土肥水協同調控設施蔬菜連作障礙技術研究

文丨田永強 孫繩軍 高麗紅

設施蔬菜產業是我國現代農業的重要組成部分。目前，我國設施蔬菜生產總面積基本穩定在230 萬畝左右，產值約570 億元。設施蔬菜為我國農民增收、 經濟社會發展和人們生活水平提高作出了重要貢獻。

一、成果研發的背景和意義

長期以來，由于土地資源短缺、專業化規模化種植需求和經濟利益驅動等諸多原因，單一種植（包括連作和簡單輪作）及水肥過量投入（包括化肥、畜禽糞肥和高氮有機肥）是我國設施蔬菜生產中普遍存在的現象。這些現象使得設施菜田在連續種植幾年以后，極易發生土壤理化性狀劣變（如板結、次生鹽漬化等）、土傳病害加重（如病原菌、植物寄生線蟲等）、植物源有害物（如秸稈腐解產生的化感物質、根系分泌的自毒物質等）累積、有機/無機污染物富集（如重金屬、抗生素等）等土壤質量退化問題，進而直接或間接造成作物植株生長障礙和產量下降等連作障礙問題。從根本上講，土壤質量退化是設施蔬菜連作障礙發生的前提，而單一種植及水肥過量投入是連作障礙產生的關鍵誘因。因此，在提升菜田土壤質量的基礎上，選擇合理的灌溉施肥模式和制定灌溉施肥制度是控制土壤連作障礙發生的有效方法之一。

針對設施蔬菜“土壤障礙問題突出、水肥利用效率低”的重大產業問題，中國農業大學園藝學院設施蔬菜栽培生理與環境調控團隊研創了“土肥水協同調控設施蔬菜連作障礙技術”。該技術成果以“提（土壤）質增（水肥）效”為核心，將土壤障礙防控與水肥高效利用技術進行優化集成，形成土壤可持續利用栽培模式及水分高效利用的灌溉制度，能夠實現設施蔬菜水、肥、土資源的協同高效利用，從而助推我國設施蔬菜向現代化轉型和高質量發展。

二、技術成果的主要內容

“土肥水協同調控設施蔬菜連作障礙技術”將土壤質量提升和水肥高效利用相結合，實現作物全生育期的土壤-作物同步調控，不僅可以改善作物賴以生存的根區土壤環境，而且在土壤質量提升的基礎上提高作物抗性，減少水肥投入，進而有效改善作物生長并增加其產量，最終實現改土、節水和減肥的三重效果。針對不同區域、不同種植年限和不同土壤障礙誘因的設施菜田，該技術成果按照“一區一策、一類一法”原則，推廣“四精兩提”技術，即“精準土壤質量提升、精量水肥協同調控、精細作物健康管理和精確農資投入控制，提升土壤質量和提高水肥利用率”，實現土肥水協同發展，節水節肥。

（一）精準土壤質量提升

由于不同地區、不同蔬菜生產模式下土壤障礙發生的原因不完全相同，因此需要針對土壤障礙成因進行有針對性地調控。為此，課題組在系統調研全國設施蔬菜土壤質量的基礎上，研發出適用于障礙分級的設施土壤質量數字化評價方法，核心內容如下。

基于全國設施蔬菜土壤質量調研結果，按照土壤采樣和測試的結果，確定土壤質量調控的核心因子（包括pH、有機C、C/N 比和病原菌），據此確定設施菜田土壤障礙問題（圖1）。針對不同土壤障礙誘因的設施菜田，按照“一類一法”原則，實施土壤質量精準調控技術。將土壤障礙問題歸結為三大類：酸堿失衡、碳氮失衡、土傳病害。第一類，“酸堿失衡”問題，采取基于酸堿平衡的土壤障礙調控技術，主要土壤改良劑包括硅鈣鉀鎂肥和脫硫石膏等； 第二類，“碳氮失衡”問題，采取基于碳氮平衡的土壤障礙調控技術，主要土壤改良劑包括炭基肥、腐殖酸菌肥和高碳物料；第三類，“土傳病害”問題，采取太陽能-嗜熱菌介導的土壤障礙調控技術，主要土壤改良劑包括氰氨化鈣和高碳物料、菌肥等。該技術特點是土壤改良劑質量恒定、標準統一、用量明確。

圖1 基于土壤質量核心因子確定的設施菜田土壤障礙問題及其阻控策略

根據現有對連作障礙成因及調控技術研究的成果，建議以下技術可以作為連作障礙治理的重點選擇技術。

1.土壤消毒技術。該技術是土傳病害嚴重田塊必選技術，可選擇高溫悶棚或秸稈石灰氮消毒、棉隆消毒、威百畝消毒等土壤消毒技術。

2.土壤質量提升技術。該技術適用所有障礙土壤，包括深松土壤（土壤深翻40cm 左右）+優質堆肥（如蚯蚓肥、稻殼肥、炭基肥等）+秸稈還田（果蔬秸稈原位還田或小麥、玉米等秸稈還田）。

3.土壤質量保持技術。在上述兩項技術的基礎上，制定合理的水肥管理制度，推薦采用基于目標產量和土壤肥力的水肥精量高頻灌溉技術，同時，重視中微量元素的補充。

4.促根壯秧栽培管理。推薦技術為嫁接育苗，合理使用氨基酸類水溶肥促根； 通過植株調整、溫光管理和采收強度等調控秧果平衡。

5.差異化調控技術。針對土壤pH 值過高或過低采用差異化調控技術，如酸化土壤可通過采用增施硅鈣鉀鎂肥或采用石灰氮土壤消毒、增施生石灰等提高土壤pH 值；堿化土壤可增施脫硫石膏或硫磺等降低土壤pH 值；速效養分含量高的土壤減少大量養分的投入和補充中微量元素等；根據區域生產特點采用水旱輪作、填閑或伴生作物種植等；針對主要土傳病害的高效菌肥應用，如根結線蟲發病嚴重地塊，除了土壤消毒還可以選擇使用淡紫擬青霉菌劑等。

（二）精量水肥協同調控

合理的灌溉施肥模式和制度是阻控連作障礙發生的關鍵。建議連作障礙治理均采用規范化的水肥一體化管理技術，以下為參考方案。

1.水肥一體化設計基本原則。

（1）水肥一體化設計、選型、安裝標準化，采用滴灌水肥一體化技術，滴灌的滴頭間距和流量的選擇要做到灌溉濕潤面積與濕潤深度成正比，過濾系統和施肥系統為標配，開發智能化水肥一體化裝備。

（2）因地制宜制定合理的灌溉施肥制度，嚴格控制灌水量，減少肥料的淋失和鹽分的累積，減少設施內的濕度。灌溉施肥制度圍繞作物的營養根區做到根多深灌多深，遵循減少每次灌溉量縮短灌溉周期的模式（高頻灌溉或每日灌溉）。根據不同作物不同茬口栽培作物目標產量和土壤肥力水平，給出水肥定額及灌溉施肥制度。

2.精準灌溉施肥推薦。

（1）番茄、黃瓜滴灌施肥推薦（表1、表2）。番茄、黃瓜屬于耐鹽性較差的蔬菜，過量的灌溉施肥會導致產量、品質下降，加速土壤障礙的發生。在番茄、 黃瓜定植后緩苗期用滴灌灌溉7～8m3/畝的大水（不宜再多），后面每間隔2 天灌溉一次，每次約3m3/畝，直至緩苗完成；番茄、黃瓜緩苗后進入生殖生長和營養生長的共存階段，此時的生長量不大，不宜大水大肥管理，在番茄第一穗果或黃瓜根瓜坐住后適當加大灌溉施肥量，每次灌溉量以5～7m3/畝為宜。

表1 番茄滴灌施肥推薦

表2 黃瓜滴灌施肥推薦

（2）辣椒、茄子滴灌施肥推薦（表3、表4）。在辣椒、 茄子定植后緩苗期用滴灌灌溉7～8m3/畝的大水（不宜再多），后面每間隔2 天灌溉一次，每次約3m3/畝，直至緩苗完成；辣椒、茄子緩苗后進入生殖生長和營養生長共存階段，此時的生長量小，應控制水肥投入量，不宜大水大肥管理，門椒/門茄坐住后適當加大灌溉施肥量，每次灌溉量根據土壤含水量控制在5～7m3/畝。

表3 青椒滴灌施肥推薦

上述灌溉施肥制度要結合作物的生長期、目標產量、氣候變化、不同茬口等因素適當調整灌溉施肥量，基本原則是盡量維持作物的水、肥、根同位，避免水肥淋洗到根層以下，用縮短灌溉施肥周期、增加灌溉施肥頻率的方法來調整。

三、技術成果的前景及發展

和常規技術相比，“土肥水協同調控設施蔬菜連作障礙技術”應用后，春大棚或日光溫室喜溫果菜栽培在整個栽培期間總灌水量控制在210～240 m3/畝，追氮量（純氮）控制在16～31kg/畝，秋冬茬栽培總灌水量控制在120～150 m3/畝，追氮量（純氮）控制在3～13kg/畝，確保了蔬菜生長對水分和氮肥的需求，同時達到節水30%以上，減少追肥氮用量30.5%～33.2%，鹽分淋洗量降低46.0%～61.3%，形成了黃瓜、番茄、茄子、辣椒等作物設施栽培主要茬口的水肥管理模式。該技術在華北、西北和東北的設施果菜類蔬菜主產區進行了推廣應用，應用后的土壤綜合質量顯著提升。