土壤連作障礙與生態(tài)改良

土壤連作障礙與生態(tài)改良

 王開(kāi)運(yùn)1，王紅艷1，于頎2，武玉國(guó)3，王開(kāi)元3

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)馬克思主義學(xué)院；3.山東慧泰華生物技術(shù)有限公司）

摘要：本文分析了土壤連作障礙的原因，介紹了一些克服土壤連作障礙常用的方法，創(chuàng)造了施用豐田寶特色生物有機(jī)肥改良連作障礙土壤的方法，并在全國(guó)部分地區(qū)和代表性果園和大棚菜園推廣應(yīng)用，并取得了滿(mǎn)意的效果。

關(guān)鍵詞：土壤；連作障礙；生態(tài)改良；技術(shù)；效果

1 土壤連作障礙形成的原因

1.1 土傳病害引起的循環(huán)侵染

在農(nóng)田和大棚土壤中，連續(xù)種植同種或同類(lèi)蔬菜、瓜果和農(nóng)作物，許多植物病害的病原菌可在土壤中存活、積累并侵染后茬作物，如枯萎病菌主要侵染茄科、葫蘆科、豆科等蔬菜，根腐病菌主要侵染黃瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆等，由腐霉菌、炭疽菌、腐皮鐮孢菌等多種病原體單獨(dú)或復(fù)合侵染蔬菜可產(chǎn)生莖基腐病。黃萎病菌主要侵染茄科蔬菜，菌核病菌主要侵染萵苣和芹菜等，疫霉菌主要侵染辣椒、番茄等，根腫病菌主要侵染十字花科蔬菜，青枯病菌主要侵染辣椒和番茄等，根結(jié)線蟲(chóng)主要侵染茄科、葫蘆科、豆科等蔬菜。    

1.2 植物根系分泌有害物質(zhì)

植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，其根系會(huì)不斷分泌有害物質(zhì)（有機(jī)酸等），也稱(chēng)為自然排毒現(xiàn)象，植物分泌的這些有害物質(zhì)在土壤中積累后會(huì)對(duì)后茬產(chǎn)生毒害作用。

1.3  土壤酸化

1.3.1 土壤酸化的原因

（1）化肥的酸根在土壤中積累：長(zhǎng)期大量施用酸性化肥，如硫酸銨、硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀等，殘留的酸根（NO₃^-、SO₄⁼、Cl^-）積累在土壤中，使土壤酸化逐年加重；（2）植物生長(zhǎng)中根系產(chǎn)生的有機(jī)酸和植物的氣孔排放大量的CO₂，二氧化碳溶于水中，產(chǎn)生碳酸，也是提高土壤酸度的重要來(lái)源之一；（3）植物根系吸收氨離子并釋放出等量的氫離子，氫離子的積累又是土壤酸化來(lái)源；（4）板結(jié)的土壤微生物會(huì)把土壤中的硫轉(zhuǎn)化為硫酸，將土壤中的氯轉(zhuǎn)化為鹽酸，增加土壤的酸性；（5）土壤有機(jī)質(zhì)含量越低，土壤的緩沖能力越差，土壤酸化現(xiàn)象表現(xiàn)越重。

2017-2018年，用便攜式酸度計(jì)測(cè)定全國(guó)部分地區(qū)土壤酸度的結(jié)果見(jiàn)表1，從表1中看

出，這些土壤都處于酸性很高的狀態(tài)；表2為部分蔬菜和瓜果種植適合的土壤酸度，表明許多地方的土壤酸度普遍過(guò)高，非常不利于蔬菜、瓜果、作物的生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

表1       部分地區(qū)土壤酸度檢測(cè)結(jié)果

表2      部分蔬菜和瓜果種植適合的土壤酸度

1.3.2 土壤酸化的危害
（1）作物病害增加：土壤酸化，植物生長(zhǎng)弱，真菌病害發(fā)生重，引起鈣、鎂、鋅、硼

鐵等鹽基離子流失，抗病能力降低；（2）土壤酸化可改變土壤中養(yǎng)分的形態(tài)，降低養(yǎng)分的有效性，促使游離的錳、鋁離子溶入土壤中，對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用；（3）土壤酸化能破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多的土壤疏松，透氣性好，保水和保肥能力強(qiáng)，有機(jī)養(yǎng)分充足，有利于土壤微生物的繁殖；團(tuán)粒結(jié)構(gòu)少的土壤板結(jié)，作物吸肥能力下降。據(jù)報(bào)道土壤pH值由5.4下降至4.7時(shí)，油菜籽減產(chǎn)達(dá)40%，花生和芝麻的減產(chǎn)幅度為15%左右。在土壤嚴(yán)重酸化情況下（pH值＜4.0），農(nóng)作物甚至無(wú)法生長(zhǎng)。

1.4  土壤鹽漬化

1.4.1 土壤鹽漬化的原因

在保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)中，土壤鹽分過(guò)高表層土壤析出泛“白霜”，即鹽霜；進(jìn)一步鹽漬化加重時(shí)土壤表面變“綠”色，即土壤出現(xiàn)銅青綠色斑紋斑點(diǎn)，綠色是長(zhǎng)綠苔，綠苔是一種藻類(lèi)，在土壤鹽堿超標(biāo)高溫髙濕下綠苔長(zhǎng)勢(shì)茂盛；土壤鹽漬化嚴(yán)重時(shí)表面出現(xiàn)“紫球藻”棕褐色“紅”土現(xiàn)象，紫球藻這是一種鹽堿的指示植物。

土壤表面白、綠、紅現(xiàn)象的出現(xiàn)，表明土壤中施用化學(xué)肥料嚴(yán)重過(guò)剩，或施用了過(guò)多的鹽分過(guò)高的動(dòng)物糞便。長(zhǎng)期大量施用化肥，土壤中化肥中的酸根NO₃^-、SO₄⁼、Cl^-等和土壤中的Na⁺、K⁺、 Ca²⁺、Mg²⁺等離子結(jié)合成鹽，不斷增加了土壤鹽分含量。 

1.4.2 土壤鹽漬化的危害

（1）鹽漬化可引起植物的生理干旱：過(guò)多的可溶性鹽類(lèi)可提高土壤溶液的滲透壓，引起植物的干旱；（2）危害植物組織：干旱季節(jié)，表土層鹽分過(guò)量積累，在高pH值下，還會(huì)導(dǎo)致-OH對(duì)植物的直接毒害，使原生質(zhì)受害，蛋白質(zhì)合成受阻，含氮的中間代謝產(chǎn)物積累可造成細(xì)胞中毒；（3）影響植物正常營(yíng)養(yǎng)吸收：由于交換性Na+的競(jìng)爭(zhēng)，使植物對(duì)磷、鉀和其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收減少，磷的轉(zhuǎn)移也會(huì)受到抑制；（4）影響植物的氣孔開(kāi)閉：在高濃度的鹽類(lèi)作用下，植物氣孔保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的淀粉形成受到阻礙，使細(xì)胞不能關(guān)閉，植物容易干旱枯萎。土壤鹽漬化對(duì)作物生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表3。

表3      土壤鹽漬化對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

1.5 土壤質(zhì)地退化

長(zhǎng)期大量施用化肥和農(nóng)藥的土壤，有機(jī)質(zhì)含量低，板結(jié)，土壤中有益微生物群落降低，

土壤生態(tài)環(huán)境惡化，肥力和活性變差。

2 克服土壤連作障礙的方法

目前，克服土壤連作障礙，特別針對(duì)設(shè)施蔬菜栽培條件的土壤，大都采用幾種單一措施組合使用，通常采用的方法有如下7種。

2.1 土壤消毒

2.1.1 翻耕曬墑  大棚換茬期，清除棚內(nèi)植株、雜草和地膜，用旋耕機(jī)翻地曬墑，可使土壤中的有機(jī)酸等物質(zhì)揮發(fā)，陽(yáng)光和高溫也能殺死部分病原菌。

2.1.2 藥劑消毒  針對(duì)土壤中殘留的病原菌或根結(jié)線蟲(chóng)，選用高效低毒環(huán)境友好殺菌劑如乙蒜素等或殺線蟲(chóng)劑阿維菌素等消毒。

2.1.3 高溫悶棚  高溫悶棚一般在7月中旬至8月下旬進(jìn)行，悶棚前清除棚內(nèi)植株和雜草，帶出棚外集中進(jìn)行無(wú)害化處理。利用夏季高溫和強(qiáng)光對(duì)大棚內(nèi)土壤增溫，能殺滅土壤中部分病原菌。

2.2  輪作

長(zhǎng)期種植黃瓜的大棚，可輪作種植番茄、辣椒或豆類(lèi)，輪作有利于改善連作土壤中微生物結(jié)構(gòu), 提高微生物活性和繁殖能力，增強(qiáng)土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和多酚氧化酶活性，增加土壤肥力。

2.3  選用抗病品種或嫁接苗

選擇抗病品種也是解決或減輕連作障礙的重要途徑；嫁接是提高植株抗病性、降低病害發(fā)病率，克服連作障礙的重要栽培方法,嫁接技術(shù)已廣泛應(yīng)用于黃瓜、西瓜、茄子等蔬菜和瓜果抗病育苗種植中。

2.4 合理施肥

土壤氮素不足會(huì)降低作物產(chǎn)量, 但過(guò)量使用氮肥不僅會(huì)導(dǎo)致作物碳代謝失調(diào), 還會(huì)降低氮肥的利用率,增加對(duì)周邊地表水和地下水污染。

2.5  微生物改良

微生物具有活化土壤和促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，將有機(jī)肥與生防菌和促生菌等相結(jié)合制成微生物菌劑施用,也可以在一定程度上減輕作物連作障礙的問(wèn)題。如復(fù)合菌劑，可優(yōu)化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加益生菌數(shù)量；芽孢桿菌中的拮抗菌，可抑制多種病原菌；木霉菌可產(chǎn)生代謝產(chǎn)物，有抑制病原菌和促進(jìn)生長(zhǎng)的作用；菌根菌為真菌的一種，有拮抗和抑菌作用；酵母菌可降解土壤中的有害物質(zhì)；EM菌主要由光合細(xì)菌、乳酸菌和芽孢菌群組成，可抑制許多病原菌。

2.6 施用“土壤改良劑”

目前商品化的“土壤改良劑”品種類(lèi)繁多，如松土劑、固沙劑、增肥劑、降酸堿劑、土壤調(diào)節(jié)劑、土壤調(diào)理劑。在治理土壤連作障礙中，主要推行的是降酸堿劑，如施用過(guò)磷酸鈣有降低土壤堿性的作用；施用石灰和草木灰有降低土壤酸性的作用。但是，施入這類(lèi)物質(zhì)，盡管土壤酸堿性得到緩解，但土壤易板結(jié)。增施天然腐殖酸和海藻類(lèi)“土壤改良劑”也可緩解土壤酸堿性，且土壤不板結(jié)。

2.7 土壤生態(tài)改良

土壤生態(tài)改良是一種綠色綜合性改良措施，主要包括土壤翻耕曬墑，紫外線和高溫可加速有機(jī)酸類(lèi)揮發(fā)和病原菌喪失致病力；選用抗病品種或嫁接苗提高抗病性；施用豐田寶生物有機(jī)肥替代化肥改良土壤，提高植物抗病性，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

3  施用豐田寶生物有機(jī)肥改良連作障礙土壤的方法與效果

3.1 豐田寶生物有機(jī)肥的性能特點(diǎn)

3.1.1 國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利（荷蘭）

一種為植物提供全營(yíng)養(yǎng)元素的天然生物有機(jī)肥及其應(yīng)用（專(zhuān)利號(hào)：2032080），是豐田寶生物有機(jī)肥的核心技術(shù)。豐田寶生物有機(jī)肥中的所含的超高效固氮菌是由天然固氮菌經(jīng)多年創(chuàng)新選育而成，其固氮水平是原始天然固氮菌的67倍；所含解磷菌是用降解有機(jī)磷農(nóng)藥的天然菌株選育而成，既能從含磷礦粉載體和土壤富含不溶磷中解離出速效磷，還能降解土壤中的農(nóng)藥殘留；所含解鉀菌是用降解多種農(nóng)藥的天然菌株選育而成，不僅能從含鉀礦粉載體和土壤富含不溶鉀中解離出速效鉀，還能降解土壤中的多種農(nóng)藥殘留。解磷菌和解鉀菌還能活化含腐殖酸載體和土壤中的多種中、微量元素，提高植物對(duì)多種元素的吸收率，使農(nóng)產(chǎn)品中富含較多維持人們健康的天然生命元素。豐田寶特色生物有機(jī)肥的精準(zhǔn)施用，不僅增加根系中局部土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加益生菌數(shù)量，優(yōu)化土壤微生態(tài)環(huán)境；還在改良土壤、降解農(nóng)藥殘留、調(diào)節(jié)土壤酸堿性和克服連作障礙等方面效果十分突出。該肥料中還含有抗菌活性高、作用廣譜的高效能拮抗菌株，能抑制土傳病害的侵染，提高植物抗病性，實(shí)現(xiàn)植物健壯栽培。

3.1.2 豐田寶生物有機(jī)肥的特點(diǎn)

該肥料中四大功能菌群可根據(jù)植物對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分需求，通過(guò)超高效固氮菌從大氣中獲得氮素；從礦質(zhì)載體和土壤中解離出速效磷、速效鉀和各種中微量元素；載體中的腐殖酸既可活化土壤、調(diào)節(jié)土壤酸堿性、提高有機(jī)質(zhì)的含量，又為四大功能菌群生存和繁殖提供營(yíng)養(yǎng)。四大功能菌群吸附于有機(jī)載體中，施入土壤后可快速建立優(yōu)勢(shì)功能菌群，為植物不斷提供所需營(yíng)養(yǎng)元素，肥效持久、對(duì)根系十分安全，優(yōu)化土壤生態(tài)，節(jié)能減排，環(huán)境友好。“鑫豐田寶牌”特色生物有機(jī)肥2017年7月獲得國(guó)家綠色食品生產(chǎn)資料認(rèn)證，產(chǎn)品編號(hào)：LSSZ-01-1707150021；2021年5月豐田寶生物有機(jī)肥獲得國(guó)際有機(jī)認(rèn)證（編號(hào)：IP-0109-973-3376），十分適合有機(jī)、綠色水果和蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。

3.2  豐田寶生物有機(jī)肥的使用方法與改良連作障礙土壤的效果

3.2.1 施用方法

（1）大棚番茄、黃瓜茄子、辣椒、西葫蘆等設(shè)施蔬菜：在幼苗移栽時(shí)，用豐田寶600-1000公斤/畝，穴施，將根部直接埋入肥料中，蓋土壓實(shí)，澆透水。生長(zhǎng)期保持土壤濕潤(rùn)，不再補(bǔ)施任何肥料，一次施肥，全季養(yǎng)分供應(yīng)充足。（2）露地葉菜類(lèi)蔬菜：用豐田寶200-300公斤/畝，穴施、溝施、撒施均可，常規(guī)栽培，勤澆水保持土壤濕潤(rùn)。（3）水果：柑橘、葡萄、蘋(píng)果、梨、桃、獼猴桃等，用豐田寶300-400 公斤/畝，或預(yù)計(jì)產(chǎn)量的10%，分散穴施或溝施，澆透水即可。（4）盆栽花卉：每盆用豐田寶200克，定時(shí)澆水即可。（5）有機(jī)水稻和蓮藕：用豐田寶300 公斤/畝，均勻撒施。（6）改良土壤、克服連作障礙和化肥減量施用：各種蔬菜、果樹(shù)和農(nóng)作物種植時(shí)，用豐田寶50-200 公斤/畝，穴施或種肥同播，替代底肥和部分化肥，中期再追施適量化肥。

3.2.2 應(yīng)用效果

（1）優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)：與傳統(tǒng)施肥對(duì)比，產(chǎn)量提高10-30%，瓜果外表光亮品，大小整齊，口感佳，貨架期長(zhǎng)。（2）產(chǎn)品符合綠色標(biāo)準(zhǔn)：豐田寶能快速降解土壤中殘留的農(nóng)藥，植株生長(zhǎng)健壯，不易發(fā)病，殺菌劑用量減少50%以上，健康植株細(xì)胞降解農(nóng)藥速度快，采收的產(chǎn)品經(jīng)權(quán)威單位檢驗(yàn)，均低于綠色食品的農(nóng)藥殘留限量要求。（3）改良土壤的效果極其顯著：2013-2022年在山東省泰安房村鎮(zhèn)東良甫村番茄大棚上連續(xù)用豐田寶生物有機(jī)肥10年，已種植收獲了20茬番茄，每茬施用800- 1000 公斤 / 畝，產(chǎn)量平均11000-12000 公斤/畝，較常規(guī)施肥增產(chǎn)15-30%。檢測(cè)結(jié)果表明，該大棚土壤有機(jī)質(zhì)提高1 倍以上，土質(zhì)疏松，pH 值6.8，鹽分0.15%，平均每株根系中蚯蚓2 頭，較常規(guī)施肥區(qū)芽孢桿菌等有益菌量提高87.6%，土傳病菌量降低97.8%，土壤微生態(tài)狀況優(yōu)良。

豐田寶生物有機(jī)肥在全國(guó)不少地區(qū)和多種水果和蔬菜上的應(yīng)用效果表明，當(dāng)土壤pH值3-5度時(shí)，在根系中溝施或分散穴施該肥料，如浙江省嘉興市陽(yáng)關(guān)玫瑰葡萄園、梨園和象山紅美人柑橘園，江蘇省南京市的大棚葡萄和番茄園，云南省昭通市的枇杷園，四川省眉山市的柑橘和沃柑園，重慶市江津區(qū)的長(zhǎng)葉香橙園等，施用該肥料當(dāng)年可使土壤pH值調(diào)節(jié)到5-6度，第二年土壤pH值可恢復(fù)到正常。在山東東營(yíng)和江蘇鹽城的鹽堿土壤條件下，土壤pH值8-9度，鹽分0.5-1.0%，在根系中施用豐田寶生物有機(jī)肥，當(dāng)年可使根系中土壤pH值調(diào)節(jié)到7.5度左右，鹽分＜0.4%，第二年種植壟蔬菜根系土壤pH值和鹽分可基本達(dá)到正常生長(zhǎng)要求。在廣東省廣州市土壤酸化較嚴(yán)重的甘蔗田，每畝施用100 公斤豐田寶生物有機(jī)肥，甘蔗播種時(shí)溝施，出苗率可達(dá)100%，且苗齊又壯，生產(chǎn)的鮮食甘蔗口感好，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，用戶(hù)收益更高。