王威，盧樹昌

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392）

隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，溫室面積越來越大。據(jù)資料表明，2018 年全球溫室面積超過460萬hm2，主要分布在亞洲、非洲、歐洲等地[1]。中國是全球溫室面積最大的國家，2018 年中國溫室總面積達(dá)到18 萬hm2，較2010 年增長了71.8%[2]。另外，作為中國北方大都市——天津市，2021 年提出了新建溫室面積1.3 萬hm2，2025 年溫室面積達(dá)到6.7 萬hm2的目標(biāo)[3-4]，可見，近些年新建溫室面積越來越大（本文新建溫室界定為棚齡3 年內(nèi)的溫室[5]）。由于溫室生產(chǎn)具有復(fù)種指數(shù)、產(chǎn)量、效益和集約投入性高等特征[6]，為實(shí)現(xiàn)設(shè)施生產(chǎn)高產(chǎn)、高效目標(biāo)，由傳統(tǒng)糧田轉(zhuǎn)為溫室后，土壤地力培肥越來越重要。關(guān)于新建溫室土壤地力提升技術(shù)的研究越來越多，但近些年新建溫室土壤地力技術(shù)研究應(yīng)用中出現(xiàn)了諸多土壤環(huán)境質(zhì)量下降的問題[7-8]，如土壤孔隙遭到破壞、土壤酸化、鹽漬化、養(yǎng)分失衡、重金屬及其他有害物質(zhì)積累、土傳病害發(fā)生嚴(yán)重等[9-10]，制約了現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?；诖?，本文對新建溫室土壤培肥技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行探討，提出今后提高土壤培肥質(zhì)量考察的主要方向，旨在為我國溫室土壤質(zhì)量提升、促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 新建溫室土壤肥力評價(jià)指標(biāo)體系

溫室土壤肥力是指衡量土壤提供設(shè)施作物生長所需水肥氣熱的能力，其中養(yǎng)分供應(yīng)是主要方面，它是反映土壤肥沃性的一個(gè)重要指標(biāo)[11]。土壤肥力評價(jià)是對土壤肥力水平的判斷和評價(jià)，但土壤肥力評價(jià)因子的選擇存在較大差異性。駱東奇等[12]提出耕作土壤肥力評價(jià)指標(biāo)包括土壤物理指標(biāo)（如質(zhì)地、容重）、化學(xué)指標(biāo)（如有效氮磷、陽離子交換量等）、生物學(xué)指標(biāo)（如有機(jī)質(zhì)、土壤酶活性等）和環(huán)境指標(biāo)（如pH）。劉世梁等[13]提出有機(jī)質(zhì)、有效磷鉀、pH、全量氮磷鉀、質(zhì)地、土層厚度、CEC等10 項(xiàng)指標(biāo)來評價(jià)耕作土壤肥力。顏雄等[14]提出耕作土壤肥力評價(jià)指標(biāo)選取原則，一是選取對作物生長發(fā)育具有重大影響的主導(dǎo)限制因素指標(biāo)，二是選取以土壤養(yǎng)分含量為主的指標(biāo)，三是選取穩(wěn)定性高的指標(biāo)。CAO 等[15]針對水稻秸稈翻壓還田開展土壤肥力評價(jià)時(shí)采用了土壤有機(jī)碳分組（如TOC、LFOC、POC 等）、土壤酶活性、有效氮磷鉀等指標(biāo)。裴小龍等[16]系統(tǒng)總結(jié)了1986—2020 年有關(guān)土壤肥力評價(jià)的161 篇文獻(xiàn)，從文獻(xiàn)應(yīng)用率高的指標(biāo)中構(gòu)建了土壤肥力評價(jià)指標(biāo)體系，包括了有機(jī)質(zhì)、全量氮磷、有效磷鉀、pH、容重、總孔隙度、土壤酶、微生物量碳氮等指標(biāo)。

作為耕作土壤中的設(shè)施土壤，相關(guān)土壤肥力評價(jià)文獻(xiàn)較少，但新建溫室土壤肥力評價(jià)可以借鑒以上耕作土壤肥力評價(jià)指標(biāo)體系開展相關(guān)研究?？紤]到新建溫室土壤肥力建設(shè)的特點(diǎn)，土壤肥力評價(jià)可以參考有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷鉀、pH、容重、總孔隙度、土壤酶、微生量碳氮等指標(biāo)，尤其針對重要指標(biāo)開展深入分析，如有機(jī)質(zhì)分組（化學(xué)、物理分組等[17-18]）。

2 新建溫室土壤培肥技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 有機(jī)培肥技術(shù)研究與應(yīng)用

土壤有機(jī)調(diào)理劑材料一般包括生物炭、畜禽糞便、綠肥、生物有機(jī)肥等[19]。畜禽糞便等有機(jī)肥料是新建溫室土壤地力培肥常見的材料，其培肥施用技術(shù)研究較多。張翠綿等[20]利用畜禽糞便與發(fā)酵菌劑結(jié)合制作有機(jī)肥并研究其施用技術(shù)，施用方式可以采用撒施法、條狀溝施法、環(huán)狀溝施法、輻射狀溝施等，施用量為3 000～30 000 kg/hm2。畜禽糞肥因?yàn)楹胸S富的腐殖質(zhì)，可使土壤疏松、孔隙度增大，促進(jìn)團(tuán)聚體形成，施用雞糞與家畜糞可顯著提高設(shè)施土壤大于0.25 mm 水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量[21-22]。另外，施用畜禽糞便可提高土壤陽離子交換量，增強(qiáng)土壤保肥性能，降低土壤含鹽量[23]。在無機(jī)磷含量較低、固磷能力強(qiáng)的設(shè)施土壤中施入豬糞類有機(jī)肥，土壤有機(jī)磷含量增加，從而提高了有效磷供給水平[24]。DU 等[25]通過多年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)畜禽糞肥施用大于10 年時(shí)，土壤全氮含量提高了27%。關(guān)天霞等[26]施用雞糞與豬糞等可提高土壤有機(jī)碳含量，土壤酶活性也得到提高[26]。MCBRIDE 等[27]研究表明，施入牛糞后，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著增加，并明顯了抑制真菌的增長。

農(nóng)作物秸稈也是新建溫室土壤培肥的重要有機(jī)肥源。秸稈還田可分為直接還田與間接還田[28]，秸稈還田量一般為3 000～4 500 kg/hm2，還田埋深以10～15 cm 為宜[29]。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可顯著增加溫室土壤總磷和無機(jī)磷含量，促進(jìn)有機(jī)磷礦化，提高土壤氮、磷、鉀有效性，增強(qiáng)作物抗性[30-31]。HUANG 等[32]研究表明，秸稈還田可有效降低土壤總氮量，降低土壤氮風(fēng)險(xiǎn)。另外，秸稈還田還可增加設(shè)施土壤各種酶的數(shù)量，提高酶活性[33-35]。近些年，土壤有機(jī)調(diào)理劑材料被廣泛應(yīng)用于新建溫室土壤培肥。潘潔等[36]研究表明，日光溫室施入棉花秸稈炭，土壤容重可降低2.65%～15.73%。黃劉亞等[37]研究得出，生物炭可改善土壤孔隙度和團(tuán)聚體穩(wěn)定性。UZOMA 等[38]和李旭軍等[39]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭可顯著提高砂質(zhì)土壤有效水含量、水分利用效果和陽離子交換量。生物炭也可增加土壤堿解氮含量，提高土壤磷的有效性及植物對磷素的吸收[40-41]。另外，生物炭在提升土壤環(huán)境質(zhì)量方面也很明顯。研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中施加稻殼炭可提高新建溫室土壤的pH、養(yǎng)分含量（特別是K+、Ca2+、Mg2+等含量），當(dāng)添加量達(dá)到20 g/kg 時(shí)，能改善土壤鹽漬化狀況[42-44]。同時(shí)土壤中添加生物炭對于吸附固持土壤養(yǎng)分、降低土壤硝態(tài)氮的淋失、減少農(nóng)田土壤養(yǎng)分流失的作用也很明顯[45]。

綠肥在新建溫室土壤培肥中的應(yīng)用逐漸得到重視。綠肥翻壓一般分為整株翻壓和粉碎翻壓兩種方式[46]，翻壓時(shí)期通常為初花期、盛花期或豆莢期[47]，翻壓量一般為22 500 kg/hm2[48-49]。研究發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥油菜，其有機(jī)質(zhì)可以與土壤顆粒膠結(jié)形成較大（＞1 mm）的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，增加土壤孔隙度和土壤含水量[49-50]。劉立生[51]通過30 年長期定位試驗(yàn)，證實(shí)了綠肥作物翻壓可明顯增加土壤有機(jī)碳含量，其中翻壓紫云英的效果最顯著。翻壓春油菜有利于土壤腐殖質(zhì)的更新與積累，增加土壤有機(jī)酸含量，降低土壤pH 值[52]。THORUPKRISTENSEN 等[53]和顧熾明等[54]研究發(fā)現(xiàn)，以豆科、禾本科、十字花科油菜等作綠肥對土壤氮素有更強(qiáng)的捕獲能力，也能提高土壤難溶性磷活化程度，顯著提高土壤有效磷含量。

綜上所述，有機(jī)培肥在新建溫室地力提升方面的效果比較穩(wěn)定、持續(xù)和全面。

2.2 無機(jī)培肥技術(shù)研究與應(yīng)用

無機(jī)肥料——化肥與改良劑是新建溫室培肥的常見材料之一，可極大提高作物產(chǎn)量，是目前新建溫室土壤有效養(yǎng)分快速提升的重要途徑。白新祿[55]經(jīng)過5 年的種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)施土壤全氮量由7 163 kg/hm2增加到13 057 kg/hm2。王靜等[56]經(jīng)過20 年的長期定位施肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施磷肥處理的閉蓄態(tài)磷比空白處理增加了90.1%。另外，在溫室大棚增施20%鉀肥后，土壤速效鉀含量顯著升高[57]。中微量元素也是設(shè)施作物必需的營養(yǎng)元素。李澤梅等[58]研究表明，在田間添加中微量元素后，與常規(guī)處理相比番茄產(chǎn)量增加了30.7%，并降低了番茄病害發(fā)生率。設(shè)施土壤中單施化肥可使土壤有機(jī)質(zhì)增加，土壤中各種酶的數(shù)量和活性變高[59-60]。但KAISER 等[61]、曾艷等[62]經(jīng)過長期定位試驗(yàn)表明，長期單施化肥可使土壤容重、土壤固孔比例增加，田間持水量、土壤酸化、全量鐵含量降低。李素艷等[63]和張洋等[64]采用沸石等無機(jī)改良劑對鹽堿土進(jìn)行改良，取得了抑制土壤堿化、降低土壤含鹽量、增大土壤孔隙的效果。王麗英等[65]通過日光溫室黃瓜種植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過養(yǎng)分吸收量平衡施肥（mN∶mP2O5∶mK2O＝4∶1∶4.5）可緩解土壤有效養(yǎng)分的過度累積，緩解土壤鹽漬化。

2.3 有機(jī)無機(jī)結(jié)合培肥技術(shù)研究與應(yīng)用

目前大多新建溫室培肥是采用有機(jī)無機(jī)肥料配施，該培肥技術(shù)集中了以上兩類培肥技術(shù)途徑的優(yōu)點(diǎn)，成為溫室培肥中普遍選擇的技術(shù)措施。有研究發(fā)現(xiàn)，新建設(shè)施菜田通過有機(jī)無機(jī)肥料配施，配施比為m有機(jī)肥∶m無機(jī)肥＝1∶1 時(shí)，可降低土壤容重、改善土壤孔隙度、提高土壤保水能力[66]。王玉敏等[67]、PHARES 等[68]、MALHI 等[69]、文方芳等[70]研究表明，在設(shè)施菜田肥料配施過程中，隨著氮肥施用量的增加，土壤中有機(jī)質(zhì)的含量也會增加，當(dāng)生物炭和無機(jī)磷肥配施時(shí)，土壤中的總氮和有效磷含量也會相應(yīng)增加。此外，土壤pH 降低、土壤全Zn、Fe、Mn 分解和礦化都與有機(jī)無機(jī)肥料配施有關(guān)[71-72]。但MANNA 等[71]、徐麗萍[73]、張北贏等[74]通過有機(jī)無機(jī)肥料配施研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無機(jī)肥料配施可防止土壤酸化，在塑料大棚施用化肥氮60%和有機(jī)肥氮40%時(shí)，可減少土壤中碳、氮的損失程度。潘潔等[36]、文方芳等[75]研究指出，生物復(fù)混肥不僅提高了土壤酶活性，還使土壤微生物量碳氮呈上升趨勢，當(dāng)有機(jī)氮與無機(jī)氮施用比為1∶1.4 時(shí)，可明顯增加土壤中三大細(xì)菌的數(shù)量，提高土壤生物肥力，促進(jìn)作物的正常生長?？梢?，有機(jī)無機(jī)肥料配施可快速、持續(xù)、全面地提升新建溫室的土壤地力。

3 新建溫室土壤培肥存在的主要問題

3.1 土壤過度培肥與培肥不足并存

一般情況下農(nóng)戶都會對新建溫室大量施用各種肥料。通過溫室大棚試驗(yàn)研究顯示，長期大量施氮肥，土壤硝態(tài)氮會隨施氮量的增加而增加，不施化學(xué)氮肥而大量施用有機(jī)肥料，也會引起土壤硝酸鹽含量升高[76-77]。當(dāng)長期大量施磷時(shí)，土壤磷最大緩沖容量降低、土壤對磷的固定能力降低、土壤有效磷比例逐漸增加等[78]。肖輝等[79]研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)施蔬菜施用大量有機(jī)肥料，土壤鹽分出現(xiàn)累積，土壤含鹽量與有機(jī)肥料施用量呈正相關(guān)。同時(shí)，施用未腐熟有機(jī)肥還會造成作物燒苗和土傳病害的發(fā)生[80-81]。另外，有些新建溫室培肥不足，由于一些有機(jī)肥料釋放養(yǎng)分緩慢，還可能因淋洗使氮磷鉀等營養(yǎng)元素流失，導(dǎo)致土壤肥力不足，引發(fā)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低[82]。

3.2 土壤培肥中施肥結(jié)構(gòu)失衡，土壤質(zhì)量下降

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不同肥料的施用方式和效果也不同。在施用氮、磷、鉀和中微量元素等肥料的過程中，施肥比例常常不合理，化肥與有機(jī)肥施用也會出現(xiàn)失衡。研究表明，一旦施肥結(jié)構(gòu)失衡，就會出現(xiàn)土壤碳氮失衡、鹽漬化、土壤酸化、板結(jié)，肥力下降等問題[83]。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)化肥比重過大時(shí)，設(shè)施土壤的水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)會下降，而有機(jī)肥比重過大時(shí)，也會出現(xiàn)土壤富營養(yǎng)化[78，84]。

3.3 土壤培肥與農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用結(jié)合程度不高

農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用形式主要有肥料化、飼料化等。但農(nóng)業(yè)廢棄物作肥料，其利用程度不高。宗曉波[85]在溫室大棚中利用農(nóng)業(yè)廢棄物稻草與豬糞發(fā)酵后的殘?jiān)鳛榉柿?，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物需匹配微生物菌劑才可以發(fā)酵成所需的肥料，尋找和完善更加有效的菌株還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)。這些問題影響著農(nóng)業(yè)廢棄物資源在土壤培肥中的綜合利用。

3.4 土壤肥力評價(jià)因子研究不夠深入

溫室土壤肥力評價(jià)中重要影響因子的深入研究非常重要，如有機(jī)質(zhì)作為土壤評價(jià)因子中最重要的一項(xiàng)，其組分與肥力的關(guān)系研究不夠深入。由于腐殖化過程非常緩慢，因此用土壤腐殖質(zhì)的變化來反映一些農(nóng)業(yè)措施對土壤質(zhì)量的影響，具有明顯的滯后性。土壤有機(jī)質(zhì)的物理分組中輕組有機(jī)質(zhì)的變化速度快，但其對土壤肥力的影響研究較少。有研究發(fā)現(xiàn)，糧田改設(shè)施菜田后，設(shè)施菜田表層土壤中的氮更多地進(jìn)入到重組有機(jī)質(zhì)中，使表層土壤C/N 變小，導(dǎo)致土壤的不穩(wěn)定性增加[86]。

4 展望

新建溫室土壤培肥以構(gòu)建穩(wěn)定、持續(xù)、有效的供肥保肥系統(tǒng)最為重要。因此，研究合理高效的土壤培肥技術(shù)是今后提高土壤培肥質(zhì)量考慮的方向，如綠肥翻壓培肥技術(shù)、農(nóng)業(yè)資源高效利用培肥技術(shù)、生物炭施用技術(shù)、有機(jī)無機(jī)結(jié)合培肥技術(shù)等。另外，新建溫室高質(zhì)量培肥體系重要評價(jià)因子需深入研究，如有機(jī)質(zhì)分組中物理分組的輕組有機(jī)質(zhì)和重組有機(jī)質(zhì)、化學(xué)分組的腐殖質(zhì)在高質(zhì)土壤肥力體系的作用如何體現(xiàn)，更是今后需要深入探討的方向，土壤結(jié)構(gòu)中團(tuán)聚體的形成研究在溫室土壤肥力評價(jià)中作用也應(yīng)得到重視。