江苏省设施农业土壤的土壤治理

江苏省设施农业土壤的土壤治理

设施农业是江苏省农业战略结构的重要方向。这不仅是农业绩效和农民增收的有效手段，也是一些地区特色经济形成的重要基础。近年来,我省设施农业发展较快,设施栽培面积不断增加,全省初步形成了以地膜覆盖、塑料大棚、日光温室、植物工厂等为主体的设施栽培体系,取得了显著的经济效益和社会效益。设施栽培改变了土壤的生态环境,其温度、湿度、光照、小气候等都发生了很大的变化,土壤经常处于高温、高湿、高蒸发、无雨水淋溶的环境中。在这种条件下,作物连作5年以上就发生连作障碍和土壤障碍,设施农业的土壤问题已成为影响设施栽培中作物高产优质的主要限制因子之一。为充分发挥设施栽培的优势(如作物生长快、反季节、周年供应等),确保设施农业生产的高效益。本文就我省设施农业中出现的一些土壤问题加以剖析,探讨其发生机理,提出应对策略,以期为我省设施农业的健康发展提供科学依据。1江苏省农业发展现状及存在的问题1.1设施农业起步及发展情况从全国范围看,设施农业的发展分为三个高峰期:第一个高峰期出现在1974~1978年,主要集中在东北和华北地区,由辽宁海城、鞍山、山东寿光开始起步,全国大棚总面积约为10万亩左右;第二个高峰期出现在1985~1988年,设施农业的发展已遍及全国,大棚总面积已超过200万亩,山东寿光达10多万亩,辽宁海城发展到4万多亩,安徽砀山也有2万多亩;第三个高峰期出现在1995年至今,随着农业结构调整力度的加大,设施农业迅速发展,到1999年底,全国大棚面积已超过450万亩,跃居世界第一。我省现代意义上的设施农业起步于20世纪80年代初期,苏北早于苏南。1988年徐淮地区大棚面积一度达到5万多亩;1990年以后,全省范围内设施农业发展迅速,1995年各类大棚面积近100万亩,1997年达123万亩,1999年发展到158万亩,2000年则超过了200万亩。1.2经济基础相对薄弱目前,我省设施农业中的设施棚室分为四种类型:①引进智能型;②普通连栋大棚;③钢架单栋大棚;④简易竹架大棚。我省苏北、苏中地区经济基础相对薄弱,主要以简易大棚为主;苏南部分地区虽以政府投资形式建立了一些中高档设施农业基地,但由于经济效益不理想,管理技术方面仍以中低档棚室的手段进行,栽培基质仍以棚室内原始土壤为主。因此,从全省范围来看,设施栽培中的连作障碍和土壤障碍仍是制约我省设施农业快速发展的主要问题之一。2江苏省支持农业的主要原因从土壤物理、化学和生物学指标来看,我省设施农业中的土壤问题主要表现在以下6个方面。2.1土壤板结问题设施栽培管理精细,踏踩镇压频繁,土壤结构破坏严重,几乎所有设施栽培技术条件下的土壤都存在土壤板结问题。同时,由于作物复种指数高,肥料用量大,导致土壤有机质含量下降,缓冲性能降低,土壤酸化问题严重。据南京农业大学资环学院测定,普通塑料大棚在常规管理条件下连续栽培5年后,土壤容重上升幅度达8.6%,pH值下降幅度达1.7。2.2蔬菜土壤退化设施栽培条件下,种植作物多为蔬菜、花卉等经济作物,对钾的需求量比较高。蔬菜对氮、磷、钾的吸收比例一般为1∶0.3∶1.03,若长期种植单一作物,常会导致土壤速效钾和中微量元素(如Si、Ca、Mg)消耗过度,作物发生生理病害,如大棚番茄易出现筋腐病、脐腐病、空洞果等缺素症状。2.3耕层土壤盐分积累严重在设施栽培条件下,由于速效性有机肥(如粪尿肥)和化肥用量大,设施棚室内温度高,蒸发量大,雨水淋溶作用少,随着栽培年限的增加,耕层土壤盐分积累严重,常引起不同程度的次生盐渍化。据南通市蔬菜研究所测定,5年以上的大棚内,土壤电导率可达10.23ms/cm,是附近露地土壤的10多倍。严重的大棚内,地面着生大量耐盐紫球藻,作物难以立苗,即使立了苗,根系也发育不良,叶片发僵,植株矮小。土壤盐分中以亚硝酸盐含量最高,由此导致设施栽培作物体内亚硝酸盐含量居高不下,农产品品质下降。2.4降低栽培作物的根系活性设施栽培中,作物根系分泌有毒物质和残枝落叶分解过程中产生的自毒物质,降低了栽培作物的根系活性,抑制了根系生长。据浙江大学俞景权教授的研究报道,黄瓜连作后根系分泌苯丙烯酸和苯甲酸类的酚酸化合物积累过量,根系脱氢酶、ATP酶和硝酸还原酶活性急剧下降,根系失活,重者导致根系死亡。2.5对作物微生物的影响土壤微生物总量、活性和有益微生物数量多少是判断土壤活性的重要指标。由于土壤次生盐渍化,自毒物质的积累,抑制了土壤微生物生长,使得设施栽培土壤中微生物总量减少。同时,随着连作次数增多,土壤微生物区系由低肥的“细菌型”向高肥的“真菌型”发展,病原菌增加,寄生型长蠕孢菌大量滋生,作物病害严重。南京农业大学微生物系的研究结果表明:在第一年的大棚土壤中,优势真菌为腐生型真菌,它们是土壤中纤维素、木质素的分解菌;5年后,土壤中的优势真菌转为寄生型,病源性长蠕孢、交链孢等霉菌增加,同时,硝化-反硝化细菌也明显增多,土壤亚硝酸盐积累增多。2.6根结线虫生长机制设施栽培中,由于种植品种单一,作物连作后,根系自毒产物增多,抵抗力下降,为根结线虫侵染提供了条件,客观上促进了线虫的发生、发育。在高温、干旱、沙性土壤中,大棚连作的黄瓜、番茄上,根结线虫危害相当严重,虫口密度可达1g土中含300条。3专家、学者的重视设施栽培中的土壤问题日渐突出已引起许多专家、学者的重视,并着手开始研究解决方法。从诸多研究报告和生产实践反馈的信息看,主要解决措施分为三种类型。3.1双层暗管排水洗盐世界各国的科研成果和生产实践证明,排水是防治土壤盐渍化最有效的措施。根据次生盐渍土0~5cm和5~25cm两土层盐分比较集中而25~50cm土层含盐低、变化小的特点,埋设双层波纹有孔塑料暗管:浅层暗管管顶距土面30cm,平均间距为1.5cm,位置恰在每畦的畦底中央,灌水洗盐时耕层内积聚的过多盐分随水流排出;深层暗管管顶距土面60cm、间距为6cm,随水下渗的部分盐分则由它排走,不使盐分积于底层。埋设双层暗管,采取垂直排水的洗盐方法,具有脱盐率高、脱盐土层深和耗水少等优点。多次洗盐结果(均为灌水1次)较为一致,0~5cm、5~25cm、25~50cm3个土层的脱盐率分别为80%、50%和70%左右。洗盐时浅层暗管起始排出水的含盐量为灌入水的7.0~7.5倍;深层暗管起始排出水的含盐量则为灌入水的6.8~7.0倍,24h后排出水的含盐量仍为灌入水的3.4倍。表明土壤内积聚的盐分确能随水排走,从而解除盐渍障碍。这一措施从1987年开始在生产上推广应用,新建温室时,洗盐装置作为配套设施一起建造,投资约占温室总造价的3%左右。老温室则分批添装这种设施。双层暗管中的浅层暗管如符合设计要求可用来地下渗灌,灌水可直接到耕层,土面不板结,株间湿度低,病害少,操作方便,节省人工,在地膜覆盖栽培时更有应用价值。以埋设双层暗管垂直排水为主的洗盐方法与原来不埋暗管以水平排水为主的洗盐方法相比,后者大部分灌水由径流溢出,仅带走土表部分盐分,部分盐分随重力水下渗,带至土壤下层,出现“表层脱盐,底层积盐”现象。不埋管时,0~5cm土层脱盐仅39%,而5~25cm和25~50cm土层盐分却分别增加94%和93%;盐分组成中除HCO-3外,其他离子浓度的变化与全盐含量变化几乎一致。结果是脱盐率低、脱盐土层浅,且底层积盐又极易回升。因此,埋设暗管排水洗盐是解决设施栽培条件下土壤盐渍化的有效措施之一。3.2物质元素的变化在设施农业栽培中,增施有机物料主要有4个方面的作用:①改善土壤结构。有机物料分解过程中的中间产物含有许多多糖类物质,能将土壤中矿颗粒聚集为团聚体,不易分解的粗纤维可以改变土壤中无机胶合物(如无定形铁、铝、硅)的活度,从而疏松土壤。②减轻土壤盐分表积。一般情况下,大棚连作5年以上,土壤电导率就达露地的2~10倍,绝对值可达0.5~3.75ms/cm。通过增施稻草等有机物料,当季(5个月后)土壤电导率就可降低25.5%,一年后可降低39.7%。③增加土壤有效养分。设施栽培条件下,有机物料分解利用率较高。据测定,氮和磷约达30%,钾达90%。此外,施用有机物料还能加速土壤中难溶养分的分解,增加有效养分含量。据中科院南京土壤研究所报道,增施稻草3年后,土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量分别增长2.7%、5.5%、9.0%。④促进土壤微生物均衡发展。微生物区系失衡是设施栽培土壤中普遍存在的问题,增施有机物料后,可以促进土中各类微生物的均衡发展,抑制硝化-反硝化细菌的爆增,减少病源性真菌大量滋生。据南京农业大学资环学院报道:增施有机物料一年后,大棚内土壤中的优势真菌由寄生型的曲霉、长蠕孢霉、交链孢霉、新月弯孢霉转变为腐生型的青霉、曲霉、木霉和腐霉;增施稻草,改变了土壤中碳、氮比例,各类群微生物数量趋于正常。其中,因绝大多数细菌不能分解纤维素,故细菌的数量随稻草的用量增加而减少,放线菌和真菌的数量随稻草用量增加而增加。细菌中硝化细菌、反硝化细菌的含量也随稻草用量的增加而下降,故施用稻草能有效抑制土壤的反硝化作用和亚硝酸盐的积累。增施有机物料,操作简单,费用低廉,有机物料大多可以就地取材,因而得以广泛应用,目前全省大部分设施栽培中仍以此法为主来减轻土壤障碍问题。但此法只是增加了土壤缓冲能力,不能从根本上防止盐害的发生。2.3基质的配方要求配肥基质是利用泥炭、蛭石和植物皮壳等作为载体配料,并在其中添加适宜配比营养元素的一种人造土。配肥基质具有自然土壤的一切有利因素,容重仅为自然土壤的二分之一左右,而代换量、持水性和耐肥能力却比普通土壤高一倍有余,它的缓冲能力强,pH值也较稳定,能适应于各种植物生长。特别是温室大棚土壤的连作障碍,可通过配肥基质替代表土的方法得到根除。由于配肥基质是一种商品化材料,因此对其配料要求必须符合下列条件:①资源丰富,价格合理,不含对作物生长有害的成分;②容重较小,既能固定根系,又适于长途运输;③持水量大,毛细管与非毛细管孔隙比例适宜;④阳离子代换量(CEC)大,保肥性能好。基质的配料有很多种,通常可分为有机基质配料、无机基质配料和有机-无机复合基质配料。常用的有机基质配料为:砻糠、锯木屑、泥炭(草炭)、椰子壳、甘蔗渣、畜禽排泄物等;无机基质配料为:蛭石、珍珠岩、煤渣、岩棉、粗砂等;有机-无机复合基质配料是前两者按一定比例混合而成。基质选料时应考虑适宜的酸度、阳离子交换量、电导率、容重、孔隙度以及稳定性。基质