蔬菜栽培中的肥水管理与环境的负面效应(2007)

设施蔬菜栽培中的肥水管理与环境的负面效应陈振德青岛市农业科学研究院1、设施蔬菜栽培中的水分管理水资源紧缺已是一个全球性问题，我国尤为突出。

全国人均水资源不足世界人均的1/4，排在世界第109 位，属于13个贫水国之一。

一方面业缺水，另一方面农业用水浪费现象又很普遍。

特别是蔬菜的用水量比农作物大得多，因此，在蔬菜栽培中发展节水灌溉势在必行。

它是缓解我国水资源紧缺状况，促进水资源持续利用，改善生态环境和农业持续发展的一项根本措施。

农业节水灌溉的实质就是合理灌溉、科学用水与高效用水。

1.1 设施蔬菜栽培中的灌溉方式1.1.1 畦灌畦灌是地面灌溉中推广应用最为广泛的灌溉方式之一。

在畦灌中，主要倡导“小畦灌溉”。

传统畦灌的，畦过长，浪费水量，甚至造成地下水位上升，形成土壤次生盐碱化。

而小畦灌则可改变这种状况，其技术要点就是“长畦改短畦，宽畦改窄畦，大畦改小畦”。

与传统畦灌相比，主要优点是：节约水量，易于实现小定额灌水；灌水均匀，浇地质量好；防止深层渗漏，提高田间水利用率；减轻土壤冲刷，减少养分损失。

缺点是由于畦子小，田间灌水沟和畦埂占地增多，筑埂挖沟工作量大，可采用活动软管输水代替输水沟来解决。

1.1.2 沟灌沟灌就是在蔬菜作物行间开挖灌水沟进行灌水的方法。

沟灌是最为传统、也是应用最多的灌溉方法之一。

相对来讲，这种方式比传统的畦灌节水。

1.1.3 滴灌滴灌是利用安装在末级管道（即毛管）上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌带，将压力水和肥料一滴一滴地均匀而缓慢地滴入作物根部附近的一种局部灌水技术，滴头流量为2~12L/h.。

滴灌有覆膜与否之分,膜下滴灌是设施蔬菜常用的灌溉方式，其优点是：节水效果突出，一般可节水30~50%；灌水质量明显提高；作物生态环境得到改善；增产效果显著。

1.1.4 微喷灌微喷灌是介于喷灌与滴灌之间的一种灌溉方式。

它是利用直接安装在毛管或与毛管连接的微喷头，将压力水以喷洒状湿润土壤，微喷头流量为20~250L/h。

1.1.5 渗灌这是一种地下滴灌形式。

在低压条件下，通过埋设在作物根活动层的特别渗水毛管，根据作物需水量定时定量地向土壤渗水供给作物，渗透毛管流量为2~3L/h.m。

此技术减少了土壤表面蒸发，是节水效率最高的一种微灌技术，是当今世界最先进的农业节水灌溉技术之一。

渗灌具有其他灌溉方式无可比拟的优点, 与其他生产方式相比更适合于设施农业，其优点是：一是节约用水, 减少肥料用量。

据鱼宏刚等报道,渗灌比漫灌节水70%，比滴灌节水20%。

另外, 通过渗灌系统, 将农药、化肥溶于灌溉用水, 随水施用, 可直接将农药和化肥送于作物根部, 减少了农药、化肥的挥发与淋失, 提高了农药、化肥的利用率, 与常规施用方法相比一般可节省农药、化肥30%。

二是降低棚内湿度, 减少蔬菜病害。

据测定, 渗灌大棚内的空气相对湿度一般在60% 左右, 最大不超过83% , 比目前普遍采用的膜下滴灌低10% 以上, 比畦灌低25% 左右。

因此, 与地面灌溉相比, 采用渗灌的大棚可使蔬菜发病率降低50～ 80%。

三是节省土地和劳动强度。

渗灌与地面灌溉相比, 灌溉时不用在田间开沟整畦,取消了田间所有的渠道,节约了耕地, 渗灌一般比地面灌溉节省土地3～5%。

但渗灌管易堵塞、灌水不均匀，可能会使土壤次生盐渍化、营养元素失调的问题突出。

1.2 灌溉方式对蔬菜作物生长及土壤退化的影响水分是诸多土壤肥力因子中最为活跃的因素之一,在设施栽培中水分的管理则显得更为重要。

这是因为灌溉几乎成了设施土壤水分的唯一来源,土壤水分状况不仅直接关系到土壤对是蔬菜作物的水分供应,还会影响到设施内空气的温度和湿度、土壤的肥、气、热及其他物理化学性质,进而间接地影响着作物生长发育、农产品产量和品质(图1) 。

图1 水分管理与土壤、作物、环境条件关系示意图1.2.1 灌溉方式对蔬菜作物生长的影响与沟灌相比,滴灌和渗灌具有节水、省工、操作简便、能够减轻作物病虫害、提高作物产量等优点。

例如,Sharma S G等（1996）在pH 7.3 的砂质粘壤土上用甜瓜进行滴灌和沟灌试验,滴灌每天都进行灌水,而沟灌当土壤有效水消耗50%时开始灌水,结果滴灌甜瓜产量比沟灌高28.2 %。

张树森等（1994）报道,温室渗与沟灌相比,甜瓜增产6 % ,番茄增产11% ,草莓增产15% ；而黄瓜发病率降低50% ,番茄灰霉病发病率降低80% ,草莓灰霉病降低90% ,甜瓜霜霉病降低85%。

杨丽娟、张玉龙（1999，2000）研究表明,滴灌和渗灌的灌水定额为沟灌的1/2 时,滴灌和渗灌番茄产量分别比沟灌提高5%和10%。

1.2.2 灌溉方式对土壤退化的影响由于水分状况既直接关系到土壤水分供应,又制约着肥、气、热等诸多因子。

由于设施内土壤受到塑料薄膜的覆盖保护,水分蒸发向上运动过程旺盛,而接收灌水数量相对不足,所以盐分等物质会在表层土壤中积累起来，从而引起土壤的退化。

一般来讲，设施土壤退化的后果要在几年甚至十几年以后才会显现出来,而将退化后的土壤再次改造、培育成为良田则相当困难,从这个意义上说设施栽培更应该重视土壤的水分管理。

目前关于灌溉方式对设施土壤退化的影响方面的研究主要集中在盐分含量、pH、NO-3、EC 等几个方面。

Berstein L 等（1973）对滴灌、喷灌和沟灌土壤水、盐运动特点进行比较,得出了土壤水分运动方向不同是导致每一灌溉方式土壤盐分积累情况不同的直接原因的结论。

Lin S S M（1983）在热带地区做灌溉方式对番茄产量影响试验时,发现滴灌根区土壤电导率( EC) 比沟灌和非灌溉的都低,当灌水停止时湿润区外侧边缘土壤盐分含量明显增高,由此认为土壤中盐分的移动是沿着水运动方向进行的;沟灌灌水时水分从灌水沟进入土壤,再向垄台运动,灌水后短时间内也会使根区土壤盐分含量降低,而有利于作物生长,但此后盐分会再次随水分运动而向表层土壤聚积。

张玉龙等（2003）以20cm 深处土壤水分吸力50kPa 时作为灌水始点,沟灌灌水定额由灌水后40cm 深土层水分含量恢复至田间持水量计算确定,渗灌和滴灌的灌水定额为沟灌的1/2，6 年后0～20cm 土层全盐含量变化如图2所示。

从图2可以看出,0～20cm 土层盐分积累以沟灌最重,而以滴灌最轻,渗灌居中。

虽然3种灌溉方式其土壤盐分垂直分布都表现出了表聚性,但是以沟灌最明显,而渗灌近地表盐分含量最高,但随着深度增加,盐分含量迅速减少。

相比较而言以滴灌0～20cm 土层盐分积累最少。

这是由于在设施土壤水分-盐分耦合运动过程中,水分运动的方向及数量不同,导致盐分在不同深度土体中积累不同造成的。

由于盐分积累的原因,土壤表现出明显的酸化倾向。

表1 数据说明,0～20cm 土层土壤酸化情况与盐分积累十分相似,即以沟灌酸化最重,渗灌其次,而滴灌最轻。

在该层次内土壤pH 随深度变化也表现出了明显的规律性(图2)。

图2 不同灌溉方法0～20cm土层盐分含量图3 不同灌水处理土壤pH的剖面变化（张玉龙，2004）剖面分布（张玉龙，2004）2、设施蔬菜栽培中的养分管理2.1 设施蔬菜养分投入状况蔬菜作物具有生长期短, 复种茬口多, 需肥量高等特点。

在实际生产中, 往往通过大量增施氮肥来获得高产。

另外, 种植户受中国传统的“庄稼一枝花, 全靠粪当家”、“粪大水勤, 不用问人”等不科学施肥习惯的影响, 在蔬菜生产, 尤其是设施蔬菜生产中, 过量施肥的现象越来越严重, 使土壤养分储存量不断上升（秦巧燕等，2002）。

据李俊良等（2002）调查，通过对寿光市部分保护地蔬菜施肥量、施肥种类的调查和综合评价可以看出,施肥总量很大,氮、磷、钾养分比例极不协调。

调查的数字显示,在不计算有机肥的情况下,平均亩施纯N 88. 7kg ,P2O5 85. 2kg , K2O 32. 0kg ,甚至有一农户(胡营乡钓鱼台村种植茄子) 一亩地施用鸡粪1 万kg , 过磷酸钙250kg , 磷酸二铵250kg ,尿素250kg ,15 - 15 - 15 复合肥100kg ,硫酸钾20kg ,贝壳粉50kg。

在不计算有机肥的情况下,施用纯N 175 kg、P2O5 165 kg、K2O 25kg 。

据调查, 山东省的芹菜越冬栽培一般施用腐熟的有机肥75000 kg/hm2, 尿素1500～ 2250 kg/hm2, 过磷酸钙1500 kg/hm2,复合肥750～ 1500 kg/hm2, 这一施肥量已经超过芹菜理论要求的50%～ 70%。

山东省用于设施蔬菜栽培的有机肥年施用量达75000～ 150000 kg/hm2, 化肥年内投入量在6000～ 9000 kg/hm2 的现象非常普遍, 有的甚至更高达15000 kg/hm2, 远远超过了当季蔬菜的实际吸收量（冯永军等，2001）。

王学军（1998）调查了山东寿光、苍山、泰安市等地日光温室的施肥情况, 统计结果表明, 在被调查的l0个温室中, 平均施有机肥130815 kg/hm2, 化肥 5625 kg/hm2。

王平、刘淑英（1998）报道 , 甘肃兰州安宁区设施蔬菜年有机肥施用量高达14080 kg/hm2, 化肥 5350 kg/ hm2。

宁夏设施蔬菜一般年有机肥施用量达75000～ 150000 kg/ hm2, 化肥4000～ 6000 kg/hm2 （郭文忠、李丁仁，2003）。

程美廷等（1990）对河北永年县设施栽培的调查结果表明, 黄瓜一般追施硝铵10500～ 12000 kg/hm2。

按l12500～ 150000 kg/hm2的黄瓜或番茄产量来估算, 设施栽培中作物对氮肥利用率不足l0% , 其余90% 以上被积累在土壤中或进入地下水或以其它形式损失掉（王学军，1998；程美廷等，1990）。

江苏省张家港市设施栽培施肥量一般比露地多4～ 5倍, 且化肥在总用肥量中占30%～ 60% , 常达到7500 kg/hm2（张振华等，2003）。

夏立忠等（2001）报道,江苏无锡市郊施栽培年有机肥施用量达300000～ 325000 kg/hm2, 复合肥在450 kg/ hm2以上; 苏州工业区园艺场设施栽培年有机肥施用量达50000 kg/hm2, 复合肥2000 kg/hm2, 过磷酸钙2000 kg/hm2, 并还要追施一定量的尿素。

据调查, 江苏省宜兴市部分设施栽培用肥量也很高, 每茬黄瓜一般施用有机肥22500 kg/hm2,尿素2 000 kg/hm2左右, 钙镁磷肥1 500 kg/hm2左右, 氯化钾900 kg/hm2。

王铁军等（2006）莱西地区是青岛市重要的蔬菜生产基地,耕地面积约为7 ×104ha , 氮肥施用量大, 平均施肥强度为100kg/ ha·a (以氮计) ,最高达180kg/ ha·a 。