应对土壤退化　提高农产品质量安全——国家农业科技成果转化资金项目“集约化蔬菜生产中的绿色施肥技术应用示范与推广”

2012-09-27

针对我国日益严重的土壤退化与农产品质量安全问题，在国家农业科技成果转化资金项目（2009GB24910540）等的支持下，以中国科学院南京土壤研究所为主，开发了经济、实用的绿色施肥生态调控技术体系。该技术应用生态学原理，突破了仅基于作物养分需求的现有施肥技术，初步建立了同时满足作物需求和土壤生物需求的生态系统施肥技术，通过增强土壤生态系统的健康和免疫能力进而提高生态系统的功能，提高养分吸收利用效率，有效抑制土壤连作病害，在显著降低肥料和农药施用量的同时，大幅度提高农产品的产量和内在品质。具体开展的研究内容如下：

1.绿色施肥技术体系的优化试验研究

（1）基于生态化学计量学理论的绿色施肥技术原理研究

① 采用室内培养试验研究了青枯菌和荧光假单胞菌的碳氮营养生态位，证明可以通过调节土壤中的营养比例来实现调控土壤中的病原菌和有益微生物的生长情况，从而达到控制土传病害的目的。

② 采用水培试验研究了矿质营养元素对番茄抗青枯病作用，发现Ca²⁺浓度升高能诱导番茄体内防御酶POD和PPO浓度升高，提高了番茄对青枯病的抗性。

③ 利用山东海阳不同年限大棚土壤研究了球囊霉素相关蛋白与连作番茄设施大棚土壤健康的关系，发现总球囊霉素（TG）、易提取球囊霉素（EEG）含量和土壤活性碳含量随连作年限增加的变化趋势一致，随连作年限延长呈先上升，连作7年后基本稳定的趋势，分别在连作10年、7年和13年的温室土壤中达最大值，TG和EEG可在一定程度上反映土壤养分的平衡状况及土壤健康状况。

④ 采用水培、土培试验研究了不同N肥施用及不同施肥模式对番茄和小青菜的生长及产量与品质的影响，探讨了不同施肥情况下蔬菜的生态化学计量学特征，证明氨基酸态氮和硝态氮混合营养促进番茄（地上部和根系）生长，氨基酸态氮和硝态氮混合营养提高番茄的光合速率并与其地上部C/P摩尔比之间存在显著正相关关系；小青菜在施氮量为180kg/hm²生长良好，在施氮量为750kg/hm²和1500kg/hm²下小青菜的地上部干鲜重并没有随着施氮量的增加而增加，表明施氮量为180kg/hm²是小青菜较为合适的水平，能达到节氮保产的效果，而产量的进一步增加受养分之间生态化学计量学参数所控制；小青菜和番茄的生长与其地上部C/N和C/P之间存在显著正相关关系且与其施肥模式中C/N和C/P存在正相关趋势，合理搭配肥料促进蔬菜的光合固碳能力，进而提高蔬菜体内C/N、C/P的值，有利于促进蔬菜的生长。

（2）绿色施肥技术体系专用调理剂的研究

① 采用盆栽试验研究了土壤健康调理剂对番茄青枯病的影响，发现调理剂与有机肥混施能使番茄植株健壮生长，增加叶片中叶绿素含量，加快番茄的光合速率，显著的提升土壤中各种酶的活性，有利于土壤养分循环及土壤健康的保持，从而有效地防治番茄青枯病，防效高达90.0%。

② 采用盆栽试验开展了植物健康专用调理剂配方的筛选研究，已筛选到相对较好的防治番茄青枯病的土壤健康调理剂配方。

③ 开展了调理剂对草甘膦污染土壤的修复研究，证明土壤在添加有机肥和改良剂后有效地降低了草甘膦在土壤中的含量，同时可以有效提高土壤酶活性，提高土壤pH，降低土壤容重。

④ 开展了调理剂对土壤中重金属钝化的研究，发现调理剂可显著降低土壤中Cd的有效性。

（3）绿色施肥技术体系优化的田间小区试验研究

① 采用田间小区试验研究了不同施肥模式对蔬菜生长、产量、品质的影响及其与生态化学计量学特征的关系，分五种处理[对照，优化的有机-无机肥配施模式（优化当地施肥），有机肥施肥模式，无机肥施肥模式，传统的有机-无机肥配施模式]，发现在大田小区试验条件下，优化的有机无机肥配施模式(含有氨基酸肥料)促进小青菜和菠菜的生长，提高小青菜和菠菜的产量，改善小青菜和菠菜的品质，这与其地上部C/N和C/P之间存在显著相关关系且与其施肥模式中C/N和C/P存在正相关趋势；该模式提高N肥表观利用率5～15个百分点，主要与促进根系生长进而吸收效率提高有关；N肥表观利用率与其地上部C/N和C/P之间存在显著正相关关系且与其施肥模式中C/N和C/P之间均存在正相关趋势，表明合理搭配肥料提高地上部光合能力和促进根系生长，进而提高蔬菜体内C/N、C/P比值，有利于提高蔬菜对其施肥模式中氮素的表观利用率。

② 布置了绿色施肥对田间茄果类蔬菜生长影响的定位实验，对连作番茄生态调控试验表明 “优化当地施肥+固体调理+液体调理”对番茄产量增加和品质改善效果最好。

③ 布置了绿色施肥对田间叶菜生长影响的定位实验，通过减氮施肥加健康调理的方式研究生态调控技术对叶菜生长及品质的影响，最终得出在当地施肥的基础上减少氮肥20%，并配合叶面调理效果最好。

④ 采用田间小区试验研究了绿色施肥对草莓连作土壤微生物群落特征的影响，发现优化当地施肥处理和当地施肥+调理处理能显著提高草莓产量、株高及单果重和降低黄萎病发病率，提高土壤酶活性，显著提高放线菌/真菌比例，增加土壤中交换性Mn含量对克服草莓连作障碍，提高产量和品质有显著的效果。

2.绿色施肥技术体系应用示范试验与推广

在江苏、河北、新疆等地蔬菜主产区蔬菜连片种植基地选取连作障碍发病率较高，产量较低、品质退化较严重的地块，开展了“调生-健植-控病”绿色施肥技术体系应用示范试验，并建立核心示范基地；在各地有关部门的支持下，与当地土肥技术部门、蔬菜协会及有关企业合作，通过多点示范、培训技术骨干等方式，在相关蔬菜种植基地进行技术应用推广。目前，建立应用示范工程10个，其中2000亩以上的核心试验示范基地6个。至2011年底，核心示范区总面积达1.21万亩。3年累计推广应用面积约12.3万亩，累计培训技术人员650人次，增加农民收益约1.055亿元。

表1　绿色施肥技术体系在蔬菜生产中应用推广汇总表

开展了绿色施肥技术在草莓上的应用示范试验与推广：2009～2011年在连云港东海县的黄川镇进行了应用示范与推广，建立了一个草莓绿色施肥核心示范区，面积2000亩。大棚草莓平均每亩减少化肥投入30%，产量从836公斤增加到1175公斤，增产40.5%左右，草莓连作病害发病率控制在8%以下。另外，还可以促进草莓提前成熟10天左右，使得草莓的单价相对提高，亩均增效超过2000元。绿色施肥技术能够明显的提升草莓的品质。绿色施肥技术处理的草莓VC含量为0.41mg/100g，比对照高出32.26%，糖度也提高1%度，糖酸比从14.36升高的15.56。最终累计推广应用超过1.5万亩，增加农民收入3000万元。

（2）开展了绿色施肥技术在设施和露天蔬菜上的应用示范试验与推广：绿色施肥技术对设施蔬菜的应用推广试验主要集中在南京蔬菜科学研究所、苏州市相城区虞河蔬菜产销专业合作社以及常州笙绿农业科技有限公司的大棚蔬菜种植基地。露天蔬菜应用推广集中在浙江海盐县。在苏州建立了技术应用示范基地1个，核心示范面积2000亩。累计推广应用1万亩。在常州笙绿农业科技有限公司建立核心示范面积100亩，累计应用面积1000亩。在浙江海盐县建立了绿色施肥技术在露天包菜生产上的示范基地1个，核心示范区面积2000亩。技术培训100多人次。累计推广应用超过2万亩。试验结果表明，黄瓜、瓠子、豇豆、小冬瓜、玉米、花菜、小青菜、包菜、大白菜等生产上，通过绿色施肥技术，与当地习惯施肥相比，无公害蔬菜化肥施用量平均减少30%以上，产量增加30%以上，每季每亩增效1000～3000元，蔬菜病害发病率控制在10%以下，增收2450万元。

（3）绿色施肥技术在北方块茎作物上的应用示范试验与推广：2010～2011年在河北承德围场县新拨乡、广发永乡、腰站乡等地的胡萝卜和马铃薯种植基地开展试验示范与推广应用研究。建立了技术应用示范基地各1个，核心示范区面积各2000亩。培训技术人员合计200多人次，增产率分别达到了15.9%和17.9%。与当地习惯施肥相比，马铃薯化肥施用减少35%，2010年商品率从对照的83.6%增加到88.7%，2011年从84.1%增加到90.6%，亩经济效益增加500元。绿色施肥技术可以使胡萝卜减少化肥投入30%，亩经济效益增加800元以上。胡萝卜软腐病的病害严重度两年平均下降了4.2个百分点，控制在2%以下。绿色施肥技术可以促进胡萝卜维生素C含量大幅提升，增加马铃薯中蛋白含量。累计推广应用胡萝卜达3万亩，马铃薯达2万亩，增加农民收入3400万元。

（4）绿色施肥技术在新疆加工番茄上的应用示范试验与推广：2009～2011年在新疆生产建设兵团农六师加工番茄种植基地开展试验示范与推广应用研究。建立了技术应用示范基地各1个，核心示范区面积各2000亩。技术培训合计200多人次。与当地习惯施肥相比，化肥施用量平均减少25％～30%，产量增加20%左右，亩效益增加500元。绿色施肥技术可以促进番茄生育期提早，提前上市。绿色施肥技术还能够同时防治加工番茄多种病虫害，其中对细菌性斑点病的防效是19.0%，对番茄早疫病的防效是30.7%，而对棉铃虫的防效高达50.9%。累计推广应用达2万亩，增加农民收入达1000万元。

（5）绿色施肥技术在小香葱上的应用示范试验与推广：2011年在兴化小香葱上开展了试验与推广应用研究。结果表明，优化当地施肥＋叶面调理可以使小香葱的产量增加25.6%，优化当地施肥+土壤调理增产达到36.8%。植物和土壤双重调理后，香葱亩产量可高达1489.3公斤，增产达到65.8%。大面积应用推广中，同当地习惯施肥相比，平均每亩减少化肥投入50%，连作病害发病率控制在10%以下，亩增效平均1000元，累计推广应用超过5000亩，农民增收500万元。

（6）绿色施肥技术在红香芋生产上的应用示范试验与推广：2011年在金坛红香芋上进行了绿色施肥技术示范试验，分别在新种及第二年种植红香芋的地块进行了绿色施肥应用示范研究。结果表明，经过调理后，连作地块芋头个数比当地农民施肥增加17.5%，而新种植地块增加了20.2%，亩产量分别增加了56.3%和31.9%。二级、三级芋头比例两种地块均有大幅度的提升，发病芋头数目显著减少，病芋重量均降低了60%以上。连作田块的经济效益增加了94.2%，达到了每亩9963元，而新植田块中绿色施肥技术处理中每亩16055元，增加了70.4%。大面积应用推广中，同当地习惯施肥相比，平均每亩减少化肥投入30%，病芋率控制在6%以下，亩均增效超过2000元，推广应用面积超过1000亩，增加农民收入200万元。

项目负责人简介：董元华，男，博士生导师，中国科学院南京土壤研究所研究员。现任南京土壤研究所土壤生物与生物化学研究室主任，“九三”学社江苏省委委员兼人口资源环境专委会主任委员，中国土壤学会生态专业委员会副主任、江苏省生态学会副理事长、江苏省土壤学会副理事长、南京市环境保护学会副理事长。1988～2000年，参加有关三峡的国家攻关任务，主要研究土壤脱沼过程与机理，并合著出版了《中国稻田生态系统》、《三峡库首地区土地资源潜力与生态环境建设》等专著。1999年以来，开展了太湖地区土壤污染及典型污染物在生态系统食物链中的迁移积累状况研究，有关成果作为重要内容获得国家环境保护系统2007年环境保护科学技术二等奖、2005年江苏省科技进步一等奖。“十一五”期间承担国家科技支撑计划重点项目课题“无害化有机肥的快速生产技术”、中国科学院创新方向项目“集约化养殖场畜禽粪便的农用风险与污染控制”、“商品有机肥标准化管理体系研究”、国家农业科技成果转化资金项目“集约化蔬菜生产中的绿色施肥技术应用示范与推广”等。共发表有关论文170余篇，出版专著3部，已获国家发明专利授权11项，国家实用新型专利授权8项。

代表性研究成果：针对规模化畜禽养殖所带来的环境问题，对江苏省13市40县市（区）及华东、华中和西南11省（市）的代表性集约化养殖场畜禽粪进行了大样本采样分析，查明了集约化养殖畜禽粪的物质组成变化与污染状况，并研究揭示了其农用的环境风险。此外，揭示了有机肥单独施用及有机－无机肥配施效果良好的生态化学计量学作用机制，构建了基于生态化学计量学原理的有机肥合理施用技术；基于“源头控制、过程管理、安全施用”的理念，建立了商品有机肥的标准化管理体系。针对我国日益严重的土壤退化与农产品质量安全问题，开发了经济、实用的绿色施肥生态调控技术。该技术优化、集成构建了以“调生－健植－控病”为核心的土壤健康调节的绿色施肥技术体系。