作者：李萍萍 单位：江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室
0引言
以蔬菜作物为主体的设施园艺产业在中国取得了快速的发展，设施面积已由1980年的0.7万hm2发展到2009年的超过335万hm2。通过这些农业设施，可以有效改善农业生产的环境条件，对提高农业的抗灾能力和土地生产力、增加菜农的经济收入，以及均衡蔬菜周年供应、提高人民生活水平都起到了积极作用。但是设施园艺经过近30年的实践，也出现了一些土壤生态环境问题及由此带来的农产品质量安全问题。对这些问题进行深入分析，并提出解决问题的途径，是设施园艺实现可持续发展的重要保证。
1设施园艺中存在的主要生态环境问题分析根据生产调研和文献资料报道，设施农业的主要生态问题有耕作层土壤盐基离子积累，土壤次生盐渍化；土壤营养元素失衡，呈现酸化趋势；设施内的连作障碍严重，土传病害、自毒作用等；蔬菜硝酸盐含量增加，内在品质降低等几个方面。
1.1耕层土壤次生盐渍化
在温室、大棚连年种植的条件下，土壤耕作层的盐分呈现不断积累的趋势。据吴凤芝等对哈尔滨郊区的大棚土壤测定[1]，10年以上大棚土壤总盐量高于露地4.2～6.5倍，仅种植黄瓜2年的大棚土壤总盐量也比露地高2.1倍。据何文寿[2]测定宁夏峡口栽种3～10年的日光温室蔬菜土壤，其盐分含量比露地菜田高0.5～3倍，且随棚龄延长而明显上升。据刘兆辉等调查[3]，寿光县26个被抽样大棚的硝态氮平均含量高达195.7mg/kg，速效磷和钾的含量分别为158.8mg/kg和274.5mg/kg，比露地土壤分别高6倍和2.56倍。杜连凤等[4]对河北省蔬菜大棚的采样调查结果表明：土壤的EC值（电导率）与相邻粮田比较，0～20cm土壤EC增加244%，20～80cm土壤增加50%～73%，并且土壤盐分随着种植年限的增加呈增加的趋势。黄锦法等[5]对嘉兴平原设施蔬菜地的调查也表明土壤有盐渍化的趋势。可见，无论是北方还是南方，东部还是西部，土壤次生盐渍化现象普遍较明显，已经造成了各地设施作物的生理机能和产量的下降。造成设施土壤盐渍化的主要原因有：一是缺乏科学的施肥指导，经营者为了追求高产高效，设施蔬菜栽培的用肥量远远高于露地栽培，可以达到4～10倍[6-7]，据作者测定，采用常规的施肥量，一季黄瓜或生菜种植后，土壤N、P元素都有盈余。连年积累，就使土壤的盐分逐年上升。二是保护地土壤不同于露地土壤，因为长年或季节性有玻璃或塑料农膜覆盖，土壤得不到雨水的淋溶，土壤内的盐分随水分的蒸发向上运动而聚集于地表耕作层，这样就加快了土壤次生盐渍化[8-9]。
1.2营养元素失衡，设施土壤酸化
李见云等和李俊良等[10-11]对山东寿光大棚设施土壤养分状况研究结果表明，蔬菜施肥氮、磷、钾的比例为1∶0.96∶0.36，与蔬菜作物氮、磷、钾的比例一般为1∶0.5∶1.25的需求相比极不合理。因此，随大棚棚龄的增加，速效N、P含量有显著的增加，速效K含量增加幅度不大。过量的不合理的施肥，使得设施蔬菜肥料的利用率较低，产投比降下降。刘兆辉等[12]研究表明，1997年寿光设施蔬菜氮肥的表观利用率为21.33%，磷肥的表观利用率只有2.82%，钾肥的利用率较高达到61.34%。2004年氮肥和磷肥总用量有所减少，钾肥用量有所增加，但是施肥量仍然远远高出作物的需求量。由于氮磷用量多，而钾肥用量太少，植物抗逆性差，导致病虫害严重。土壤营养元素失衡还带来土壤酸化的问题。由于施用N肥及其他生理酸性化肥过量，造成了设施土壤pH值下降的趋势。赵风艳等[13]对哈尔滨和大庆等地的研究，土壤pH值有随种植年限的增加而下降的趋势。孟鸿光等[14]对沈阳市城郊110个具有代表性的大棚土壤pH测定结果表明,土壤pH＜6.5的大棚占调查总数的70.9%，其中部分大棚土壤pH＜4.1。黄锦法等[5]的研究认为,由于施肥过量及结构不合理引起了嘉兴平原设施土壤的盐害、生理缺素和pH偏酸。土壤酸化不仅导致土壤中有机物的矿化与分解速率减缓，影响土壤中养分的有效性和作物的营养状况，也影响根系及地上部一些器官的生长正常发育和作物产量[15]。
1.3设施内连作障碍严重
设施园艺的特点是专业化程度较高，种植的作物种类相对较少，所以连作盛行。特别是有些地方强调规模化生产，设施内多年生产一种作物，这就带来了严重的连作障碍。根据喻景权等[16-18]的研究，土壤连作障碍主要集中在土传病虫害的蔓延、土壤理化性状的劣化和自毒作用的发生等几个方面。连作造成的最大危害是土传病害加重。目前设施园艺中以栽培番茄、茄子和辣椒等茄科作物，或黄瓜、甜瓜、西瓜等葫芦科作物连作为主，而茄科和葫芦科这两个科都有共同的土传病害，为忌连作和不宜连作的作物[19]。吕卫光等和袁龙刚等[20-21]研究，黄瓜和辣椒连作后土壤微生物区系改变，微生物由“细菌型”土壤向“真菌型”土壤转化，土传病虫害加重。此外，由于设施连作带来的土壤pH过低，也抑制部分有益微生物的活性和正常的生理代谢，加重一些土传病害的发生[15]。植物通过残体分解、根系分泌物及地上部淋溶等途径，会产生一些酚类、萜类等代谢物，这些化学物质自毒现象也很普遍[22]。YuJQ等[22]研究表明，黄瓜根系分泌物中有对-羟基苯甲酸、苯甲酸等酚酸化合物，这些物质对黄瓜吸收养分有直接的阻碍作用。日本学者初田勇一认为，西瓜不能耐连作是根系分泌出抑制生长的水杨酸造成的[24]。马云华等[25]研究表明，伴随连作年限的增加，日光温室黄瓜连作土壤中酚酸类物质（对羟基苯甲酸、阿魏酸、苯甲酸）明显积累。在试验设定的酚酸类物质处理浓度范围内，土壤尖孢镰刀菌和甜瓜疫霉的数量一直呈上升趋势。可见，连作障碍是自毒物质与土传病害共同作用的。在连作条件下，设施土壤的理化性状会有明显变化。黄毅等[6]研究，长时间地进行各种田间作业对棚内土壤的频繁践踏、灌溉和高剂量的施肥破坏了土壤团粒结构，使大孔隙减少，板结，通透性差。赵风艳等[13]研究，随着种植年限的增加，土壤水稳性团聚体的数量增加，毛细管孔隙发达，持水性变好，通气透水性变差。吕卫光等[20]研究，黄瓜连作后土壤次生盐渍化加重，P过剩，K则消耗过多，造成养分不平，严重影响了设施园艺产业的可持续发展。
1.4设施环境导致蔬菜硝酸盐含量增加
硝酸盐在动物体内经微生物的作用极易还原成亚硝酸盐，它可使直接使动物缺氧中毒，而且能和胃中的含氮化合物结合成强致癌物质亚销胺。为了保护人类健康，世界卫生组织及联合国粮农组织规定硝酸盐的日摄入量及蔬菜体内的硝酸盐含量均有过规定[26]，因此，对蔬菜硝酸盐的含量也引起了重视。近年来，对施肥量或土壤盐分含量与土壤硝酸盐之间的关系、土壤硝酸盐含量与蔬菜产品硝酸盐含量的关系等方面都有不少研究。如李文庆等[27]认为，土壤硝酸盐随施肥的增加而增加，所以不管大棚利用年限长短，土壤硝酸盐含量均比露地显著增加，硝酸盐的积累与总盐量的积累有相同的趋势，这与吴凤芝等[1]的结论一致。据山东农业大学对寿光县26个大棚的抽样调查，土壤硝态氮平均含量高达195.7mg/kg[3]，使得蔬菜的产品品质下降，蔬菜硝酸盐含量较高。这些研究都表明设施土壤的硝酸盐含量高。刘明月等[28]研究了施肥量与芹菜体内硝酸盐含量的关系，结果表明：N肥的施用与芹菜体内硝酸盐积累呈正相关，P、K肥的施用与之呈负相关，但三元素之间具有交互作用。刘明池等[29]人研究指出，N肥达到一定施肥量后，黄瓜产量并不随施肥量的增加而增加，而果实的硝酸盐含量随施肥的增加而增加。高祖明等[30]的研究也有相近的结论。综合各方面的研究，由于在设施生产条件下，土壤中盐分含量高，因此硝酸盐也高，进而导致蔬菜产品中超标的现象时常发生。此外，蔬菜体内硝酸盐含量还与光照等环境因子相关。周秋月等[31-32]研究表明，生菜、莴苣硝酸盐的累积与光强和光照时间呈负相关。由于覆盖物的遮挡，设施内的光强比露地低，因此要降低蔬菜硝酸盐含量，就更需要从改善土壤状况着手进行解决。#p#分页标题#e#
2设施蔬菜清洁生产技术对策研究
根据以上分析，设施蔬菜生产中出现了严重的土壤生态问题，但究其原因主要是不合理的施肥、长期连作以及作物管理方式跟不上等所造成的。作者根据存在的生态问题，从多方面着手进行了长期的研究和实践，结合文献资料，提出了设施园艺清洁生产技术对策。
2.1科学合理平衡施肥
（1）肥料用量和元素结构的优化现有土壤的养分含量和作物需肥量两者结合是制定施肥制的依据。目前各地生产的种类繁多的专用肥，大多是根据某种作物对各种不同营养元素的吸收量而设计的，而没考虑到不同土壤的供肥特性。因此必须要在测土基础上，再结合考虑某种作物的需肥个性提出适宜的肥料配方，做到测土配方施肥，实现氮、磷、钾元素的动态平衡。有条件时对土壤和作物产量进行跟踪检测和调查，以不断完善和改进配方，提高肥料利用率。作者课题组按照在玻璃自控温室内黄瓜生菜一年四熟复种方式进行配方施肥，N、P2O5、K2O吸收利用率分别为56.04%、55.48%、42.40%，比一般报道的肥料利用率要高得多[33]。
（2）肥料种类结构的优化要注意化肥和有机肥的配合。有机肥与化肥的合理配合，不仅能提高产量，还能降低硝酸盐含量。根据李建设等人在温室迷你黄瓜上的研究[34]，不同施肥处理中，黄瓜品质以有机肥配合无机肥施用最好，硝酸盐含量低；产量以有机肥与酵素菌肥、生物有机肥配施和有机肥配施一定量的氮磷钾无机肥增产效果为好。据李仁发等[35]在空心菜试验，与单施等量化肥处理的相比，基、追肥采用化肥与有机肥配合施用处理的,亚硝酸盐和硝酸盐分别降低16.7%和12.4%；基、追肥均施用有机肥的,则降幅更为显著，分别为28.3%和22.2%，同时蔬菜单位产量的肥料成本降低。
（3）施肥方式的优化将需要施肥补充的量分成有机和无机两大块，有机肥作基肥，而无机化肥则根据作物各阶段需要的量配成营养液，与滴灌的水分一起施入到土壤中。营养液滴灌既可做到定时定量，又能减少养分的损失和防止养分过多的积累。要在设施园艺中推广应用这种水肥一体化技术。
2.2高效节水灌溉技术多数设施栽培至今仍沿用大水漫灌的灌溉方法，不仅浪费大量的水资源，也是土壤次生盐渍化产生的重要原因之一。有些发生盐渍化的土壤为了洗盐进一步采用大水漫灌，造成农业面源严重污染。因此，设施栽培宜推广先进的灌溉技术。
（1）滴灌技术滴灌技术不仅节水，而且具有良好的小气候效应。许恩军等[36]，明确了大棚蔬菜滴灌施肥技术效应，主要是有利于降低棚内空气湿度和保持棚内气温,有利于土壤理化性状的改善,从而促进了蔬菜生长,提高了产量和品质。而膜下滴灌技术对设施小气候的效应则更加明显。作者进行了银黑双色地膜覆盖加滴灌的试验[37]，结果表明，在灌水4d以后，露地的土壤含水量下降了43.4%，而地膜覆盖的2个处理的土壤含水量则仅下降了21%左右。由于减少土壤蒸发，相对湿度从平均的68%下降到59%，有利于植物健康生长。
（2）微喷技术适合于叶菜类作物，尤其是在夏季晴天，微喷还有降低温度的效果。据作者试验[38]，在晴天高温时使用微喷，可使室内气温和叶面温度都下降3～4℃，改善作物生长的条件。但微喷次数过多，会造成湿度过大，易诱发病害。所以微喷在晴天一天中以3～4次、每次不超过10min为宜。微喷的时间主要在上午10点到下午3点之间。
2.3连作障碍防治技术
（1）轮作换茬将作物生态适应性差异较大的不同科作物实行轮作，不仅从源头切断土传病虫害繁殖和蔓延的途径，还可以改变连作对土壤养分吸收的片面性。在日本，实行与禾本科作物玉米的轮作曾经是消除土壤次生盐渍化和防治土传病害的成功经验。玉米需肥量大，产量高。在江西、浙江等地的季节性拱棚中，实行番茄等作物收获后种植一茬秋玉米的年内轮作方式，对于防治次生盐渍化产生了具有积极作用[39]。
（2）嫁接技术在专业化程度高的地区，对一些不耐连作的作物可采用嫁接技术。用根系发达的、抗病性强的黑籽南瓜作为黄瓜的砧木，野生、半野生或具有抗病等优良性状的杂交的品种作番茄、茄子的砧木，可以预防黄瓜、番茄和茄子的枯萎病、黄萎病和青枯病等毁灭性病害。作者在日本最大的爱知县经济连育苗中心考察时看到，该中心年产几百万株的番茄、茄子、黄瓜等果菜苗全部采用嫁接技术，使之番茄、茄子在当地能连续10多年实行连作而不减产[40]。
（3）无土栽培技术无土栽培技术包括营养液水培技术和基质栽培技术。在土传病害和次生盐渍化严重的地区，采用无土栽培技术是彻底解决这些土壤生态问题，实现作物高产稳产优质高效的有效途径。但是纯粹的营养液水培技术由于需要的设施投资大，管理要求严格，所以在生产上推广应用不如基质栽培。作者利用本地的工业生产废弃物，因地制宜研发了商品化芦苇末和醋糟有机基质，并已形成配套的栽培技术和模式[41-42]。
2.4病虫害综合防治技术
（1）环境调控技术要通过综合农艺和环控技术，营造植株生长健康的生境，减少病虫害感染的机会。近年来，作者在对设施气候环境因子调控研究基础上[43-44]，提出了夏季温室湿帘加微喷降温、大棚遮阳网加银黑双色膜覆盖的降温调控模式，冬季多重覆盖加地热线的增温调控模式，以协调光照、温度和湿度之间的关系，营造利于植株健康生长的环境。此外，要及时清除残茬，清洁环境，避免连作的病原菌、自毒次生代谢物的积累。
（2）物理防治技术物理防治具有清洁环保的有点，是植保的发展方向。根据在绿叶蔬菜上试验[45-46]，用防虫网覆盖将害虫拒之门外，是防止害虫发生的有效措施，在生产中已取得较好效果，应进一步得到推广应用，根据主要害虫的种类来选择防虫网的颜色和目数，并配套相应的栽培技术。对于设施内的土传病害防治，用夏季高温灌水封棚与暴晒相结合的方法来进行土壤消毒，可以收到良好效果。黄板诱集具有很好的防治病虫害效果[47]，在生产上要加大推广应用。
（3）精确化学防治技术化学农药使用目前仍然是病虫害防治中不能替代的方法，重要的是使用方法要科学。要改变普遍采用大容量喷雾技术的现状，研究静电喷雾技术、精确施药技术、低量喷雾技术等先进技术及其在温室中的应用特点。作者所在课题组在自行研制的炮塔式压力雾化轴流风送高压静电喷雾系统中试验，通过合理布置喷头高度和调节合适电压，有效增加了靶标沉积率，提高防治效果[48]。#p#分页标题#e#
3结语
由于设施栽培条件下的土壤与露地土壤环境差异大，加上长期的不合理的施肥以及连作栽培方式等，已造成了土壤生态的严重失衡，影响到设施作物产量和品质的提高。因此，迫切需要进行技术创新，改造传统的设施农业技术。根据造成设施土壤生态问题的原因，需要从土壤平衡施肥、不同科作物轮作换茬、设施环境调控、病虫害综合防治以及基质栽培等方面着手，形成既利于土壤环境改善、又利于高产优质的设施蔬菜清洁生产技术体系，从而促进我国设施园艺产业的健康和可持续发展。
