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设施土壤环境及调控刘新程烟台研究院理工学院xcliu1978@yeah.net我对这门课程的理解环境工程学：环境工程学是环境科学的一个分支。它主要研究运用工程技术和有关学科的原理和方法，保护和合理利用自然资源，防治环境污染，以改善环境质量的学科。环境工程学还研究环境污染综合防治的方法和措施，以及利用系统工程方法，从区域的整体上寻求解决环境问题的最佳方案。设施农业：设施农业属于高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的农业产业。设施农业环境：受人类活动影响深刻的人工环境设施农业环境工程学：充分掌握农业生物生长发育与各环境因素相互作用的基础上，研究如何采用经济的和有效的环境调控工程技术与设备，创造优于自然界的、更加适合于农业生物生长发育和产品转化的环境条件，提高农业产品生产效率的一门学科。第一节设施内土壤环境特征温度高湿度大气体流动性差光照弱种植强度大施肥量大根系残留多一、设施土壤的养分特征有机质含量高氮磷钾的含量速效氮磷的含量有所提高??速效钾含量过了一定年限后，开始降低??中国华北平原设施菜地土壤每年NPK盈余量分别可达4328,1337和1466kg·hm-2土壤盐分的积累盐分积聚的原因盲目的大量施肥缺少降雨淋溶基本现状盐分的表层积聚作物种类、肥料种类的影响硝酸盐的积累及危害大棚土壤盐分组成主要以NO3-、Na+、Ca2+为主。大棚主要种植反季蔬菜、花卉等经济价值高的植物,肥料的施用量大,特别是氮肥,施入的氮肥以NO3--N、NO2--N及NH4-N的形式存在,此时土壤中的铵化与硝化过程受到抑制,土壤溶液中NO3-、NO2-、NH4+及土壤溶液中的Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+等积聚较多。露地栽培时,移动性大的NO3-、NO2-、Cl-易随雨水淋失,很难在土壤中积累。而大棚栽培时,NO3-、NO2-、Cl-、SO42-及相应的伴随离子NH4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+积聚于土壤并随着地下水的向上运动逐渐向表层土壤集中,在水分的不断蒸发过程中在表层积累下来。盐分主要集中分布在0～10cm的表层。对种子的萌发和幼苗的生长造成严重的影响,如不改良,将会严重影响植物生长、产量和品质,甚至绝收。二、土壤酸化氮肥施用量过大、残留量大抑制某些元素的吸收三、连作障碍概念：同一种作物或近缘作物连作以后，即使在正常管理下，也会产生产量降低、品质变劣、病害严重、生育状况变差的现象。产生原因：土传病害土壤次生盐渍化自毒作用1、土传病虫害加重：最主要原因和形式连作为病原菌生存和繁殖提供了丰富的营养和寄主使有益微生物受到抑制，土壤微生物区系发生变化，根区土壤微生物生态失衡同种类蔬菜互相传播病虫害常见土传病害：十字花科的软腐病；茄果类、瓜类的猝倒病、立枯病、疫病、根腐病、枯（黄）萎病；番茄、辣椒的青枯病及线虫。自毒作用：某些植物通过地上部淋溶、根系分泌和植物残茬腐解等途径来释放一些物质，从而对同茬或下茬同种或同科植物生长产生抑制作用，是化感作用的特殊形式。化感作用：植物通过向环境释放特定的次生物质从而对邻近其它植物(含微生物及其自身)生长发育产生的有益和有害的影响。迄今为止所发现的化感物质几乎都是植物的次生代谢物质,分子量较小,结构简单.主要分为水溶性有机物、直链醇、脂肪族醛和酮。包括简单不饱和脂；长链脂肪酸和多炔；醌类；苯甲酸及其衍生物；氨基酸和多肽；内萜；单宁；嘌呤和核苷等14类。其中低分子有机酸、酚类和萜类最为常见。化感物质首先作用于植物根细胞的细胞膜，通过细胞膜功能的改变进而影响植物的生理生化代谢活动，最终抑制植物的生长发育。化感物质进入环境的途径1挥发植物活体的地上部分或枯落物通过分解释放乙烯、萜类等挥发性物质的形式释放化感物质，直接或间接影响其他生物生长。2淋溶水溶性的化感物质经雾、降水或露水等淋洗或从植物表面淋溶转移、扩散到土壤中，对其他植物生长产生直接或间接作用。3分泌植物通过根系分泌，将化感物质释放到根际土壤中，直接或间接影响周围其他植物生长4腐释植物残体经腐烂后直接释放出化感物质或由于土壤中的微生物的转化作用，将原来没有活性的物质变为有活性的物质后进入土壤环境中，影响周围植物的生长。易发对象：番茄、茄子、辣椒、西瓜、甜瓜和黄瓜等易产生自毒作用，而丝瓜、南瓜、瓠瓜和黑籽南瓜则不易产生。自毒作用的抑制目前有关自毒作用的试验大多是在微生物种群结构较为简单的水培中完成的，而缺乏在相对复杂的土壤-微生物系统内，自毒物质的产生、消长规律和侵染植物机理的研究。至于自毒作用的抑制更是尚待破解的难题。清理植物残体施用有机肥嫁接土壤生物环境特点作物种类的单一——特殊的土壤环境有益微生物受到抑制，有害微生物大量发展小环境的变化——土壤微生物区系的变化连作——土传病虫害加重真菌数量减少，但是有害种增加——土壤微生物多样性的降低趋势，病虫害发生设施土壤酶活性的特点土壤酶参与元素的生物循环、土壤的发生、发育及有效肥力的形成，反映土壤养分的转化能力和生物活性大小，是土壤生物化学特征的重要组成部分尤以氧化还原酶和水解酶占有重要地位土壤酶与微生物的丰度与活性密切相关，土壤酶活性的高低可以反映土壤养分(尤其是氮、磷)转化的强弱，与土壤熟化度、土壤理化性状以及有机质有关土壤脲酶参与上壤中含氮有机化合物的转化，水解尿素生成氨，其活性影响着土壤氮素的代谢脲酶活性随尿素施用量增加而增大，但土壤中脲酶活性过高，容易引起氨的挥发损失脲酶活性与土壤微生物量、有机质、全氮和速效磷呈显著正相关。设施土壤脲酶活性比露地土壤高1一3倍，并随设施种植年限的延长逐渐升高。转化酶促进蔗糖分解成葡萄糖和果糖，能提高土壤的生物活性，在表征土壤生物活性强度上，转化酶比其它酶反映更明显。转化酶活性高，说明土壤生物活性好、肥力高。土壤转化酶的活性与土壤碳、氮状况密切相关，与中性磷酸酶和过氧化氢酶有相互促进作用研究发现设施土壤转化酶活性有随种植年限的延长而降低的趋势，其高低因作物种类及种植年限而异过氧化氢酶能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢，减轻对植物的危害。过氧化氢酶与土壤有机质含量、土壤阳离子代换量呈极显著正相关，与土壤的呼吸强度和微生物数量也有一定关系。过氧化氢酶活性比较稳定设施土壤微生物的特点设施土壤中三大类微生物的相对数量无较大变化，仍以细菌居多，约占土壤微生物总数的70%一90%，是分解各种有机物质的主要种类，其次为放线菌，真菌最少。设施土壤与露地土壤的微生物数量有明显差别，但在微生物总数与设施年限关系，有着不同的研究结果。一种认为种植年限越长，土壤有机质含量越高，微生物总数越多另一种认为设施栽培下土壤微生物数量虽然高于露地，但种植年限越长，其数量反而越低设施土壤中的细菌，尤其是氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌的数量与露地相比有较大增加种植时间短，真菌数量较多，反之，真菌数量减少，但有害真菌的种类和数量增加。放线菌含量较高的土壤中，作物发病较轻，这与放线菌大多能产生抗菌素，刺激植物生长，提高其抗病能力有关。种植年限长的设施土壤中放线菌数量较种植时间较短的土壤少微生物多样性分析发现，长时间连作后，土壤有由细菌型向真菌型转变的特点设施土壤微生物量较露地土壤有不同程度提高，且变化幅度大土壤微生物量碳、氮逐渐增加，在设施种植4年左右达最高，此后则有不同程度的降低，而微生物量磷在2年时即出现最大值。设施土壤中速效养分含量过高，使土壤微生物生长与活性受到了一定程度的抑制。设施栽培中应该注意根据作物的需肥性及土壤养分含量科学计算施肥量，并采取合理的耕作栽培管理措施调节土壤微生态环境，促进微生物对速效养分的吸收。设施内土壤环境的调节与控制提高认识，合理施肥减少盐分积累，减少次生盐渍化、减少硝酸盐积累1.目标产量和目标养分需求量2.土壤和环境养分资源的充分利用3.施肥补充土壤和环境养分供应不足部分配方施肥基本原理图示配方施肥：综合运用现代农业科技成果，根据作物需肥规律、土壤供肥性能与肥料效应，在以有机肥为基础的条件下，提出氮、磷、钾和微量元素的适当用量、比例及相应的施肥措施。配方---肥料计划用量依据---作物营养特性，土壤条件，气候条件，肥料性质。配方施肥包括配方和施肥两个程序。配方的核心是肥料的计量，即在作物播种前通过各种手段确定达到一定目标产量和肥料用量，回答“获得多少粮、棉、油、果、蔬．．．．．．该施多少氮、磷、钾等肥料”这一问题。施肥的任务是肥料配方在生产中的执行，保证目标产量的实现。根据配方确定肥料用量、品种和土壤、作物、肥料的特性，合理安排基肥、种肥和追肥的比例，以及施用追肥的次数、时期和用量等。最小养分随条件而变化的示意图养分平衡法----目标产量需肥量减去土壤供肥量，差额部分通过施肥补充，使作物目标产量所需要的养分量与供应养分量之间达到平衡。计划产量施肥量=计划产量吸肥量-有机肥供肥量-土壤供肥量肥料的有效养分含量X肥料利用率式中：F：施肥量(千克/公顷)；Y：目标产量(千克/公顷)；C：单位产量的养分吸收量(千克)；S：土壤供应养分量(千克/公顷)；N：所施肥料中的养分含量(％)；E：肥料当季利用率(％)。(Y×C)-SN×EF=有时候，上述公式在计算土地供肥能力的时候，需要考虑有效养分校正系数，校正系数是与土壤状况相关的变量。地力分区法：利用土壤普查、耕地地力调查和当地田间试验资料，把土壤按肥力高低分成若干等级，或划出一个肥力均等的田片,作为一个配方区，再应用资料和田间试验成果,结合当地的实践试验，估算出这一配方区内，比较适宜的肥料种类及其施用量。优点是较为简便,提出的肥料用量和措施接近当地的经验，方法简单，群众易接受。缺点是局限性较大,每种配方只能适应于生产水平差异较小的地区，而且依赖于一般经验较多，对具体田块来说针对性不强。田间试验法：通过简单的单一对比，或应用较复杂的正交，回归等试验设计，进行多点田间试验，从而选出最优处理，确定肥料施用量。（1）肥料效应函数法。即采用单因素、二因素或多因素的多水平回归设计进行布点试验，将不同处理得到的产量进行数理统计，求得产量与施肥量之间的肥料效应方程式。根据其函数关系式,可直观地看出不同元素肥料的不同增产效果,以及各种肥料配合施用的效果，确定施肥上限和下限，计算出经济施肥量，作为实际施肥量的依据。（2）养分丰缺指标法。此法利用土壤养分测定值与作物吸收养分之间存在的相关性,对不同作物通过田间试验，根据在不同土壤养分测定值下所得的产量分类，把土壤的测定值按一定的级差分等，制成养分丰缺及应该施肥量对照检索裹，在实际应用中，只要测得土壤养分值，就可以从对照检索表中，按级确定肥料施用量。（3）氮，磷、钾比例法。原理是通过田间试验，在—定地区的土壤土,取得某—作物不同产量情况下各种养分之间的最好比例，然后通过对一种养分的定量，按各种养分之间的比例关系，来决定其他养分的肥料用量。施肥方法1.传统施肥方法特点：把肥料施入土壤，补给作物最缺的养分，通常是土壤缺什么养分就施什么肥料。一般根据施用时期的不同分为基肥、种肥和追肥三种施肥方式及其相应的施肥方法。施肥方法施肥时间目的作用肥料情况有效施法基肥播种或定植前培肥改良土壤供给作物养分占全量的2/3有机肥为主结合深耕施用条施或穴施多种肥料混合种肥播种或定植时供给幼苗养分改善苗床性状少量腐熟有机肥速效性化肥菌肥拌种、蘸秧根浸种、盖种、条施或穴施追肥生长发育期间及时补充养分适量速效性化肥腐熟有机肥深施覆土撒施结合灌水随水浇施法根外追肥施肥方法及其相应的施肥方式现代施肥方法1)喷施多元微肥2)喷施多功能叶面肥3)灌溉施肥：喷灌、滴灌4)二氧化碳施肥合理灌溉（1）膜下沟灌法：大垄双行，行间挖垄台上进行地膜覆盖，既能提高地温又可防止棚室内空气湿度过高，并可防止土壤板洁喷灌法：园林花卉和中草药栽培适宜喷灌，高温季节适宜喷灌，喷灌能降低棚室温提高空气湿度。膜下滴灌法：由于各种粗细不等的塑料管组成，包括干管、支管、毛细管、滴头等，由毛细管把水送到每一棵