有机肥在设施农业中的应用研究进展

摘    要：设施农业施肥管理不当容易造成诸多土壤问题。有机肥具有种类多、来源广、养分较全面、肥效较长等特点，合理施用有机肥可以提高土壤肥力、改善土壤生态环境、促进作物增产提质，因此，有机肥代替或部分代替化肥在设施农业可持续生产中扮演着重要的角色。对有机肥在设施农业中的应用现状及不同种类有机肥的作用机制等进行了综述，并对有机肥的研究方向作了展望，以期为有机肥的进一步合理开发和综合利用提供参考。

关键词：有机肥；设施农业；应用效果

中图分类号：S625.5+4 文献标识码：A 文章编号：1673-2871（2023）08-005-07

Abstract： Improper fertilization management in facility agriculture can easily cause many soil problems. Organic fertilizer has the characteristics of rich types， wide sources， comprehensive nutrients and longer fertilizer efficiency. The rational application of organic fertilizer can improve soil fertility， soil ecological environment， crop yield and quality. Therefore， organic fertilizer completely or partially in places of  chemical fertilizer plays an important role in the sustainable production of facility agriculture. In this paper， the application status of organic fertilizer in facility agriculture and the function mechanism of different kinds of organic fertilizer were reviewed， and the research direction of organic fertilizer was prospected， in order to provide reference for the further rational development and comprehensive utilization of organic fertilizer.

Key words： Organic fertilizers; Facility agriculture; Application effect

设施农业打破了作物生长的季节限制，满足了人们对新鲜瓜果蔬菜的日常需求。然而，由于设施土壤复种指数高，且处于高温、高湿、无降水淋溶的环境，土壤连作障碍、次生盐渍化和酸化等问题严重。为了防治设施土壤障碍，前人开展了大量研究工作。其中，施用有机肥被认为是遏制设施土壤障碍的重要措施。有机肥养分较全面、肥效期长，可以改善土壤结构，提高土壤肥力[1]，减轻土壤的次生盐渍化[2]，提高蔬菜的产量和品质[3-5]；还能减轻作物土传病害，增加土壤中有益微生物的种类[6-7]。虽然施用有机肥有很多的益处，但是过量施用有机肥也会产生一定环境风险，如氮和磷的流失[8]、重金属积累[9]等。有机肥主要有动物源有机肥、植物源有机肥、微生物有机肥和复合生物有机肥。为了掌握有关有机肥的研究热点，笔者使用VOSviewer在Web of science数据库中以organic fertilizer和agriculture为关键词搜索近10年（2013年3月至2023年3月）发表的文献制作热点分析图（图1），发现高频词汇主要有plant、carbon、emission、tillage、farmer等，可以看出近10年关于有机肥的研究涉及植物、土壤生态、温室气体、耕作、农民等诸多因素，热点话题比较广泛，学者们从不同领域对生物有机肥的开发利用及其对作物的作用效果等进行了探索。笔者针对不同种类有机肥在设施农业中的应用展开综述，并做出展望。

1 动物源有机肥在设施农业中的应用效果

动物源有机肥主要是指以畜、禽等的排泄物，以及动物残体、动物加工后的下脚料、屠宰场废弃物，还包括骨粉、鱼粉、羽毛、皮毛、皮革等经腐熟和无害化处理后作为肥料使用的有机肥。在此主要论述畜禽粪便有机肥和蚯蚓粪便有机肥。

1.1 畜禽粪便有机肥在设施农业中的应用效果

1.1.1    畜禽粪便有机肥    畜禽粪便有机肥主要是由畜禽的排泄物经过特定的技术处理而形成的，其中含有大量的有机物质、无机养分、激素以及大量的养分元素。畜禽粪便产生量大，充分利用其开发有机肥，不仅可以减少化肥使用量、保护生态环境，还有利于改善土壤性状，实现农田土壤生态修复[10-11]。

1.1.2    畜禽粪便有机肥对设施作物的影响    大量研究证明，施用畜禽粪肥可显著提高作物产量，并改善作物品质[12-14]。郭全忠等[15]研究表明，发酵猪粪不论是单施还是与化肥配合施用均能提高番茄果实的水溶性糖含量，降低酸度，改善品质。何风杰等[16]研究表明，施用畜禽粪便有机肥可以在一定程度上提高大棚葡萄的萌芽率和成花率，促进叶片生长，提高叶绿素含量，加快枝条老熟，显著提升果实品质；综合果实硬度、单果质量、固酸比等指标，施用鱼肥和鸽粪的果实综合品质最好。也有研究表明，单施某种畜禽粪便对作物的影响并不是特别显著，与其他物质混合后施用效果更加明显。其中，以50%鸡粪和50%菌渣制作而成的有机肥效果较好，可显著提高白菜和黄瓜的产量，二者的可溶性蛋白、总糖和维生素C含量也有所提高[17]。

1.1.3    畜禽粪便有机肥对设施土壤的影响    研究表明，施用有机肥能够改善土壤理化性状并提高土壤酶活性，为土壤微生物提供能量和营养物质[18-19]。施用畜禽粪便有机肥可以不同程度地降低土壤容重，增加孔隙度，并在一定程度上降低土壤含盐量，进而改善土壤理化性状[16]。史祥宾等[20]、王小龙等[21]研究表明，施用畜禽有机肥能增加土壤中多种营养元素，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤的保肥能力和缓冲性能，以满足葡萄在生长过程中对氮、磷、钾等元素和有机质的大量需求。关天霞等[22]发现，施用鸡粪可以降低土壤容重和pH值，增加有机质含量并提高土壤酶活性。

1.1.4    畜禽粪便有机肥的作用机制    畜禽粪便有机肥含有丰富的有机物及氮、磷等大量元素，同时还含有其他微量元素和较丰富的蛋白质，是一种优质的有机肥源[23-24]。经过充分发酵的畜禽粪便，最大程度降低了对作物、土壤的负面影响，丰富了土壤中的营养物质，促进了土壤微生物的扩繁，改善了土壤性状，进而提高了作物的产量与品质[25]。

1.2 蚯蚓粪有机肥在设施农业中的应用效果

1.2.1    蚯蚓粪有机肥简介    蚯蚓粪是蚯蚓吞噬有机废弃物而产生的排泄物，呈黑色、均匀颗粒状，团粒结构良好，酸碱度趋于中性，通气性、保肥性和保水性良好。与畜禽粪便相比，蚯蚓粪的可溶性盐含量、腐殖酸含量和阳离子交换性能有明显提高，大部分有机质转化为稳定的腐殖质类复合物质，尤其是在微生物新陈代谢过程中会分泌有机酸，使偏碱性的畜禽粪经过蚯蚓处理而趋于中性[26]。蚯蚓粪中还含有丰富的有机质、氮、磷、钾、微量元素、激素、酶等，以及23种氨基酸。此外，蚯蚓粪的最大优势在于含有大量的有益微生物，能够产生拮抗活性强、抗菌谱广的抗生素，从而限制病原菌的生长，抑制土传病害[27]。

1.2.2    蚯蚓粪有机肥对设施作物的影响    众多研究表明，蚯蚓粪中含有的矿物质元素、有机质、激素及生长素类物质，有利于设施作物对养分的吸收与运转，促进干物质的积累，并改善品质。王恩煜等[28]研究表明，蚯蚓粪处理可改善西瓜品质，提高果实内的维生素C、可溶性蛋白、还原性糖含量和糖酸比，显著降低果实中有机酸和硝酸盐的含量，而且蚯蚓粪显著降低了西瓜的发病率，增加西瓜产量。王小波等[29]发现，在设施土壤中联合施用蚯蚓粪与蛭石后，增加了菠菜的株高和叶绿素含量，提高了光合作用强度和产量，改善了菠菜维生素C、可溶性固形物和可溶性总糖含量等品质指标。陈彬等[30]研究发现，施用蚯蚓粪生物有机肥可显著降低果蔬中硝酸盐含量，而且能提高草莓和番茄果实中可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C的含量。范洁等[31]研究发现，薄皮甜瓜对养分需求量有其适宜范围，并不是施肥越多越好。李婉茹等[32]研究表明，施用蚯蚓粪为9 000 kg·hm-2时，甜瓜的茎粗、相对叶绿素含量、净光合速率最高，其可溶性糖、中心可溶性固形物、维生素C含量最高。可见，施用蚯蚓粪有机肥有利于提高设施作物产量并改善品质。

1.2.3    蚯蚓粪有机肥对设施土壤的影响    杨丽娟等[33]认为，施用蚯蚓粪可以改善土壤微生物区系结构，有利于预防或减轻土传病害。刘学才等[34]研究表明，施加蚯蚓粪提高了设施土壤有机质和有效氮、有效磷、有效钾等的含量，从而增加了番茄植株氮和钾的含量。这与张宁等[35]在露地栽培方式下施用蚯蚓粪的研究结果一致。单施蚯蚓粪和蚯蚓粪配施化肥处理均能显著增加番茄根际土壤细菌、真菌和放线菌的数量，还能提高土壤微生物的生物量及过氧化氢酶、蔗糖酶与脲酶活性[36]。夏思瑶等[37]发现，在蚯蚓粪中添加混合矿物质可以将基质容重降低近一半，并显著提高基质的全氮、速效磷含量，促进西瓜幼苗地下部的养分吸收，增加对Fe、Ca以及Mg的吸收量。

1.2.4    蚯蚓粪有机肥的作用机制    蚯蚓粪具有生物有机肥的功能特性，兼顾了有机肥与生物菌剂的优势[38]，富含大量的细菌、放线菌和真菌，可以将土壤中难分解物质矿化为易被植物直接吸收的有效物质[3]，促进糖、维生素、氨基酸等生物活性物质的合成[39]；同时也含有丰富的矿物质养分、有机质、多种腐殖质、酶和植物激素类物质[27]，对土壤健康和作物生长均有促进作用。

2 植物源有机肥在设施农业中的应用效果

2.1 植物源有机肥简介

植物源有机肥，就是利用植物秸秆、根茎、籽实或加工后的下脚料经过再加工、发酵、腐熟及活化后的一种有机肥料，其中使用绿色植物体制成的肥料称为绿肥。植物源有机肥的营养元素齐全，富含有机质和微量元素，并且来源更安全，不用担心盐分及重金属的危害，有些植物有机肥添有功能菌，对提高土壤肥力、促进作物生长具有特定的功效。

2.2 植物源有机肥对设施作物的影响

Canali等[40]和Darnaudery等[41]在对脐橙及烟草的研究中发现，施用植物有机肥可提高植株叶片中磷、钾水平。施用绿肥显著提高了果实中可溶性固形物含量，降低了可滴定酸含量[42]。王斌等[43]研究采用万寿菊秸秆有机肥与生防菌剂配施，对根结线虫的防效达49%以上，同时能有效提高中上等烟比例以及烟株的叶面积，但该复配措施的协同作用机制还有待进一步研究。毕军等[44]报道，与常规施肥相比，施用植物源药肥会降低花生植株高度，显著增加茎粗、果针数量和侧枝长度，增强花生抗倒伏能力。刘艳等[45]以5种植物源有机肥处理黄金梨幼树，发现都显著增加了株高、茎粗、叶面积及地上部干物质量，还显著提高了叶片氮、磷、钾含量和净光合速率。