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作者：李萍萍 單位：江蘇大學現代農業裝備與技術省部共建教育部重點實驗室
0引言
以蔬菜作物為主體的設施園藝產業在中國取得了快速的發展，設施面積已由1980年的0.7萬hm2發展到2009年的超過335萬hm2。通過這些農業設施，可以有效改善農業生產的環境條件，對提高農業的抗災能力和土地生產力、增加菜農的經濟收入，以及均衡蔬菜周年供應、提高人民生活水平都起到了積極作用。但是設施園藝經過近30年的實踐，也出現了一些土壤生態環境問題及由此帶來的農產品質量安全問題。對這些問題進行深入分析，并提出解決問題的途徑，是設施園藝實現可持續發展的重要保證。
1設施園藝中存在的主要生態環境問題分析根據生產調研和文獻資料報道，設施農業的主要生態問題有耕作層土壤鹽基離子積累，土壤次生鹽漬化；土壤營養元素失衡，呈現酸化趨勢；設施內的連作障礙嚴重，土傳病害、自毒作用等；蔬菜硝酸鹽含量增加，內在品質降低等幾個方面。
1.1耕層土壤次生鹽漬化
在溫室、大棚連年種植的條件下，土壤耕作層的鹽分呈現不斷積累的趨勢。據吳鳳芝等對哈爾濱郊區的大棚土壤測定[1]，10年以上大棚土壤總鹽量高于露地4.2～6.5倍，僅種植黃瓜2年的大棚土壤總鹽量也比露地高2.1倍。據何文壽[2]測定寧夏峽口栽種3～10年的日光溫室蔬菜土壤，其鹽分含量比露地菜田高0.5～3倍，且隨棚齡延長而明顯上升。據劉兆輝等調查[3]，壽光縣26個被抽樣大棚的硝態氮平均含量高達195.7mg/kg，速效磷和鉀的含量分別為158.8mg/kg和274.5mg/kg，比露地土壤分別高6倍和2.56倍。杜連鳳等[4]對河北省蔬菜大棚的采樣調查結果表明：土壤的EC值（電導率）與相鄰糧田比較，0～20cm土壤EC增加244%，20～80cm土壤增加50%～73%，并且土壤鹽分隨著種植年限的增加呈增加的趨勢。黃錦法等[5]對嘉興平原設施蔬菜地的調查也表明土壤有鹽漬化的趨勢?？梢?，無論是北方還是南方，東部還是西部，土壤次生鹽漬化現象普遍較明顯，已經造成了各地設施作物的生理機能和產量的下降。造成設施土壤鹽漬化的主要原因有：一是缺乏科學的施肥指導，經營者為了追求高產高效，設施蔬菜栽培的用肥量遠遠高于露地栽培，可以達到4～10倍[6-7]，據作者測定，采用常規的施肥量，一季黃瓜或生菜種植后，土壤N、P元素都有盈余。連年積累，就使土壤的鹽分逐年上升。二是保護地土壤不同于露地土壤，因為長年或季節性有玻璃或塑料農膜覆蓋，土壤得不到雨水的淋溶，土壤內的鹽分隨水分的蒸發向上運動而聚集于地表耕作層，這樣就加快了土壤次生鹽漬化[8-9]。
1.2營養元素失衡，設施土壤酸化
李見云等和李俊良等[10-11]對山東壽光大棚設施土壤養分狀況研究結果表明，蔬菜施肥氮、磷、鉀的比例為1∶0.96∶0.36，與蔬菜作物氮、磷、鉀的比例一般為1∶0.5∶1.25的需求相比極不合理。因此，隨大棚棚齡的增加，速效N、P含量有顯著的增加，速效K含量增加幅度不大。過量的不合理的施肥，使得設施蔬菜肥料的利用率較低，產投比降下降。劉兆輝等[12]研究表明，1997年壽光設施蔬菜氮肥的表觀利用率為21.33%，磷肥的表觀利用率只有2.82%，鉀肥的利用率較高達到61.34%。2004年氮肥和磷肥總用量有所減少，鉀肥用量有所增加，但是施肥量仍然遠遠高出作物的需求量。由于氮磷用量多，而鉀肥用量太少，植物抗逆性差，導致病蟲害嚴重。土壤營養元素失衡還帶來土壤酸化的問題。由于施用N肥及其他生理酸性化肥過量，造成了設施土壤pH值下降的趨勢。趙風艷等[13]對哈爾濱和大慶等地的研究，土壤pH值有隨種植年限的增加而下降的趨勢。孟鴻光等[14]對沈陽市城郊110個具有代表性的大棚土壤pH測定結果表明,土壤pH＜6.5的大棚占調查總數的70.9%，其中部分大棚土壤pH＜4.1。黃錦法等[5]的研究認為,由于施肥過量及結構不合理引起了嘉興平原設施土壤的鹽害、生理缺素和pH偏酸。土壤酸化不僅導致土壤中有機物的礦化與分解速率減緩，影響土壤中養分的有效性和作物的營養狀況，也影響根系及地上部一些器官的生長正常發育和作物產量[15]。
1.3設施內連作障礙嚴重
設施園藝的特點是專業化程度較高，種植的作物種類相對較少，所以連作盛行。特別是有些地方強調規?；a，設施內多年生產一種作物，這就帶來了嚴重的連作障礙。根據喻景權等[16-18]的研究，土壤連作障礙主要集中在土傳病蟲害的蔓延、土壤理化性狀的劣化和自毒作用的發生等幾個方面。連作造成的最大危害是土傳病害加重。目前設施園藝中以栽培番茄、茄子和辣椒等茄科作物，或黃瓜、甜瓜、西瓜等葫蘆科作物連作為主，而茄科和葫蘆科這兩個科都有共同的土傳病害，為忌連作和不宜連作的作物[19]。呂衛光等和袁龍剛等[20-21]研究，黃瓜和辣椒連作后土壤微生物區系改變，微生物由“細菌型”土壤向“真菌型”土壤轉化，土傳病蟲害加重。此外，由于設施連作帶來的土壤pH過低，也抑制部分有益微生物的活性和正常的生理代謝，加重一些土傳病害的發生[15]。植物通過殘體分解、根系分泌物及地上部淋溶等途徑，會產生一些酚類、萜類等代謝物，這些化學物質自毒現象也很普遍[22]。YuJQ等[22]研究表明，黃瓜根系分泌物中有對-羥基苯甲酸、苯甲酸等酚酸化合物，這些物質對黃瓜吸收養分有直接的阻礙作用。日本學者初田勇一認為，西瓜不能耐連作是根系分泌出抑制生長的水楊酸造成的[24]。馬云華等[25]研究表明，伴隨連作年限的增加，日光溫室黃瓜連作土壤中酚酸類物質（對羥基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸）明顯積累。在試驗設定的酚酸類物質處理濃度范圍內，土壤尖孢鐮刀菌和甜瓜疫霉的數量一直呈上升趨勢?？梢?，連作障礙是自毒物質與土傳病害共同作用的。在連作條件下，設施土壤的理化性狀會有明顯變化。黃毅等[6]研究，長時間地進行各種田間作業對棚內土壤的頻繁踐踏、灌溉和高劑量的施肥破壞了土壤團粒結構，使大孔隙減少，板結，通透性差。趙風艷等[13]研究，隨著種植年限的增加，土壤水穩性團聚體的數量增加，毛細管孔隙發達，持水性變好，通氣透水性變差。呂衛光等[20]研究，黃瓜連作后土壤次生鹽漬化加重，P過剩，K則消耗過多，造成養分不平，嚴重影響了設施園藝產業的可持續發展。
1.4設施環境導致蔬菜硝酸鹽含量增加
硝酸鹽在動物體內經微生物的作用極易還原成亞硝酸鹽，它可使直接使動物缺氧中毒，而且能和胃中的含氮化合物結合成強致癌物質亞銷胺。為了保護人類健康，世界衛生組織及聯合國糧農組織規定硝酸鹽的日攝入量及蔬菜體內的硝酸鹽含量均有過規定[26]，因此，對蔬菜硝酸鹽的含量也引起了重視。近年來，對施肥量或土壤鹽分含量與土壤硝酸鹽之間的關系、土壤硝酸鹽含量與蔬菜產品硝酸鹽含量的關系等方面都有不少研究。如李文慶等[27]認為，土壤硝酸鹽隨施肥的增加而增加，所以不管大棚利用年限長短，土壤硝酸鹽含量均比露地顯著增加，硝酸鹽的積累與總鹽量的積累有相同的趨勢，這與吳鳳芝等[1]的結論一致。據山東農業大學對壽光縣26個大棚的抽樣調查，土壤硝態氮平均含量高達195.7mg/kg[3]，使得蔬菜的產品品質下降，蔬菜硝酸鹽含量較高。這些研究都表明設施土壤的硝酸鹽含量高。劉明月等[28]研究了施肥量與芹菜體內硝酸鹽含量的關系，結果表明：N肥的施用與芹菜體內硝酸鹽積累呈正相關，P、K肥的施用與之呈負相關，但三元素之間具有交互作用。劉明池等[29]人研究指出，N肥達到一定施肥量后，黃瓜產量并不隨施肥量的增加而增加，而果實的硝酸鹽含量隨施肥的增加而增加。高祖明等[30]的研究也有相近的結論。綜合各方面的研究，由于在設施生產條件下，土壤中鹽分含量高，因此硝酸鹽也高，進而導致蔬菜產品中超標的現象時常發生。此外，蔬菜體內硝酸鹽含量還與光照等環境因子相關。周秋月等[31-32]研究表明，生菜、萵苣硝酸鹽的累積與光強和光照時間呈負相關。由于覆蓋物的遮擋，設施內的光強比露地低，因此要降低蔬菜硝酸鹽含量，就更需要從改善土壤狀況著手進行解決。#p#分頁標題#e#
2設施蔬菜清潔生產技術對策研究
根據以上分析，設施蔬菜生產中出現了嚴重的土壤生態問題，但究其原因主要是不合理的施肥、長期連作以及作物管理方式跟不上等所造成的。作者根據存在的生態問題，從多方面著手進行了長期的研究和實踐，結合文獻資料，提出了設施園藝清潔生產技術對策。
2.1科學合理平衡施肥
（1）肥料用量和元素結構的優化現有土壤的養分含量和作物需肥量兩者結合是制定施肥制的依據。目前各地生產的種類繁多的專用肥，大多是根據某種作物對各種不同營養元素的吸收量而設計的，而沒考慮到不同土壤的供肥特性。因此必須要在測土基礎上，再結合考慮某種作物的需肥個性提出適宜的肥料配方，做到測土配方施肥，實現氮、磷、鉀元素的動態平衡。有條件時對土壤和作物產量進行跟蹤檢測和調查，以不斷完善和改進配方，提高肥料利用率。作者課題組按照在玻璃自控溫室內黃瓜生菜一年四熟復種方式進行配方施肥，N、P2O5、K2O吸收利用率分別為56.04%、55.48%、42.40%，比一般報道的肥料利用率要高得多[33]。
（2）肥料種類結構的優化要注意化肥和有機肥的配合。有機肥與化肥的合理配合，不僅能提高產量，還能降低硝酸鹽含量。根據李建設等人在溫室迷你黃瓜上的研究[34]，不同施肥處理中，黃瓜品質以有機肥配合無機肥施用最好，硝酸鹽含量低；產量以有機肥與酵素菌肥、生物有機肥配施和有機肥配施一定量的氮磷鉀無機肥增產效果為好。據李仁發等[35]在空心菜試驗，與單施等量化肥處理的相比，基、追肥采用化肥與有機肥配合施用處理的,亞硝酸鹽和硝酸鹽分別降低16.7%和12.4%；基、追肥均施用有機肥的,則降幅更為顯著，分別為28.3%和22.2%，同時蔬菜單位產量的肥料成本降低。
（3）施肥方式的優化將需要施肥補充的量分成有機和無機兩大塊，有機肥作基肥，而無機化肥則根據作物各階段需要的量配成營養液，與滴灌的水分一起施入到土壤中。營養液滴灌既可做到定時定量，又能減少養分的損失和防止養分過多的積累。要在設施園藝中推廣應用這種水肥一體化技術。
2.2高效節水灌溉技術多數設施栽培至今仍沿用大水漫灌的灌溉方法，不僅浪費大量的水資源，也是土壤次生鹽漬化產生的重要原因之一。有些發生鹽漬化的土壤為了洗鹽進一步采用大水漫灌，造成農業面源嚴重污染。因此，設施栽培宜推廣先進的灌溉技術。
（1）滴灌技術滴灌技術不僅節水，而且具有良好的小氣候效應。許恩軍等[36]，明確了大棚蔬菜滴灌施肥技術效應，主要是有利于降低棚內空氣濕度和保持棚內氣溫,有利于土壤理化性狀的改善,從而促進了蔬菜生長,提高了產量和品質。而膜下滴灌技術對設施小氣候的效應則更加明顯。作者進行了銀黑雙色地膜覆蓋加滴灌的試驗[37]，結果表明，在灌水4d以后，露地的土壤含水量下降了43.4%，而地膜覆蓋的2個處理的土壤含水量則僅下降了21%左右。由于減少土壤蒸發，相對濕度從平均的68%下降到59%，有利于植物健康生長。
（2）微噴技術適合于葉菜類作物，尤其是在夏季晴天，微噴還有降低溫度的效果。據作者試驗[38]，在晴天高溫時使用微噴，可使室內氣溫和葉面溫度都下降3～4℃，改善作物生長的條件。但微噴次數過多，會造成濕度過大，易誘發病害。所以微噴在晴天一天中以3～4次、每次不超過10min為宜。微噴的時間主要在上午10點到下午3點之間。
2.3連作障礙防治技術
（1）輪作換茬將作物生態適應性差異較大的不同科作物實行輪作，不僅從源頭切斷土傳病蟲害繁殖和蔓延的途徑，還可以改變連作對土壤養分吸收的片面性。在日本，實行與禾本科作物玉米的輪作曾經是消除土壤次生鹽漬化和防治土傳病害的成功經驗。玉米需肥量大，產量高。在江西、浙江等地的季節性拱棚中，實行番茄等作物收獲后種植一茬秋玉米的年內輪作方式，對于防治次生鹽漬化產生了具有積極作用[39]。
（2）嫁接技術在專業化程度高的地區，對一些不耐連作的作物可采用嫁接技術。用根系發達的、抗病性強的黑籽南瓜作為黃瓜的砧木，野生、半野生或具有抗病等優良性狀的雜交的品種作番茄、茄子的砧木，可以預防黃瓜、番茄和茄子的枯萎病、黃萎病和青枯病等毀滅性病害。作者在日本最大的愛知縣經濟連育苗中心考察時看到，該中心年產幾百萬株的番茄、茄子、黃瓜等果菜苗全部采用嫁接技術，使之番茄、茄子在當地能連續10多年實行連作而不減產[40]。
（3）無土栽培技術無土栽培技術包括營養液水培技術和基質栽培技術。在土傳病害和次生鹽漬化嚴重的地區，采用無土栽培技術是徹底解決這些土壤生態問題，實現作物高產穩產優質高效的有效途徑。但是純粹的營養液水培技術由于需要的設施投資大，管理要求嚴格，所以在生產上推廣應用不如基質栽培。作者利用本地的工業生產廢棄物，因地制宜研發了商品化蘆葦末和醋糟有機基質，并已形成配套的栽培技術和模式[41-42]。
2.4病蟲害綜合防治技術
（1）環境調控技術要通過綜合農藝和環控技術，營造植株生長健康的生境，減少病蟲害感染的機會。近年來，作者在對設施氣候環境因子調控研究基礎上[43-44]，提出了夏季溫室濕簾加微噴降溫、大棚遮陽網加銀黑雙色膜覆蓋的降溫調控模式，冬季多重覆蓋加地熱線的增溫調控模式，以協調光照、溫度和濕度之間的關系，營造利于植株健康生長的環境。此外，要及時清除殘茬，清潔環境，避免連作的病原菌、自毒次生代謝物的積累。
（2）物理防治技術物理防治具有清潔環保的有點，是植保的發展方向。根據在綠葉蔬菜上試驗[45-46]，用防蟲網覆蓋將害蟲拒之門外，是防止害蟲發生的有效措施，在生產中已取得較好效果，應進一步得到推廣應用，根據主要害蟲的種類來選擇防蟲網的顏色和目數，并配套相應的栽培技術。對于設施內的土傳病害防治，用夏季高溫灌水封棚與暴曬相結合的方法來進行土壤消毒，可以收到良好效果。黃板誘集具有很好的防治病蟲害效果[47]，在生產上要加大推廣應用。
（3）精確化學防治技術化學農藥使用目前仍然是病蟲害防治中不能替代的方法，重要的是使用方法要科學。要改變普遍采用大容量噴霧技術的現狀，研究靜電噴霧技術、精確施藥技術、低量噴霧技術等先進技術及其在溫室中的應用特點。作者所在課題組在自行研制的炮塔式壓力霧化軸流風送高壓靜電噴霧系統中試驗，通過合理布置噴頭高度和調節合適電壓，有效增加了靶標沉積率，提高防治效果[48]。#p#分頁標題#e#
3結語
由于設施栽培條件下的土壤與露地土壤環境差異大，加上長期的不合理的施肥以及連作栽培方式等，已造成了土壤生態的嚴重失衡，影響到設施作物產量和品質的提高。因此，迫切需要進行技術創新，改造傳統的設施農業技術。根據造成設施土壤生態問題的原因，需要從土壤平衡施肥、不同科作物輪作換茬、設施環境調控、病蟲害綜合防治以及基質栽培等方面著手，形成既利于土壤環境改善、又利于高產優質的設施蔬菜清潔生產技術體系，從而促進我國設施園藝產業的健康和可持續發展。
