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。可見，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模化生產，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。可見，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。