土壤连作障碍与生态改良

土壤连作障碍与生态改良

 王开运1，王红艳1，于颀2，武玉国3，王开元3

（1.山东农业大学植物保护学院；2.山东农业大学马克思主义学院；3.山东慧泰华生物技术有限公司）

摘要：本文分析了土壤连作障碍的原因，介绍了一些克服土壤连作障碍常用的方法，创造了施用丰田宝特色生物有机肥改良连作障碍土壤的方法，并在全国部分地区和代表性果园和大棚菜园推广应用，并取得了满意的效果。

关键词：土壤；连作障碍；生态改良；技术；效果

1 土壤连作障碍形成的原因

1.1 土传病害引起的循环侵染

在农田和大棚土壤中，连续种植同种或同类蔬菜、瓜果和农作物，许多植物病害的病原菌可在土壤中存活、积累并侵染后茬作物，如枯萎病菌主要侵染茄科、葫芦科、豆科等蔬菜，根腐病菌主要侵染黄瓜、番茄、茄子、辣椒、菜豆等，由腐霉菌、炭疽菌、腐皮镰孢菌等多种病原体单独或复合侵染蔬菜可产生茎基腐病。黄萎病菌主要侵染茄科蔬菜，菌核病菌主要侵染莴苣和芹菜等，疫霉菌主要侵染辣椒、番茄等，根肿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，根结线虫主要侵染茄科、葫芦科、豆科等蔬菜。    

1.2 植物根系分泌有害物质

植物在生长过程中，其根系会不断分泌有害物质（有机酸等），也称为自然排毒现象，植物分泌的这些有害物质在土壤中积累后会对后茬产生毒害作用。

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积累：长期大量施用酸性化肥，如硫酸铵、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾等，残留的酸根（NO₃^-、SO₄⁼、Cl^-）积累在土壤中，使土壤酸化逐年加重；（2）植物生长中根系产生的有机酸和植物的气孔排放大量的CO₂，二氧化碳溶于水中，产生碳酸，也是提高土壤酸度的重要来源之一；（3）植物根系吸收氨离子并释放出等量的氢离子，氢离子的积累又是土壤酸化来源；（4）板结的土壤微生物会把土壤中的硫转化为硫酸，将土壤中的氯转化为盐酸，增加土壤的酸性；（5）土壤有机质含量越低，土壤的缓冲能力越差，土壤酸化现象表现越重。

2017-2018年，用便携式酸度计测定全国部分地区土壤酸度的结果见表1，从表1中看

出，这些土壤都处于酸性很高的状态；表2为部分蔬菜和瓜果种植适合的土壤酸度，表明许多地方的土壤酸度普遍过高，非常不利于蔬菜、瓜果、作物的生长和农产品优质高产。

表1       部分地区土壤酸度检测结果

表2      部分蔬菜和瓜果种植适合的土壤酸度

1.3.2 土壤酸化的危害
（1）作物病害增加：土壤酸化，植物生长弱，真菌病害发生重，引起钙、镁、锌、硼

铁等盐基离子流失，抗病能力降低；（2）土壤酸化可改变土壤中养分的形态，降低养分的有效性，促使游离的锰、铝离子溶入土壤中，对作物产生毒害作用；（3）土壤酸化能破坏土壤团粒结构，团粒结构多的土壤疏松，透气性好，保水和保肥能力强，有机养分充足，有利于土壤微生物的繁殖；团粒结构少的土壤板结，作物吸肥能力下降。据报道土壤pH值由5.4下降至4.7时，油菜籽减产达40%，花生和芝麻的减产幅度为15%左右。在土壤严重酸化情况下（pH值＜4.0），农作物甚至无法生长。

1.4  土壤盐渍化

1.4.1 土壤盐渍化的原因

在保护地蔬菜生产中，土壤盐分过高表层土壤析出泛“白霜”，即盐霜；进一步盐渍化加重时土壤表面变“绿”色，即土壤出现铜青绿色斑纹斑点，绿色是长绿苔，绿苔是一种藻类，在土壤盐碱超标高温髙湿下绿苔长势茂盛；土壤盐渍化严重时表面出现“紫球藻”棕褐色“红”土现象，紫球藻这是一种盐碱的指示植物。

土壤表面白、绿、红现象的出现，表明土壤中施用化学肥料严重过剩，或施用了过多的盐分过高的动物粪便。长期大量施用化肥，土壤中化肥中的酸根NO₃^-、SO₄⁼、Cl^-等和土壤中的Na⁺、K⁺、 Ca²⁺、Mg²⁺等离子结合成盐，不断增加了土壤盐分含量。 

1.4.2 土壤盐渍化的危害

（1）盐渍化可引起植物的生理干旱：过多的可溶性盐类可提高土壤溶液的渗透压，引起植物的干旱；（2）危害植物组织：干旱季节，表土层盐分过量积累，在高pH值下，还会导致-OH对植物的直接毒害，使原生质受害，蛋白质合成受阻，含氮的中间代谢产物积累可造成细胞中毒；（3）影响植物正常营养吸收：由于交换性Na+的竞争，使植物对磷、钾和其他营养元素的吸收减少，磷的转移也会受到抑制；（4）影响植物的气孔开闭：在高浓度的盐类作用下，植物气孔保卫细胞内的淀粉形成受到阻碍，使细胞不能关闭，植物容易干旱枯萎。土壤盐渍化对作物生长的影响见表3。

表3      土壤盐渍化对作物生长的影响

1.5 土壤质地退化

长期大量施用化肥和农药的土壤，有机质含量低，板结，土壤中有益微生物群落降低，

土壤生态环境恶化，肥力和活性变差。

2 克服土壤连作障碍的方法

目前，克服土壤连作障碍，特别针对设施蔬菜栽培条件的土壤，大都采用几种单一措施组合使用，通常采用的方法有如下7种。

2.1 土壤消毒

2.1.1 翻耕晒墒  大棚换茬期，清除棚内植株、杂草和地膜，用旋耕机翻地晒墒，可使土壤中的有机酸等物质挥发，阳光和高温也能杀死部分病原菌。

2.1.2 药剂消毒  针对土壤中残留的病原菌或根结线虫，选用高效低毒环境友好杀菌剂如乙蒜素等或杀线虫剂阿维菌素等消毒。

2.1.3 高温闷棚  高温闷棚一般在7月中旬至8月下旬进行，闷棚前清除棚内植株和杂草，带出棚外集中进行无害化处理。利用夏季高温和强光对大棚内土壤增温，能杀灭土壤中部分病原菌。

2.2  轮作

长期种植黄瓜的大棚，可轮作种植番茄、辣椒或豆类，轮作有利于改善连作土壤中微生物结构, 提高微生物活性和繁殖能力，增强土壤转化酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性，增加土壤肥力。

2.3  选用抗病品种或嫁接苗

选择抗病品种也是解决或减轻连作障碍的重要途径；嫁接是提高植株抗病性、降低病害发病率，克服连作障碍的重要栽培方法,嫁接技术已广泛应用于黄瓜、西瓜、茄子等蔬菜和瓜果抗病育苗种植中。

2.4 合理施肥

土壤氮素不足会降低作物产量, 但过量使用氮肥不仅会导致作物碳代谢失调, 还会降低氮肥的利用率,增加对周边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进植物对养分的吸收能力，将有机肥与生防菌和促生菌等相结合制成微生物菌剂施用,也可以在一定程度上减轻作物连作障碍的问题。如复合菌剂，可优化土壤微生物群落结构，增加益生菌数量；芽孢杆菌中的拮抗菌，可抑制多种病原菌；木霉菌可产生代谢产物，有抑制病原菌和促进生长的作用；菌根菌为真菌的一种，有拮抗和抑菌作用；酵母菌可降解土壤中的有害物质；EM菌主要由光合细菌、乳酸菌和芽孢菌群组成，可抑制许多病原菌。

2.6 施用“土壤改良剂”

目前商品化的“土壤改良剂”品种类繁多，如松土剂、固沙剂、增肥剂、降酸碱剂、土壤调节剂、土壤调理剂。在治理土壤连作障碍中，主要推行的是降酸碱剂，如施用过磷酸钙有降低土壤碱性的作用；施用石灰和草木灰有降低土壤酸性的作用。但是，施入这类物质，尽管土壤酸碱性得到缓解，但土壤易板结。增施天然腐殖酸和海藻类“土壤改良剂”也可缓解土壤酸碱性，且土壤不板结。

2.7 土壤生态改良

土壤生态改良是一种绿色综合性改良措施，主要包括土壤翻耕晒墒，紫外线和高温可加速有机酸类挥发和病原菌丧失致病力；选用抗病品种或嫁接苗提高抗病性；施用丰田宝生物有机肥替代化肥改良土壤，提高植物抗病性，优质高产。

3  施用丰田宝生物有机肥改良连作障碍土壤的方法与效果

3.1 丰田宝生物有机肥的性能特点

3.1.1 国际发明专利（荷兰）

一种为植物提供全营养元素的天然生物有机肥及其应用（专利号：2032080），是丰田宝生物有机肥的核心技术。丰田宝生物有机肥中的所含的超高效固氮菌是由天然固氮菌经多年创新选育而成，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机磷农药的天然菌株选育而成，既能从含磷矿粉载体和土壤富含不溶磷中解离出速效磷，还能降解土壤中的农药残留；所含解钾菌是用降解多种农药的天然菌株选育而成，不仅能从含钾矿粉载体和土壤富含不溶钾中解离出速效钾，还能降解土壤中的多种农药残留。解磷菌和解钾菌还能活化含腐殖酸载体和土壤中的多种中、微量元素，提高植物对多种元素的吸收率，使农产品中富含较多维持人们健康的天然生命元素。丰田宝特色生物有机肥的精准施用，不仅增加根系中局部土壤有机质含量，改善土壤团粒结构，增加益生菌数量，优化土壤微生态环境；还在改良土壤、降解农药残留、调节土壤酸碱性和克服连作障碍等方面效果十分突出。该肥料中还含有抗菌活性高、作用广谱的高效能拮抗菌株，能抑制土传病害的侵染，提高植物抗病性，实现植物健壮栽培。

3.1.2 丰田宝生物有机肥的特点

该肥料中四大功能菌群可根据植物对氮、磷、钾等养分需求，通过超高效固氮菌从大气中获得氮素；从矿质载体和土壤中解离出速效磷、速效钾和各种中微量元素；载体中的腐殖酸既可活化土壤、调节土壤酸碱性、提高有机质的含量，又为四大功能菌群生存和繁殖提供营养。四大功能菌群吸附于有机载体中，施入土壤后可快速建立优势功能菌群，为植物不断提供所需营养元素，肥效持久、对根系十分安全，优化土壤生态，节能减排，环境友好。“鑫丰田宝牌”特色生物有机肥2017年7月获得国家绿色食品生产资料认证，产品编号：LSSZ-01-1707150021；2021年5月丰田宝生物有机肥获得国际有机认证（编号：IP-0109-973-3376），十分适合有机、绿色水果和蔬菜等农产品的生产。

3.2  丰田宝生物有机肥的使用方法与改良连作障碍土壤的效果

3.2.1 施用方法

（1）大棚番茄、黄瓜茄子、辣椒、西葫芦等设施蔬菜：在幼苗移栽时，用丰田宝600-1000公斤/亩，穴施，将根部直接埋入肥料中，盖土压实，浇透水。生长期保持土壤湿润，不再补施任何肥料，一次施肥，全季养分供应充足。（2）露地叶菜类蔬菜：用丰田宝200-300公斤/亩，穴施、沟施、撒施均可，常规栽培，勤浇水保持土壤湿润。（3）水果：柑橘、葡萄、苹果、梨、桃、猕猴桃等，用丰田宝300-400 公斤/亩，或预计产量的10%，分散穴施或沟施，浇透水即可。（4）盆栽花卉：每盆用丰田宝200克，定时浇水即可。（5）有机水稻和莲藕：用丰田宝300 公斤/亩，均匀撒施。（6）改良土壤、克服连作障碍和化肥减量施用：各种蔬菜、果树和农作物种植时，用丰田宝50-200 公斤/亩，穴施或种肥同播，替代底肥和部分化肥，中期再追施适量化肥。

3.2.2 应用效果

（1）优质高产：与传统施肥对比，产量提高10-30%，瓜果外表光亮品，大小整齐，口感佳，货架期长。（2）产品符合绿色标准：丰田宝能快速降解土壤中残留的农药，植株生长健壮，不易发病，杀菌剂用量减少50%以上，健康植株细胞降解农药速度快，采收的产品经权威单位检验，均低于绿色食品的农药残留限量要求。（3）改良土壤的效果极其显著：2013-2022年在山东省泰安房村镇东良甫村番茄大棚上连续用丰田宝生物有机肥10年，已种植收获了20茬番茄，每茬施用800- 1000 公斤 / 亩，产量平均11000-12000 公斤/亩，较常规施肥增产15-30%。检测结果表明，该大棚土壤有机质提高1 倍以上，土质疏松，pH 值6.8，盐分0.15%，平均每株根系中蚯蚓2 头，较常规施肥区芽孢杆菌等有益菌量提高87.6%，土传病菌量降低97.8%，土壤微生态状况优良。

丰田宝生物有机肥在全国不少地区和多种水果和蔬菜上的应用效果表明，当土壤pH值3-5度时，在根系中沟施或分散穴施该肥料，如浙江省嘉兴市阳关玫瑰葡萄园、梨园和象山红美人柑橘园，江苏省南京市的大棚葡萄和番茄园，云南省昭通市的枇杷园，四川省眉山市的柑橘和沃柑园，重庆市江津区的长叶香橙园等，施用该肥料当年可使土壤pH值调节到5-6度，第二年土壤pH值可恢复到正常。在山东东营和江苏盐城的盐碱土壤条件下，土壤pH值8-9度，盐分0.5-1.0%，在根系中施用丰田宝生物有机肥，当年可使根系中土壤pH值调节到7.5度左右，盐分＜0.4%，第二年种植垄蔬菜根系土壤pH值和盐分可基本达到正常生长要求。在广东省广州市土壤酸化较严重的甘蔗田，每亩施用100 公斤丰田宝生物有机肥，甘蔗播种时沟施，出苗率可达100%，且苗齐又壮，生产的鲜食甘蔗口感好，优质高产，用户收益更高。