CN117084016A - 一种提高设施土壤磷利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于设施农业技术领域，具体涉及一种提高设施土壤磷利用的方法。本发明通过灌水高温闷棚，在设施土壤中形成强还原环境，将需要大量氧气的根结线虫杀死，使土壤在较大程度上回归到种植作物前的正常状态；同时，充分利用灌水促进设施土壤中铁的还原，增加土壤铁对磷的吸附作用；另外，农秸秆或者设施尾菜通过高温高湿环境将秸秆在土壤中充分腐解，实现土壤有机质的补充，既通过补充碳源增加土壤无机磷向有机磷的转化，也为铁还原提供电子供体，增加土壤对磷的吸附能力，有益于后续植物对磷的吸收。

Description

一种提高设施土壤磷利用的方法

技术领域

本发明属于设施农业技术领域，具体涉及一种提高设施土壤磷利用的方法。

背景技术

在设施蔬菜种植过程中土壤中大量磷素累积，一方面导致了磷素资源浪费，另一方面伴随着强降雨或者大水漫灌，磷素进入水体的风险急剧增加。因此，提高设施土壤磷利用，是协调我国设施农业生产和环境保护亟待解决的问题之一。

造成设施土壤磷素累积的原因有两种，一是磷肥的过量投入而碳源补充不足，设施高温高湿环境又加剧了土壤碳的消耗，导致土壤碳磷比持续下降，微生物周转磷能力也随之降低，影响了土壤非有效态磷向有效态磷的转化；二是设施反季节栽培中土传病害、低温、弱光影响了蔬菜根系发育，进而减弱其对土壤养分的吸收，特别是根结线虫，极大限制了蔬菜根系对土壤养分的吸收。实际生产中设施大棚常在夏季高温休闲期，通过太阳能高温闷棚消杀根结线虫，提高下季蔬菜的营养吸收能力。太阳能高温消毒是一种成本较低、见效快、环境友好和易于被农民掌握的技术。但是传统的太阳能高温消毒存在以下问题：一是仅能对土壤表层的根结线虫进行消杀，对深层土壤的消毒效果较差；二是高温消毒过程中，土壤有机质的分解加速，加剧了设施土壤碳磷比的失衡。

针对上述问题，创制一种补碳消毒的方法，同时实现表层、深层土壤的根结线虫消杀，并增加土壤有机质，对提高土壤磷利用的意义重大。现有技术中也存在一些提高设施土壤磷利用的相关研究，如中国发明专利201910235153.7公开了一种设施菜田阻隔磷淋溶的组合物及其应用，其组合物，由以下质量份的原料组成：粉煤灰20～30份、海泡石20～30份、钙肥30～40份、花生秸秆粉10～25份、海藻酸钠寡糖2～4份和几丁质1～2份。该发明充分利用废弃物料，有效阻控设施蔬菜磷流失，减少面源污染。但是该发明一是难以解决设施菜田的根结线虫问题，后续作物吸磷能力仍难以提高；二是其他材料的添加增加了土壤磷的吸附，后续作物需要磷素时仍需要继续施入磷肥。中国发明专利201910203924.4公开了一种降低设施连作茄子黄萎病发病率的方法，其方法在于前茬茄子收完后，亩施600～1000kg有机肥，灌水覆膜，对大棚内土地深翻作畦，高温闷棚25～35天进行土壤消毒，茄子在春季移栽后至四门茄坐果期，使茄子根际土壤含水量为田间持水量的50％；茄子四门茄坐果期至后期，使茄子根际土壤含水量保持在田间持水量的60％。该方法优点在于闷棚期施入有机肥，补充了设施土壤碳库。但是，该方法的缺点在于粪肥补充土壤碳库的同时也带入大量氮、磷等养分，在灌水过程中养分存在淋失风险。

总结以上现有技术内容可知，现有的灌水高温闷棚技术并不能够提高设施土壤的磷利用率且根结线虫发病率较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高设施土壤磷利用的方法，所述方法可以有效杀灭设施土壤中的根结线虫，促进后续植物根系对磷的吸收；同时，能够促进无机磷向有机磷的转化，增加设施土壤对磷的吸附能力。

本发明提供了一种提高设施土壤磷利用的方法，包括如下步骤：

将农业废弃物和秸秆促腐剂施用于设施土壤表面，翻耕；

对翻耕后的设施土壤灌水后，覆盖地膜和棚膜，密闭闷棚20～30天；

所述密闭闷棚时的温度为60℃以上；

所述农业废弃物包括秸秆和/或设施尾菜。

优选的，所述密闭闷棚的时期为5～10月份；平均环境温度为50～70℃。

优选的，所述秸秆包括玉米、水稻、小麦、油菜和绿肥中的一种或多种的秸秆。

优选的，所述农业废弃物的粒径≤10cm；所述农业废弃物的用量为1000～3000kg/亩。

优选的，所述秸秆促腐剂的用量为2～5kg/亩。

优选的，所述翻耕的深度为10～20cm。

优选的，所述地膜的厚度为0.01～0.015mm；所述棚膜的厚度为0.08～0.1mm。

优选的，所述地膜和棚膜的颜色均为白色。

优选的，所述灌水的量为达到设施土壤饱和持水量。

优选的，所述方法还包括：在密闭闷棚后，打开棚膜进行晾晒；所述晾晒的时间为10～15天。

本发明还提供了上述技术方案所述的方法在设施栽培中的应用。

有益效果：

本发明提供了一种提高设施土壤磷利用的方法，包括如下步骤：将农业废弃物和秸秆促腐剂施用于设施土壤表面，翻耕；对翻耕后的设施土壤灌水后，覆盖地膜和棚膜，密闭闷棚20～30天；所述密闭闷棚时的温度为60℃以上；所述农业废弃物包括秸秆和/或设施尾菜。本发明通过灌水高温闷棚，在设施土壤中形成强还原环境，将需要大量氧气的根结线虫杀死，使土壤在较大程度上回归到种植作物前的正常状态；同时，充分利用灌水促进设施土壤中铁的还原，增加土壤铁对磷的吸附作用；另外，农秸秆或者设施尾菜通过高温高湿环境将秸秆在土壤中充分腐解，实现土壤有机质的补充，既通过补充碳源增加土壤无机磷向有机磷的转化，也为铁还原提供电子供体，增加土壤对磷的吸附能力，有益于后续植物对磷的吸收。

具体实施方式

本发明提供了一种提高设施土壤磷利用的方法，包括如下步骤：

将农业废弃物和秸秆促腐剂施用于设施土壤表面，翻耕；

对翻耕后的设施土壤灌水后，覆盖地膜和棚膜，密闭闷棚20～30天；

所述密闭闷棚时的温度为60℃以上；所述农业废弃物包括秸秆和/或设施尾菜。

本发明优选在冬春茬或越冬长茬设施蔬菜收获后，将蔬菜秸秆收割移走。

本发明优选将农业废弃物粉碎成小段，将得到的农业废弃物段和秸秆促腐剂施用于设施土壤表面。本发明所述农药废弃物优选包括秸秆和/或设施尾菜，更优选为秸秆；所述秸秆优选包括玉米、小麦、水稻、油菜和绿肥中的一种或多种的秸秆，进一步优选为玉米、小麦、水稻、油菜或绿肥的秸秆。本发明所述秸秆段的粒径优选≤10cm，更优选为5～10cm。本发明优选将所述秸秆段均匀铺于所述设施土壤表面，所述秸秆段的用量优选为1000～3000kg/亩。

本发明优选将秸秆促腐剂施用于所述秸秆段上。本发明所述秸秆促腐剂的施用方式优选为喷施。本发明所述秸秆促腐剂的用量优选为2～5kg/亩，更优选为5kg/亩。本发明对所述秸秆促腐剂的种类和来源均没有特殊限定，采用本领域中市售秸秆促腐剂即可，如本发明实施例中使用的秸秆促腐剂购买于鹤壁市人元生物技术发展有限公司。

施用所述秸秆促腐剂后，本发明对施用秸秆促腐剂的设施土壤进行翻耕。本发明所述翻耕的深度优选为10～20cm，更优选为15～20cm。本发明所述翻耕的方式优选为旋耕。

所述翻耕后，本发明对翻耕后的设施土壤进行灌水。本发明所述灌水的量优选为达到所述设施土壤饱和持水量，即将所述设施土壤浇透。

所述灌水后，本发明对灌水后的设施土壤覆盖地膜，并覆盖棚膜。本发明所述地膜的厚度优选为0.01～0.015mm，更优选为0.015mm；所述棚膜的厚度优选为0.08～0.1mm，更优选为0.1mm。本发明所述设施优选为日光温室。

所述覆盖棚膜后，本发明进行密闭闷棚20～30天。本发明所述密闭闷棚开始后，设施中的温度开始上升。本发明所述密闭闷棚的时期优选为5～10月份，更优选为中国的5～10月份；平均环境温度优选为50～70℃，更优选为70℃。本发明所述密闭闷棚的时间优选为20～25天。

所述密闭闷棚后，本发明优选打开所述棚膜和地膜进行晾晒，所述晾晒的时间优选为10～15天，更优选为15天。

本发明通过灌水高温闷棚，在设施土壤中形成强还原环境，将需要大量氧气的根结线虫杀死，使土壤在较大程度上回归到种植作物前的正常状态；同时，充分利用灌水促进设施土壤中铁的还原，增加土壤铁对磷的吸附作用；另外，农秸秆或者设施尾菜通过高温高湿环境将秸秆在土壤中充分腐解，实现土壤有机质的补充，既通过补充碳源增加土壤无机磷向有机磷的转化，也为铁还原提供电子供体，增加土壤对磷的吸附能力，有益于后续植物对磷的吸收。

基于上述优势，本发明还提供了上述技术方案所述方法在设施栽培中的应用，以提高设施蔬菜对磷的吸收利用率，降低根结线虫的发病率，提高设施蔬菜的产量。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种提高设施土壤磷利用的方法，步骤如下：

本实施例在北京市房山区西场村日光温室进行(试验始于2017年)。日光温室为典型的水泥柱和钢架结构，始建于2012年，日光温室长79m，宽8m，实际种植面积为524.2m²。该试验点的气候类型为典型的大陆性季风气候，年平均气温11.6℃，降水量603mm。土壤类型按照美国土壤分类法为石灰性始成土，按照中国土壤分类法为棕壤。经分析，0～20cm土壤质地为粉砂壤土，砂粒、粉粒和粘粒含量分别为27.1％、57.8％和15.1％，土壤pH值为7.60，土壤容重为1.32g/cm³，土壤有机质含量为11.35g/kg，速效磷的含量为196.3mg/kg，有效钾的含量为339.9mg/kg。

试验开始前该温室已有6年的番茄和叶菜种植历史，种植期间鸡粪和尿素用量为150thm^-2yr^-1和750kghm^-2yr^-1。该日光温室根结线虫发病率十分严重，发病率在30％以上。番茄易感病期为移栽后开始至60天内。

2018年6月底番茄收获后，解下蔬菜吊秧绳，揭除覆盖在地表的地膜，将番茄秧移走，在设施土壤表层每亩铺2500kg稻草秸秆(秸秆粒径为10cm)，撒施5公斤/亩秸秆腐熟剂(购买于鹤壁市人元生物技术发展有限公司的Rw有机物料腐熟剂)并旋耕至土壤0～20cm，浇水至达到土壤饱和持水量，覆盖0.01mm的白色地膜和0.8mm的白色棚膜，密闭闷棚20天。闷棚结束后，打开大棚晾晒15天。采集0～20cm土壤，利用重铬酸钾法测定土壤有机质、利用0.5mol/L碳酸氢钠浸提测定有效磷含量。

于2018年8月24日种植芹菜，供试品种为文图拉，每亩播撒0.6kg芹菜种子，不施底肥，追肥施用2次尿素，每次用量为12kg/亩。芹菜收获后，整棚芹菜测产。

2019年1月27日至2019年6月30日种植番茄，供试番茄品种为佳宝5号，每亩定植2744株，株距35cm；栽培模式为传统的双行畦栽，畦宽1.4m，畦间距0.6m，行距0.8m。番茄种植期间，底肥施用20thm^-2高碳有机肥(N、P、K含量分别为25.8g/kg、5.7g/kg、17.1g/kg)，追肥施用8次大量元素水溶肥每次大量元素水溶肥用量为75kghm^-2，每7-10天施用一次水溶肥，前期施用型号为13-3-15水溶肥两次，后期施用型号为15-5-25的水溶肥六次；番茄苗移栽30天后，采集番茄根部土壤，测定根结线虫发病率。根结线虫发病率用下式计算：

发病率＝(发病株数/调查株数)×100％

实施例2

一种提高设施土壤磷利用的方法，步骤如下：

本实施例在山东省寿光市古城街道罗家庄村(试验始于2020年)，为当地典型的番茄生产基地，该地气候属于典型的大陆季风气候。本试验用日光温室为典型的水泥柱和钢架结构，温室长85m，宽9m，温室内种植面积为664m²。土壤类型为褐土化潮土。经分析，土壤0-20cm土层土壤田间持水量为30.5％，饱和含水量为36.5％，容重为1.46g/cm³，有机质含量分别为16.3gkg^-1，全氮含量为1.37gkg^-1，pH值为6.58，速效磷为369mg/kg，有效钾为756mg/kg。

该田间试验供试作物为番茄，典型的一年两季栽培方式，冬春茬种植期为2月-6月、秋冬茬种植期为8月-次年1月，7月份是休闲期。栽培模式为传统的双行畦栽，畦宽1.0m，畦间距0.4m，行距0.6m。番茄的一穗果约乒乓球大小时，7-10天进行一次追肥和喷施1次杀菌剂(主要防治番茄叶霉病和晚疫病)。整个温室全年由塑料膜覆盖，不受降雨的影响。灌溉方式为大水漫灌，化肥溶于水后随水冲施，每季灌溉次数为10次。

2020年6月底番茄收获后，解下蔬菜吊秧绳，揭除覆盖在地表的地膜，将番茄秧移走，在设施土壤表层每亩铺2000kg油菜秸秆(秸秆粒径为10cm)，撒施5公斤/亩秸秆腐熟剂(同实施例1)并旋耕至土壤0-20cm，浇水至达到土壤饱和持水量，覆盖0.01mm的白色地膜和0.1mm的白色棚膜，密闭闷棚25天。闷棚结束后，打开大棚晾晒15天。采集0-20cm土壤，利用重铬酸钾法测定土壤有机质、利用0.5mol/L碳酸氢钠浸提测定有效磷含量。

于2020年8月-次年一月种植秋冬季番茄。2021年2月-6月再次种植番茄，番茄苗移栽30天后，采集番茄根部土壤，测定根结线虫发病率。根结线虫发病率用下式计算：

发病率＝(发病株数/调查株数)×100％

对比例1

对比例1的日光温室试验点与实施例1的日光温室平行，温室面积一致，种植历史一致，供试土壤性质类似于实施例1。经分析，0-20cm土壤质地为粉砂壤土，土壤pH值为7.56，土壤容重为1.31g/cm³，土壤有机质含量为12.16g/kg，速效磷含量为185.6mg/kg，有效钾含量为423.5mg/kg。

不同之处在于番茄收获后，未进行淹水覆膜高温闷棚处理。具体做法如下：2018年6月底番茄收获后，解下蔬菜吊秧绳，揭除覆盖在地表的地膜，将番茄秧移出温室。揭去温室侧面膜，保留棚膜闲置60天。采集0-20cm土壤，利用重铬酸钾法测定土壤有机质、利用0.5mol/L碳酸氢钠浸提测定有效磷含量。

于2018年8月24日种植芹菜，供试品种为文图拉，每亩播撒0.6kg芹菜种子，不施底肥，追肥施用2次尿素，每次用量为12kg/亩。芹菜收获后，整棚芹菜测产。

2019年1月27日至2019年6月30日种植番茄，供试番茄品种为佳宝5号，每亩定植2744株，株距35cm；栽培模式为传统的双行畦栽，畦宽1.4m，畦间距0.6m，行距0.8m。番茄种植期间，底肥施用20thm^-2高碳有机肥(N、P、K含量分别为25.8g/kg、5.7g/kg、17.1g/kg)，追肥施用8次大量元素水溶肥，每次大量元素水溶肥用量为75kghm^-2，每7-10天施用一次水溶肥，前期施用型号为13-3-15水溶肥两次，后期施用型号为15-5-25的水溶肥六次。番茄苗移栽30天后，采集番茄根部土壤，测定根结线虫发病率。根结线虫发病率用下式计算：

发病率＝(发病株数/调查株数)×100％

对比例2

对比例2的日光温室试验点与实施例2的日光温室平行，温室面积一致，种植历史一致，供试土壤性质类似于实施例1。经分析，0-20cm土壤pH值为6.60，土壤容重为1.42g/cm³，土壤有机质含量为12.36g/kg，速效磷含量为398.5mg/kg，有效钾含量为756.5mg/kg。

不同之处在于番茄收获后，番茄收获后其作物残茬全部移出温室，未进行淹水覆膜高温闷棚处理。具体做法如下：2020年6月底番茄收获后，解下蔬菜吊秧绳，揭除覆盖在地表的地膜，将番茄秧移出温室。揭去温室侧面膜，保留棚膜闲置60天。采集0-20cm土壤，利用重铬酸钾法测定土壤有机质、利用0.5mol/L碳酸氢钠浸提测定有效磷含量。秋冬季和冬春季番茄苗移栽30天后，采集番茄根部土壤，测定根结线虫发病率。根结线虫发病率用下式计算：

发病率＝(发病株数/调查株数)×100％

对比例3

对比例3的日光温室试验点与实施例1的日光温室平行，温室面积一致，种植历史一致，供试土壤性质类似于实施例1。经分析，0-20cm土壤质地为粉砂壤土，土壤pH值为7.56，土壤容重为1.33g/cm³，土壤有机质含量为11.16g/kg，速效磷含量为165.6mg/kg，有效钾含量为476.5mg/kg。

不同之处在于番茄收获后，其作物残茬全部移出温室，进行淹水覆膜高温闷棚处理。具体做法如下：2020年6月底番茄收获后，解下蔬菜吊秧绳，揭除覆盖在地表的地膜，浇水至达到土壤饱和持水量，覆盖地膜和棚膜，密闭闷棚30天。闷棚结束后，打开大棚晾晒15天。然后，采集0-20cm土壤，利用重铬酸钾法测定土壤有机质、利用0.5mol/L碳酸氢钠浸提测定有效磷含量。其余处理同实施例1。

其中，实施例1～2和对比例1～2中的蔬菜产量和磷吸收量的测定结果如表1所示，番茄根结线虫发病率如表2所示。

表1淹水覆膜高温闷棚与不闷棚对蔬菜产量和磷吸收量的影响(平均值±标准差)

由表1可知，经过淹水覆膜高温闷棚后，实施例1秋冬季芹菜较对比例1增产386kg/亩，增产率为9％；实施例2秋冬季番茄较对比例2增产900kg/亩，增产率为8％。实施例1冬春季番茄较对比例1增产467kg/亩，增产率12％；实施例2冬春季番茄较对比例1增产257kg/亩，增产率4％。同时，经过淹水覆膜高温闷棚后，蔬菜的磷吸收量也具有稳定提升。

表2覆膜高温闷棚与不闷棚对番茄根结线虫发病率的影响

编号	秋冬季番茄根结线虫发病率	冬春季番茄根结线虫发病率
			对比例1	-	45％
对比例2	46％	44％
			实施例1	-	21％
实施例2	13％	15％

由表2可知，经过淹水覆膜高温闷棚后，实施例2秋冬季番茄根结线虫发病率较对比例2降低33％。实施例1冬春季番茄根结线虫发病率较对比例1降低24％，实施例2冬春季番茄根结线虫发病率较对比例2降低29％。

实施例1和实施例3中土壤有机质含量的测定数据如表3所示；土壤有效磷的测定数据如表4所示。

表3覆膜高温闷棚条件下秸秆还田与不还田对土壤有机质的影响

由表3可知，淹水覆膜高温闷棚并辅以翻埋秸秆(10-20cm)后，实施例1土壤有机质提升8％，而仅仅淹水覆膜高温闷棚，土壤有机质下降2％。

表4覆膜高温闷棚条件下秸秆还田与不还田对土壤有效磷的影响

由表4可知，淹水覆膜高温闷棚并辅以秸秆还田后，实施例1有效磷含量降低19.3％，而仅仅淹水覆膜高温闷棚，土壤有效磷含量降低7.8％。说明灌水高温闷棚有助于提高土壤磷利用。

由以上实施例和对比例可以得出，本发明所述方法可以有效杀灭设施土壤中的根结线虫，促进后续植物根系对磷的吸收；同时，能够促进无机磷向有机磷的转化，增加设施土壤对磷的吸附能力。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种提高设施土壤磷利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将农业废弃物和秸秆促腐剂施用于设施土壤表面，翻耕；

对翻耕后的设施土壤灌水后，覆盖地膜和棚膜，密闭闷棚20～30天；

所述密闭闷棚时的温度为60℃以上；

所述农业废弃物包括秸秆和/或设施尾菜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密闭闷棚的时期为5～10月份；平均环境温度为50～70℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆包括玉米、水稻、小麦、油菜和绿肥中的一种或多种的秸秆。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述农业废弃物的粒径≤10cm；所述农业废弃物的用量为1000～3000kg/亩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆促腐剂的用量为2～5kg/亩。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述翻耕的深度为10～20cm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地膜的厚度为0.01～0.015mm；所述棚膜的厚度为0.08～0.1mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灌水的量为达到设施土壤饱和持水量。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述密闭闷棚后，打开棚膜进行晾晒；所述晾晒的时间为10～15天。

10.权利要求1～9任一项所述的方法在设施栽培中的应用。