作者：李萍萍 單位：江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0引言

以蔬菜作物為主體的設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)在中國取得了快速的發(fā)展，設(shè)施面積已由1980年的0.7萬hm2發(fā)展到2009年的超過335萬hm2。通過這些農(nóng)業(yè)設(shè)施，可以有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件，對提高農(nóng)業(yè)的抗災(zāi)能力和土地生產(chǎn)力、增加菜農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入，以及均衡蔬菜周年供應(yīng)、提高人民生活水平都起到了積極作用。但是設(shè)施園藝經(jīng)過近30年的實(shí)踐，也出現(xiàn)了一些土壤生態(tài)環(huán)境問題及由此帶來的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題。對這些問題進(jìn)行深入分析，并提出解決問題的途徑，是設(shè)施園藝實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

1設(shè)施園藝中存在的主要生態(tài)環(huán)境問題分析根據(jù)生產(chǎn)調(diào)研和文獻(xiàn)資料報(bào)道，設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要生態(tài)問題有耕作層土壤鹽基離子積累，土壤次生鹽漬化；土壤營養(yǎng)元素失衡，呈現(xiàn)酸化趨勢；設(shè)施內(nèi)的連作障礙嚴(yán)重，土傳病害、自毒作用等；蔬菜硝酸鹽含量增加，內(nèi)在品質(zhì)降低等幾個(gè)方面。

1.1耕層土壤次生鹽漬化

在溫室、大棚連年種植的條件下，土壤耕作層的鹽分呈現(xiàn)不斷積累的趨勢。據(jù)吳鳳芝等對哈爾濱郊區(qū)的大棚土壤測定[1]，10年以上大棚土壤總鹽量高于露地4.2～6.5倍，僅種植黃瓜2年的大棚土壤總鹽量也比露地高2.1倍。據(jù)何文壽[2]測定寧夏峽口栽種3～10年的日光溫室蔬菜土壤，其鹽分含量比露地菜田高0.5～3倍，且隨棚齡延長而明顯上升。據(jù)劉兆輝等調(diào)查[3]，壽光縣26個(gè)被抽樣大棚的硝態(tài)氮平均含量高達(dá)195.7mg/kg，速效磷和鉀的含量分別為158.8mg/kg和274.5mg/kg，比露地土壤分別高6倍和2.56倍。杜連鳳等[4]對河北省蔬菜大棚的采樣調(diào)查結(jié)果表明：土壤的EC值（電導(dǎo)率）與相鄰糧田比較，0～20cm土壤EC增加244%，20～80cm土壤增加50%～73%，并且土壤鹽分隨著種植年限的增加呈增加的趨勢。黃錦法等[5]對嘉興平原設(shè)施蔬菜地的調(diào)查也表明土壤有鹽漬化的趨勢。可見，無論是北方還是南方，東部還是西部，土壤次生鹽漬化現(xiàn)象普遍較明顯，已經(jīng)造成了各地設(shè)施作物的生理機(jī)能和產(chǎn)量的下降。造成設(shè)施土壤鹽漬化的主要原因有：一是缺乏科學(xué)的施肥指導(dǎo)，經(jīng)營者為了追求高產(chǎn)高效，設(shè)施蔬菜栽培的用肥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于露地栽培，可以達(dá)到4～10倍[6-7]，據(jù)作者測定，采用常規(guī)的施肥量，一季黃瓜或生菜種植后，土壤N、P元素都有盈余。連年積累，就使土壤的鹽分逐年上升。二是保護(hù)地土壤不同于露地土壤，因?yàn)殚L年或季節(jié)性有玻璃或塑料農(nóng)膜覆蓋，土壤得不到雨水的淋溶，土壤內(nèi)的鹽分隨水分的蒸發(fā)向上運(yùn)動而聚集于地表耕作層，這樣就加快了土壤次生鹽漬化[8-9]。

1.2營養(yǎng)元素失衡，設(shè)施土壤酸化

李見云等和李俊良等[10-11]對山東壽光大棚設(shè)施土壤養(yǎng)分狀況研究結(jié)果表明，蔬菜施肥氮、磷、鉀的比例為1∶0.96∶0.36，與蔬菜作物氮、磷、鉀的比例一般為1∶0.5∶1.25的需求相比極不合理。因此，隨大棚棚齡的增加，速效N、P含量有顯著的增加，速效K含量增加幅度不大。過量的不合理的施肥，使得設(shè)施蔬菜肥料的利用率較低，產(chǎn)投比降下降。劉兆輝等[12]研究表明，1997年壽光設(shè)施蔬菜氮肥的表觀利用率為21.33%，磷肥的表觀利用率只有2.82%，鉀肥的利用率較高達(dá)到61.34%。2004年氮肥和磷肥總用量有所減少，鉀肥用量有所增加，但是施肥量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出作物的需求量。由于氮磷用量多，而鉀肥用量太少，植物抗逆性差，導(dǎo)致病蟲害嚴(yán)重。土壤營養(yǎng)元素失衡還帶來土壤酸化的問題。由于施用N肥及其他生理酸性化肥過量，造成了設(shè)施土壤pH值下降的趨勢。趙風(fēng)艷等[13]對哈爾濱和大慶等地的研究，土壤pH值有隨種植年限的增加而下降的趨勢。孟鴻光等[14]對沈陽市城郊110個(gè)具有代表性的大棚土壤pH測定結(jié)果表明,土壤pH＜6.5的大棚占調(diào)查總數(shù)的70.9%，其中部分大棚土壤pH＜4.1。黃錦法等[5]的研究認(rèn)為,由于施肥過量及結(jié)構(gòu)不合理引起了嘉興平原設(shè)施土壤的鹽害、生理缺素和pH偏酸。土壤酸化不僅導(dǎo)致土壤中有機(jī)物的礦化與分解速率減緩，影響土壤中養(yǎng)分的有效性和作物的營養(yǎng)狀況，也影響根系及地上部一些器官的生長正常發(fā)育和作物產(chǎn)量[15]。

1.3設(shè)施內(nèi)連作障礙嚴(yán)重

設(shè)施園藝的特點(diǎn)是專業(yè)化程度較高，種植的作物種類相對較少，所以連作盛行。特別是有些地方強(qiáng)調(diào)規(guī)模化生產(chǎn)，設(shè)施內(nèi)多年生產(chǎn)一種作物，這就帶來了嚴(yán)重的連作障礙。根據(jù)喻景權(quán)等[16-18]的研究，土壤連作障礙主要集中在土傳病蟲害的蔓延、土壤理化性狀的劣化和自毒作用的發(fā)生等幾個(gè)方面。連作造成的最大危害是土傳病害加重。目前設(shè)施園藝中以栽培番茄、茄子和辣椒等茄科作物，或黃瓜、甜瓜、西瓜等葫蘆科作物連作為主，而茄科和葫蘆科這兩個(gè)科都有共同的土傳病害，為忌連作和不宜連作的作物[19]。呂衛(wèi)光等和袁龍剛等[20-21]研究，黃瓜和辣椒連作后土壤微生物區(qū)系改變，微生物由“細(xì)菌型”土壤向“真菌型”土壤轉(zhuǎn)化，土傳病蟲害加重。此外，由于設(shè)施連作帶來的土壤pH過低，也抑制部分有益微生物的活性和正常的生理代謝，加重一些土傳病害的發(fā)生[15]。植物通過殘?bào)w分解、根系分泌物及地上部淋溶等途徑，會產(chǎn)生一些酚類、萜類等代謝物，這些化學(xué)物質(zhì)自毒現(xiàn)象也很普遍[22]。YuJQ等[22]研究表明，黃瓜根系分泌物中有對-羥基苯甲酸、苯甲酸等酚酸化合物，這些物質(zhì)對黃瓜吸收養(yǎng)分有直接的阻礙作用。日本學(xué)者初田勇一認(rèn)為，西瓜不能耐連作是根系分泌出抑制生長的水楊酸造成的[24]。馬云華等[25]研究表明，伴隨連作年限的增加，日光溫室黃瓜連作土壤中酚酸類物質(zhì)（對羥基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸）明顯積累。在試驗(yàn)設(shè)定的酚酸類物質(zhì)處理濃度范圍內(nèi)，土壤尖孢鐮刀菌和甜瓜疫霉的數(shù)量一直呈上升趨勢。可見，連作障礙是自毒物質(zhì)與土傳病害共同作用的。在連作條件下，設(shè)施土壤的理化性狀會有明顯變化。黃毅等[6]研究，長時(shí)間地進(jìn)行各種田間作業(yè)對棚內(nèi)土壤的頻繁踐踏、灌溉和高劑量的施肥破壞了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使大孔隙減少，板結(jié)，通透性差。趙風(fēng)艷等[13]研究，隨著種植年限的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量增加，毛細(xì)管孔隙發(fā)達(dá)，持水性變好，通氣透水性變差。呂衛(wèi)光等[20]研究，黃瓜連作后土壤次生鹽漬化加重，P過剩，K則消耗過多，造成養(yǎng)分不平，嚴(yán)重影響了設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.4設(shè)施環(huán)境導(dǎo)致蔬菜硝酸鹽含量增加

硝酸鹽在動物體內(nèi)經(jīng)微生物的作用極易還原成亞硝酸鹽，它可使直接使動物缺氧中毒，而且能和胃中的含氮化合物結(jié)合成強(qiáng)致癌物質(zhì)亞銷胺。為了保護(hù)人類健康，世界衛(wèi)生組織及聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定硝酸鹽的日攝入量及蔬菜體內(nèi)的硝酸鹽含量均有過規(guī)定[26]，因此，對蔬菜硝酸鹽的含量也引起了重視。近年來，對施肥量或土壤鹽分含量與土壤硝酸鹽之間的關(guān)系、土壤硝酸鹽含量與蔬菜產(chǎn)品硝酸鹽含量的關(guān)系等方面都有不少研究。如李文慶等[27]認(rèn)為，土壤硝酸鹽隨施肥的增加而增加，所以不管大棚利用年限長短，土壤硝酸鹽含量均比露地顯著增加，硝酸鹽的積累與總鹽量的積累有相同的趨勢，這與吳鳳芝等[1]的結(jié)論一致。據(jù)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)對壽光縣26個(gè)大棚的抽樣調(diào)查，土壤硝態(tài)氮平均含量高達(dá)195.7mg/kg[3]，使得蔬菜的產(chǎn)品品質(zhì)下降，蔬菜硝酸鹽含量較高。這些研究都表明設(shè)施土壤的硝酸鹽含量高。劉明月等[28]研究了施肥量與芹菜體內(nèi)硝酸鹽含量的關(guān)系，結(jié)果表明：Ｎ肥的施用與芹菜體內(nèi)硝酸鹽積累呈正相關(guān)，P、K肥的施用與之呈負(fù)相關(guān)，但三元素之間具有交互作用。劉明池等[29]人研究指出，N肥達(dá)到一定施肥量后，黃瓜產(chǎn)量并不隨施肥量的增加而增加，而果實(shí)的硝酸鹽含量隨施肥的增加而增加。高祖明等[30]的研究也有相近的結(jié)論。綜合各方面的研究，由于在設(shè)施生產(chǎn)條件下，土壤中鹽分含量高，因此硝酸鹽也高，進(jìn)而導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)品中超標(biāo)的現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。此外，蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量還與光照等環(huán)境因子相關(guān)。周秋月等[31-32]研究表明，生菜、萵苣硝酸鹽的累積與光強(qiáng)和光照時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。由于覆蓋物的遮擋，設(shè)施內(nèi)的光強(qiáng)比露地低，因此要降低蔬菜硝酸鹽含量，就更需要從改善土壤狀況著手進(jìn)行解決。