设施栽培养分管理现状及措施

2022-09-11

设施农业就是指依靠现代科技和设施, 在人工创造的环境条件下, 进行动植物高效生产的一种现代农业方式, 包括塑料棚、遮阳网、温室、无土栽培和植物工厂等多种形式, 其中, 以温室和塑料大棚蔬菜生产发展最快。目前, 全国设施面积约140万hm2, 浙江省设施栽培总面积约为0.53万hm2 (含蔬菜、瓜果、花卉) , 近几年, 每年递增幅度超过30%。设施农业的快速发展, 保证了蔬菜周年的均衡供应。同时, 由于设施内半封闭性、高复种、高温高湿、不受雨水淋洗等特殊条件, 在土壤的有机质、养分、盐分等方面产生了深刻的影响。当前, 大部分设施农业养分管理属于粗放式管理, 缺乏科学指导。因此, 随着连作栽培年限的增加, 土壤环境恶化、病虫害加重、产量降低、品质下降等问题日渐显露。尤其是温室土壤中硝酸盐和磷素的积累, 不仅降低肥料利用效率和施肥效益, 还导致菜园土壤盐害和养分失衡, 降低菜园土壤生产能力, 且提高氮、磷淋失和对地下水污染的风险性, 降低蔬菜的营养和卫生安全品质。寻求有效措施解决上述问题, 恢复设施农业土壤生态环境的平衡, 对于农产品优质高产及设施农业的可持续发展具有重要的现实意义。

1 设施栽培体系中的养分管理现状

在设施栽培中, 由于蔬菜生产具有高度集约化、年复种指数高和种类单一等特点, 造成了设施内部环境与传统大田种植环境存在明显差异。我国在设施农业配套技术方面进步空间很大。目前, 种植户习惯于将露地施肥习惯直接转移于设施农业中, 加之生产管理者的土壤管理技术和施肥技术水平较低, 破坏了设施土壤的生态环境。随着种植时间的增加, 这种情况越来越严重。

1.1 设施栽培养分投入状况

与其它农作物相比, 蔬菜是一种需肥量大的经济作物。受传统“庄稼一枝花, 全靠粪当家”“粪大水勤, 不用问人”等不科学施肥习惯的影响, 在实际栽培过程中, 农户往往通过增施氮肥来获得高产。尤其在设施栽培下, 施肥量是露地的4~5倍, 且化肥在总用肥量中占30%~60%。蔬菜作物中年均化肥施用量为375k g/6 6 7 m2, 最高达405 kg/667m2;畜禽粪便施用量年均为8 721 kg/667m2, 最高可达14 393 kg/667m2, 盲目超量施肥的现象十分普遍。

1.2 养分累积状况

当寒冷季节, 土壤温度较低时, 作物吸收养分能力下降, 生产者往往通过加大施肥量, 以提高作物吸收效率, 结果造成氮、磷、钾等养分在土壤中的大量残留和累积, 尤其是磷肥, 其当季利用率很低, 大田利用率仅为10%~25%。研究指出, 山东寿光设施栽培黄瓜的氮磷钾养分利用率分别仅为5.0%, 2.1%和11.8%[1]。冯永军[2]等测定结果显示, 设施土壤有机质含量为20~50 g/kg, 碱解氮在100~200 mg/kg, 速效磷高达400 mg/kg, 速效钾高者可达1 000 mg/kg。苏州、无锡、南京等地设施栽培土壤速效氮、磷和钾含量分别比露地土壤高135.7%, 60.1%和31.4%[3]。长期过量施肥不仅增大生产成本, 还导致了大量养分在土壤中累积, 降低肥料利用效率和施肥效益。当然, 在相同施肥水平条件下, 种植不同作物品种的设施土壤, 其养分累积状况也不相同。

2 养分管理存在的主要问题

目前, 设施农业受人为作用影响较大, 土壤理化性状和养分状况发生了根本性的变化, 形成了特殊的生态系统。在对土地资源利用的高度集约化后, 土壤出现各种问题, 如次生盐渍化、养分失衡等。其中, 土壤次生盐渍化是国内外设施栽培中普遍存在问题, 这也是很多温室在使用3~5 a后不得不废弃不用或改作它用的原因。过量施用化肥尤其是氮肥是设施农业发生盐害的主要原因, 也是造成蔬菜和土壤中硝态氮累积的重要因素。而土壤中硝态氮的累积既是土壤盐分的重要特征, 又是导致蔬菜生理障碍的主导因子。

2.1 土壤盐分高积累

当前, 设施栽培土壤盐分表聚现象非常明显。其实, 土壤的次生盐渍化实质上是田间作业的一种“肥害”, 是可溶性盐分含量长期积累到一定程度才出现。有研究报道, 设施栽培土壤盐分含量一般是露地土壤的1.3~3.7倍, 在3~5 a棚龄时出现积盐高峰, 且土壤中K+、NO3-、Ca2+和SO42-增幅较大, 一般含量是露地的2.1~21.5倍。又据李文庆[4]等对山东泰安、潍坊、德州等地土壤测定结果显示, 1 a大棚和3 a大棚耕层土壤盐分分别是露地的l~3倍和1~6倍。

2.2 有机肥施用不合理

土壤有机质含量影响土壤养分供应和蔬菜对养分的吸收, 而有机肥是土壤有机质的重要来源, 是栽培高产优质设施蔬菜的关键因素。但很多农民为追求高效性, 只重视化肥的施用, 忽略了有机肥的投入, 造成了土壤肥力的下降。但若施用未经处理的有机肥, 会对作物生长和土壤环境产生不良后果。一方面新鲜禽粪容易滋生虫, 加重地下病虫害发生;另一方面, 施用某些大型畜禽养殖场未经处理的禽粪, 易造成抗菌素和重金属污染, 使土壤和农产品受到污染, 减少设施大棚的使用寿命。

2.3 氮磷钾等养分的比例不协调

按照作物养分需要供肥, 长期使用养分比列不当的肥料品种蔬菜作物需N、P、K的比例为N∶P2O5∶K2O=1∶0.5∶1.25。重氮、磷肥, 轻钾和微量元素是蔬菜大棚施肥中普遍存在的现象。过量使用氮肥, 影响钾、钙、镁的吸收, 造成养分吸收不平衡。一些菜地从未施过钾肥, 蔬菜所需钾量仅靠有机肥补充, 土壤中钾素严重缺乏。再者, 由于作物根系对离子的选择性吸收, 加之温室复种指数高, 长期种植单一蔬菜品种, 会使设施土壤中特定养分富集或亏缺。

2.4 蔬菜营养和安全品质下降

研究指出, 亚硝酸盐能诱发消化系统癌变, 而人体摄入的硝酸盐有81%来自蔬菜。蔬菜易于富集硝酸盐, 其体内硝酸盐含量与土壤中硝酸盐含量呈正比, 且随设施连作年限的延长, 蔬菜中亚硝酸盐和硝酸盐积累显著增加, 对蔬菜造成污染, 威胁人体健康。

2.5 污染环境

设施栽培基地 (大棚) 是农业面源污染的重点区域。农田是水体富营养化的重要来源, 过量施肥会加剧水体富营养化过程。据统计, 我国化肥投入占蔬菜生产中肥料总量的20%以上, 而蔬菜对化肥的吸收率仅有30%左右, 远低于50%~70%的世界平均水平[5]。土壤中未被吸收利用的化肥, 一是随水流入地下, 造成地下水污染;二是经过反硝化作用, 进入大气, 产生温室效应。据张光亚[6]等研究, 设施栽培土壤N O释放通量比露地栽培土壤高1.9倍。

3 主要对策及措施

在设施栽培中, 蔬菜的生长环境、施肥技术等发生根本性变化, 决定了其施肥管理上与露地有很大区别。不合理施肥是导致设施土壤中养分和盐分累积高、氮肥利用率低、蔬菜营养品质差的重要原因。研究设施制度下土壤养分变化规律, 按需施肥, 是防止土壤退化、提高肥料的利用率、提升蔬菜品质的有效方法。

3.1 遵循土壤肥力和作物需肥规律, 平衡施肥

蔬菜生育期短, 生长所需养分主要来自肥料特别是化肥。追肥的原则应遵循“薄肥勤施, 少量多次”, 结合浇水施用, 间隔时间要短。而且在不同茬口和生育阶段, 作物吸收养分比例不同。如黄瓜在冬春茬结瓜期养分吸收量占90%以上, 其中初瓜、盛瓜和末瓜期分别约占总吸收量的22%, 55%和13%;秋冬茬结瓜期养分吸收量占70%左右, 其中初瓜、盛瓜和末瓜期分别为32%, 30%和10%[7]。因此, 根据土壤供肥能力, 按需同步供肥, 且N、P、K和微肥的配合施用;或因地制宜, 采用测土施肥、配方施肥、针对具体作物品种, 设计专用复合肥, 可有效解决过量施肥和施肥比例不协调而造成的连作障碍问题。

3.2 施用腐熟的有机肥, 重微肥

在有机肥分解过程中, 细菌、放线菌增殖, 抑制病原菌的繁殖, 从而减轻连作障碍的发生。施用腐熟的有机肥, 可减少土肥中有害病菌的传播, 因为有机肥料经过充分腐熟, 可杀死其中的致病菌和虫卵。同时, 选择适宜的粪肥种类, 改良土壤, 利于蔬菜的根系生长发育, 增强根系吸水、吸肥能力, 提高作物自身的抗病性。其次, 要重视微肥, 施用微肥, 促进蔬菜硝酸还原酶活性, 降低蔬菜硝态氮累积量, 提高蔬菜品质。