土壤連作障礙與生態(tài)改良
王開運1,王紅艷1,于頎2,武玉國3,王開元3
(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(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肥改良連作障礙土壤的方法,并在全國部分地區(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)
植物在生長過程中,其根系會不斷分泌有害物質(zhì)(有機酸等),也稱為自然排毒現(xiàn)象,植物分泌的這些有害物質(zhì)在土壤中積累后會對后茬產(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)植物生長中根系產(chǎn)生的有機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源;(4)板結(jié)的土壤微生物會把土壤中的硫轉(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,用便攜式酸度計測定全國部分地區(qū)土壤酸度的結(jié)果見表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高,非常不利于蔬菜、瓜果、作物的生長和農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
表1 部分地區(qū)土壤酸度檢測結(jié)果
檢測時間 | 地點 | 土質(zhì) | 種植作物 | 土壤pH值 |
2017.5 | 山東壽光 | 壤土 | 大棚黃瓜 | 3.6-4.2 |
2017.5 | 山東壽光 | 砂壤 | 大棚番茄 | 3.3-4.1 |
2017.8 | 山東壽光 | 壤土 | 大棚彩椒 | 3.5-4.3 |
2018.5 | 山東泰安 | 砂壤 | 大櫻桃 | 3.6-4.5 |
2017.7 | 山東泰安 | 砂壤 | 大棚番茄 | 4.2-4.5 |
2017.7 | 山東泰安 | 砂壤 | 大棚黃瓜 | 3.8-4.2 |
2018.8 | 山東棲霞 | 砂壤 | 蘋果 | 4.1-4.7 |
2018.8 | 江西橫峰 | 紅壤 | 茄子 | 4.5-5.1 |
2018.4 | 重慶江津 | 紅壤 | 柑橘 | 3.5-4.2 |
2019.5 | 浙江嘉興 | 壤土 | 大棚葡萄 | 4.4-4.8 |
表2 部分蔬菜和瓜果種植適合的土壤酸度
蔬菜種類 | 土壤pH值范圍 | 蔬菜種類 | 土壤pH值范圍 |
番茄 | 6.0-7.0 | 西瓜 | 5.0-7.0 |
黃瓜 | 5.5-7.6 | 甜瓜 | 6.0-6.8 |
辣椒 | 6.2-7.2 | 西葫蘆 | 5.5-6.8 |
花椰菜 | 6.0-6.7 | 南瓜 | 6.5-7.5 |
菠菜 | 5.5-7.0 | 絲瓜 | 6.0-6.5 |
芹菜 | 6.0-7.6 | 冬瓜 | 5.5-7.6 |
胡蘿卜 | 5.3-6.0 | 苦瓜 | 5.5-6.5 |
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,對作物產(chǎn)生毒害作用;(3)土壤酸化能破壞土壤團粒結(jié)構(gòu),團粒結(jié)構(gòu)多的土壤疏松,透氣性好,保水和保肥能力強,有機養(yǎng)分充足,有利于土壤微生物的繁殖;團粒結(jié)構(gòu)少的土壤板結(jié),作物吸肥能力下降。據(jù)報道土壤pH值由5.4下降至4.7時,油菜籽減產(chǎn)達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)作物甚至無法生長。
1.4 土壤鹽漬化
1.4.1 土壤鹽漬化的原因
在保護地蔬菜生產(chǎn)中,土壤鹽分過高表層土壤析出泛“白霜”,即鹽霜;進一步鹽漬化加重時土壤表面變“綠”色,即土壤出現(xiàn)銅青綠色斑紋斑點,綠色是長綠苔,綠苔是一種藻類,在土壤鹽堿超標(biāo)高溫髙濕下綠苔長勢茂盛;土壤鹽漬化嚴(yán)重時表面出現(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)重過剩,或施用了過多的鹽分過高的動物糞便。長期大量施用化肥,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:過多的可溶性鹽類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),表土層鹽分過量積累,在高pH值下,還會導(dǎo)致-OH對植物的直接毒害,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)影響植物正常營養(yǎng)吸收:由于交換性Na+的競爭,使植物對磷、鉀和其他營養(yǎng)元素的吸收減少,磷的轉(zhuǎn)移也會受到抑制;(4)影響植物的氣孔開閉:在高濃度的鹽類作用下,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。土壤鹽漬化對作物生長的影響見表3。
表3 土壤鹽漬化對作物生長的影響
土壤鹽漬化程度 | 土壤含鹽總量 (干土重%) | 氯化物含量 (以CL-% 計) | 硫酸鹽含量 (以SO4-%計) | 作物生長情況 |
非鹽漬土 | <0.3 | <0.02 | <0.1 | 正常 |
弱鹽漬土 | 0.3-0.5 | 0.02-0.04 | 0.1-0.3 | 不良 |
中鹽漬土 | 0.5-1.0 | 0.04-0.1 | 0.3-0.4 | 困難 |
強鹽漬土 | 1.0-2.0 | 0.1-0.2 | 0.4-0.6 | 死亡 |
鹽漬土 | >2.0 | >0.2 | >0.6 | 死亡 |
1.5 土壤質(zhì)地退化
長期大量施用化肥和農(nóng)藥的土壤,有機質(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,用旋耕機翻地曬墑,可使土壤中的有機酸等物質(zhì)揮發(fā),陽光和高溫也能殺死部分病原菌。
2.1.2 藥劑消毒 針對土壤中殘留的病原菌或根結(jié)線蟲,選用高效低毒環(huán)境友好殺菌劑如乙蒜素等或殺線蟲劑阿維菌素等消毒。
2.1.3 高溫悶棚 高溫悶棚一般在7月中旬至8月下旬進行,悶棚前清除棚內(nèi)植株和雜草,帶出棚外集中進行無害化處理。利用夏季高溫和強光對大棚內(nèi)土壤增溫,能殺滅土壤中部分病原菌。
2.2 輪作
長期種植黃瓜的大棚,可輪作種植番茄、辣椒或豆類,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,增強土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、過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
土壤氮素不足會降低作物產(chǎn)量, 但過量使用氮肥不僅會導(dǎo)致作物碳代謝失調(diào), 還會降低氮肥的利用率,增加對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植物對養(yǎng)分的吸收能力,將有機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生長的作用;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“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酸類揮發(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肥改良連作障礙土壤的方法與效果
3.1 豐田寶生物有機肥的性能特點
3.1.1 國際發(fā)明專利(荷蘭)
一種為植物提供全營養(yǎng)元素的天然生物有機肥及其應(yīng)用(專利號:2032080),是豐田寶生物有機肥的核心技術(shù)。豐田寶生物有機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肥的精準(zhǔn)施用,不僅增加根系中局部土壤有機質(zhì)含量,改善土壤團粒結(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,實現(xiàn)植物健壯栽培。
3.1.2 豐田寶生物有機肥的特點
該肥料中四大功能菌群可根據(jù)植物對氮、磷、鉀等養(yǎng)分需求,通過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、提高有機質(zhì)的含量,又為四大功能菌群生存和繁殖提供營養(yǎng)。四大功能菌群吸附于有機載體中,施入土壤后可快速建立優(yōu)勢功能菌群,為植物不斷提供所需營養(yǎng)元素,肥效持久、對根系十分安全,優(yōu)化土壤生態(tài),節(jié)能減排,環(huán)境友好。“鑫豐田寶牌”特色生物有機肥2017年7月獲得國家綠色食品生產(chǎn)資料認(rèn)證,產(chǎn)品編號:LSSZ-01-1707150021;2021年5月豐田寶生物有機肥獲得國際有機認(rèn)證(編號:IP-0109-973-3376),十分適合有機、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,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,澆透水。生長期保持土壤濕潤,不再補施任何肥料,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。(3)水果:柑橘、葡萄、蘋果、梨、桃、獼猴桃等,用豐田寶300-400 公斤/畝,或預(yù)計產(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,定時澆水即可。(5)有機水稻和蓮藕: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、果樹和農(nóng)作物種植時,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。(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,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%。檢測結(jié)果表明,該大棚土壤有機質(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。
豐田寶生物有機肥在全國不少地區(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,在根系中溝施或分散穴施該肥料,如浙江省嘉興市陽關(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值和鹽分可基本達到正常生長要求。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肥,甘蔗播種時溝施,出苗率可達100%,且苗齊又壯,生產(chǎn)的鮮食甘蔗口感好,優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),用戶收益更高。