我国设施农业土壤次生盐渍化生物改良措施研究进展_顾京晏

我国设施农业土壤次生盐渍化生物改良措施研究进展 ＊
） ） ） ） ） ２） 顾京晏１， 顾 卫１ 张 化１ 陶 岩３ 许映军１ 陶 军１
（ ） 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室 ， 北京 ； １ １ ０ ０ ８ ７ ５， ） 北京师范大学民政部教育部减灾与应急管理研究院 ， 北京 ； ２ １ ０ ０ ８ ７ ５， ） 东北师范大学地理科学学院 ， 吉林长春 ） ３ １ ３ ０ ０ ２ ４，
摘要 近年来 ， 随着设施农业的快速发展 ， 设施土壤次生盐 渍 化 问 题 日 益 突 出 ， 严重制约着我国设施农业的健康持 长期以来 ， 国内外学者对设施土壤次生盐渍化的改良方式进行了深入研究 ， 并据此提出了相应而 有 效 的 农 业 、 工 续发展 ． 生物方面的改良措施 ． 其中 ， 生物措施 被 认 为 是 绿 色 、 有 效 的 改 良 方 式， 极 具 发 展 潜 力． 本文着重介绍了利用填闲作 程、 耐盐植物 、 土壤动物及微生物改良设施农业次生盐渍化 土 壤 的 机 理 及 近 年 来 的 研 究 成 果 ． 未 来， 筛 选 填 闲 作 物 品 种、 物、 建立填闲作物轮作体系 、 优化蔬菜轮作体系 、 探究土壤动物对次生盐渍化土壤改良的应用以及多手段的综合 应 用 是 设 施 农业次生盐渍化土壤改良的研究新方向 ． 关键词 设施农业 ；土壤次生盐渍化 ； 填闲作物 ；耐盐植物 ；蚯蚓 ；微生物 １ ５ ６ 中图分类号 Ｓ ： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． １ ６ ３ ６ ０ ｂ ｎ ｕ ｎ ｓ ． ２ ０ １ ６． ０ １． ０ １ ５ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｊ
７ ０
北京师范大学学报 （ 自然科学版 ） ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂ ｅ ｉ ｉ ｎ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｊ ｇ ｙ（
２ ０ １ ６ ０ ２ － （ ） ２ １ ５
［ １ ７］
出： 糯玉米和燕麦为 比 较 适 合 的 夏 季 填 闲 作 物 ． 然 而， 现阶段仍缺乏与填闲作物品种筛选相配套的栽培管理 技术 ， 所以 ， 在今后的 研 究 中 急 需 建 立 更 为 科 学 、 系统 的栽培管理技术体系 ． 原 １ ． ２ 耐盐植物种植 在已发生盐害的设施土壤中 ， 出现生 本的种植品种不能适 应 过 高 的 营 养 盐 分 积 累 ， 长障碍 ， 甚至绝产 ． 这时 ， 根据次生盐渍化程度的不同 ， 培育 、 种植适宜的抗 盐 植 物 或 者 利 用 普 通 作 物 的 盐 分 既利用植物对于营养盐分的吸 耐受性差异进行轮作 ， 收， 达到改良次生盐渍化土壤的目的 ． 同时也保证了土 壤的充分利用 ， 创造经济价值 ． 目前国内外不乏 关 于 种 植 耐 盐 植 物 改 良 内 陆 、 海 滨盐渍土的文章 ， 利 用 抗 盐 牧 草、 农 作 物、 灌木和野生 结 抗盐植物对不同类型 盐 碱 土 壤 具 有 一 定 改 良 效 果 ， 合基因工 程 选 育 抗 盐 农 作 物 的 研 究 也 取 得 了 重 要 成 有研究 报 道 ： 目前国内引种观察的抗盐碱牧草有 果． 种植 牧 草 对 改 善 土 壤 团 粒 结 构 、 渗 透 性、 降 １ ４ ０ 余种 ，
［ ］ ５ ７ －
利用生物措施改良设施农业次生盐渍化土壤的研究较 少， 且缺乏关注 ． 为此 ， 在国家科技支撑课题 “ 北方城郊 环保型多功能生态农业模式研究与示范 ” 引导下 ， 本文 总结当前设施农业次生盐渍化土壤的生物改良措施的 作用机理及近年来的 研 究 成 果 ， 分析改良过程中存在 为我国设施农业的健康持 的问题和未来的发展 方 向 ， 续发展提供科学依据和理论基础 ．
国的粮食安全 、 农产品供应保障和生态环境更加脆弱 ， 严重冲击我国粮食安全和城市的农产品供应 ． 因此 ， 设施农业次 生 盐 渍 化 土 壤 的 改 良 对 于 我 国 国家科技部门 设施农业的可持续发 展 具 有 重 大 意 义 ． 和单位对 此 问 题 的 研 究 投 入 了 大 量 的 科 研 资 金 和 力 “ 量， 十一五 ” 期间在 城 郊 区 环 保 型 特 色 农 业 研 究 项 目 主要通过调控灌 溉 和 施 肥 措 施 进 行 设 施 农 业 次 生 下， 盐渍化土壤的改良 ， 取得了重要成果 ． 生物措施一直以
＋ 可溶性盐分含量 、 含 量、 全 氮 等， 且其改良作用与 Ｎ ａ
种植密度呈正相关 ， 其中 ， 毛苕子的改良作用明显优于 习斌等 其他三种作物 ．
［ １ ９］
以甜玉米作为 填 闲 作 物 对 北
种植甜玉米可以有效影 方设施菜地的改良研 究 发 现 ： 响土壤剖面电导率 ， ０～４ ０ｃ ｍ 土层填闲处理的电导率 显著低于休闲处理 ， 能有效降低设施土壤表层盐分 ． 有 研究者对我国太湖地区设施农业土 壤 研 究 发 现
根系的生长 并 破 坏 作 物 对 养 分 的 均 衡 吸 收
［ １ ０］
同 时， ．
土壤次生 盐 渍 化 导 致 土 壤 动 物 和 微 生 物 种 群 数 量 减 少、 群落结构失衡 ， 土 壤 周 转 氮 库 减 少． 不仅直接危害
） ； ） 国家自然科学基金资助项目 （ ２ ０ １ ４ Ｂ Ａ Ｄ １ ４ Ｂ ０ ３ ４ １ ２ ０ １ ２ ３ ７ ＊ 国家科技支撑计划课题资助项目 （ ： 通信作者 ， ｅ ａ ｉ ｌ ｕ ｎ ｔ ａ ｏ ｎ ｕ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ －ｍ ＠ｂ ｊ 收稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ ４ １ ２ － －
２ ５］ 而王 芝 义 等 ［ 对兰州市榆中县设施土壤的实验中得
闲期 ， 填闲作物的加入还能有效阻控氮素损失 ， 提高土 防 止 地 下 水 污 染、 减 少 肥 料 投 入； 其 壤有效氮的含量 ， 三， 填闲作物能将设 施 农 业 次 生 盐 渍 化 土 壤 中 的 营 养 盐分离子从土壤转移 至 植 物 体 中 ， 相当于在农业生产 ， 过程中额外增加一个 营 养 盐 分 “ 库” 减少土壤中营养 盐分离子浓度 ． 更有学者认为 ， 种植填闲作物能够改变 种植体系中土壤微生 物 群 落 结 构 和 活 性 ， 进而能够增 加主栽作物 的 产 量 经 研 究 证 明， 种植填闲作物确 ． ［ １ ８］ 是一 种 简 单 易 行 的 实能有效降低土壤盐渍化程度 ，
［ ２ ０］
： 在
现行的农民施肥量的基础上 ， 减少２ ０％ ～４ ０％ 氮 肥 的 施入 ， 对作物产量几乎没有影响 ， 配合种植甜玉米为填 闲作物 ， 能 有 效 减 少 氮 的 淋 失， 同时降低表层（ ０～１ ０ 土壤含氮量 ． ｃ ｍ） 填 闲 作 物 秸 秆 还 田， 还能释放其体内营养盐分 “ ， 库” 有效减少含氮肥料的施入 ， 对营养盐分离子起到 了集中和缓释利用的 作 用 ． 腐熟秸秆还可以降低土壤 容重 ， 增加孔隙度 ， 释放的二氧化碳是早春温室迫切需 要的 碳 源 肥 料 ， 发 酵 热 量 可 提 高 地 温 ３～５℃． 此项技 术已在山东和我国北方温室进行了推广
２ ６］ ２ ７］ 低土壤盐 分 均 有 很 好 的 效 果 ［ 董 晓 霞 等［ 对海滨 ．
改良设施土壤次生盐 渍 化 、 提高设施菜田土壤功能的 方法 ． 王金 龙 等
［ １ ５］
将 毛 苕 子、 苏 丹 草、 甜玉米和苋菜４
种填闲作物对天津黄瓜温室土壤次生盐渍化的改良效 果研究比较发现 ： 种植四种填闲作物均能降低土壤中
第１期
顾京晏等 ：我国设施农业土壤次生盐渍化生物改良措施研究进展
７ １
来自百度文库
１ ． １ 填闲作物种植 每 年 的 夏 季 是 日 光 温 室 蔬 菜 生 产的淡季 ， 休闲土地是菜农在这段时期的常规措施 ． 随 着填闲作物种植的研 究 与 推 广 ， 近年来越来越多的菜 农选择在夏季对大棚 进 行 揭 棚 填 闲 ， 目前较为常见的 包 括 普 通 玉 米、 甜 玉 米、 糯玉 填闲 作 物 品 种 有 玉 米 （ 、 苏丹草和大葱等 ． 米） 填闲作物即是在 设 施 栽 培 的 休 闲 期 ， 种植耐盐且 生长快 、 吸肥力强的 植 物 来 降 低 土 壤 耕 层 的 营 养 盐 分 其对硝态氮的调控能力体现在以下几 ． ： ， 点 其一 填闲作物能 有 效 的 增 加 地 表 覆 盖 ， 减少由于 离子含量
［ ］ ２ １ ２ ２ －
盐渍土的研究中发现 ： 长期栽培紫花苜蓿和林生山黧 豆， 能有效降低 ０～４ 这与郭晔 ０ｃ ｍ 土 层 的 盐 分 含 量．
２ ８］ 红等 ［ 的研究结果相同 ． 在盐碱土地的 驯 化 和 改 良 过
［ １ ５］ １ ６］ ； 蒸发强烈而 引 起 的 盐 分 表 聚 ［ 其 二， 在土壤耕作休
围， 在研究区扩大实验品种范围 ， 选择最适宜研究区的 填闲作物 ． 目前有越来越多的研究者致力于“ 因地制 宜” 的填闲作物品种筛选 ， 为当地农业生产提供了更加 明确的指导 ． 潍坊科 技 学 院 与 东 北 农 业 大 学 在 寿 光 市 经过夏季填闲小麦改良土壤 日光温室黄瓜种植区 域 ， 示范 ， 得出了 Ｃ 的试验 、 ３植物小麦与设施黄瓜轮作有 利于次生盐渍化土壤 改 良 的 结 论 ， 并总结出适合寿光
［ ４］
和跨地区种植中 起 到 了 重 要 作 用
特别是对于我国 ． 、 北方地区所面临的光 照 不 足 温 度 较 低 和 降 雨 量 少 且
集中的气候条件 ， 设施农业对北方地区的农作物供给 起到了很大作用 ． 由于栽培条件的不同 ， 温室 、 大棚等中的设施土壤 与露天土壤有较大 差 别 ， 在 缺 少 自 然 雨 水 淋 洗、 高 温、 高湿且通气不良的生 态 环 境 下 ， 设施农田土壤又长期 处于高集约 化 、 高 复 种 指 数、 高肥料施用量的生产状 态
０ 前言
设施农业又称可 控 农 业 ， 即是利用比较大型的保 护措施 ， 如日光温室 、 塑料大棚 、 地膜覆盖等设施条件 ， 人为创造可控的环境进行农作物栽培
［ ］ １ ２ －
１ １］ ， 造 成 土 壤 质 量 的 快 速 退 化［ 而且 作物的正常 生 长 、 ］ １， １ ２ １ ３ － 也易引发其他相关 的 生 产 问 题 ［ 长 此 以 往， 使我 ．
２ 地区的夏季小麦填闲技 术 ， 每６ 仅需投入１ ６ ７ｍ ０ｋ ｇ ２ ３］ ２ ４］ 小麦种 ， 成本约１ 效 果 明 显［ 张 继 宗 等［ 对北 １ 元， ．
京房山地 区 设 施 菜 地 夏 季 不 同 填 闲 作 物 的 比 较 中 得 出， 在甜玉米 、 高丹草 、 红叶苋菜 、 小麦和空心菜等 ５ 种 填闲作物中 ， 甜玉米吸氮能力最强 ， 能有效减少土层中 是北方设施栽培夏季填闲作物的理想选择 ． 硝酸含量 ，
１ ４］ ， 但目前 来都被认为是盐渍化土壤修复的最 佳 途 径 ［
， 具有集约化
程度高 、 产能高效 、 农 业 环 境 条 件 适 应 能 力 强 等 特 点， 运用生物 、 工程与环境技术 ， 使农业生产不再受限于气 季节等 因 素 ， 有效地提高了农业资源综合利用水 候、 平
［ ３］
， 在我国蔬菜和 其 他 重 要 经 济 作 物 的 反 季 节 供 给
， 生态环境和生产状态综合导致了土壤次生盐渍
化、 养分失调 、 土壤酸 化 等 诸 多 问 题 ． 其中以土壤次生 由于上述因素导致营养盐分离 盐渍化问题最为突出 ，
］ －［ ８ ９ － ， 子在土壤表层大量积累 ， 主要是 ＮＯ 影响了作物 ３
１ 利用植物种植的改良措施研究
植物既是依附于 土 壤 而 生 长 的 产 物 ， 同时也是影 发育的重要因子 ． 利用植物改良设施农业 响土壤发生 、 次生盐渍 化 土 壤 主 要 是 利 用 填 闲 植 物 和 耐 盐 植 物 的 种植 ．