本发明属于土壤改良技术领域，具体涉及一种设施农业土壤重金属镉和连作障碍修复的方法。
背景技术：
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一种现代农业方式，按技术类别一般分为连栋温室、日光温室、塑料大棚、小拱棚(遮阳棚)四类。我国设施农业自20世纪80年代以来发展迅速，2010年我国设施园艺面积达362万hm2，其中设施蔬菜面积为335万hm2，占设施园艺总面积的90％以上。
我国设施农业栽培常处于半封闭状态，具有气温高、湿度大、蒸发量大、无雨水淋洗、无沉降、复种指数高、施肥量(尤其是有机肥)较大等特点，导致设施土壤理化性质和生物学性状发生重大变化，主要表现为土壤酸化、盐渍化，养分不平衡及过量累积，以及重金属累积等。已有研究表明，设施栽培土壤中重金属呈明显累积趋势，且含量显著高于露地栽培土壤。设施菜地已经成为继工矿、污灌菜地之后重金属累积较严重的菜地类型，引起了社会各界的高度关注。其中尤以镉污染较为严重，镉是一种对人体有剧毒的微量金属，长期接触镉会导致贫血、高血压、肌肉痉挛、骨质疏松和肾损伤。土地的镉污染不仅会使作物产量受到影响，人类也可能通过食物链摄入在受污染农田上种植的作物产品而接触到潜在的有害数量的污染物，进而影响健康。同时设施栽培的封闭性特点以及设施生产专业化、规模化、产业化的发展趋势还导致连作障碍现象加剧。所谓连作障碍是指在同一块土地连续栽培同一种或近缘种植物，导致第二茬以后植物病虫害发生频繁的现象。目前设施条件下，我国黄瓜、茄子、番茄等蔬菜生产中有20％-40％存在不同程度的连作障碍，每年造成的经济损失巨大。连作障碍已成为制约我国蔬菜产业可持续发展的瓶颈。
技术实现要素：
针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种设施农业土壤重金属镉和连作障碍修复的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种设施农业土壤重金属镉和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，所述促分解配料包括微生物制剂和有机催化物中的至少一种；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按800-1000kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为40-60℃，处理时间为7-14d，处理结束后将膜揭去。
进一步地，所述步骤(1)有机物料中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:1-3:3-5。
进一步地，所述有机物料的碳氮比为10-35:1。
进一步地，所述步骤(1)中促分解配料为糖蜜、酒精和沼液总质量的1-2％。
进一步地，所述微生物制剂为醋酸杆菌、芽单胞菌或变形杆菌中的一种或一种以上。
进一步地，所述有机催化物为蔗糖酶或植酸酶。
进一步地，所述步骤(3)中垄高为8-10cm。
进一步地，所述步骤(4)中灌水操作在晚间进行。
进一步地，所述方法间隔3-5年进行一次。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将多种液体有机物料按一定比例配合后施入设施农业土壤，然后起垄覆膜并结合滴灌灌水，能够快速创造并保持土壤的强烈厌氧还原环境，可以直接杀灭土壤中的多种好氧土传病原菌，土壤中厌氧微生物的代谢活动加快，使有机制剂在厌氧发酵过程中产生大量乙酸、丁酸、异戊酸和丙酸等有机酸，这些有机酸的浓度足以致死土壤中的病原菌。发酵过程中还会产生h2s、nh3、低价金属离子如fe2+、mn2+等，对病原菌也有明显的毒害作用。除此之外，在强烈的土壤厌氧环境下，土壤ph提高，微生物群落结构变化，厌氧微生物数量增加，而好氧微生物数量相应减少，从而能够抑制好氧病原菌的生长，进而达到修复土壤连作障碍的效果。土壤强还原环境导致的微生物群落变化能够优化土壤微生物组成，促进镉污染土壤修复，多种微生物的胞外聚合物对镉离子有直接吸附作用，还有部分还原菌能够通过将铁离子还原成亚铁离子与镉离子生成铁镉矿物而固定游离的镉离子。特殊比例的有机物料能够促进土壤中镉的稳定。强还原环境能够提高设施农业土壤ph，使土壤中的镉离子固定，生成的多种有机酸能够使钙镁离子与镉离子交换，降低镉离子可交换量，施入的大量有机质也能稳定镉离子，改变设施农业土壤中的重金属镉形态，降低土壤重金属镉的有效性，减少作物对镉的吸收。
有机物料包括糖蜜、酒精和沼液，能够实现废物利用，减少污染排放，其按照一定质量比混合后碳氮比能保持在合适范围，结合促分解配料能够极大提高发酵速度，同时微生物制剂还能拮抗部分土传病原菌的生长。起垄后再覆膜能够阻止空气进入土壤，保证厌氧环境。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例中所使用的材料均可自常规途径购买得到。
实施例1
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:1:3，所述促分解配料为醋酸杆菌，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的1％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按800kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为40℃，处理时间为14d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
实施例2
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:2:4，所述促分解配料为芽单胞菌和变形杆菌，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的1.5％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按900kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为50℃，处理时间为10d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
实施例3
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:3:5，所述促分解配料为醋酸杆菌、芽单胞菌和变形杆菌，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的2％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按1000kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为60℃，处理时间为7d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
实施例4
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:1:5，所述促分解配料为蔗糖酶，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的1％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按800kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为40℃，处理时间为14d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
实施例5
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:2:3，所述促分解配料为醋酸杆菌和植酸酶，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的1.5％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按900kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为50℃，处理时间为10d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
实施例6
一种设施农业土壤重金属和连作障碍修复的方法，包括以下步骤：
(1)制备有机物料：所述有机物料包括糖蜜、酒精、沼液和促分解配料混合而成，其中糖蜜、酒精和沼液的质量比为1:3:4，所述促分解配料为变形杆菌和蔗糖酶，其质量为糖蜜、酒精和沼液总质量的2％，有机物料的碳氮比为10-35:1；
(2)施入有机物料：将步骤(1)所述的有机物料按1000kg/亩施于待处理土壤表面，将土壤旋耕混匀并整平；
(3)起垄覆膜：在所述待处理土壤四周起垄高为8-10cm的矮垄，并在土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；
(4)滴灌灌水：于晚间打开暗管滴灌设施，待灌水至土壤为淹水状态时关闭滴灌设施；
(5)处理结束：处理时棚内温度为60℃，处理时间为7d，处理结束后将膜揭去，该处理方法间隔3-5年进行一次即可。
对比例1为未经处理的设施农业土壤。
对比例2与实施例1的区别在于未施入有机物料。
对比例3与实施例1的区别在于有机物料中只有糖蜜。
对比例4与实施例1的区别在于有机物料中不包括促分解配料。
对比例5与实施例1的区别在于覆膜前未在土壤四周起垄。
对比例6与实施例1的区别在于采用大水漫灌代替滴灌。
将待处理设施农业土壤分成多个面积相同的小区，按照实施例1-6和对比例2-6的方法分别对土壤进行处理，处理完成后检测土壤中不同形态重金属镉的含量，结果如下表所示。
表1不同处理下设施农业土壤中不同形态重金属镉含量变化(mg/kg)
由表1数据可知，与对比例1的未经处理的设施农业土壤相比，采用本发明方法进行土壤修复后的实施例1-6中土壤可交换态镉含量平均减少33.90％，碳酸盐结合态镉平均增加123.45％，有机物结合态镉平均增加26.32％，残渣态镉平均增加101.71％，铁锰氧化物结合态镉含量无显著差异，说明本发明的方法能够促进土壤中镉的稳定，降低镉离子可交换量，改变设施农业土壤中的重金属镉形态，降低土壤重金属镉的有效性，减少作物对镉的吸收。
未施入有机物料的对比例2有一定的修复重金属镉污染土壤的效果，有机物料中只有糖蜜的对比例3不利于镉的固定，对比例4-6和未经处理的对比例1无显著差异。
不同形态重金属镉含量检测完成后，分别在各小区土壤中连续种植三季辣椒，测量土壤基本物理化学性状、微生物组成和辣椒常见土传病害发病率，结果如下所示。
表2不同处理下土壤物理化学性状变化
由表2数据可知，与对比例1的未经处理的设施农业土壤相比，采用本发明方法进行土壤修复后的实施例1-6中土壤水解氮、有效磷、有效钾和交换性钙镁的含量均明显提高，ph提高至7.4左右，ph值的提高可以增加土壤对镉的吸附，产生土壤镉的固定化。交换性钙和镁的组合浓度与相应的交换性镉浓度呈负相关，通过阳离子交换、ca2+和mg2+从土壤中释放以及cd2+取代位点，从而降低了镉污染土壤中可交换镉的含量。
未施入有机物料的对比例2和有机物料中只有糖蜜的对比例3改善土壤物理化学性状的效果较差，对比例4-6效果与实施例接近，但处理时间远长于实施例1-6，分别达到40-60天。
表3不同处理下土壤微生物组成和辣椒常见土传病害发病率
由表3数据可知，与对比例1的未经处理的设施农业土壤相比，采用本发明方法进行土壤修复后的实施例1-6土壤能够减缓土壤向真菌型土壤的转变，“真菌型”土壤是地力衰竭的标志，其意味着病原菌的增加，生态系统的稳定程度降低，即会导致植物抗病能力下降，进而导致连作障碍的发生。连续种植三季辣椒后，辣椒疫病、青枯病和根腐病三种病害的发病率均显著降低，说明本发明对设施土壤连作障碍具有明显的修复效果。对比例2-6均有一定的正面作用，但效果远低于实施例。