温室大棚连作障碍土壤的微生物修复
韩如旸
2020年8月1日
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韩如旸. 温室大棚连作障碍土壤的微生物修复. 2020. 网址：ruyangmicrobio.org/greenhouse-soil
前言
设施农业是指有别于传统意义上利用自然条件的生产方式，在人为构建的环境中进行作物种植和水产养殖的新型现代农业，具有环境可调控、高度集约化、利用自动化采收、病虫害防治和施肥灌溉等优点。我国设施蔬菜面积近6000万亩，产量约2.5亿吨，年产值6000多亿元。日光温室1500万余亩，塑料大中棚近2500万亩，日光温室和塑料大棚占设施蔬菜总面积近70%(1)。
由于设施蔬菜栽培长期处于高集约化、高复种指数、肥料高投入的状态, 使我国设施栽培土壤连续种植3-5年即出现程度不同的连作障碍现象，具体表现为土壤次生盐渍化、土壤酸化、养分供应失衡、土壤微生物多样性降低、重金属和自毒物质积累、以及病虫害频发，从而危害作物的正常生长，降低作物的产量及品质，造成对土壤资源的破坏和经济上的损失(2, 3)。
本文根据近年来国内大棚土壤连作障碍研究，总结了大棚连作障碍的成因和大棚土壤连作障碍修复技术，旨在为第一线农业生产单位、农技推广部门、土壤修复企业提供技术选项，具体实例尽量保留修复步骤和数据可供参考。同时为研究部门提供下一代技术研发方向，提出了以微生物组学为核心驱动的大棚土壤连作障碍精准修复将是下一代技术研发的重中之重。
大棚连作障碍的成因
化感物质累积
化感作用(Allelopathy)是指一种植物或微生物通过本身产生并释放到周围环境中的化学物质对另一种植物或微生物直接或间接的相互排斥和促进的作用。化感作用的媒质被称为化感物质(Allelochemicals), 是指植物所产生的影响其他生物生长、行为和种群生物学的化学物质(4)。到目前为止, 所发现的化感物质几乎都是植物的次生代谢物质, 主要存在于植物的根、茎、叶、花、果实或种子中, 一般分子量较小, 结构较简单。主要分为以下几大类：(1)水溶性有机酸、链醇、脂肪醛和酮；(2)简单的不饱和内酯；(3)长链脂肪酸和多炔；(4)苯醌、萘醌、蒽醌和复合苯醌；(5)简单酚、苯甲醛、苯甲酸及其衍生物；(6)肉桂酸及其衍生物；(7)香豆素类;(8)黄酮类；(9)丹宁；(10)萜类和甾类化合物；(11)氨基酸和多肽；(12)生物碱和氰醇；(13)硫化物和介子油苷；(14)嘌呤和核苷。最常见的化感物质是低分子量有机酸、酚类和萜类化合物(4)。
李培栋等研究发现，南方红壤区连作花生土壤中对羟基苯甲酸、香草酸和香豆酸随着连作年限的增加而增加，连作10年后3种酚酸总量达11.09mg·kg-1干土，显著高于连作3年和6年的土壤。而土壤中香豆素和苯甲酸含量比较低，且变化没有规律。所有酚酸处理组对花生幼苗的株高和根长表现出抑制作用，对花生幼苗地下部的干鲜重均表现出＂低促高抑＂的特点。香草酸和香豆酸处理组对花生幼苗地上部的干鲜重表现出＂低促高抑＂的特点,其他处理组均表现出抑制作用。花生幼苗根系活力随着酚酸处理浓度的增加而降低。花生种子的病原菌感染率随着酚酸浓度的增加而增加，发芽率则随着酚酸浓度的增加而下降。酚酸物质可能破坏花生细胞膜的完整性而使病原菌入侵，影响花生生长，导致连作障碍(5)。
杨淑检测了河北邢台番茄种植基地连作土壤中的对羟基苯甲酸、香草酸和阿魏酸，其中5年连作土壤中的酚酸总含量为10.50 mg/kg，而10年连作土壤中的酚酸总含量为16.08 mg/kg(6)。
李贺勤等研究表明，随连作年限的增加，草莓连作土壤中酚酸类物质含量明显增加。对羟基苯甲酸和对香豆酸在浓度低于200 μg·g-1时使土壤线虫总数和食细菌线虫数量增加，而高于200 μg·g-1时起抑制作用；肉桂酸在浓度低于100 μg·g-1时增加了土壤线虫总数和食细菌线虫数量，而高于100 μg·g-1时起抑制作用；随阿魏酸浓度的增加，线虫数量变化规律不明显，当其浓度高于100 μg·g-1时起抑制作用。混合酚酸随浓度增加对土壤线虫总数和食细菌线虫数量的抑制作用增强(7)。
次生盐渍化和重金属累积
土壤次生盐渍化又称土壤次生盐碱化，主要发生在蒸发作用强烈的干旱和半干旱地区，因渠系渗透和不合理灌溉使地下水位过分升高时，地下水通过毛细作用上升至地表附近而蒸发，使土壤母质和地下水中所含盐分随毛细管水上升而积聚于土壤表层，形成次生盐渍化。有别于土壤盐渍化，次生盐渍化是人类经济活动的结果，而不是原生的自然地质作用的结果(8)。
由于种植者过量施用化肥，一些未被作物吸收利用的肥料及其副成分大量残留于土壤中，成为土壤盐分离子的主要来源；而且设施栽培较自然条件下的水分淋洗作用弱，土壤蒸发和作物蒸腾量大，长期使用则导致土壤盐分的积累(9)。在引起设施土壤次生盐渍化的８种盐分离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-）中，除HCO3-外，其余７种离子的含量在设施土壤中均比露地高。Na+已不是土壤中的主要盐分离子，其累积量远远小于Ca2+和NO3-(9)。申卫收通过连续4季的氮肥定位试验发现，较高的氮肥用量加剧了我国太湖地区蔬菜塑料大棚土壤次生盐渍化和酸化趋势，进而抑制了土壤微生物对氮素的转化潜力、土壤关键酶活性(脱氢酶活性、脲酶活性和中性磷酸酶活性)及土壤微生物功能多样性，可能增加地下水硝酸盐含量超标的生态风险(10)。
周德平等研究表明，随芦笋种植年限增加，土壤速效氮、速效钾和有机质含量持续增加，其中速效钾含量增长迅速，种植3年后，速效钾由120 mg/kg迅速上升至500～600 mg/kg；土壤持续酸化，次生盐渍化逐渐加重(11)。
2017年张绪美等对江苏省太仓市典型大棚菜地土壤盐分累积调查结果表明，该地区菜地土壤盐分含量随着大棚种植年限的增加而显著提高。大棚土壤全盐含量平均值为3.38 g/kg，已达轻度盐化水平，分布差异较大（0.42 g/kg-12.6 g/kg）。八大离子组成中，阳离子以Ca2+为主，其次为Na+和K+，阴离子以NO3-为主，其次为Cl-和SO42-(12)。
陈碧华等调查表明，大棚菜田土壤中重金属Zn、Pb、Cu含量和种植年限极显著相关；重金属Cd、Ni、Mn的含量和种植年限显著相关；重金属Cr的含量和种植年限不相关。随着种植年限的延长重金属Zn、Cu含量对土壤多酚氧化酶、过氧化物酶活性有抑制作用(13)。
微生物多样性降低
塑料大棚蔬菜连作及大量肥料的投入造成土壤中有毒有害物质的积累加剧，导致土壤次生盐渍化和酸化，土壤微生物种群丰度及结构发生改变，养分利用效率降低，土传病害发生严重，造成了蔬菜连作障碍(10, 11)。
申卫收研究结果表明，稻麦(或油菜)轮作或露地蔬菜改为塑料大棚蔬菜后，土地集约化生产降低了根际促生菌芽孢杆菌Bacillus spp.和假单胞菌Pseudomonas spp.的数量，降低了土壤微生物活性和功能多样性，同时增加了土传病害真菌尖孢镰刀菌Fusarium oxysporum的数量。蔬菜塑料大棚土壤上苗期黄瓜生物学指标最小，生长缓慢，黄瓜枯萎病死亡率增加，经济产量下降(10)。蔬菜土壤细菌种群遭遇盐胁迫后，生长受抑、数量减少，放线菌种群抗逆性强、数量上升，土壤真菌种群数量因细菌种群数量的减少而出现暂时性增长现象，但随胁迫时间延长也呈现毒害效应，数量下降(14)。
闵红等发现番茄连作造成土壤质量下降, 连作年限越长下降越显著，具体表现为根际土壤硝化细菌和好气性自生固氮菌数量减少；氨化细菌与好气性纤维素分解菌在短期连作表现为增加长期减少的变化趋势；解钾菌、无机磷和有机磷细菌数量在根际与非根际土壤均减少(15)。
大棚连作障碍土壤的修复技术
氯氧消毒剂
二氧化氯（ClO2）是一种强氧化剂，可氧化化感物质，减少自毒效应，杀灭土壤中的有害微生物，减轻大棚土壤连作障碍。秦绍龙等对西安和渭南9个试验点种植番茄、黄瓜、甜瓜连作10-15年大棚的设施土壤施用氯氧消毒剂处理。氯氧消毒剂为用量45 kg hm-2；先将3kg氯氧消毒剂配制成200 kg母液，再按1 kg母液兑水10 kg配成稀释液。在作物定植或移栽前10-15天用水均匀冲施，使耕作层土壤充分浸湿，7-10天后待土壤水分降到适宜含量时再移栽作物。氯氧消毒剂处理作物的产量均增加，其中番茄和甜瓜产量明显增加，差异达到了显著水平；黄瓜产量虽有所增加，但差异未达到显著水平。氯氧消毒剂处理总体均降低了土壤中的细菌、真菌数量，提升土壤中细菌和真菌比值，优化了微生物菌群结构，放线菌数量无明显的变化规律。氯氧消毒剂处理亦有效提高土壤脲酶活性，但对土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性影响较小(16)。
生物质炭
生物质炭（Biochar）是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下，经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质(17)。生物质炭对土壤改良的可能机制包括：1.生物质炭提高了土壤离子交换能力，从而有效促进植物对营养成分的吸收；2.生物质炭对土壤养分具有一定的束缚和持留作用，能降低土壤养分向地下水或地表水的淋溶与冲刷流失；3.生物质炭可为土壤微生物的生长与繁殖提供良好的环境，从而促进土壤生态系统养分循环，对维系土壤质量健康具有重要作用(17)。
Wenpeng等对三七（Panax notoginseng）连作土壤的研究表明，土壤中添加生物质炭后缓解了植物-微生物负面互作效应，使芽孢杆菌Bacillus 和溶杆菌 Lysobacter 得到富集，同时抑制了镰刀菌属Fusarium 和土赤壳属Ilyonectria等病原真菌(18)。
韩召强等在如皋市农业科学研究所大棚示范区设施农田土壤中添加0-40 t/hm2的生物质炭，通过连续两年温室定位试验，测定生物质炭施用后黄瓜连作根区土壤的性状变化。施用生物质炭对黄瓜连作田土壤的理化性状和酶活性均有显著影响，高施用量 (40 t/hm2) 条件下对土壤物理性状改善效果最好；施用量为30 t/hm2时对黄瓜连作根区土壤的养分含量提升效果最佳。随着生物质炭施用量的增加，土壤容重降低，土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有效磷及有机质含量升高；施用量为30 t/hm2时，土壤中全氮、硝态氮和铵态氮含量最高。生物质炭的施用可以减少黄瓜根区土壤<0.25 mm粒径的微团聚体含量，而增加>0.25 mm粒径的大团聚体含量，土壤中0.25-0.5 mm和0.5-1 mm粒径的团聚体含量均在高施用量(40 t/hm2)处理中达到最大值。当生物质炭施用量为30 t/hm2时，两季黄瓜产量都达到最高，分别为3.24×104 kg/hm2和6.18×104 kg/hm2(19)。张志龙等的后续研究表明，添加生物质炭可以增加土壤微生物的数量，以减缓连作障碍。土壤微生物量碳氮随生物质炭添加量的增加呈现先增加后降低的趋势。当生物质炭添加水平为20 t·hm-2时,微生物量碳氮提高效果最为显著，过氧化氢酶活性最高；添加量为30 t·hm-2时脲酶和碱性磷酸酶活性最高(20)。
秸秆还田和灌水高温闷棚
灌水高温闷棚技术是利用太阳光照，使大棚内空气温度和地温迅速升高，并维持一定时间，利用高温对大棚进行消毒，以及通过灌水缺氧杀灭病虫菌。李佳川利用灌水高温闷棚处理西瓜连作二年、草莓连作三年的大棚土壤，后茬种植青椒。灌水高温闷棚处理后，棚温和湿度在太阳光照射下迅速提高，其中空气温度和地温可达到60℃和40℃，增温幅度达10-20℃左右。土壤微生物区系表现为细菌及放线菌数量升高，真菌数量降低，改善了植株根系微生物的群落结构。灌水淋溶作用减少了土壤盐分的积累，改善了土壤理化性质，平衡了土壤养分。后茬青椒植株在株高、茎粗、叶片生长以及果实产量等方面都优于对照棚(21)。
淹水添加有机物料创造的强还原条件可以短期内有效地改良退化设施蔬菜地土壤(22)。朱同彬等在蔬菜大棚土壤中加入0、3.75、7.50和11.3 t·hm-2的风干紫花苜蓿，翻耕和土壤混匀，灌水，直至土层完全饱和，且水层高于土层约5 cm，淹水31天，期间补充水分，使土层一直处在淹没状态，封闭设施大棚。淹水31天后，排水并揭棚，7天左右即可晾干土壤。种植后茬黄瓜前将尿素75kg N・hm－2、过磷酸钾180kg P2O5・hm－2、硫酸钾150 kg K2O・hm－2和腐熟鸡粪(含N 2.3%)800 kg hm－2 作底肥施入土壤，深耕细耙使肥料与土壤混合均匀。在初果期( 第一穗果膨大期) 和盛果期( 第一穗果采收期) 追施尿素45和30 kg N hm－2。强还原处理使土壤氧化还原电位(Eh)迅速下降至0 mV以下，能有效地消除土壤积累的硝态氮，显著提高土壤pH，降低土壤电导率，其变化幅度随紫花苜蓿添加量的增加而增大。经强还原方法处理后，设施蔬菜地黄瓜产量达到53.3-57.9 t·hm-2，显著高于上一季未处理黄瓜产量10.8 t·hm-2(22)。
何志刚等利用玉米秸秆还田结合高温闷棚方法处理设施番茄土壤连作障碍。玉米秸秆添加量为30,000 t hm-2，粉碎后用旋耕机和0-30cm耕作层土壤混匀，施入牛粪75 m3 hm-2，混匀后灌水覆膜闷棚25天。结果表明，高温闷棚+玉米秸秆(湿闷，淹透水)处理的番茄株高、叶绿素含量、光合速率、细胞间隙CO2浓度明显高于高温闷棚(干闷，不淹水)和高温闷棚(湿闷，淹透水)，产量比高温闷棚(干闷，不淹水)增加38.99%。高通量测序和聚类分析结果表明，高温闷棚(湿闷，淹透水)和高温闷棚+玉米秸秆(湿闷，淹透水)土壤中的微生物群落组成较接近。由此可见是否淹水是影响土壤微生物群落变化的主要因素(23)。湿闷+玉米秸秆处理明显刺激了拟杆菌（Bacteriobacterium）生长，而降低了丝孢菌（Scedosporium）和假单胞菌（Pseudomonas）的数量，而许多植物土传病原菌都属于这两类细菌；高温干闷条件下硫杆菌（Thiobacillus）数量明显高于其他高温灌水和加玉米秸秆的条件，可能是由于在高温干闷的条件下土壤中有机物缺乏而氧气充足，所以发酵性厌氧菌受抑制，而化能营养型的硫杆菌生长占优势。
刘玉云和吕丽英在辽宁省朝阳市龙城区30多年连作蔬菜地试验了氰氨化钙和有机肥配施，浇透水，覆膜，闷棚配套技术来解决土传病害(尤其是根结线虫、细菌性病害)问题。试验温室每667 m2施有机肥（玉米秸秆和腐熟猪圈粪）15 m3 和改良氰氨化钙80 kg，定植时穴施生物钾肥1 kg。处理土壤浇透水后用薄膜覆盖，然后关闭温室，维持20天左右。该修复技术中加入了玉米秸秆和未腐熟圈肥，改善土壤板结状况，使耕地养分全面，肥效长久而均衡，改善了土壤养分平衡失调。该处理能增加土壤中有益微生物菌群，增加透气性及保水保肥蓄热能力，使土壤疏松肥沃，缓解土壤盐渍化。处理过程中封闭温室，地表20-30 cm 的土层能较长时间保持在40-50℃，地表温度可达70℃以上，持续20 天左右，可有效杀灭土壤中多种真菌、细菌及根结线虫等有害生物(24)。
姚燕来等发明了一种基于厌氧强还原条件的连作障碍土壤生态修复方法。具体步骤如下：1.清理：将上茬作物地上部分从处理地块清理干净；2.撒料：均匀地将一定量的修复剂撒在处理地块的表面；修复剂质量百分组份如下：新鲜蚕沙40％-100％，新鲜甘蔗渣0-60％，新鲜蚕沙要求经干燥后水分含量低至30％以下，甘蔗渣要求水分干燥至15％以下，并且采用粉碎机粉碎至2mm以下；将蚕沙与甘蔗渣按照以上比例混合均匀，作为设施连作障碍土壤生态修复剂；3.整地：采用翻耕机将处理地块土壤均匀翻耕，使土壤颗粒细小均匀，并使有机物料与土壤混合均匀；4.开沟：在处理地块四周和中间开沟渠，沟渠深度在30cm以上，并留地块一端开口；5.灌水：在地块开口端向中间沟渠中灌水直至淹过土壤表层3cm以上，封闭开口端；或者采用滴管或喷灌，使土壤饱和达到最大饱和含水率；6.覆膜：在土壤含水率达到最大饱和含水率后，24小时之内在土壤表层覆盖厚度在3丝以上的薄膜，薄膜四周用土壤压实，隔绝外界空气，并保持15-25天；7.翻土：处理结束后，揭开薄膜，旋耕土壤，待含水率达到种植要求后，即可种植下茬作物(25)。该技术可在短时间内改善土壤酸化，减少盐渍化，通过快速降低土壤氧化还原电位，形成强厌氧的土壤环境，有效杀灭土壤中的病原微生物，从而消除种植障碍(25)。
郑国强等发明了一种基于强还原修复的番茄连续栽培方法，具体步骤如下：(1)翻耕覆膜：7‑8月，温度超过25℃的情况下，在发生连作障碍的土壤中翻耕入有机物料，并在土壤表面紧密覆盖塑料薄膜，维持强还原环境2‑4周后揭除薄膜；(2)添加石灰：土壤表面覆盖一层生石灰，维持3‑5天后翻耕；(3)化肥减施：基肥为每亩施腐熟的有机肥料2500kg、过磷酸钙50kg，定植后5‑8天内追肥、亩施水溶性肥料2‑3kg，待第一穗果膨大后，每亩施腐熟粪尿400‑500kg；到第二、三穗果膨大时，亩施NPK复合肥5‑10kg，其中氮磷钾肥比例为2:1:2；(4)采后管理：当年果实采收完毕后，有机物料减按步骤（1)中1/4的质量再次进行强还原，维持1周，连续栽培前1周执行步骤(2)、连续栽培过程中仍执行步骤(3)的施肥方法(26)。
另外，Li等研究表明，土壤还原消毒配套短期玉米轮作可提升三七连作土壤修复效果，幼苗成活率（70.7%）比只进行还原消毒不轮作的处理（52.7%）有较大提高(27)。
有机肥
李尚科研究了连作0-3年、4-6年、7-10年和大于10年的上海市郊区设施大棚菜田，以有机肥、秸秆、糠醛渣、壳聚糖、竹炭等五种工农业废弃物作为修复剂对土壤可溶性盐分、土壤主要阴阳离子和油菜生物量的影响。有机肥、秸秆、壳聚糖、竹炭的5个添加水平都能增加油菜生物量，有机肥效果最佳，其次为壳聚糖、秸秆、竹炭。糠醛渣用量在55t·hm-2时，油菜增产效果仅次于有机肥；当其用量增加时，油菜生长受到抑制。五种修复剂均能降低土壤盐分，其中以有机肥、秸秆脱盐效果最佳。秸秆、竹炭、壳聚糖处理组土壤中Na+、Ca2+、Mg2+、K+、Cl-、NO3-、SO42- 7种离子含量都呈下降趋势，有机肥、糠醛渣处理组Mg2+、NO3-含量下降，其余5种离子含量上升。比较五种修复剂的修复效果及其经济性，单独施用时有机肥（30 t·hm-2）、秸秆（9t·hm-2）优于其他三种，最佳修复剂组合为有机肥(15t·hm-2)+秸秆(3t·hm-2)(2)。
王广印等研究了玉米秸秆、生物菌肥（EM）、土壤调理剂及其配施处理对日光温室越冬茬番茄土壤盐和重金属含量的影响。温室底肥施腐熟湿鸡粪（至少腐熟3个月）105,000 kg/hm2；土壤调理剂于定植前施入处理区土壤，浅翻土壤10cm拌匀，用量为3 000 kg/hm2。当年新玉米秸秆用粉碎机铡成3cm长段后，混施入处理区0-20cm的土层中，用量为7,500 kg/hm2。EM分别于番茄定植后、始花期、结果期顺水冲施到各处理区沟内，每次用量为60,030 mg/hm2。各试验处理均可使土壤水溶性盐含量有所下降，尤其是玉米秸秆+土壤调理剂配施处理与对照相比降低了24.36%。试验处理可使Ca2+、Mg2+和K+浓度降低，尤其是EM处理显著降低Ca2+浓度，而玉米秸秆、玉米秸秆+土壤调理剂和玉米秸秆+EM+土壤调理剂处理显著降低Mg2+和K+浓度。各试验处理对Na+含量几乎无影响，对土壤中重金属Mn、Ni和Cr影响不大；玉米秸秆处理显著降低Pb含量，玉米秸秆处理及玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低Zn、Cd和Cu的含量(28)。
宗晓波研究表明发酵残渣接种微生物菌剂处理土壤使小青菜产量、小青菜株高、叶片数、叶片叶绿素含量、维生素C和可溶性糖含量均显著增加，而且明显降低硝酸盐含量。发酵残渣接种微生物菌剂处理可缓解土壤次生盐渍化现象，提高养分利用率，改善土壤微生物群落结构，可促进草莓新叶数和匍匐茎发生和生长，对草莓枯萎病和炭疽病有良好的防治效果，降低草莓苗的发病率(29)。
Ghani等在茄子连作土壤中加入大蒜秸秆，利用高通量测序分析土壤中微生物菌群变化。结果显示，加入大蒜秸秆进行调理后的土壤检测到23个分类单位中，Anaerolineaceae, Acidobacteria, and Cyanobacteria 等微生物丰度增加；其中包含很多有益微生物的Acidobacteria，Bacillus，and Planctomyces 分别增加了42%，64%，和 1%。对真菌内部转录间隔区的测序分析显示，下列真菌丰度较高：Chaetomium(56.2%)，Acremonium(4.3%)，Fusarium(4%)，Aspergillus(3.4%)，Sordariomycetes (3%)，Plectosphaerellaceae(2%)；而Coprinellus(14%)只出现在大蒜秸秆处理过的土壤中(30)。
添加的有机肥中含有大量不同的微生物菌群，可调节连作土壤中微生物多样性失衡。但是施用有机肥仍需注意以下几个方面：1.有机肥不易多施，连年重施易加重土壤酸化；2.有机肥含有大量微生物，其中也包括植物病原菌，施用后更应防范后续的作物病害问题；3.有机肥商品质量不一，有些只能能起到改变土壤颗粒粒径比例和其他理化性状，但未使作物增产，甚至减产，大规模施用之前应提前做盆栽小试。翁生余等试验了4种不同的有机肥和复合肥配施改良小松菜连作土壤。施用鸡粪肥75 kg/667m2+复合肥23 kg/667m2）、茶渣肥（60 kg/667m2）及黄腐酸钾(40 kg/667m2+21.5 kg/667m2)对连作小松菜均有一定的增产增收作用，其中鸡粪肥、茶渣肥对小松菜的增产增收具有极显著或显著作用；而井上政（20 kg/667m2+23 kg/667m2）则增产不明显(31)。由于原试验土壤较肥沃，连作障碍不明显，施加更多的有机肥和复合肥增产不显著，单施复合肥产量还低于不施肥对照，所以考虑有机肥改良土壤仍需测土配方因地施肥，才可获得最大的经济价值和生态效应。
在利用农作物秸秆或木屑等固体有机基质作为土壤修复添加材料时，还应该考虑本地物料的可获得性。据报道，用于还田的秸秆和相关费用是修复技术实施的瓶颈之一，比如南京师范大学蔡祖聪团队利用强还原方法修复丹阳现代园艺产业园连作土壤项目过程中，遇到秸秆量不够，收购价格和运输成本过高等问题(32)。另一方面，设施农业产生大量废弃物的处理又是一个有待解决的问题(33)，如何将废弃物资源化后有效调配再利用需政府和社会多方协调。从有机物料作为土壤微生物生长所需碳源而言，其他生物质如稻糠、木屑等农产品加工废弃物均可再利用。亦可考虑液体碳源，如糖蜜、植物油等加工后的工业副产品，但国内未见试验报道。
泥炭和腐殖酸
泥炭又称草炭或泥煤, 是植物残体在高湿厌氧环境中的微生物作用下经长年积累而形成的，有机质含量达到30%以上的有机体堆积物(34)。泥炭中的腐殖酸量对土壤团粒结构形成，吸附和保持土壤有利养分，减少肥料流失都具有重要作用。泥炭可用做土壤微生物能源和碳源，对于提高土壤微生物数量和活性具有重要作用(35)。
杨颂东利用泥炭为主要有机源，针对性地配加功能物料，制备成有机无机结合、大中微量元素结合、长效和速效结合、增产和改土结合的新型功能肥料。该研究所用底肥为商品有机肥，有机质45%，总养分5%。泥炭功能肥含有机质≥50%，腐植酸≥5%，N+P2O5+K2O≥7%，中微量元素≥2%。苗期追施高氮型（30-10-10+TE）水溶肥1 次，每667 m2 施5 kg；结果期追施高钾型（14-6-40+TE）水溶肥5 kg/667 m2，间隔7-10 天，共追肥5 次，每667 m2施200、300 kg泥炭功能肥料，比施商品有机肥2000 kg分别增产24.84%和27.06%，减少农药使用次数66%，土壤有机质提高6.8%，有效磷、速效钾均有明显提高，达到显著性水平。土壤pH和电导率都有所下降，表面泥炭腐殖酸在降低土壤酸性，减缓盐渍化发挥一定作用(35)。
林辉等应用棘孢木霉Trichoderma asperellum T-1、超微粉腐殖质及其复配物对设施连作土壤进行调理和土传病害防治。风化煤腐殖酸含量丰富，含有多种活性基团，具有吸附、络合、交换等性能，可通过改善土壤团聚体质量、提高土壤腐殖酸含量、增加土壤阳离子交换量等途径来改良土壤。超微粉腐殖质是一种利用机械化学技术将泥炭和风化煤等矿物腐殖质研磨加工到粒度小于1000目的超微细颗粒，成品为深褐色超微细粉末。超细粉碎改变了煤粒表面亲水基和疏水基的比例、电动电位绝对值等各种表面性质，对水溶性组分含量、腐植酸的析出性能都有影响。将棘孢木霉液体菌剂与超微粉腐殖质按照体积质量比1：2混匀，低温烘干。棘孢木霉T-1明显抑制各专化型尖孢镰刀菌的生长，对西瓜专化型尖孢镰刀菌的抑制效果最佳。超微粉腐殖质与棘孢木霉T-1的复合施用促进了棘孢木霉T-1在土壤中的定殖(36)。
轮作和套作
土壤致病菌积累、营养失衡及根系分泌物的自毒作用是连作障碍产生的主要原因。轮作使不同的作物残体、根系残留物及根系分泌物进入土壤体系中，不同土壤微生物种群可以利用不同的碳源，从而增加土壤微生物多样性；轮作可以减轻土壤盐分积累, 平衡土壤养分, 从而改善微生物生长环境。
吴彤东研究了大蒜-番茄多种种植方式对番茄连作土壤的植物修复效果，以及营养平衡施肥及稻草还田措施对连作番茄产量及品质的影响，提出了轮作换茬，湿热杀菌，揭膜淋雨洗盐，平衡施肥，增施生物菌肥等5项生态修复连作障碍的关键技术(37)。大蒜与番茄间作、套作和轮作模式在番茄生长的前期能促进番茄根际细菌、放线菌的生长，抑制真菌生长。大蒜浸提液对番茄枯萎病菌具有明显的抑制作用,有效抑制浓度为10.56 g L-1。高浓度(100 g L-1)浸提液明显抑制番茄生长，植株矮化，而低浓度液(25 g L-1)处理后，番茄长势好于对照，叶色深、茎叶粗壮。大棚番茄在高氮施肥水平(每667m2施熟猪粪10000 kg、尿素5 kg)下，增施钾肥有增产潜力，增幅为30.3%-46.7%。施用N:K2O在1:2范围内，产量随着施钾量的增多而增产；N:K2O大于1:2后产量呈下降趋势。高氮肥量配施相应比例的高钾肥量还能提高果实的糖分，降低酸度，提高果实糖酸比等。大棚番茄在N 27 kg/667 m2、P2O5 12 kg/667 m2、K2O 36 kg/667 m2的施肥水平下，有机肥施用比例占总肥量的40%时，达到最高产量。增加有机肥的施用比例能明显提高番茄前期的产量水平，提早番茄的采收期，提高番茄的糖分含量。稻草还田措施有助于提高番茄的产量，提高番茄鲜果的Vc含量，但一定程度降低了番茄的甜度(37)。
冬闲季节轮作蔬菜可改善大棚番茄连作基质的微生物种群平衡和酶活性，预防连作障碍，且增收轮作蔬菜(38)。相对于连作而言，轮作增加了生物多样性，向基质土壤中输入的物质种类和数量更丰富，有利于基质土壤的良性发育，土壤酶活性显著提高。李威等在连作两茬番茄的有机基质中分别轮作蒜苗(Allium sativum)、白菜(Brassica campestris ssp.chinesis var.communis)和莴苣(Lactuca sativa)，后茬继续种植番茄，测试轮作不同蔬菜后基质中微生物种群与数量和酶活性的差异，以及对后茬番茄生长和产量的影响。轮作蒜苗、白菜和莴苣均能显著增加基质中微生物总量、细菌数量和细菌/真菌比例，降低真菌数量。基质中蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性也都表现较高水平。轮作蒜苗效果优于白菜和莴苣，其微生物种群更平衡且4种酶活性均最高，后茬番茄根系活力在整个生长期都高于对照，产量最高(38)。
杜社妮和白岗栓研究了日光温室中黄瓜-休闲、黄瓜-番茄、黄瓜-玉米、黄瓜-大蒜、黄瓜-菠菜和黄瓜-芹菜6种轮作方式对土壤养分、盐分、微生物区系、酶活性等的影响。轮作可以降低土壤EC值、盐分和硝态氮含量。轮作增加了土壤细菌和放线菌数量，减少了真菌数量；而土壤休闲则降低了土壤细菌和真菌数量。结果表明，黄瓜-大蒜和黄瓜-玉米是改良土壤生态环境效果较理想的轮作方式(39)。
李福云研究表明，在塑料大棚连作土壤条件下，套作生菜和套作芹菜均可以显著提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性，改善番茄根际土壤性状，细菌和放线菌数量显著增加，真菌数量明显减少，土壤由“真菌型”转变成“细菌型”转变显著促进番茄生长发育，并增加番茄产量和改善果实品质。套作生菜处理的番茄生长和产量优于套作芹菜处理(40)。
杨肖娥等利用镉超积累植物东南景天-连作黄瓜-低积累水生蔬菜空心菜-连作黄瓜轮作，配合使用土壤复合调理剂以及合理的水分管理，在修复设施农业土壤镉污染的同时，解决黄瓜连作障碍问题，并保障蔬菜的安全生产。具体步骤如下：(1)在待修复土壤上种植超积累东南景天，4-6个月后刈割一次；(2)刈割后，在该土壤上直播间作荷兰83-16春黄瓜，收获春黄瓜的同时移除超积累东南景天；(3)移除后，直播香港大叶白梗空心菜，生长期间进行淹水处理；(4)收获香港大叶白梗空心菜后，向土壤施用复合调理剂，并与耕层土壤混匀；(5)6-8天后，移栽荷兰3099秋黄瓜，栽培至收获。土壤复合调理剂组分以质量百分比计为：有机肥30％，石灰30％，海泡石25％，沸石10％，钙镁磷肥5％，混合均匀，每亩施用300L。轮作方式种植一年后，土壤有效镉含量降低58.93％，荷兰83-16春黄瓜病情指数降低28.44％，荷兰3099秋黄瓜病情指数降低57.43％。收获的蔬菜符合食品卫生安全标准(GB-2767-2017)(41)。
鲁艳红等研究表明，蔬菜-紫云英轮作法可抑制菜地杂草和培肥土壤，提高土壤有机质，改善土壤物理、化学和微生物性质，使菜地土壤变得更加健康。具体方法如下：在9月中下旬至11月上旬，上茬蔬菜收获后清理沟垄，将大棚菜地的蔬菜秸秆和杂草割倒移出田间或粉碎后均匀覆盖在垄厢，然后在田间灌跑马水或灌水淹2‑3天后排水翻地，清理厢沟后播种紫云英，在紫云英生长期间，利用大棚菜地设施每周喷灌水1‑2次；在紫云英生长至株高20‑50厘米时，人工采摘或机械分厢、分块或按条带状采摘紫云英嫩梢鲜嫩部分，采摘时间为头年11月底至次年3月下旬或4月上旬初花期，在紫云英盛花期进行紫云英鲜草干耕翻压，翻压时配合施用石灰，整理田块，清理沟垄后进行蔬菜常规种植。紫云英翻压时，紫云英按30-80kg/亩用量撒施石灰以中和紫云英腐解过程中所产生的酸性物质，并对连作菜地土壤进行消毒。下茬蔬菜种植时，蔬菜种植中氮肥用量可减施20-40%，磷、钾肥可减施10-20%(42)。
耐盐植物
唐冬2015年调查显示，随着种植年限的增加，上海市郊耕作障碍设施大棚土壤非盐渍土、微盐渍土、轻度盐渍土、中度盐渍土、重度盐渍土和盐土分别占4.35%、17.39%、56.52%、4.35%、4,35%和13.04%，平均含盐量呈现先升高后降低的趋势(43)。大棚盐渍土中阳离子以Ca2+和Na+为主，其次为Mg2+；阴离子以NO3-和S042-为主，其次为Cl-，NO3-是最主要的积累离子(43)。唐冬利用γ-聚谷氨酸(γ-PGA)、稀盐植物田菁和景天三七修复上海市郊农场的大棚盐渍土。γ-聚谷氨酸(γ-PGA)具有良好的水溶性，超强的螯合能力，其酰胺键和羧酸阴离子可与Ca2+、Mg2+形成螯合物。景天三七和田菁可用于吸收盐渍土中Ca2+、Mg2+和NO3-等累积离子。施入γ-PGA不仅降低了Ca2+、Mg2+的生物有效性,减小了耐盐植物幼苗受到的盐分胁迫,还能促进植物的生长发育和抗逆性。景天三七对Ca2+、Mg2+的最大去除率分别为64.35%和53.35%，对NO3-也有较强的去除能力，最大去除率为51.78%；田菁对Ca2+、Mg2+的最大去除率分别为82.87%和45.55%。修复Ca2+-Mg2+-NO3- 型次生盐渍土的最佳组合为γ-PGA （1000 mg·L-1）和景天三七，总盐分最终去除率达到74.71%(43)。
大棚土壤连作障碍的微生物修复
芽孢杆菌
苯甲酸是草莓根系产生分泌物的主要自毒物质之一。刘紫英等选用苯甲酸为唯一碳源的选择培养基，逐步提高苯甲酸浓度，筛选出草莓根际中降解苯甲酸的细菌菌株为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis L501。该菌株对苯甲酸的降解率为87.5%，能有效减轻苯甲酸的自毒作用，对草莓根腐病菌有较强的拮抗作用(44)。江绪文和李贺勤从甘肃省山丹县明长城附近极度干旱土壤中分离获得两个有益菌株，分别为蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus MGW6 (CGMCC No.18689)和芽孢杆菌(Bacillus sp.) MGW9 (CGMCC No.18690)。MGW6菌株具有耐盐、固氮、产生吲哚乙酸、溶磷能力等能力；MGW9菌株具有耐盐、固氮、产生吲哚乙酸、溶磷等能力(45)。周德平等从设施芦笋土壤中分离筛选到1株蜡状芽孢杆菌菌株Bacillus cereus KJ-1，对芦笋茎枯病菌丝生长有较强的抑制作用，稀释4倍时对菌丝生长抑制率达65%。将KJ-1发酵液灌根施于设施芦笋地，明显提高了土壤可培养微生物数量，提高了设施芦笋土壤的微生物数量和生物多样性(46)。
任旭琴研究了淮安红椒连作10年大棚施用芽孢杆菌菌剂后土壤养分含量和土壤酶活性的变化。每亩施用200-400 g芽孢杆菌菌剂能够显著促进红椒对土壤有机质和有效养分的吸收和利用，降低土壤中有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量，能够显著改善根际土壤微生态，提高土壤脲酶、蔗糖酶、蛋白酶、过氧化物酶和脱氢酶活性，降低过氧化氢酶活性(47)。
刘秀梅利用枯草芽孢杆菌与1,3-D （1,3-二氯丙烯，1,3-dichloropropene）配套施用对连作土壤进行生态修复和改良。1,3-D作为土壤消毒熏蒸剂，对根结线虫防效显著；单施枯草芽孢杆菌对根结线虫的防效不显著。1,3-D消毒土壤后施用枯草芽孢杆菌，可显著提高了番茄株高和产量、超大中等果实产量(分别为12.75和61.27 t/hm2)和增产率（33.55%)。枯草芽孢杆菌的定殖量可达2.86×105 CFU/g土。qPCR分析表明，在番茄连作土壤中总细菌、氨氧化细菌AOB和氨氧化古菌AOA基因丰度分别为0.85×109-1.61×109、1.78×106-5.01×106和0.88×107-2.83×107拷贝数/g土之间，可看出AOA比AOB高一个数量级。枯草芽孢杆菌用于1,3-D消毒土壤处理显著提高了总细菌和AOB的基因丰度,但是对AOA基因丰度影响较小(48)。
李玲玲将蜡状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、或EM菌接种到发酵残渣中，然后施于水稻土(棚龄5年)和潮土(棚龄10年)的供试土壤。发酵残渣和有益微生物配施均不同程度地促使退化土壤pH值增加，EC值降低；同时接种3种微生物菌剂的效果最明显。两种土壤的N、P、K等速效养分和土壤有机质含量显著增加，改善了土壤微生物区系，促进酶活性提高。盆栽条件下在添加配施微生物菌剂的残渣后种植番茄，株高和果实鲜重增加，并有效缓解土壤酸化和次生盐渍化(49)。
张鹏等将解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens QL18添加到生物有机肥中强化堆肥发酵，再施用于连作番茄和辣椒根际土壤。解淀粉芽孢杆菌对青枯病菌茄科雷尔氏菌Ralstonia solanacearum有较强的抑制作用。解淀粉芽孢杆菌强化有机肥处理的番茄和辣椒产量比常规施肥处理提高了26.0%和19.9%，青枯病发病率分别降低了41.5%和44.7%。对于未发病植株，有机肥处理的番茄和辣椒植株根际土壤细菌数量分别增加了62.7%和142.4%，放线菌数量分别增加了32.8%和39.6%，真菌数量分别减少了43.9%和53.1%，病原菌数量分别减少了73.2%和90.1%。施用有机肥提高了番茄和辣椒植株根际土壤微生物群落结构多样性指数、丰富度指数和稳定性指数(50)。
乔俊卿等使用秸秆还田和生防菌（枯草芽胞杆菌PTS394和解淀粉芽胞杆菌B1619）防治大棚连作土传病害番茄枯萎病菌 Fusarium oxysporum f.sp.lycopersici和番茄青枯病菌 Ralstonia solanacearum 。该研究所用的。秸秆还田技术有利于温室内C02积累，比常规温室C02的含量普遍高200-400μL•L-1，提高地温0.5℃。生防菌株PTS394和B1619均对番茄青枯病菌和枯萎病菌都具有强烈抑制作用，生防菌PTS394＋秸秆综合处理效果最好，株高和茎粗分别比常规增加达到35.9％和20.9％，理论产量9302.7 kg•667m-2。枯草芽胞杆菌PTS394或解淀粉芽胞杆菌B1619＋秸秆综合处理防效最佳，分别为68.0％和66.2％。综合应用枯草芽胞杆菌PTS394和秸秆还田技术处理的理论亩纯收益最高，为23071元，番茄效益增收达41．7％(51)。
玉米秸秆还田步骤如下：种植前15-20天，在种植行下开沟，沟宽70-80cm，沟深25cm，沟长与行长相等，所挖土壤分放两边，开完沟后填加玉米秸秆，填平踏实的秸秆厚度30cm，沟两头秸秆露出10cm，以便进入氧气。将秸秆降解菌每千克菌粉掺20kg麦麸，20kg水，混合拌匀，堆积发酵4-24h，并均匀撒在秸秆上，用锹轻轻拍振一遍后，将起土回填于秸秆上；当秸秆覆土10-15cm，将植物疫苗均匀洒在垄面上，再覆土10cm，形成种植垄。覆土后3-4天浇水，第一次水浇足，以秸秆充分湿透为宜。隔3-4天再浇1次水，使地势高的地方浇透。晾晒几天后找平起垄，保持秸秆上土层20cm厚。在垄上打3行孔，行距25-30cm，孔距20cm，孔深以穿透秸秆层为准，以利于氧气发酵，促进秸秆转化，等待定植(51)。
生防菌施用技术步骤如下：在番茄幼苗为五叶一心时定植于大棚中，定植前2-3d用生防菌粉按100倍稀释液喷雾处理番茄苗。秋茬定植前，常规大棚进行密闭高温闷棚15-20天，秸秆大棚按照秸秆还田技术进行处理。将生防菌粉按每棵苗8g菌粉均匀撒入定植穴内，定植后浇活棵水，7-10天后浇缓苗水，根据水肥规律，使用用生防菌液灌根（每苗4-8g，1:100倍稀释液）处理，秋茬灌根4-5次，春茬灌根7-8次(51)。
链霉菌
杨淑利用玫瑰黄链霉菌(Stremptomyces roseoflavus) Men-myco-93-63菌株的固体、液体两种发酵物对番茄连作障碍土壤进行修复。该生防菌在番茄根际土壤中接菌15 天后定殖量达到最高，为5.6×105 cfu/g；之后定殖量下降，到30天后无法检出。该菌株不同发酵物对番茄生长均有促进作用，其中发酵液处理对连作障碍的防治率达26.36 %；固体发酵物对连作障碍的防治率为47.37%。在大棚试验中，最佳施用量和稀释倍数为：发酵原液稀释40倍时，植株茎粗平均值达到1.56 cm，株高平均值达95.06 cm；每亩施用367 kg固体发酵物时，植株茎粗平均值达到1.54 cm，株高平均值达94.25 cm，而对照组的植株茎粗平均值为1.34 cm，株高平均值为82.38 cm(6)。
真菌
徐淑霞和吴坤等研究了黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）对黄瓜连作土壤中对羟基苯甲酸、香草酸及阿魏酸的降解及连作障碍修复作用。在摇瓶条件下，黄孢原毛平革菌在8天内对3种酚酸的降解率都达99%以上。在连续种植7年黄瓜的大棚土壤中，于黄瓜种植前1周将已培养并复配好的黄孢原毛平革菌制剂（孢子数为106个/g）均匀撒入土壤表面，施入量为50 g m-2，再将土壤表层（约20cm）翻犁扒松。施入黄孢原毛平革菌菌剂处理的土壤中3种酚酸的降解率为54.46%。连作黄瓜根系病害减轻、根系较发达、白根多。 而未施用黄孢原毛平革菌菌剂的土壤中黄瓜根系弱、生长大量虫瘿、根部膨大成褐色，严重影响了根系对养分吸收及正常生长，使黄瓜在结果期出现早衰现象。施用黄孢原毛平革菌后的黄瓜株高、茎粗、鲜质量及干质量、土壤真菌数量无明显变化，但黄瓜枯萎病及根结线虫病相对病情指数分别降低10.2%和14.6%，可能是由于黄瓜分泌的酚酸物质被黄孢原毛平革菌剂及时降解，阻断了其诱导根结线虫及枯萎病菌向根部聚集的通道及增殖动力；或者黄孢原毛平革菌抑制了病原菌的侵染活力(52)。
另一类研究和应用较多的生防拮抗真菌为木霉，通常作为种衣剂、拌种、灌根用于生物防治。木霉在识别病原真菌过程中能够分泌一系列细胞壁降解酶和次生代谢物形成侵入结构，使病原菌尖孢镰刀菌的数量大幅度减少(53)。赵涵予等利用有益微生物复合菌剂（Effective Microorganisms，EM）与木霉菌剂（Trichoderma，TRI）消减三七连作障碍。EM和木霉处理的重茬三七出苗率、保苗率、产量均显著提高，均能使连作土壤中的有益菌数量增加，有害菌数量减少，其中TRI的处理效果更为显著(54)。陈建爱和杜方岭研究了黄绿木霉Trichoderma aureoviride T1010对土壤微生物群落、物理性状、化学性状的作用。结果表明，T1010菌株促进了土壤中细菌、放线菌、固氮菌的生长，使固氮菌数量提高6.04倍。T1010菌株抑制了其他真菌的生长，真菌数比初始菌数减少52.99%，比对照区真菌数减少79.47%。T1010也改良了土壤的物理性状，使比重、容重下降，总孔隙度趋近50%，使立枯病感病指数降低36.36%(55)。
王燕云等以木霉菌、北虫草废弃培养基、古龙酸母液为材料制备生物有机肥，施用于连作3、7、11 年的设施黄瓜土壤中。生物有机肥由深绿木霉菌、废弃培养基、古龙酸母液按菌料比（质量比）1：250：250堆制而成。调节含水量至50%，调至pH6.5，搅拌均匀后堆成高约1m的小堆，每5天翻堆一次，30天堆肥腐熟。该试验在堆肥制作过程中添加木霉。相同连作年限下，土壤微生物数量、酶活性、黄瓜产量和品质整体随生物有机肥用量的增加而提高。该生物有机肥能够改善连作土壤的生态质量以及作物的产量和品质，用量越高对连作年限越久土壤的改良效果越好(53)。
陈立华筛选到一株哈兹木霉Trichoderma harzianum SQR-T037，该菌株兼具防治尖孢镰刀菌和降解利用黄瓜分泌的化感物质功能。黄瓜连作中分泌的化感物质主要为对羟基苯甲酸、香草酸、阿魏酸、苯甲酸、苯丙酸和肉桂酸等酚酸。该菌株能够在单一的化感物质作为唯一碳源的培养基、混合化感物质作为碳源的培养基、和添加混合化感物质的营养培养基中生长和繁殖，且无新的酚酸类化感物质生成。SQR-T037菌株显著降低根系分泌的化感物质，对对羟基苯甲酸、香草酸、阿魏酸、苯甲酸、苯丙酸和肉桂酸的降解能力分别为88.8%、90.0%、100%、94.9%、100%和100%。黄瓜连作土壤中尖孢镰刀菌数量随着根系的腐解而不断增加，接种SQR-T037能够抑制尖孢镰刀菌的增殖，使其维持在较低的水平。该菌株能分泌活性很强的几丁质酶、β-l,3-葡聚糖酶、纤维素酶、木聚糖酶、漆酶、果胶酶和蛋白酶(56)。
土壤污染物降解菌
温室大棚常年处于封闭或半封闭状态, 具有高温、高湿、高蒸发量和无雨水淋洗等特点, 长期大量施用化肥、塑料农膜残留、有机肥过量、污水灌溉等导致土壤和蔬菜中的邻苯二甲酸酯（PAEs）残留(57)。PAEs降解菌能将PAEs作为唯一碳源, 将其完全降解为CO2和H2O, 且具有低成本、易操作和不引入二次污染等优点(57)。暨南大学生命科学技术学院莫测辉团队从土壤、城市污泥和垃圾填埋场中筛选了一系列高效功能微生物，用于降解土壤中的PAEs(57)。Hai-Ming Zhao等从填埋场土壤中分离到一株微杆菌Microbacterium sp.J-1，该菌株可在5天内降解96%的邻苯二甲酸二(2-乙基）己酯（di(2-ethylhexyl) phthalate，DEHP) (初始浓度200mg•L−1)。该菌株通过酯键水解和芳香环羟化形成2-乙基己醇，邻苯二甲酸(2-乙基）己酯，邻苯二甲酸，和原儿茶酸，然后再通过后续途径降解DEHP。添加该菌株后可使原土壤中的DEHP减少97%，使作物中累积DEHP减少70%以上(58)。Hai-Ming Zhao等分离到一株红球菌Rhodococcus sp.2G，其DEHP有效降解浓度为50-1600 mg/L，去除95%土壤中的DEHP和75%作物可使用的DEHP(59)。另外，该团队还分离到一株普罗威登斯菌Providencia sp.2D，该菌株在3天内可完全降解200 mg L−1的邻苯二甲酸二丁酯（di-n-butylphthalate，DBP)；该菌株可以利用多种邻苯二甲酸酯做基质，也可以在其他碳源物质存在时共代谢DBP(60)。
高增贵等分离到一株可降解多种酚酸的强壮植物伯克霍尔德氏菌（Burkholderia phytofirmans CGMCC15326），可制备用于土壤连作障碍的微生物菌剂。该微生物菌剂在瓜类作物植株的根际定殖能力好并且安全可靠，对连作瓜类作物土壤中自毒物质具有良好的降解作用，明显改善了土壤理化性质，同时对瓜类作物植株的抗逆能力具有明显的促进作用。该菌株的最适宜培养基为LB培养基：胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化钠(NaCl) 10g/L。接种量为培养基重量的2%，发酵温度为28℃，搅拌速度为 120rpm，发酵时间为5天。该菌剂加入矿质营养元素即混配为复合菌剂，菌液的浓度为2.5-3.5X108cfu/mL，矿质元素有效成分为：磷酸二氢钾100-150 mg/L，硫酸镁 200-500 mg/L，硫酸钙 500-900 mg/L，钼酸 0.5-1.0mg/L，硫酸锰 15-30 mg/L，硫酸亚铁 3-5 mg/L，硫酸锌 5-10 mg/L。在瓜类作物的移栽期采用穴施和灌根方法，每苗用量为250 mL(61)。
混培复合菌群
金晟等采集土著微生物和特定配方培养液制造土著微生物原种菌，然后再扩大培养用于土壤修复。土著微生物通过严格的培养过程获得复合微生物制剂，其中的微生物多样性较高，微生物在土壤环境生存率和适应性也较优越。培养液配方（%重量）为：土著微生物原种菌0.05-1%，粗糠粉0.15-0.25%，米糠粉0.1-0.2%，泥炭苔粉0.07-0.15%，香菇废木粉0.1-0.25%，糖蜜1-5%，加水。维持18-25℃，通过一定培养期制作成含有土著微生物原液(62)。
黄彩红等发明的微生物复合菌剂由功能菌和保护菌组成，其中功能菌由腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens)，金属还原地杆菌(Geobacter metallireducens)，绿色木霉(Trichoderma viride)和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)组成；保护菌是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)(63)。另外将小麦秸秆于450℃马弗炉内热解5h，制备成的生物炭作为微生物的载体用于土壤修复(63)。
朱亚力利用复合微生物菌剂修复草莓连作土壤。复合菌群包括地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、丁酸梭菌(Clostridium butyricum)、乳酸杆菌(Lactobacillus)、奥尔森氏菌(Olsenella)、红蝽菌(Coriobacterium)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)(64)。
邵雅璐和湛伟勇利用定向培养反硝化细菌和EM复合菌群用于土壤改良。该发明中的反硝化细菌是由假单胞菌属、产碱杆菌属、芽孢杆菌科、纤维粘菌科等组成的反硝化菌群，含菌量为5.9X1010cfu·g-1；EM菌原液含有乳酸菌、酵母菌、光合菌等有效活性微生物，活菌数不少于1X109个/mL(65)。
植物疫苗
郑雪芳等在连作7年的番茄地上试验了土壤微生态修复剂和植物疫苗对连作土壤修复和番茄抗病的作用。土壤微生态修复剂包含优势菌群鞘脂杆菌Sphingobacterium、食几丁质菌Chitinophaga、根瘤菌Rhizobiaceae等。植物疫苗为青枯雷尔氏菌无致病力菌株（avirulent Ralstonia solanacearum）FJAT-1458 的发酵液，含活菌量5.0×109 CFU/mL。基质载体主要成分为泥碳和椰纤维。将土壤微生态修复剂60 t/hm2或30 t/hm2混入土壤修整后，浇水至土壤充分湿润；第二天进行番茄苗移栽和植物疫苗100倍稀释液灌根处理，300mL/株，之后每个月用植物疫苗100倍稀释液灌根1次。处理之后的番茄土壤有机质、全氮、全磷和交换性钙含量均显著高于对照，而全钾含量显著低于对照。两种不同添加量处理的番茄土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均显著高于对照。添加量为30 t/hm-2处理在土壤各酶活性(酸性磷酸酶除外)、单果重量、和对番茄青枯病防效等指标上优于60 t/hm-2处理(66)。
拮抗和功能微生物
马艳等将拮抗微生物加入到以腐熟中药渣堆肥为原料制备的液体肥料中。强化液肥中的微生物菌群具有病原菌拮抗活性，处理土壤10-15天后能显著抑制土壤中草莓枯萎病菌的生长繁殖。施用有机液肥的草莓产量显著高于常规对照，而发病率显著低于常规对照。施用液肥对根际土壤酸化和盐分积累有一定的修复效果，使小区草莓增产达93%-110%，畸形果率降低23.5%，并对草莓品质有一定程度的改善(67)。
宗晓波利用发酵残渣接种功能微生物菌剂对大棚连作土壤进行改良。在培养温度为30℃、35℃和40℃条件下，以35℃时残渣中繁殖富集的活菌数量最多，均为第7d的活菌数量最多，含有2个菌株的混合菌BY处理后的残渣在35℃时活菌的数量可高达2.13×109cfu·g-1残渣。发酵残渣接种功能微生物菌剂之后改良土壤，增加了土壤pH值，缓解了土壤EC值下降幅度，显著增加了碱解氮、有效磷以及速效钾含量。细菌、放线菌以及细菌/真菌比值的明显增加；双重接种混合菌剂BY和商品菌剂Bio的处理效果更明显(29)。
大棚连作障碍土壤修复技术的推广应用
云南文山洋桔梗连作障碍土壤修复
2018年12月，南京师范大学蔡祖聪团队主持完成了百亩连片洋桔梗连作障碍土壤修复。该项目为南京师范大学、云南省农科院、云南农业大学、云南丽然农业科技发展有限公司的合作项目，利用强还原原理修复洋桔梗连作障碍土壤，创造了同一地块同一作物连种8年成功的国内纪录。目前已在全国范围内进行田间示范40多个点，在云南开展了田间示范25处，涵盖十字花科蔬菜、番茄、烟草、三七、洋桔梗、石竹梅、玫瑰等云南省重要经济作物12种(68)。
云南文山三七连作障碍土壤修复
云南文山州三七的产值约为150亿元，种植面积为40多万亩，占云南省一半。三七连作障碍最突出表现为根腐病等病害，根腐病可让芽子腐烂，呈现黄褐色，俗称“梧头烂”。在国家科技部、中国生物技术中心、云南省各级政府的组织统筹下，国际欧亚科学院院士陈士林在文山建立了省、州两级院士专家工作站，在文山学院文山三七研究院建立中国中医科学院中药研究所三七研究基地。当地龙头企业苗乡三七公司提供试验地和三七种子种苗，为高等院校和各科研所的专家搭建了“三七连作障碍PK试验平台”。陈士林团队已经在连作障碍实验地小试成功，突破到大田示范。三七抗病新品种、水旱轮作、绿肥回田、土壤修复等综合技术集成，将成为解决三七连作障碍革命性的技术突破。该团队通过追踪三七根际微生物群落的变化，了解在三七种植过程中微生物群落多样性及组成的动态变化，以及群落变化对作物生长的影响。这一基础研究为通过调控根际微生态环境，以克服药用植物连作障碍提供了依据(69)。
山东寿光设施蔬菜土壤修复
山东寿光是我国最大的设施蔬菜生产基地，现有蔬菜大棚 40 万亩，大棚土壤连作障碍问题非常严重。2011年起，寿光开始实施“沃土计划示范工程”，即利用生物菌肥修复大棚土壤，激发土壤微生物活性，提高土壤肥力水平，促进农民增产增收。寿光市政府连续3年每年出资300万元，通过新技术（测土配方）和新产品（微生物肥、水溶肥）等方式引导农民科学施肥，逐渐改良耕地质量。2014年，寿光市政府全面推广“沃土工程”，计划利用7年时间，市财政每年出资800万元、推广5万亩以上，最终到2020年覆盖寿光40万亩蔬菜大棚。寿光政府、合作社、农户等从源头改土着手，提倡施用生物菌肥，采用秸秆还田、水肥一体化技术，实行蔬菜生产基质栽培等方法，以缓解日趋严重的设施蔬菜土壤障碍问题，实现寿光地区蔬菜产业可持续发展。通过“沃土工程”的实施，寿光设施土壤问题得到一定缓解。土壤有机质含量显著提高，土壤物理性状得到较好改观，蔬菜产量增加10%以上，施肥量减少40%以上、施药减少25%、节水50%(70)。
展望：基于微生物组学的精准修复技术
以精准取代粗放
大棚土壤连作障碍本质可归为一类人为特定环境中的复合污染，表现为化感物质累积，次生盐碱化，养分元素缺失和失衡，土壤微生物多样性，土传病虫害重发等。和化工污染相比，有机物和重金属污染浓度尚在可控范围和修复范围，其难度在于每个大棚环境中导致连作障碍的因素各不相同，多为多因子复合污染，使之无法研制单一的配套技术。
一般而言，可根据处理前土壤的检测结果确定不同的单项技术组合方案进行大棚土壤修复，使修复策略制定尽可能精准。利用GC-MS可测定累积土壤中化感物质的结构和浓度，由此可确定下游微生物定向分离所需的碳源和生理条件，也可大致推测出化感物质的降解时间或难易程度。次生盐碱化的土壤可考虑添加有机物料（作物秸秆或有机肥）后的大水漫灌，利于盐分洗脱。利用ICP-MS等可以精确测定土壤中的各项营养元素和重金属元素含量，以决定添加所缺失的元素，或根据重金属超标程度调整修复策略。
以微生物为驱动核心
现阶段大多数大棚土壤连作障碍研究为土壤检测和作物调查为主，真正揭示因果机理的研究分析欠缺。笔者认为，土壤连作障碍本质为微生物活性受抑或缺失，未来的机理研究应以微生物组为核心，注重和围绕重建微生物驱动和介导的生化途径和健康均衡的微生物多样性。连作障碍土壤修复相关的微生物类群主要包括植物病原菌的拮抗微生物、化感物质降解菌、含有促生作用的微生物菌肥、植物病原菌拮抗微生物、营养元素和重金属氧化还原微生物等。商品化的微生物制剂由于土壤环境条件不适或自身活性不高等原因，可能实际效果并不理想。为解决这一问题，可考虑连作作物根部土壤或叶片表面分离到有益微生物菌种或菌群，原位分离获得的土著菌株比商品菌剂效果更好。基于16S rDNA的高通量测序可分析比较解析潜在的有益菌群，确定定向分离的目标菌株。大田试验将确定用于土壤修复的微生物菌株的大田效果，最优化菌剂的使用浓度、时机、和次数等。
系统性的修复理念
大棚土壤连作障碍的修复为植物-土壤-微生物三位一体的系统性课题，更需定量检测、精准分析、和大数据分析，为未来大棚数字化和智能化管理奠定基础。检测技术包括高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪（HPLC-ICPMS）或气谱质谱联用仪、基于高通量16S rDNA序列分析、和环境基因组测序分析技术。这些检测可全方位解析微生物活性和相关功能基因的表达活性。利用高通量16S rDNA微生物菌群分析、环境基因组学、传统微生物学和地球化学分析相结合，可将大棚连作土壤中的污染物转化迁移动态变化和微生物基因表达活性整合一体。蔡祖聪在《我国设施栽培养分管理中待解的科学和技术问题》一文中指出，针对各种作物及不同的生长阶段，设施栽培的土壤养分浓度需要提高到何种程度才能满足作物生长的需要，至今尚无科学答案。我国至今仍然缺乏有效的土壤养分供应是否平衡的土壤诊断方法。基于系统性的修复理念有助于研究者获得覆盖植物-微生物-土壤的全方位模型，最终给下游种植者提供实际可操作的定量指标。图示为笔者提出的基于微生物组学的大棚连作障碍土壤的精准修复和种植配套技术，供研究部门和推广单位参考。
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