蔡紅明，王士超，劉　巖，陳竹君，周建斌

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

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陜西日光溫室養(yǎng)分平衡及土壤養(yǎng)分累積特征研究

蔡紅明，王士超，劉巖，陳竹君，周建斌

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100)

【目的】 評(píng)價(jià)陜西不同地區(qū)日光溫室系統(tǒng)養(yǎng)分平衡及土壤養(yǎng)分累積狀況，為當(dāng)?shù)厝展鉁厥彝寥鲤B(yǎng)分管理提供技術(shù)指導(dǎo)?！痉椒ā?2013年7月和2014年7月連續(xù)2年分別在陜西楊凌(土婁土)、安塞(黃綿土)和靖邊(風(fēng)沙土)3個(gè)區(qū)縣調(diào)查了193個(gè)日光溫室的施肥狀況，分析日光溫室的養(yǎng)分總投入量、養(yǎng)分?jǐn)y出量及表觀養(yǎng)分盈余量變化；并采集日光溫室土壤樣品，測(cè)定土壤養(yǎng)分含量及基本理化指標(biāo)。【結(jié)果】 (1)研究區(qū)域日光溫室養(yǎng)分總投入量因地區(qū)而異，年均氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)養(yǎng)分總投入量分別為1 933.3，1 587.2和1 799.2 kg/hm2，而養(yǎng)分?jǐn)y出量?jī)H占氮、磷、鉀養(yǎng)分總投入量的22%，7%和36%；年均氮、磷、鉀的表觀盈余量分別高達(dá)1 503.2，1 473.1和1 155.2 kg/hm2。(2)研究區(qū)域日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于中、低水平，這與研究地區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力低有關(guān)；楊凌、安塞和靖邊地區(qū)溫室土壤0～200 cm土層硝態(tài)氮累積量分別達(dá)到1 451.5，1 647.2和498.5 kg/hm2，0～60 cm土層硝態(tài)氮累積量分別僅占0～200 cm硝態(tài)氮累積量的37.8%，36.9%和37.9%，其中0～2 m土層土壤剖面累積的硝態(tài)氮有60%以上分布在60～200 cm土層，難以被作物根系吸收利用；研究區(qū)土壤速效磷、鉀多處在高及較高水平，其中土壤速效磷含量處于中、高水平(≥50 mg/kg)的樣本所占比例達(dá)77%～91%，土壤速效鉀含量處于中、高水平(≥150 mg/kg)的樣本數(shù)所占比例為35%～91%。(3)溫室土壤pH整體偏堿性，這與土壤發(fā)育于黃土母質(zhì)及碳酸鹽含量高有關(guān)；不同土層相比，表層土壤pH明顯小于下層土壤；土壤電導(dǎo)率整體低于蔬菜生長(zhǎng)臨界值600 μS/cm，不同土層相比，表層土壤電導(dǎo)率顯著高于下層土壤。(4)與楊凌土婁土及安塞黃綿土相比，靖邊風(fēng)沙土養(yǎng)分含量相對(duì)較低，故日光溫室生產(chǎn)中應(yīng)注意有機(jī)肥及化肥的有效施用?！窘Y(jié)論】 陜西不同地區(qū)日光溫室系統(tǒng)普遍存在過(guò)量施肥問(wèn)題，導(dǎo)致土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分過(guò)量累積，由此帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題值得關(guān)注，同時(shí)適當(dāng)控制日光溫室養(yǎng)分投入應(yīng)是陜西不同地區(qū)日光溫室養(yǎng)分管理的重點(diǎn)。

日光溫室；過(guò)量施肥；養(yǎng)分平衡；土壤養(yǎng)分累積；環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)設(shè)施栽培技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速；截至2010年底，全國(guó)設(shè)施蔬菜年種植面積約達(dá)466.7萬(wàn)hm2，栽培面積及總產(chǎn)量均居世界首位[1-2]。設(shè)施栽培中的日光溫室栽培，由于保溫效果好，在我國(guó)北方地區(qū)設(shè)施栽培中占有重要地位，已成為北方不少地區(qū)的農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。

日光溫室栽培屬高投入高產(chǎn)出的集約化栽培模式，生產(chǎn)中盲目施肥，特別是過(guò)量施肥現(xiàn)象較為普遍[3-5]。如在日光溫室栽培發(fā)展較早的山東壽光，每年因蔬菜栽培投入的氮、磷和鉀養(yǎng)分分別高達(dá) 2 539，2 183和2 202 kg/hm2[1]。過(guò)量施肥導(dǎo)致溫室土壤發(fā)生諸多障礙問(wèn)題[6]，包括土壤酸化、鹽漬化、養(yǎng)分平衡失調(diào)、重金屬污染以及蔬菜品質(zhì)下降等[7-9]，嚴(yán)重制約了這一產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。因此，有必要研究日光溫室栽培下養(yǎng)分的有效管理問(wèn)題。

陜西是黃土高原夏秋蔬菜主產(chǎn)區(qū)之一，近年來(lái)，隨著黃土高原地區(qū)退耕還林還草工程的實(shí)施，日光溫室栽培成為這一地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要模式之一。因此，以日光溫室為代表的設(shè)施栽培在陜西特別是陜北地區(qū)發(fā)展得相當(dāng)迅速。目前，陜西已成為西北地區(qū)設(shè)施栽培規(guī)模最大的省份，截至2013年，陜西省設(shè)施蔬菜面積達(dá)到16.3萬(wàn)hm2，產(chǎn)量 1 525 萬(wàn)t[10]。過(guò)量施肥問(wèn)題在這一地區(qū)生產(chǎn)中也比較普遍。據(jù)周建斌等[11]對(duì)西安市郊區(qū)100余個(gè)溫室的施肥調(diào)查發(fā)現(xiàn)，氮、磷、鉀過(guò)量施用的比例分別占調(diào)查溫室的1/3，2/3及1/4。白新祿等[12]對(duì)陜西楊凌示范區(qū)日光溫室栽培基地的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，番茄氮、磷、鉀平均用量分別超出推薦用量的20%，157%及91%。已有的關(guān)于陜西日光溫室栽培體系養(yǎng)分平衡及土壤養(yǎng)分累積特征的研究多集中在陜西關(guān)中地區(qū)，對(duì)陜北地區(qū)的研究相對(duì)較少。

陜西黃土高原地區(qū)溫室土壤類(lèi)型多，其中陜北地區(qū)土壤類(lèi)型以黃綿土、風(fēng)沙土為主，土壤基礎(chǔ)肥力低，合理施肥與作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有密切關(guān)系。雖然黃土高原地區(qū)土層深厚，但過(guò)量施肥也會(huì)給當(dāng)?shù)叵鄬?duì)脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)壓力。因此，有必要研究陜西不同地區(qū)日光溫室栽培體系中的養(yǎng)分平衡狀況及土壤養(yǎng)分累積特征，以評(píng)價(jià)這一栽培體系土壤養(yǎng)分累積程度以及可能產(chǎn)生的環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)日光溫室可持續(xù)發(fā)展。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

研究范圍由南向北，涉及陜西楊凌、延安市安塞縣及榆林市靖邊縣等3個(gè)區(qū)縣，其中楊凌位于黃土高原南部，海拔520 m左右，年平均氣溫12.9 ℃，年平均降雨量632 mm，屬于半濕潤(rùn)易干旱地區(qū)，土壤類(lèi)型屬土婁土。安塞縣位于黃土高原腹地，平均海拔為1 371.9 m，年平均氣溫8.8 ℃，年平均降水量505 mm，屬中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，土壤類(lèi)型為黃綿土。靖邊縣位于黃土高原北部，年平均氣溫7.8 ℃，年平均降水量395 mm，屬于半干旱內(nèi)陸性季風(fēng)氣候，土壤類(lèi)型屬風(fēng)沙土。

1.2土樣的采集與分析

1.2.1田間調(diào)查及土樣采集2013年7月和2014年7月連續(xù)2年分別在楊凌、安塞及靖邊日光溫室換茬期采用隨機(jī)走訪(fǎng)方式進(jìn)行施肥狀況調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括溫室的栽培年限、栽培作物種類(lèi)及產(chǎn)量，施用肥料的種類(lèi)及用量等。

在調(diào)查的基礎(chǔ)上采集溫室土壤樣品。連續(xù)2年在楊凌、安塞及靖邊分別采集土壤樣品58，83及52份，共計(jì)193份，建棚時(shí)間分布在2009-2010、1998-2012和2008-2012年，其中楊凌58份樣品均為2 m深度土壤樣品；安塞和靖邊2 m深度土壤樣品分別為18和20份，其余為0～20 cm表層土樣。采集2 m深度土壤樣品主要用來(lái)評(píng)價(jià)土壤剖面硝態(tài)氮累積情況，采樣時(shí)每個(gè)溫室隨機(jī)采集2個(gè)點(diǎn)，按每20 cm為一層，相同土層2個(gè)點(diǎn)的土樣組成一個(gè)混合樣。耕層土樣采集時(shí)，采用“S”形五點(diǎn)采樣法。

1.2.2土樣的分析采用玻璃電極法(水土體積質(zhì)量比為2.5∶1)測(cè)定土壤pH，采用DDS-307型電導(dǎo)率儀(水土體積質(zhì)量比為4∶1)測(cè)定土壤電導(dǎo)率，采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用凱氏法消解-流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤全氮含量，采用1 mol/L氯化鉀溶液浸提-流動(dòng)分析儀測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量，采用0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定土壤速效磷含量，采用1 mol/L醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)測(cè)定土壤速效鉀含量。其中土壤硝態(tài)氮含量測(cè)定0～2 m土層土樣，pH、電導(dǎo)率測(cè)定0～1 m土層土樣，其余指標(biāo)測(cè)定0～20 cm土層土樣。

1.3養(yǎng)分平衡的計(jì)算方法

不同地區(qū)溫室養(yǎng)分收支平衡計(jì)算公式為：

表觀養(yǎng)分平衡值(即表觀養(yǎng)分盈余量)=養(yǎng)分投入量-養(yǎng)分?jǐn)y出量。

(1)養(yǎng)分投入量。 主要計(jì)算化肥和有機(jī)肥總施用量的折純量。投入的養(yǎng)分總量(N、P2O5、K2O)即用各肥料的施用量乘以其有效養(yǎng)分的含量，其中化肥養(yǎng)分含量按照標(biāo)示的化學(xué)配比計(jì)算，有機(jī)肥的養(yǎng)分含量參考《中國(guó)有機(jī)肥料養(yǎng)分志》的參數(shù)[13]進(jìn)行計(jì)算。

(2)養(yǎng)分?jǐn)y出量。 養(yǎng)分?jǐn)y出量主要是作物收獲后所帶走的養(yǎng)分含量。用《肥料使用技術(shù)手冊(cè)》中作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與養(yǎng)分吸收量的參數(shù)[14]計(jì)算。

1.4數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SAS 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用Excel 2003軟件和Sigmaplot 12.0進(jìn)行表格及圖形處理。

2　結(jié)果與分析

2.1陜西不同區(qū)域日光溫室栽培中的施肥狀況

本研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，陜西日光溫室栽培中有機(jī)肥施用種類(lèi)及用量因地域不同而異。楊凌地區(qū)多以當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)提供的新鮮雞糞、豬糞為主，其次為牛糞、蚯蚓糞、沼液、沼渣等。而安塞和靖邊則以新鮮羊糞為主，輔以牛糞、雞糞等。楊凌、安塞和靖邊年平均有機(jī)肥投入量(烘干基)分別為54.0，44.7和21.0 t/hm2。不同地區(qū)和相同地區(qū)不同農(nóng)戶(hù)間有機(jī)肥投入量存在很大差異，調(diào)查用戶(hù)中有約1%不施用有機(jī)肥，而有些農(nóng)戶(hù)有機(jī)肥投入量則高達(dá)112.5 t/hm2?；适┯梅N類(lèi)多以高濃度復(fù)合肥、過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀為主，尿素、磷酸二銨次之。并且3個(gè)地區(qū)農(nóng)民均表現(xiàn)出充施化肥種類(lèi)繁雜，以量大搏高產(chǎn)的施肥習(xí)慣。

由表1可知，楊凌地區(qū)化肥投入的氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)量分別占養(yǎng)分總投入量的 49.0%，52.1%和66.8%。安塞地區(qū)占61.8%，65.6%和59.8%，靖邊地區(qū)占63.0%，66.2%和60.4%，說(shuō)明3個(gè)地區(qū)養(yǎng)分總投入量一半以上來(lái)自化肥。楊凌氮、磷、鉀養(yǎng)分投入比為1∶0.87∶1.24，安塞為1∶0.80∶0.75，靖邊為1∶0.79∶0.75，氮、磷、鉀平均投入比為1∶0.82∶0.93。

2.2陜西不同區(qū)域日光溫室的養(yǎng)分平衡狀況

由表1可知，3個(gè)研究區(qū)域氮、磷、鉀平均攜出量為430.1，114.1和644.0 kg/hm2，且靖邊養(yǎng)分?jǐn)y出量明顯低于楊凌及安塞。另外，楊凌溫室氮、磷、鉀的養(yǎng)分?jǐn)y出量?jī)H占養(yǎng)分總投入量的24.9%，7.0%和31.3%，安塞為24.5%，8.1%和48.1%，而靖邊為13.7%，5.7%和25.2%，其中，磷養(yǎng)分投入攜出比失調(diào)最嚴(yán)重，僅占5.7%～8.1%，說(shuō)明溫室生產(chǎn)中應(yīng)注意磷肥累積問(wèn)題。楊凌、安塞和靖邊氮、磷、鉀養(yǎng)分?jǐn)y出比分別為1∶0.24∶1.56，1∶0.26∶1.47和1∶0.33∶1.38，養(yǎng)分平均攜出比為1∶0.27∶1.50，對(duì)比平均養(yǎng)分投入比例1∶0.82∶0.93可知，3個(gè)區(qū)域存在磷(P2O5)投入比例過(guò)重，鉀比例過(guò)輕的情況。

表 1　陜西日光溫室栽培系統(tǒng)的施肥及養(yǎng)分平衡狀況Table 1　Nutrient budgets of greenhouse system in Shaanxi　 kg/hm2

日光溫室養(yǎng)分總投入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于養(yǎng)分?jǐn)y出量的施肥特點(diǎn)必將導(dǎo)致大量的養(yǎng)分盈余，3個(gè)研究區(qū)域氮、磷、鉀年平均表觀養(yǎng)分盈余量高達(dá)1 503.2，1 473.1 和1 155.2 kg/hm2，氮、磷、鉀平均盈余量分別為養(yǎng)分?jǐn)y出量的3.5，12.9和1.8倍。靖邊地區(qū)養(yǎng)分盈余量雖然低于楊凌和安塞，但氮、磷、鉀盈余量依然達(dá)到養(yǎng)分?jǐn)y出量的3～16倍，說(shuō)明關(guān)中地區(qū)和陜北地區(qū)溫室栽培系統(tǒng)中養(yǎng)分過(guò)量投入現(xiàn)象非常普遍。

2.3陜西不同區(qū)域日光溫室土壤養(yǎng)分的累積狀況

2.3.1土壤有機(jī)質(zhì)和全氮3個(gè)研究區(qū)域日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量見(jiàn)圖1。

圖 1陜西不同地區(qū)日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)(a)和全氮(b)含量

箱式圖內(nèi)部黑實(shí)線(xiàn)表示中位數(shù)，黑虛線(xiàn)表示平均值，離群值未顯示，圖4同

Fig.1Contents of organic matter (a) and total nitrogen(b) in greenhouse at different regions of Shaanxi

Black solid line indicates the median,black dotted line inside the box plot represents the average value,

outliers from sample are not shown.The same for Fig.4

研究區(qū)域日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為楊凌>安塞>靖邊，分別為22.21 g/kg(CV=31%，CV為變異系數(shù)，下同)，18.42 g/kg(CV=50%)，6.87 g/kg(CV=56%)(圖1-a)，與表1中3個(gè)地區(qū)有機(jī)肥投入量變化趨勢(shì)一致。根據(jù)黃紹文等[15]提出的菜區(qū)養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量分為極低(<10 g/kg)、低(≥10～<20 g/kg)、中(≥20～<30 g/kg)、較高(≥30～<40 g/kg)和高(≥40 g/kg)5個(gè)級(jí)別，由此可知，楊凌、安塞和靖邊土壤有機(jī)質(zhì)含量分別處于中、低和極低水平。其中，楊凌日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量為10.2～40.7 g/kg，91%的樣本處于中等偏下水平；安塞土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.1～64.0 g/kg，變異較大，92%的樣本處于中等偏下水平；靖邊地區(qū)為風(fēng)沙土，有機(jī)質(zhì)含量最低，為1.2～14.2 g/kg，全部樣本有機(jī)質(zhì)含量均低于臨界值。

土壤全氮與土壤有機(jī)質(zhì)含量之間關(guān)系緊密，表現(xiàn)出基本一致的規(guī)律，總體表現(xiàn)為楊凌>安塞>靖邊(圖1-b)，分別為1.59 g/kg(CV=33%)，1.34 g/kg(CV=56%)，0.8 g/kg(CV=37%)。楊凌日光溫室土壤全氮含量變幅0.6～3.9 g/kg，安塞為0.2～5.6 g/kg，靖邊為0.1～1.3 g/kg，這可能是由于農(nóng)戶(hù)間管理水平和施肥習(xí)慣不同導(dǎo)致土壤養(yǎng)分變異較大。

2.3.2土壤硝態(tài)氮由圖2可知，研究區(qū)域日光溫室土壤表層硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為安塞>楊凌>靖邊，分別為122.3 mg/kg(CV=92%)，103.7 mg/kg(CV=103%)，24.7 mg/kg(CV=142%)，不同日光溫室間表層土壤硝態(tài)氮含量變異較大，并且3個(gè)地區(qū)硝態(tài)氮含量在0～60 cm土層呈遞減趨勢(shì)，60～200 cm土層硝態(tài)氮含量基本趨于穩(wěn)定。其中楊凌和安塞0～20 cm土層硝態(tài)氮含量明顯高于20 cm以下土層，靖邊0～200 cm土層土壤硝態(tài)氮含量沒(méi)有顯著性差異。說(shuō)明日光溫室栽培不僅增加了表層土壤硝態(tài)氮的累積，同時(shí)也促進(jìn)了其在土壤剖面的遷移。

圖 2陜西不同地區(qū)日光溫室土壤硝態(tài)氮在0～200 cm土層的分布情況

Fig.2Distribution of soil nitrate-N in the 0-200 cm profile of greenhouse in Shaanxi

由圖3可知， 楊凌、安塞和靖邊日光溫室在0～200 cm土層土壤硝態(tài)氮累積量分別達(dá)到1 451.5，1 647.2 和498.5 kg/hm2，其中0～60 cm土層硝態(tài)氮累積量分別僅占0～200 cm硝態(tài)氮累積量的 37.8%，36.9%和37.9%，說(shuō)明研究區(qū)域日光溫室60%以上的硝態(tài)氮累積于60～200 cm土層。

圖 3陜西日光溫室不同土層土壤硝態(tài)氮的累積狀況

圖柱上標(biāo)不同字母表示相同土層不同區(qū)域間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)

Fig.3Nitrate-N accumulation at different soil profiles in greenhouse of Shaanxi

Different letters at each soil layer mean significant difference (P<0.05)

2.3.3土壤速效磷和速效鉀由圖4-a可知，研究區(qū)域日光溫室土壤速效磷含量表現(xiàn)為楊凌>安塞>靖邊，分別為235.6 mg/kg(CV=53%)，161.6 mg/kg(CV=72%)和122.4 mg/kg(CV=94%)，根據(jù)黃紹文等[15]提出的養(yǎng)分豐缺標(biāo)準(zhǔn)，土壤速效磷分為極低(<25 mg/kg)、低(≥25～<50 mg/kg)、中(≥50～<100 mg/kg)、較高(≥100～<150 mg/kg)和高(≥150 mg/kg)5個(gè)級(jí)別，臨界值為50 mg/kg，可知楊凌、安塞和靖邊土壤速效磷含量分別處于高、高和較高水平。其中，楊凌、安塞和靖邊土壤速效磷含量變幅分別為27.0～540.8，12.3～541.4和11.83～644.41 mg/kg，分別有91%，84%和77%的樣本土壤速效磷含量高于臨界值，處于適中水平的僅占3%～33%，不足總樣本的1/3。

由圖4-b可知，土壤速效鉀含量規(guī)律總體表現(xiàn)為安塞>楊凌>靖邊，土壤速效鉀含量分別為 336.6 mg/kg(CV=43%)、329.5 mg/kg(CV=79%)和158.5 mg/kg(CV=59%)。根據(jù)前人標(biāo)準(zhǔn)[15]，土壤速效鉀也可分為極低(<100 mg/kg)，低(≥100～<150 mg/kg)、中(≥150～<200 mg/kg)、較高(≥200～<300 mg/kg)和高(≥300 mg/kg)5個(gè)級(jí)別，臨界值為150 mg/kg，則可知楊凌、安塞和靖邊土壤速效鉀含量分別處于高、高、中等水平。楊凌和安塞土壤速效鉀變化范圍為97.27～602.1，87.91～1 610 mg/kg，分別有91%，83%的樣本土壤速效鉀含量高于臨界值，處于適中水平的樣本僅占14%和16%。靖邊土壤速效鉀含量變幅為55.67～521.19 mg/kg，有35%的樣本土壤速效鉀含量高于臨界值，說(shuō)明靖邊土壤速效鉀累積程度低于楊凌和安塞地區(qū)。

圖 4陜西不同地區(qū)日光溫室土壤的速效磷(a)、速效鉀(b)含量

Fig.4Contents of soil available phosphorus (a) and available potassium (b) in greenhouse at different regions of Shaanxi

2.4陜西不同區(qū)域日光溫室土壤pH和電導(dǎo)率的變化特點(diǎn)

由圖5-a可知，研究區(qū)域日光溫室土壤pH總體表現(xiàn)為偏堿性，楊凌、安塞和靖邊表層土壤(0～20 cm)pH分別為7.95，7.76和8.20，隨著土層深度的增加，pH呈逐漸增大趨勢(shì)，其中楊凌和安塞表層土壤pH明顯小于下層土壤。研究地區(qū)土壤發(fā)育于黃土母質(zhì)，富含碳酸鈣，土壤pH本身呈偏堿性，所以多年日光溫室栽培土壤pH整體依然處在7.0以上，但隨著日光溫室栽培年限的延長(zhǎng)，采樣日光溫室pH最低達(dá)到7.03， pH表現(xiàn)出從偏堿性轉(zhuǎn)化為中性的趨勢(shì)，土壤存在酸化的潛在威脅。

土壤電導(dǎo)率可以表征土壤水溶性鹽總量，用以判定土壤中鹽類(lèi)離子是否為限制作物生長(zhǎng)的因素。有研究指出,蔬菜正常生長(zhǎng)的EC臨界值為600 μS/cm[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，楊凌、安塞和靖邊溫室表層土壤電導(dǎo)率分別為439.8，540.2和227.5 μS/cm，均處于低鹽度水平，僅對(duì)敏感作物生長(zhǎng)有障礙，未超過(guò)蔬菜正常生長(zhǎng)臨界值，但是有4%～19%的土壤樣本已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)鹽漬化征兆。另外，隨著土層深度增加，不同地區(qū)土壤電導(dǎo)率均有所下降(圖5-b)，說(shuō)明研究區(qū)域日光溫室表層土壤鹽分富集明顯。

圖 5　陜西不同地區(qū)日光溫室土壤的pH(a)、電導(dǎo)率(b)水平

3　討　論

3.1日光溫室栽培中過(guò)量施肥問(wèn)題突出

本研究結(jié)果表明，3個(gè)研究區(qū)域日光溫室年平均氮、磷、鉀投入量高達(dá)1 933.3，1 587.2和1 799.2 kg/hm2，而氮、磷、鉀的攜出量?jī)H占養(yǎng)分總投入量的22%，7%和36%，導(dǎo)致溫室土壤氮、磷、鉀的表觀盈余量分別為1 503.2，1 473.1和1 155.2 kg/hm2，養(yǎng)分收支嚴(yán)重失衡。白新祿等[12]在楊凌的研究也發(fā)現(xiàn)，新建日光溫室氮、磷、鉀投入量分別為1 485，1 380和1 359 kg/hm2，這與本研究結(jié)果相近，說(shuō)明陜西地區(qū)日光溫室栽培中過(guò)量施肥問(wèn)題嚴(yán)重。我國(guó)其他地區(qū)溫室栽培中也有類(lèi)似問(wèn)題，如余海英等[1]對(duì)山東壽光日光溫室的研究表明，溫室栽培年平均氮、磷、鉀投入量分別為4 088，3 656，3 438 kg/hm2，養(yǎng)分理論盈余量為3 214，3 401和2 322 kg/hm2，其養(yǎng)分投入量是本研究的2倍左右，這可能與山東壽光溫室栽培集約化程度更高有關(guān)?？梢?jiàn)過(guò)量施肥是我國(guó)日光溫室栽培中普遍存在的問(wèn)題，造成大量的養(yǎng)分盈余，這不僅造成寶貴的養(yǎng)分資源的浪費(fèi)，還提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題。

從養(yǎng)分投入比例看，蔬菜作物生長(zhǎng)N∶P2O5∶K2O的吸收比例一般為1∶0.3～0.5∶1.0～1.6[16]，吸收的鉀多磷少。本研究調(diào)查結(jié)果顯示，研究地區(qū)蔬菜氮、磷、鉀投入比為1∶0.82∶0.93。黃化剛等[17]在山東的研究顯示，溫室系統(tǒng)氮磷鉀投入比例為1∶0.89∶0.84。與蔬菜實(shí)際所需氮磷鉀相比，實(shí)際溫室栽培中施肥時(shí)均存在磷投入比例過(guò)高的問(wèn)題，本研究中土壤速效磷的測(cè)定結(jié)果也驗(yàn)證了這一判斷；研究區(qū)鉀的投入比例似乎偏低，但從土壤速效鉀的測(cè)定結(jié)果看,研究區(qū)域日光溫室土壤速效鉀整體處在中高水平，這可能與研究地區(qū)土壤發(fā)育于黃土母質(zhì)，土壤鉀素含量豐富有關(guān)。

雖然本研究中不同地區(qū)日光溫室均存在過(guò)量施肥問(wèn)題，但不同地區(qū)日光溫室過(guò)量施肥的狀況存在差異。與楊凌及安塞日光溫室相比，靖邊日光溫室養(yǎng)分投入量低，這與該地區(qū)日光溫室主要種植果樹(shù)，且果樹(shù)多未達(dá)盛果期有關(guān)。與安塞日光溫室相比，楊凌日光溫室鉀素投入量明顯偏高，這與菜農(nóng)施用的化肥中鉀肥比例較高有關(guān)。

3.2日光溫室土壤養(yǎng)分過(guò)量累積問(wèn)題普遍

從本研究測(cè)定結(jié)果看，研究地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處在中低水平，其中以靖邊風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)含量最低，這一特征與該研究區(qū)有機(jī)肥的大量投入不成比例，除受當(dāng)?shù)赝寥李?lèi)型影響外，可能也與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)施用有機(jī)肥種類(lèi)多為豬糞、雞糞等，纖維素含量較低，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量貢獻(xiàn)較小，加上日光溫室系統(tǒng)高溫高濕條件下有機(jī)質(zhì)易礦化難累積有關(guān)。由于菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量與其肥力狀況具有緊密關(guān)系，因此，生產(chǎn)中仍應(yīng)大力提倡有機(jī)肥的施用。

硝態(tài)氮是作物直接吸收利用的主要形式，不易被土壤膠體吸附，通過(guò)灌溉水發(fā)生淋溶后會(huì)進(jìn)入地下水。硝態(tài)氮在土壤中的大量累積，會(huì)增加種植蔬菜中的硝酸鹽含量，給人體健康造成危害。本研究結(jié)果表明，楊凌及安塞地區(qū)日光溫室0～2 m土層硝態(tài)氮累積嚴(yán)重，平均累積量在1 549 kg/hm2，與周建斌等[4]在西安和楊凌地區(qū)得到的研究結(jié)果類(lèi)似。從累積的硝態(tài)氮在土壤剖面的分布看，60～200 cm土層硝態(tài)氮累積量占0～200 cm土層硝態(tài)氮累積量的60%以上。由于蔬菜作物根系較淺，主要集中在0～60 cm土層，硝態(tài)氮淋溶到60 cm以下土層便很難再被作物吸收利用。因此，淋溶的硝態(tài)氮不僅造成養(yǎng)分資源浪費(fèi)，并對(duì)環(huán)境造成一定危害，尤其對(duì)地下水污染產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

本研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，楊凌及安塞土壤速效磷及速效鉀含量高，測(cè)定日光溫室有84%～91%的樣本土壤速效磷處于中高水平，有83%～91%的樣本土壤速效鉀含量高于臨界值。但土壤磷累積會(huì)影響其他元素特別是微量元素的吸收[18]，在地下水位較淺或者砂質(zhì)土壤地區(qū)還可能會(huì)加劇水體的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。鉀離子含量過(guò)高則會(huì)減少土壤對(duì)銨離子的固定，增加銨離子的有效性，加大氮素?fù)]發(fā)和淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)[19]。在半封閉的日光溫室系統(tǒng)，過(guò)量施用的磷鉀肥主要通過(guò)影響其他養(yǎng)分吸收效率而間接產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)。因此，楊凌及安塞溫室生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)降低磷鉀肥的施用量。值得注意的是，靖邊風(fēng)沙土速效磷、鉀含量均相對(duì)較低，生產(chǎn)中應(yīng)注意磷鉀肥的施用。

日光溫室栽培為半封閉系統(tǒng)，施肥量又普遍較高，因此，土壤鹽漬化及酸化是土壤退化的常見(jiàn)問(wèn)題[16，20]。從本研究結(jié)果看，雖然研究區(qū)表層土壤pH與下層土壤相比有酸化的趨勢(shì)，但仍屬偏堿的范圍，這與黃土屬石灰性土壤，緩沖能力較強(qiáng)有關(guān)。另外，雖然研究區(qū)域土壤電導(dǎo)率未超過(guò)蔬菜正常生長(zhǎng)的EC臨界值，但表層土壤電導(dǎo)率顯著高于下層土壤，隨著日光溫室栽培年限的延長(zhǎng)，土壤鹽漬化問(wèn)題也應(yīng)給予關(guān)注。

由于缺乏針對(duì)性的研究地區(qū)日光溫室的養(yǎng)分豐缺指標(biāo)，本研究采用有關(guān)專(zhuān)家提出的全國(guó)菜區(qū)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)定溫室土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，但土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)會(huì)因地區(qū)、土壤質(zhì)地和作物種類(lèi)不同而異。因此，有必要在研究地區(qū)開(kāi)展日光溫室土壤養(yǎng)分豐缺指標(biāo)的研究，以更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)研究地區(qū)溫室土壤養(yǎng)分的供應(yīng)狀況。

3.3陜西日光溫室區(qū)域養(yǎng)分管理對(duì)策

綜合本研究中陜西不同地區(qū)日光溫室的施肥狀況調(diào)查、養(yǎng)分累積狀況及土壤養(yǎng)分測(cè)定結(jié)果，可知研究地區(qū)日光溫室生產(chǎn)中過(guò)量施肥問(wèn)題相當(dāng)普遍。因此，適當(dāng)控制日光溫室養(yǎng)分投入應(yīng)是陜西不同地區(qū)日光溫室養(yǎng)分管理的重點(diǎn)。高佳佳等[21]在楊凌進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明，與農(nóng)戶(hù)常規(guī)施肥相比，將日光溫室番茄氮、磷、鉀肥用量分別減少了9%～40%，26%～46%和18%～47%，對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量無(wú)明顯影響，但明顯降低了土壤養(yǎng)分累積量。陜北地區(qū)由于土壤類(lèi)型及種植作物種類(lèi)等不同，減量施肥的具體方案需要進(jìn)一步研究。

與楊凌相比，位于陜北安塞和靖邊的日光溫室土壤為黃綿土及風(fēng)沙土，質(zhì)地相對(duì)較粗。因此，施肥時(shí)應(yīng)重視有機(jī)肥的有效施用；同時(shí)，施用化肥特別是氮、鉀肥時(shí)，應(yīng)采取少量多次的施肥方式。

4　結(jié)　論

從養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀看，陜西日光溫室生產(chǎn)中養(yǎng)分總投入量顯著高于養(yǎng)分?jǐn)y出量，說(shuō)明過(guò)量施肥現(xiàn)象普遍；過(guò)量施肥導(dǎo)致土壤有效養(yǎng)分含量多處在高及較高水平，由此帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值得關(guān)注。與土婁土及黃綿土相比，風(fēng)沙土養(yǎng)分含量相對(duì)較低，日光溫室生產(chǎn)中應(yīng)注意有機(jī)肥及化肥的有效施用。

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Nutrient balance and accumulation in soil of solar greenhouse in Shaanxi

CAI Hongming,WANG Shichao,LIU Yan,CHEN Zhujun,ZHOU Jianbin

(CollegeofNaturalResourcesandEnvironment，KeyLaboratoryofPlantNutritionandtheAgri-environmentinNorthwestChina，MinistryofAgriculture，NorthwestA&FUniversity,Yangling，Shaanxi712100，China)

【Objective】 This study evaluated nutrient balance and soil nutrient accumulation in greenhouse systems at different areas of Shaanxi to provide technical support for the nutrient management in local greenhouses.【Method】 The application of fertilizers in 193 greenhouses over two consecutive years from July 2013 to July 2014 in Yangling,Ansai,and Jingbian was surveyed for analyzing the changes of total nutrient input,crop yield,and apparent nutrient surplus in greenhouse system. Nutrient contents and basic physical-chemical properties in greenhouse soils were also determined.【Result】 (1) Total nutrient inputs from manures and chemical fertilizers varied with regions.The average annual input amounts of N,P2O5and K2O were 1 933.3,1 587.2 and 1 799.2 kg/hm2,respectively.The N,P2O5and K2O uptake amounts by crops accounted for only 22%,7% and 36% of nutrient inputs,resulting in surplus of N 1 503.2 kg/hm2,P2O51 473.1 kg/hm2and K2O 1 155.2 kg/hm2in greenhouse system.(2) The contents of organic matter in soils were in medium or low levels,which was related to low soil fertility.Nitrate-N accumulations in 0-2 m soil profile of Yangling,Ansai and Jingbian greenhouses were 1 451.5,1 647.2 and 498.5 kg/hm2,and 37.8%,36.9% and 37.9% of the accumulated nitrate in the three regions were distributed in 0-60 cm soil layer.More than 60% of nitrate accumulation in 0-2 m soil profile was distributed below 60 cm layer,which was difficult to be absorbed by crops.Soil available P and K contents were at high levels,and 77%-91% and 35%-91% of soil available P and K contents were higher than the critical value (≥50 mg/kg P2O5and ≥150 mg/kg K2O).(3) Soil pH was weakly alkaline,which was related to local soil developed from loess parent material with high carbonate content.Soil pH in topsoil was significantly lower than that of the subsoil.The soil electrical conductivity was lower than 600 μS/cm,which is the critical value influencing growth of vegetables.Electrical conductivity of topsoil was significantly lower than that of the subsoil.(4) Compared with the Lou soil and Loessal soil,the nutrient contents in aeolian sandy soil was relatively low.Therefore,attention should be paid to the effective application of organic manure and chemical fertilizers in this soil in Northern Shaanxi.【Conclusion】 Excessive fertilization is a problem in sunlight greenhouse systems at different areas of Shaanxi,leading to large surplus of nitrogen,phosphorus and potassium nutrient in soil and causing environmental problem.Decreasing nutrient inputs properly in greenhouse should be the focus of nutrient management at different areas of Shaanxi.

solar greenhouse;excessive fertilization;nutrient balance;soil nutrient accumulation;environmental risk

時(shí)間:2016-08-0909:40DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.09.012

2015-02-23

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD15B04)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃資助項(xiàng)目(B12007)；中英農(nóng)業(yè)國(guó)際合作項(xiàng)目

蔡紅明(1989-),女,山東濰坊人,碩士,主要從事日光溫室水肥調(diào)控研究。E-mail：1002925743@qq.com

周建斌(1964-),男，陜西大荔人，教授，博士，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)及調(diào)控研究。E-mail:jbzhou@nwsuaf.edu.cn

S626.5

A

1671-9387(2016)09-0083-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160809.0940.024.html