耕地是重要的农业资源和生产要素，是粮食生产的“命根子”。新形势下将国家粮食安全战略落实好，把饭碗牢牢掌握在中国人自己的手上，出路在科技，动力在政策，但根本还在耕地。首先，环渤海设施退化土壤治理是国家沿海发展战略的需要。“环渤海经济圈”重要区域是我国东部沿海地区土地垦殖率最高的地区和全国耕地高度集中的地区之一；土壤耕地治理是全国菜篮子的重要保障。其次，环渤海设施退化土壤治理是保障国家农产品供给的需要。设施蔬菜占全国设施蔬菜面积的41.3%，占全国蔬菜的80%，土壤退化直接威胁到设施蔬菜质量和数量安全，通过退化土壤治理保障农产品安全；再次，环渤海设施退化土壤治理是实现土壤可持续利用的需要。设施蔬菜土壤处于高蒸发、高温、高湿、无雨水淋溶的环境，土壤易出现板结、次生盐渍化和酸化等连作障碍，所以亟待解决这些障碍，提升地力。最后，环渤海设施退化土壤治理是促进农业绿色发展的迫切需要。化肥农药投入过量，打破了土壤原有稳定的微生态系统，土壤生物多样性、养分维持、碳储存、缓冲性、水净化与水分调节等生态功能退化^[1-2]。此外，地下水硝酸盐含量和设施土壤采用有机肥鸡粪和猪粪、重金属和激素、抗生素超标，严重影响绿色蔬菜生产，因此退化土壤亟待治理^[3]。环渤海区域是我国设施蔬菜重点发展的区域之一，设施蔬菜面积占全国设施蔬菜面积的57.2%^[4]，是国家重要的菜篮子，为保障国家蔬菜供给发挥重要作用。

当前，环渤海区域设施蔬菜土壤连作现象严重，出现土传病害、板结、次生盐渍化、酸化和重金属超标等障碍问题，导致设施蔬菜土壤质量下降，影响了蔬菜综合生产能力的提升和绿色可持续发展。本文通过对实施设施蔬菜土壤质量保护与提升行动进行剖析，针对环渤海地区设施农业状况进行概述，总结了设施土壤存在的主要问题及原因，提出不同设施类型和障碍类型采取的技术措施和改良模式以及设施蔬菜土壤健康发展对策，为设施土壤治理的重要性和设施农业可持续发展提供区域技术支持^[5]。

1 环渤海地区设施农业发展概况

1.1 环渤海地区概述

“环渤海地区”或是“环渤海经济圈”，其处于东北亚经济区的中心地带，是中国北部的黄金海岸；包括辽东半岛、山东半岛、京津冀三省二市，与此同时，山西省及内蒙古中部和东部盟市也有部分包括在内，分别约占全国国土面积的13.31%和全国总人口的22.2%。全国城市的四分之一主要是由环渤海地区约157个城市构成的^[6]。中国北方最重要的集政治、经济、文化、国际交往和外向型、多功能、密集的城市群落，是以京津两个直辖市为中心，大连、营口、秦皇岛、唐山、东营、烟台等沿海开放城市为扇面，沈阳、呼和浩特、太原、石家庄、济南等省会城市为区域支点构成的（图1）^[7]。

环渤海湾地区位于暖温带半湿润季风气候区，属温带气候类型，年平均降水量为560～916mm，平均气温10～13℃，区域内地带性土壤以棕壤和褐土为主，暗棕壤只在辽宁省有少量分布；此外，还有非地带性土壤分布，如：潮土、盐土、沼泽土、水稻土、风沙土、草甸土等（图2）^[8]。

1.2 环渤海地区设施蔬菜大棚发展概况

设施农业是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的现代农业方式。广义的设施农业包括设施栽培与设施养殖，狭义的设施农业主要是指设施栽培，包括设施蔬菜、花卉等。设施农业是我国农业战略性结构调整的一个重要方向，也是农业可持续发展的重要手段，目前设施农业发展迅速，已成为我国农业中最具有活力的新兴产业之一，尤其是大棚设施栽培的发展，为菜篮子工程建设起到了很大的作用，取得了显著的社会、经济和生态效益^[9]。

近年来，大棚设施栽培发展迅速，2016年末全国温室占地面积334千hm²，大棚占地面积981千hm²，渔业养殖用房面积7.6千hm²。农业设施增长较快的主要是各类大棚、中小棚、温室等，使得农业生产的时空分布在一定程度上得到了改变，大部分地区一年四季都有新鲜瓜果蔬菜供应，人民日益增长的多样化需求得到了满足^[10]。我国温室大棚等设施占地面积居世界第一，工厂化种养也呈快速发展的态势。

环渤海地区土地开发历史悠久，土地垦殖率达40.38%，比东部沿海11个省（市、区）的平均土地垦殖率（28.47%）高11.91个百分点，耕地分布集中，是我国东部沿海地区土地垦殖率最高的地区和全国耕地高度集中的地区之一。根据农业农村部2019年统计数据显示（表1），环渤海地区（京津冀、辽宁和山东）农业设施410.6万个，设施面积为46.6万hm²，占全国设施农业数量的21.9%，面积占全国面积的29.0%，其中日光温室面积占全国面积的55.8%，塑料大棚占全国面积的25.8%，连栋温室占全国面积的15.0%。设施蔬菜播种面积占全国设施蔬菜总面积的57.2%，其中京津冀地区农业设施136.6万个，面积13.5万hm² （占环渤海地区总面积的28.9%），其中塑料大棚51.5%，日光温室39.2%，连栋温室1.5%； 辽宁设施农业83.9万个，面积8.3万hm² （占环渤海地区总面积的17.7%），其中塑料大棚32.4%，日光温室56.3%，连栋温室1.9%；山东设施农业190.1万个，面积24.9万hm² （占环渤海地区总面积的53.4%），其中塑料大棚48.0%，日光温室43.4%，连栋温室0.6%^[11]。

1.3 环渤海地区设施蔬菜土壤障碍概况

环渤海地区设施农业高度集约，垦殖率高，各地设施农业普遍向规模化和单一化发展，从而直接导致设施土壤连作、板结、次生盐渍化和酸化等障碍的发生。设施蔬菜土壤障碍多发生在塑料大棚和日光温室，塑料大棚土壤退化多以质量下降为核心，日光温室土壤退化多以连作障碍和次生盐渍化为核心类型。

环渤海地区设施农业连作障碍占整个播种面积的21%，土传病害占15%。山东省病害核心区主要是济南、淄博市等31个县（市、区）8.7万hm² 蔬菜田，包括寿光市蔬菜日光温室。辽宁省保护蔬菜地50%以上的栽培年限在5年以上，病害主要发生在以蔬菜生产集中的沈阳、大连、鞍山等大城市周边以及锦州、阜新、朝阳、葫芦岛等辽西北保护地蔬菜主产区^[12-13]。北京郊区保护地蔬菜根结线虫危害日益严重，地区间由于种植结构和气候差异，使得病虫害发生明显差异。

2 环渤海地区设施蔬菜土壤存在问题

通过对环渤海地区设施蔬菜种植情况进行系统调研走访后发现，设施蔬菜土壤经常处于高温、高湿、高蒸发、无雨水淋溶的环境中，容易造成土壤理化和生物学性状恶化，影响设施蔬菜生产的可持续发展，该地区设施蔬菜土壤主要存在次生盐渍化、酸化、连作病虫害、土壤板结和重金属超标等问题^[14-15]。

2.1 次生盐渍化

设施农业土壤易发生次生盐渍化，土壤含盐量随着种植年限的增加而增加，从而导致土壤理化性状变劣。次生盐渍化的程度与设施条件有关，温度高、湿度大、缺乏排水洗盐条件，环渤海地区不论是全年性覆盖或季节性覆盖的大棚、温室，土壤表层都有不同程度的积盐现象出现。通过走访调查，总结造成设施土壤盐渍化的原因主要包括：（1）水分蒸发强烈。长年覆盖或季节性覆盖改变了自然状态下土壤水分的运动方向，因设施棚室内温度较高而蒸发量大，水分的运动方向总是由下向上移动，使深层水分不断通过毛细管作用上移，溶解其中的盐分随之移至土壤表层而聚积。（2）灌溉方法不当。在设施蔬菜种植过程中，为了保证土壤湿度和温度，常采用“小水勤浇”的灌溉方式，导致土壤表层盐分滞留。（3）施肥量大且不合理。设施蔬菜复种指数高，施肥量大，施肥次数多，特别是氮肥的施用，土壤易累积硝酸盐和加剧次生盐渍化，同时出现土壤酸化的现象。设施蔬菜在种植过程中需施用有机肥，但是过量施用未腐熟的有机肥料，会因物料分解不彻底造成盐分残留，加重土壤盐渍化。 （4）缺少雨水淋洗。覆盖的温室和大棚，没有雨水淋洗，设施栽培条件下土壤水分蒸发快，灌溉后向下渗漏排水受阻，地表容易积盐。另外，若经常种植不耐盐的蔬菜，如豆类、黄瓜等，也会加重土壤盐渍化^[16-17]。

2.2 酸化

设施农业土壤酸化与次生盐渍化多伴生。诱发土壤酸化的主要因素包括施肥，特别是氮肥的过量施入、灌溉、连作以及酸沉降等。（1）长期单一施用化肥。不同化肥种类对土壤酸化程度的影响不同，总体上来说氮肥的影响最明显，尤其是氯化铵和硫酸铵，导致pH值下降引起土壤酸化。（2）土壤含氧量不足。设施内气流受限制，土壤含氧量下降，根系及土壤微生物呼出的二氧化碳积累在土壤中，与水结合形成碳酸，导致土壤中的pH值降低。 （3）灌溉次数较多。设施土壤灌水量过大会加剧钙、镁离子的流失，这也是导致土壤酸化的一个主要原因。

2.3 连作病虫害

为追求高效益，设施农业复种指数高且单一，导致作物生长发育不良、产量降低、品质变劣等现象。引起作物连作障碍的原因十分复杂，是作物-土壤两个系统内部诸多因素综合作用的表观结果，不同作物产生连作障碍的原因是不同的，主要包括：（1）土壤养分失衡。设施栽培条件下，复种指数高，产出量大，需要吸收和消耗的养分多，施肥量大，导致土壤中各元素分布不均衡。据环渤海地区的调查结果表明，设施土壤耕层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效铜、铁、锰含量均高于相邻粮田，主要是大量施肥所致^[18]。而有效钙、镁、硅、硼较为亏缺，有效钾和锌有增有减。随着耕种年限的增加，钾和中微量元素处于亏缺状态。（2）自毒效应。设施栽培中，作物根系分泌有毒物质和残枝落叶分解过程中产生的自毒物质，降低了栽培作物的根系活性，抑制了根系生长，同时抑制下茬作物的生长。作物残茬在微生物的作用下，在降解过程中可能会产生一些对同一种或同一科作物生长不利的物质，或因作物残体的病原菌积累，从而成为作物连作障碍的重要因子。（3）土壤根结线虫。设施栽培由于种植品种单一，作物连作后，根系自毒产物增多，抵抗力下降，为根结线虫侵染提供了条件，客观上促进了线虫的发生与发育。在高温、干旱、沙性土壤中，大棚连作的黄瓜、番茄上，根结线虫的发生和危害相当严重。 （4）土壤微生物变化。土壤环境的变劣导致有益微生物的生长受到抑制，而有害微生物大量繁殖，使土壤微生物区系发生了很大变化，微生物和无机物的自然平衡被破坏，造成肥料分解转化过程受阻，土壤病菌和病害蔓延。同时，随着连作年限和次数的增多，细菌的种类和数量减少，而有害真菌的种类和数量增加，寄生型长蠕孢菌大量滋生，作物病害严重^[19-20]。如山东作为蔬菜基地常年以供应青菜为主，长期单一品种大面积连作，极易造成连作障碍，加重病虫害的发生，主要是根腐病、枯萎病的发生。尖孢链孢菌是根腐病的主要致病菌，同时产生根结线虫是蔬菜减产的主要原因。

2.4 土壤板结

设施农业环境相对封闭，土壤表层有机质含量低，因种植过程中灌溉方式和耕作措施等外因作用使土壤结构被破坏，造成土壤结构不良，而干燥后受内聚力作用使土面变硬，导致土壤板结的障碍^[21]。引起设施蔬菜土壤板结的原因主要有：（1）耕作措施受限，设施大棚空间有限，只能利用传统的耕作措施进行整地。耕作过深，破坏了土壤团粒结构，剩余养分被土壤固定，大量盐分沉积，造成土壤板结；耕作过浅、灌溉，容易使下层土壤堵塞孔隙，造成土壤表层结皮。（2）有机肥严重不足，蔬菜秸秆利用不合理，土壤有机物质补充不及时导致有机质含量偏低、结构变差，影响微生物的活性，从而影响土壤团粒结构的形成，造成土壤的酸碱性过大或过小，导致土壤板结。（3）塑料制品过多的投入，设施大棚中地膜清理不彻底，在设施土壤中无法完全被分解，形成有害的块状物，造成土壤板结。 （4）长期单一地偏施化肥，农家肥严重不足，重氮轻磷钾肥，土壤有机质下降，腐殖质不能得到及时地补充，引起土壤板结和龟裂。（5）有害物质的积累，部分地方地下水和工业废水及有毒物质含量高，长期利用其灌溉使有毒物质积累过量引起表层土壤板结。

2.5 重金属超标

为提高土壤质量，有机肥施用被人们所提倡，不合理的施肥方式和有机肥生产原料的处理不当，导致重金属在土壤中滞留，大量积累后土壤重金属超标，同时导致蔬菜中重金属富集现象的发生，降低蔬菜品质。环渤海地区设施蔬菜土壤中砷、铜、锌和铬含量相对最高，通过对土壤检测与HJ/T333-2006《温室蔬菜产地环境质量评价标准》相比，设施农田土壤镉含量超标最严重，其次是铅和汞。随种植年限的延长，设施农田土壤重金属累积明显，且土壤重金属的累积量随土层加深呈下降趋势^[22-25]。如设施农业长期施用鸡粪和猪粪，导致土壤抗生素和激素累积，土壤重金属污染障碍。

3 环渤海地区设施蔬菜土壤综合治理措施

针对渤海湾区域设施蔬菜土壤连作、板结、次生盐渍化、酸化和重金属污染等障碍问题，实施设施蔬菜地质量保护与提升行动。划分障碍土壤重点实施区域，对不同设施类型和障碍类型采取物理、化学和生物措施，实现农机和农艺结合，建立合理轮作和休耕制度，形成设施土壤改良-提升-保育的可复制、可推广、可落地的技术模式，并制订设施蔬菜基地土壤地力培肥管理技术规程，加以推广应用，为设施农业可持续发展提供区域技术支持^[26]。

3.1 障碍土壤治理技术措施

针对设施土壤障碍类型形成轮作 + 水氮管理 + 有机肥共性技术及连作、次生盐渍化、酸化等个性技术，构建技术体系^[27]。

（1）轮作技术，改善栽培制度。防止连作障碍的最佳措施是不同作物间进行合理轮作。根据不同蔬菜的科属类型、根系深浅、吸肥特点及分泌物的酸碱性等特性，制定合理的蔬菜轮作制度，实行有计划地轮作换茬，能有效防止连作障碍的发生^[28]。浅根性蔬菜同深根性蔬菜在设施温室内进行轮回耕作，可以有效利用浅层与深层土壤养分，同源病虫害侵染等现象可以通过种属较为远缘的蔬菜品种实施轮回耕作，从而实现有效的控制。

（2）水肥一体化技术，控制氮素施用，加强氮水管理。采用灌溉与施肥融为一体的精准灌溉施肥技术，主要原理是借助压力灌溉系统，将水溶性固体或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水混合均匀，然后通过可控管道系统按照土壤养分含量和作物种类的需水需肥特点，为作物根区均匀、定时、定量的供水、供肥^[29]。加强氮水管理，防止次生盐渍化，改善作物微域环境培育健康土壤^[30-31]。

（3）蔬菜秸秆原位还田，提升土壤肥力水平。在高温闷棚消毒时，进行蔬菜秸秆原位腐解处理，既杀灭病虫卵，又实现秸秆腐殖化利用，从而替代鸡粪等高危有机物料，实现秸秆资源化利用^[32]。施用大量的腐叶、松针、木屑、树皮、马粪、泥炭、醋渣等有机物料，可增加土壤有机质，达到改良土壤的目的。实现生物肥替代化肥，生物肥 + 复合肥/有机肥，深施改良土壤，提高蔬菜品质。

（4）平衡施肥，配施土壤改良调理制剂，培育健康土壤。改良土壤营养失衡的根本在于平衡高效施肥，有机肥和无机肥配施，增添中微量元素，增施土壤调理剂，同时增加生物肥料的应用。施肥时要平衡氮和磷的用量，增加钾、钙、镁、硼等元素的用量^[33]；针对土壤次生盐渍化、酸化障碍配施化学改良制剂，包括施用石膏、磷石膏、过磷酸钙、腐植酸、泥炭及醋渣等，适当调节土壤pH值，改善土壤理化环境。针对连作病害施用福路达、福气多、阿维菌素等化学药剂防治根结线虫。针对线虫防治，提倡“以菌治虫”使用淡紫孢菌产品进行生物防治等。补充有机质、有益微生物培育健康土壤。改善土样微环境方面，生物肥料能通过自身所含有的微生物分泌生理活性物质，能起到固氮、解磷、解钾、分解土壤中的其它微量养分，提高化肥和有机肥的利用率，改善土壤的理化性状，使土壤能供给作物各种养分，促进作物生长，提高作物产量和产品品质。同时还能分解土壤中的有害化学物质和杀死有害菌群，减少化肥、农药的残留量及有害病菌。

3.2 设施蔬菜障碍土壤改良模式

针对塑料大棚和日光温室及下凹式温室土壤障碍轻、中、重类型，形成3种治理模式^[34]。

（1）设施退化土壤轻度障碍治理模式：5年以下棚室，病害发生较轻，主要是由于施肥不合理，重点加强肥水管理和有机培肥，提升土壤健康质量，采用轮作 + 水碳氮管理模式；

（2）设施退化土壤中度障碍治理模式：5年以上棚室，病害发生比较严重，主要是连作造成病害、养分偏耗和有机质含量下降并伴有次生盐渍化、酸化和土壤板结等问题，采用轮作 + 水碳氮管理 + 改良调理制剂模式；

（3）设施退化土壤重度障碍治理模式：7年以上棚室，病害发生相当严重，主要是长期连作病虫害、养分亏缺和有机质含量下降明显并伴有次生盐渍化、酸化和土壤板结等多重问题，还有下凹式日光温室，地表土壤耕层已破坏，采用人工基质栽培模式，形成不同作物不同基质栽培模式^[35-36]。

4 环渤海地区设施菜地土壤连作障碍治理发展对策

当前，环渤海区域在全国和区域经济中发挥着集聚、辐射、服务和带动作用，已成为中国北方经济发展的“引擎”。该区域被经济学家誉为继“珠三角”、“长三角”之后中国经济的第3个增长极，在中国对外开放的沿海发展战略中占有极其重要的地位。环渤海地区是我国最重要的蔬菜产地，2016年蔬菜作物播种面积为304万hm²，占农作物总面积的15.2%，占全国播种面积的82.1%，总产量占全国设施蔬菜57.7%。2017年总播种面积占农作物总播种面积15.5%；蔬菜播种面积增加了1万hm²，总产量2017年比2016年增加了713万t，增长率为4.6%。环渤海地区设施蔬菜占全国设施蔬菜面积的41.3%，其中日光温室的面积最大，占62.3%，其次是塑料大棚。环渤海地区设施农业高度集约，垦殖率高，各地设施农业普遍向规模化和单一化发展，从而直接导致设施土壤连作、板结、次生盐渍化和酸化等障碍发生^[37]。当前设施蔬菜土壤退化严重，连作发病土壤占设施蔬菜土壤的30%左右，造成减产损失率高达40%以上。当前针对环渤海地区设施土壤连作障碍进行治理，实施一系列物理、化学和生物措施，采取合理的发展对策，是保障人民生活，实现绿色发展的需要，对环渤海经济提升具有重要深远意义。

（1）合理布局。渤海湾地区划分3个区域，京津冀、辽宁和山东；基于该区域分布面积最大障碍发生轻、中、重区域类型和3个土壤类型（棕壤、褐土和潮土）及设施类型进行分区，即日光温室、塑料大棚，进行设施蔬菜土壤合理布局障碍改良^[38-39]。

（2）治理技术。以渤海湾地区设施蔬菜连作障碍消减技术、土壤质量提升技术和人工基质土壤重建技术为核心^[40]。在塑料大棚和日光温室土壤退化轻、中度区，在轮作基础上建立以连作障碍消减生物调控技术、蔬菜秸秆原位腐解还田有机质提升技术和水肥一体化减施化肥技术；在下凹式日光温室和障碍重度区形成人工土壤基质重构为核心的技术。

（3）产品研制。研制和优化以有机质提升的蔬菜秸秆有机肥料；以健康土壤培育，抑病、营养和增效土壤微生物区系调控的生物肥料；以土壤调理为主的酸碱改良新型改良剂，研发高效水溶肥料和水肥一体化设备及多功能蔬菜基质，并在示范区应用。

（4）模式集成。以根层水肥综合调控为核心，通过单项技术组合、优化和集成，在环渤海地区针对障碍分区、单项技术分类、设施分布等多层次推进，总结出轻度障碍控制，中度治理，重度重建和环渤海设施蔬菜土壤水-氮-碳综合治理技术模式^[41]。建设一批蔬菜障碍集约化改良基地。

（5）推广示范。组织开展新技术、新产品、新模式集成组装，集合机械化示范，打造环渤海设施蔬菜区域示范基地，以京津冀为核心的“三平台一基地”^[42] （蔬菜质量安全监测平台、博览园科技展示平台、果蔬城产品销售平台和放心菜绿色工程基地）、京津冀外围区域“两园一基地”（科技示范园、交易物流园和绿色菜生产基地）示范平台，建设一批设施蔬菜标准化示范园区、露地蔬菜规模化示范园区^[34，38]。

参考文献