎng)分含量40%耀45%）或相近配方的氮磷鉀三元復(fù)混肥料300耀600 kg/hm2，以及硫酸鋅30耀45 kg/hm2、硫酸錳7.5耀15 kg/hm2和硼砂15耀30 kg/hm2，或者復(fù)合微量元素肥料30耀60 kg/hm2；高等以上肥力土壤，不施用化肥[24耀26]。

3.2.2 科學(xué)追肥番茄第一穗果為核桃大小時，用高氮型水溶性肥料（N、P2O5、K2O含量分別為22%、12%和16%）進(jìn)行第1次追肥，追肥量為75耀112.5 kg/hm2；以后每坐住一穗果，用高鉀型水溶性肥料（N、P2O5、K2O含量分別為19%、6%和25%）追肥1次，每次追肥量為112.5耀150 kg/hm2。采用滴灌施肥時，每穗果追肥2次，每次施肥量減半[24耀26]。

3.3 水肥一體化滴灌精量灌水

水肥耦合有機(jī)無機(jī)肥料配施可以調(diào)節(jié)土壤溫度，減少硝態(tài)氮淋溶損失，同時為作物生長創(chuàng)造適宜的水肥條件[8]。周博等[27]通過合理的水肥管理方式，已經(jīng)實現(xiàn)對土壤養(yǎng)分供應(yīng)的有效調(diào)控。王思萍等[28]從土壤深松、實施水分調(diào)控、科學(xué)配施化肥等農(nóng)藝技術(shù)路徑角度，提出了土壤障礙的防治與修復(fù)措施。

3.3.1 灌水量控制設(shè)施番茄全生育期灌水定額為2 595耀2 700 m3/hm2。其中，定植灌水量為375 m3/hm2；以后澆清水量控制在150 m3/hm2，沖施水溶肥灌水量控制在195 m3/hm2。

3.4.2 灌水時期番茄定植后及時澆定植水，保證苗全苗壯；定植水后3耀5 d澆緩苗水；其他時間灌水間隔期為10 d左右。根據(jù)蔬菜長勢、氣候條件、土壤水分、棚內(nèi)濕度等，可微調(diào)滴灌追肥時間和用量[29]。

4 利用土壤深翻技術(shù)進(jìn)行土壤改良

設(shè)施土壤養(yǎng)分多富集在0耀20 cm的表層土壤，通過深耕把深層土壤翻上來、淺層土壤覆下去，可以顯著改善土層的養(yǎng)分平衡，并起到疏松土壤、加厚耕層、改善土壤水肥氣熱狀況的作用[30，31]。

番茄定植前，在0耀20 cm土層土壤相對含水量為60%耀70%時進(jìn)行翻耕整地。一般每季翻耕土層深度為20 cm，翻耕2遍；深翻耕隔年進(jìn)行1次，翻耕土層深度為30耀40 cm。翻耕時充分碎土，并清除土壤中的植物殘體、廢棄農(nóng)膜等雜物，確保翻耕后的土壤顆粒細(xì)小、均勻，并使有機(jī)物料等基肥與土壤充分混合均勻。

5 設(shè)施蔬菜微藻水肥耦合土壤改良技術(shù)的應(yīng)用效果

設(shè)施蔬菜微藻水肥耦合改良土壤技術(shù)示范應(yīng)用后，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增加，土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮含量分別提高7.0%耀39.1%和22.6%耀47.0%[32，33]，可減少化肥施用量。連續(xù)應(yīng)用該技術(shù)3季后，土壤次生鹽漬化和板結(jié)現(xiàn)象緩解。土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量以及菌群總數(shù)增加，土壤菌群結(jié)構(gòu)優(yōu)化，微生態(tài)環(huán)境改善；設(shè)施番茄果實品質(zhì)提升，其中硝酸鹽和可滴定酸含量顯著降低，可溶性固形物和可溶性總糖含量顯著提高，果實商品率達(dá)到95%以上；植株長勢較好，病蟲害減少，產(chǎn)量提高12%耀15%[34]。

6 結(jié)論與討論

設(shè)施蔬菜微藻水肥耦合改良土壤技術(shù)可改善土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)，提升土壤質(zhì)量；可減少土傳病蟲害，降低化肥用量，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。微生物菌劑+微藻+水肥耦合技術(shù)是核心，有機(jī)肥配套施用是關(guān)鍵，化肥合理基施和追施是配套措施，要控制好肥料用量和施用時期。土壤深翻、土壤消毒等改良措施是現(xiàn)代設(shè)施蔬菜土壤改良常用的提升措施，適合的設(shè)施農(nóng)機(jī)作業(yè)機(jī)具是關(guān)鍵[34]。微生物改良要注意菌肥的生產(chǎn)廠家和正確的施用方法。微藻的用量要適度，做到經(jīng)濟(jì)、有效，考慮產(chǎn)投入比。總之，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)上，土壤板結(jié)、次生鹽漬化、養(yǎng)分和微生態(tài)系統(tǒng)失衡、土傳病蟲害增多等多障礙因素共存，僅靠單一技術(shù)措施不能達(dá)到理想的土壤改良效果，土壤改良的技術(shù)關(guān)鍵是各單項改良技術(shù)的配套集成應(yīng)用。在設(shè)施蔬菜土壤改良技術(shù)中，微藻改良、功能微生物菌劑改良、水肥耦合改良、土壤深翻改良等是一個有機(jī)結(jié)合、相互聯(lián)系的系統(tǒng)工程，幾項措施相輔相成，不可替代。本技術(shù)模式是在近幾年設(shè)施土壤改良研究成果的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，其他蔬菜如黃瓜、茄子和豆角等設(shè)施栽培的土壤改良也可借鑒，具體的技術(shù)要求還需要進(jìn)一步研究和配套。