張繼舟，于志民，王立民，呂品

（黑龍江省科學院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實驗室，哈爾濱150040）

東北黑土區(qū)設施栽培對土壤養(yǎng)分的影響
——以哈爾濱地區(qū)為例

張繼舟，于志民，王立民，呂品*

（黑龍江省科學院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國家地方聯(lián)合工程實驗室，哈爾濱150040）

設施蔬菜土壤養(yǎng)分是制約蔬菜生長及品質(zhì)的關鍵因子，迄今有關東北黑土區(qū)設施栽培對土壤養(yǎng)分的影響的研究鮮見報道。本研究以哈爾濱市為研究區(qū)，通過調(diào)查取樣，分析了黑土區(qū)設施蔬菜栽培土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)和pH的豐缺程度，比較了設施蔬菜土壤與露天蔬菜土壤的養(yǎng)分含量。結果表明：（1）設施蔬菜土壤的堿解氮含量處于虧缺狀態(tài)，其他土壤養(yǎng)分含量均處于高水平狀態(tài)。（2）哈爾濱市設施蔬菜土壤養(yǎng)分含量均較露地蔬菜土壤高。堿解氮、速效磷和速效鉀含量起初隨著設施使用年限的增加而增加，到第8年達到最大值，隨后開始降低。土壤有機質(zhì)的含量到第8年達到最大值，隨后開始降低。土壤pH隨設施使用年限的增加起初變化不大，到第8年明顯降低，達到最低值，之后又有所上升。（3）哈爾濱市區(qū)內(nèi)的設施蔬菜土壤速效磷含量高，外縣的設施蔬菜土壤堿解氮、速效鉀和有機質(zhì)含量高，郊區(qū)的設施蔬菜土壤堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質(zhì)的含量均最低。本項研究表明，設施栽培使哈爾濱地區(qū)土壤速效養(yǎng)分及有機質(zhì)含量發(fā)生明顯變化，且隨著地區(qū)不同而差異明顯，土壤養(yǎng)分含量隨設施使用年限而變化，使用8年的設施菜地土壤中pH值最低，堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質(zhì)含量最高。

東北黑土區(qū)；設施栽培土壤；設施使用年限；土壤養(yǎng)分

蔬菜的設施栽培是通過改善局部范圍環(huán)境，為其生長發(fā)育提供良好條件的生產(chǎn)技術。2012年中國蔬菜播種面積為2035.26萬公頃，總產(chǎn)量逾7.09億噸，人均占有量587.7公斤[1]。設施栽培在蔬菜生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，約占蔬菜總產(chǎn)值的40%[2]。在我國的北方寒冷地區(qū)，蔬菜的設施種植尤為重要，提高了蔬菜周年生產(chǎn)與均衡供應水平，縮小了蔬菜價格季節(jié)差，促進了農(nóng)民增收，已成為各地農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景，已在國民經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)日益重要的位置[3]。

東北黑土區(qū)是世界三大黑土區(qū)之一，是我國重要的商品糧和蔬菜生產(chǎn)基地，面積約3967.3萬公頃，分布在黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古的90個市縣（區(qū)）[4]。哈爾濱市位于東北黑土區(qū)的中部，是其典型市，對哈爾濱市設施蔬菜土壤養(yǎng)分的研究，能一定程度的反映東北黑土區(qū)的設施蔬菜土壤養(yǎng)分狀況。

從2006年起，哈爾濱市圍繞郊區(qū)“糧改菜”和“一圈兩帶”蔬菜產(chǎn)業(yè)布局，逐漸擴大蔬菜生產(chǎn)規(guī)模，現(xiàn)有設施面積栽培2萬公頃，產(chǎn)量達到15億公斤[5]。在哈爾濱，設施栽培能夠反季節(jié)生產(chǎn)蔬菜，早春時期蔬菜價格高，效益好。在早春2月，溫度低，光照少時，菜農(nóng)為了追求高產(chǎn)，使蔬菜速生、高產(chǎn)，大量施用化肥以促進蔬菜養(yǎng)分吸收。由于設施栽培獨特的水、氣、熱環(huán)境，導致養(yǎng)分在土壤表層大量富集，進而可能影響到蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[6，7]。

目前，我國對設施菜地土壤的研究主要集中在土壤鹽分的變化[8-12]和重金屬含量的變化[13-15]方面，對東北黑土區(qū)設施栽培對土壤養(yǎng)分的影響的研究鮮見報道。

本文對哈爾濱市所轄的11個區(qū)（市縣）進行了設施蔬菜土壤養(yǎng)分含量的研究，分析了設施栽培對哈爾濱市土壤養(yǎng)分的影響程度，結果可指明哈爾濱市設施蔬菜土壤養(yǎng)分隨時間和空間的變異現(xiàn)象，以期探明不同地區(qū)土壤養(yǎng)分含量的差異，指導設施蔬菜種植的科學與均衡施肥，為防治東北黑土區(qū)設施菜地土壤質(zhì)量退化提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與土地管理

哈爾濱市地處中國東北地區(qū)，黑龍江省南部（E125°42′-130°10′，N44°04′-46°40′）。氣候為中溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量569.1mm，四季分明，冬季1月平均氣溫約-19℃；夏季7月的平均氣溫約23℃。土壤以黑土和草甸黑土為主。本研究所采集的土壤類型為草甸黑土。

對研究區(qū)設施蔬菜的施肥種類、結構、用量及作物種植情況的調(diào)查表明，該區(qū)域主要以黃瓜、番茄等蔬菜輪作為主，種植方式與管理依據(jù)地區(qū)不同而不同，哈爾濱市區(qū)內(nèi)及郊區(qū)（雙城市、賓西縣、松北區(qū)、阿城區(qū)）有機肥施用的主要以雞糞為主，占施用量的70%以上，而五常市、巴彥縣、尚志市有機肥施用以牛糞為主，占施用量的80%以上。各區(qū)所使用的化肥種類大致相當，均是以氮磷鉀復合肥（N：P2O5：K2O=15：15：15）、磷酸二銨、尿素和硫酸鉀為主，其中復合肥和磷酸二銨占化肥用量的70%以上。近10年硫酸鉀的施用量大增，約為10年前的5倍之多。其中化肥年均投入量約9.1 t/（hm2·a），最高為26.9 t/（hm2·a），有機肥的平均施用量約195.1 t/（hm2·a）（以鮮重計）。相鄰的露天菜地的化肥用量平均約為2.8 t/（hm2·a），最高為6.7 t/（hm2·a），有機肥的平均施用量達到21.6 t/（hm2·a）（以鮮重計）?？梢娫O施蔬菜土壤的肥料投入遠大于露天蔬菜土壤，特別是有機肥的投入約為露天蔬菜土壤的10倍左右。

1.2 土壤樣品布設及采集

土壤樣品采集于2014年5月，在哈爾濱市的尚志市采集土壤樣品4個（其中設施土壤3個，露天菜地土壤1個），阿城區(qū)采集土壤樣品7個（其中設施土壤6個，露天菜地土壤1個），道外區(qū)采集土壤樣品5個（其中設施土壤4個，露天菜地土壤1個），香坊區(qū)采集土壤樣品10個（其中設施土壤8個，露天菜地土壤2個），道理區(qū)采集土壤樣品10個（其中設施土壤8個，露天菜地土壤1個），南崗區(qū)采集土壤樣品6個（其中設施土壤4個，露天菜地土壤2個），雙城市采集土壤樣品11個（其中設施土壤9個，露天菜地土壤2個），五常市采集土壤樣品10個（其中設施土壤8個，露天菜地土壤2個），賓縣采集土壤樣品5個（其中設施土壤4個，露天菜地土壤1個），巴彥縣采集土壤樣品6個（其中設施土壤5個，露天菜地土壤1個），松北區(qū)采集土壤樣品8個（其中設施土壤7個，露天菜地土壤1個）。其中種植年限3-16年不等?？偣膊杉O施土壤樣品65個，相鄰的露天菜地采集土壤樣品16個，總共81個土壤樣品。每一土樣按“之”字型7點混合而成，約1kg左右，樣品采集深度為0-20cm，采樣地點用GPS定位。

1.3 土壤樣品的處理與測定

將土壤樣品去除非土壤成分后風干，磨碎，先過0.841mm尼龍篩，部分儲存于磨口玻璃瓶，再過0.147mm尼龍篩，保存于自封袋中待測。

土壤有機質(zhì)的測定采用德國耶拿總碳氮分析儀（analytikjena multiN/C 2100S）測定；pH采用水土比為2.5：1，玻璃電極法測定；堿解氮采用堿解擴散法測定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提，比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提，火焰光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)計算與分析

用SPSS16.0軟件對土壤養(yǎng)分含量進行描述性統(tǒng)計，并進行不同地區(qū)養(yǎng)分含量的聚類分析，對不同地區(qū)和不同年限的土壤養(yǎng)分含量進行單因素方差分析（one-way ANOVA），用最小顯著差異法（LSD）法進行多重比較，顯著性水平設定為α=0.05；應用ArcGIS9.3軟件繪制采樣點位置圖。

2 結果與分析

2.1 設施土壤養(yǎng)分特征的描述性統(tǒng)計

設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量見表1?？芍獕A解氮的平均值為82mg/kg，最大值為最小值的3.7倍，處于虧缺狀態(tài)（與表2比較，下同）；速效磷的平均值為173mg/kg，最大值為最小值的14.1倍，處于豐富狀態(tài)；速效鉀的平均值為351mg/kg，最大值為最小值的8.2倍，處于豐富狀態(tài)；有機質(zhì)的平均值為36.99g/kg，最大值為最小值的4.7倍，處于高肥力水平；pH的平均值為6.67，最大值為最小值的1.2倍，處于中性水平。

比較設施蔬菜土壤與鄰近露天蔬菜土壤養(yǎng)分含量的平均值可知，設施蔬菜土壤的pH與露天蔬菜土壤的pH差異不顯著，其他養(yǎng)分含量均顯著高于相鄰的露天蔬菜土壤（P＜0.05）。

2.2 設施栽培地點對設施蔬菜土壤養(yǎng)分含量的影響

哈爾濱市不同地區(qū)設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量如圖1所示，可知，堿解氮的最高值（112mg/kg）出現(xiàn)在尚志市，最低值（63mg/kg）出現(xiàn)在南崗區(qū)，方差分析顯示，尚志市與香坊區(qū)差異不顯著，兩區(qū)與其他各區(qū)（市縣）比較差異顯著（P＜0.05），其他各區(qū)（市縣）之間差異不顯著；速效磷的最高值（229mg/kg）出現(xiàn)在香坊區(qū)，最低值（73mg/kg）出現(xiàn)在阿城區(qū)，方差分析顯示，香坊區(qū)、巴彥縣、尚志市、道里區(qū)與南崗區(qū)之間差異不顯著，香坊區(qū)與松北區(qū)之間差異顯著（P＜0.05），松北區(qū)與阿城區(qū)之間差異顯著（P＜0.05）；速效鉀的最高值（578mg/kg）出現(xiàn)在巴彥縣，最低值（227mg/kg）出現(xiàn)在香坊區(qū)，方差分析顯示，從含量第二高的道里區(qū)到含量最低的香坊區(qū)彼此之間差異不顯著，巴彥縣與五常市之間差異顯著（P＜0.05）；有機質(zhì)的最高值（52.90g/kg）出現(xiàn)在尚志市，最低值（24.45g/kg）出現(xiàn)在南崗區(qū)，方差分析顯示，尚志市與五常市之間差異不顯著，與其他各個區(qū)（市縣）之間差異顯著（P＜0.05），五常市、香坊區(qū)、巴彥縣之間差異不顯著，道外區(qū)與比之含量低的各區(qū)之間差異不顯著，香坊區(qū)與阿城區(qū)之間差異顯著（P＜0.05）；pH的最高值（6.99）出現(xiàn)在阿城區(qū)，最低值（6.42）出現(xiàn)在巴彥縣，方差分析顯示，阿城區(qū)與道外區(qū)和道里區(qū)之間差異不顯著，雙城市與比其含量低的各區(qū)（市縣）之間差異不顯著，五常市與香坊區(qū)之間差異顯著（P＜0.05）。

表1 哈爾濱市設施蔬菜土壤與露天菜地土壤的養(yǎng)分含量的描述性統(tǒng)計

表2 土壤養(yǎng)分含量的豐缺標準[16]

如圖2所示，將哈爾濱地區(qū)不同區(qū)（市縣）的土壤養(yǎng)分性狀進行聚類分析，把具有相似性狀的地點歸為一類，結果表明：道里區(qū)、南崗區(qū)、香坊區(qū)、道外區(qū)聚為一類，該類四個區(qū)屬于哈爾濱市區(qū)，稱為市區(qū)類；雙城市、賓西縣、松北區(qū)、阿城區(qū)聚為一類，該類四個區(qū)屬于哈爾濱郊區(qū)，稱為郊區(qū)類；五常市、巴彥縣、尚志市聚為一類，該類四個區(qū)屬于哈爾濱外縣，稱為外縣類。每一類中不同地點的肥力特征均受到相似的影響，其中第一類中土壤速效磷具有較高的含量；第二類中堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質(zhì)的含量均低于第一類和第三類；第三類中堿解氮、速效鉀和有機質(zhì)均高于其他兩類。可見設施栽培的地區(qū)差異影響了土壤的養(yǎng)分含量水平。

2.3 設施栽培時間對設施蔬菜土壤養(yǎng)分含量的影響

由圖3可知，堿解氮、速效磷和速效鉀含量起初隨著設施使用年限的增加而增加，到第8年達到最大值，隨后開始降低，設施使用第15、16年的土壤堿解氮含量較第6年有所下降，但是彼此之間未達到差異顯著水平，第15、16年的速效磷和速效鉀含量均較第6年有所下降，并且彼此之間達到差異顯著水平（P＜0.05）。

土壤有機質(zhì)的含量到設施使用第8年時達到最大值，隨后開始降低。設施使用第8年的土壤有機質(zhì)含量與其他年份土壤有機質(zhì)含量之間差異顯著（P＜0.05），設施其他年份與露天菜地土壤有機質(zhì)含量之間均達到差異顯著水平（P＜0.05）。

土壤pH值隨設施使用年限的增加起初變化不大，到第8年降低明顯，達到最低值，之后又有所上升。設施使用8年的土壤pH值與其他年份相比差異顯著（P＜0.05），其他年份之間均未達到差異顯著水平。

3 討論

本研究中哈爾濱市設施蔬菜土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀顯著高于露天蔬菜土壤，其原因主要是由于大量施用化肥和有機肥所致。有研究表明，設施蔬菜土壤的有機肥和化肥的施用量是露天菜地土壤的5倍之多，多年的大量肥料施用勢必造成土壤養(yǎng)分的累積[17]，這與本研究中的設施蔬菜土壤施肥量數(shù)倍于露天菜地土壤相符。

研究發(fā)現(xiàn)，設施蔬菜土壤有機質(zhì)、速效磷和速效鉀均處于高水平狀態(tài)，但堿解氮含量卻處于缺乏狀態(tài)。蔬菜生長需要適宜的土壤養(yǎng)分環(huán)境，超量和不足均對起產(chǎn)生負面影響，從而影響到蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明，氮素供應不足老葉褪綠脫落，植株矮小

產(chǎn)量低；氮素過多植株徒長易倒伏，成熟延后，抗逆性差。磷素不足植物代謝過程受阻，植株瘦小，延遲成熟，果實與種子小且不飽滿；磷素過多影響植株對其他元素的吸收，植物易患缺素癥。鉀素不足可使植物生長速率下降，抗逆性差，易倒伏，產(chǎn)生赤枯??；鉀素過多植物果實出現(xiàn)灼傷病和苦陷病，儲藏中易腐爛[18]。目前，化肥是土壤氮磷鉀素的主要來源[19]，有機肥亦可為土壤提供多種養(yǎng)分[20]，常與無機肥配合施用。在設施栽培中，菜農(nóng)大量施用化肥和有機肥致使土壤中養(yǎng)分大量積累。哈爾濱市設施蔬菜土壤原本處于氮素富集、磷鉀素缺乏狀態(tài)，故而研究者提出減氮、增磷鉀的施肥方案[21]，近10年來哈爾濱菜農(nóng)大量施用磷鉀肥，而減少氮肥的施用，故土壤中速效磷鉀處于含量極高的狀態(tài)，而速效的氮素含量出現(xiàn)了匱乏的狀態(tài)。因此，應定期進行測土施肥，以平衡土壤中的養(yǎng)分，使蔬菜健康的生長。

圖1 哈爾濱市不同地區(qū)設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量

續(xù)圖1哈爾濱市不同地區(qū)設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量

圖2 哈爾濱市不同地區(qū)設施土壤養(yǎng)分含量聚類圖

圖3 不同種植年限設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量

設施栽培具有施肥量大的特點，其養(yǎng)分的來源主要是有機和無機肥料。據(jù)調(diào)查，使用7年左右的設施地，會普遍出現(xiàn)作物生長不良、病害等問題，導致作物減產(chǎn)，這與土壤養(yǎng)分的積累密切相關[22]。由于設施栽培長期處于高集約化、高復種指數(shù)、高施肥量的生產(chǎn)狀態(tài)下，使土壤養(yǎng)分含量在初期便迅速累積，當含量累積到限制作物正常生長時，農(nóng)戶便會減少投入并采取揭棚、翻耕甚至閑置不用等一系列措施，使土壤條件改善。這恰好解釋了本研究中8年的設施蔬菜土壤養(yǎng)分含量的特殊性。

本文結果表明，阿城區(qū)和南崗區(qū)有機質(zhì)含量相對較低，而尚志市和五常市相對較高。一方面由于是阿城區(qū)和南崗區(qū)施用的有機肥80%以為是雞糞，雞糞在土壤中分解快不利于土壤有機質(zhì)的積累[23]，而尚志市和五常市施用牛糞的比例較大，特別是尚志市，牛糞的施用占有機肥的70%；另一方面可能是土壤本底值所致，尚志市和五常市屬山區(qū)，土壤有機質(zhì)含量本底就很高，故而致使目前有機質(zhì)含量處于高水平狀態(tài)。

續(xù)圖3不同種植年限設施蔬菜土壤的養(yǎng)分含量

4 結論

設施栽培使哈爾濱地區(qū)土壤速效養(yǎng)分及有機質(zhì)含量發(fā)生明顯變化，且隨著地區(qū)不同而差異明顯，土壤養(yǎng)分含量隨設施使用年限而變化，使用8年的設施菜地土壤中pH值最低，堿解氮、速效磷、速效鉀及有機質(zhì)含量最高。

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Effect of Greenhouse Cultivation on Soil Nutrients in Black Soil Region of Northeast China——A case study of Harbin, Heilongjing province,China

ZHANG Ji-zhou et al
(Institute of Natural Resources and Ecology,HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation,Harbin 150040,China)

The nutrient of greenhouse vegetable soil is a key factor that restricts the growth and quality of vegetables,so far about the effect of greenhouse cultivation on soil nutrients in black soil region of Northeast China are fresh.In this study, taking Harbin as the study area,abundance degree of alkali hydrolyzable nitrogen,available phosphorus,available potassium, pH value and organic matter of greenhouse vegetable cultivation soil in the black soil area were analyzed after field investigation, and comprised the content between greenhouse vegetable soil and open-air vegetable soil.The results showed that:(1)Soil alkali hydrolyzable nitrogen content was deficient,the other nutrients content were in a high level state.(2)The pH value of greenhouse vegetable soil is lower than open-air vegetable soil,while the other nutrients content of greenhouse vegetable soil is higher than open-airvegetablesoil.Thecontentofalkalihydrolyzable nitrogen,availablephosphorus,availablepotassiuminitially increased with the using time increased,reached a highest value in the eighth year,then decreased again.Soil organic matter content reached a highest value in the eighth year,then decreased again.Soil pH value changed little in the first few years after green houses began to be in service,while decreased to the lowest value obviousely in the eighth year,then increased again.(3)The content of available phosphorus was high in Harbin city,the content of alkali hydrolyzable nitrogen,available potassium and organic matter were high in Harbin county,while the content of alkalihydrolyzablenitrogen,availablephosphorus,available potassium and organic matter were low in the suburb of Harbin. This study shows that the soil available nutrients and organic matter content in Harbin region were significantly changed with the greenhouse cultivation,and there was significantly differences with regions changed.Soil pH was the lowest,while the other nutrients content were highest in the eighth year of greenhouse soil.

Black soil region of Northeast China; Greenhouse cultivation soil; Different cultivating years of greenhouse; Soil nutrition

S151.9+3

A

張繼舟（1980-），男，吉林省吉林人，碩士，副研究員，主要從事土壤環(huán)境的研究工作。

呂品（1975-），女，黑龍江哈爾濱人，副研究員，博士生，主要從事土壤環(huán)境的研究工作。

（2016-08-27收稿M編輯）

1003-7853（2016）05-0023-07

院所基本應用技術研究專項（STJB2015-4）；黑龍江省科學院科學基金項目；黑龍江省科技攻關項目（GC12C205）及黑龍江省科學院青年創(chuàng)新基金重點項目資助