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        山東省淄博市臨淄區(qū)設(shè)施蔬菜土壤地力及其重金屬積累變化分析

        2022-11-18 12:50:04王坤春許苗苗張志永魏凡凱白京波王學(xué)智張敬智
        農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2022年25期
        關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)

        李 洋,王坤春,許苗苗,張志永,王 琦,魏凡凱,白京波,王學(xué)智,張敬智*

        (1.臨淄區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心,山東淄博 255400;2.臨淄區(qū)政務(wù)服務(wù)中心,山東淄博 255400;3.山東思遠(yuǎn)農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司,山東淄博 255000)

        山東省淄博市臨淄區(qū)是重要的設(shè)施蔬菜產(chǎn)區(qū),自20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始發(fā)展蔬菜大棚,全年播種面積在10 萬(wàn)畝以上,以種植西葫蘆、番茄為主。由于設(shè)施土壤常處于半封閉狀態(tài)下,溫濕度高,水分蒸發(fā)量大,缺少雨水淋洗,土地利用頻率高,菜農(nóng)往往只考慮增產(chǎn),普遍存在施肥過(guò)多,殺蟲(chóng)劑和殺菌劑使用不合理等問(wèn)題。隨著設(shè)施使用年限的延長(zhǎng),生產(chǎn)上便會(huì)出現(xiàn)作物生長(zhǎng)不良、病害嚴(yán)重等問(wèn)題。本文以臨淄區(qū)不同種植年限的大棚土壤為研究對(duì)象,了解蔬菜大棚土壤養(yǎng)分與重金屬變化情況,以期為大棚蔬菜種植的可持續(xù)生產(chǎn)提供參考。

        材料與方法

        樣品采集

        2020 年對(duì)不同種植年限的237 個(gè)蔬菜大棚進(jìn)行取樣,采樣大棚分布在主要蔬菜種植區(qū)不同鎮(zhèn)、村,基本代表了本地區(qū)蔬菜大棚種植年限分布。由于2015 年蔬菜價(jià)格較好,2016 年是本地建棚高峰,種植年限4~6 年棚占比最高,達(dá)到45%,其后由于本地區(qū)蔬菜種植區(qū)已無(wú)大片空地,蔬菜大棚數(shù)量增長(zhǎng)緩慢,種植年限1~3年棚僅占比10%,不同種植年限樣品占比不同主要由于不同年份大棚建設(shè)數(shù)量不同所導(dǎo)致。采用“S”法取土,每個(gè)設(shè)施大棚樣品均由5 點(diǎn)混合而成(表1)。

        表1 采集樣品情況

        分析項(xiàng)目及測(cè)定方法

        測(cè)定項(xiàng)目包括大量元素(全氮、水解性氮、有效磷、速效鉀)、中量元素(有效硫、交換性鈣、交換性鎂)、微量元素(有效硼、有效鉬、有效銅、有效鐵、有效錳、有效鋅)、污染物(汞、鉛、鎘、鉻、銅、鋅、砷)。養(yǎng)分測(cè)定根據(jù)常規(guī)分析方法[1],污染物測(cè)定根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》 GB 15618-2018[2]。

        數(shù)據(jù)分析

        數(shù)據(jù)分析采用 Excel 和SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

        結(jié)果與分析

        大量元素及有機(jī)質(zhì)含量

        在作物干物質(zhì)組分中,氮、磷、鉀的含量大于百分之一,稱(chēng)為大量元素,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)增加作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)和提高土壤肥力都有著重要作用。土壤中的氮素絕大多數(shù)是以有機(jī)態(tài)存在的,有機(jī)態(tài)氮素在耕作等一系列條件下,經(jīng)過(guò)土壤微生物的礦化作用,轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)氮供作物吸收利用。土壤中有機(jī)態(tài)氮與無(wú)機(jī)態(tài)氮的總和稱(chēng)土壤全氨。土壤氮素絕大部分來(lái)自有機(jī)質(zhì),通過(guò)相關(guān)性分析,土壤全氮含量與有機(jī)質(zhì)含量極顯著相關(guān)(r=0.996,n=7)。土壤中的全氮含量代表著土壤氮素的總貯量和供氮潛力。通過(guò)圖1 可看出,隨著棚齡增長(zhǎng),土壤全氮含量及有機(jī)質(zhì)含量不斷增加。根據(jù)全國(guó)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),棚齡1~3 年時(shí)土壤全氮含量處于中上級(jí)別(1.00~1.50 g/kg),棚齡4~15 年時(shí)處于高級(jí)別(1.50~2.00 g/kg)(圖2)。棚齡1~6 年時(shí)有機(jī)質(zhì)含量為中上級(jí)別(20.00~30.00 g/kg),棚齡7~15 年時(shí)處于高級(jí)別(30.00~40.00 g/kg)(表2)。

        圖1 不同種植年限土壤有機(jī)質(zhì)含量變化

        圖2 不同種植年限土壤全氮含量變化

        表2 不同種植年限土壤大量元素及有機(jī)質(zhì)含量

        不同棚齡蔬菜大棚水解性氮含量范圍在255.29~379.78 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡10~12 年時(shí),含量最高(圖3)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤有效氮含量均處于極高級(jí)別(>150.00 mg/kg)。

        圖3 不同種植年限土壤水解性氮含量變化

        不同種植年限土壤有效磷含量范圍在267.86~410.31 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡13~15 年時(shí),含量最高(圖4)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤有效磷含量均處于極高級(jí)別(>40.00 mg/kg)。

        圖4 不同種植年限土壤有效磷含量變化

        不同種植年限土壤速效鉀含量范圍在532.78~806.50 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡13~15 年時(shí),含量最高(圖5)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤速效鉀含量均處于極高級(jí)別(>200.00 mg/kg)。

        圖5 不同種植年限土壤速效鉀含量變化

        中量元素含量

        中量元素,是指作物生長(zhǎng)過(guò)程中需要量次于氮、磷、鉀而高于微量元素的營(yíng)養(yǎng)元素。中量元素一般占作物體干物重的0.1%~1%,通常指鈣、鎂、硫三種元素(表3)。

        表3 不同棚齡土壤中量元素含量

        不同棚齡有效硫含量在范圍在168.21~220.09 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí)有效硫含量最低,棚齡13~15 年時(shí),有效硫含量最高(圖6)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤有效硫均含量均處于高級(jí)別(>100 mg/kg)。

        圖6 不同種植年限土壤有效硫含量變化

        不同棚齡交換性鈣含量在范圍在15728.53~20163.87 mg/kg,棚齡7~9 年時(shí)交換性鈣含量最低,棚齡13~15 年時(shí),交換性鈣含量最高(圖7)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤交換性鈣均含量均處于高級(jí)別(>4000 mg/kg)。

        圖7 不同種植年限土壤交換性鈣含量變化

        不同棚齡交換性鎂含量在范圍在690.63~1020.60 mg/kg,種植時(shí)間越長(zhǎng),土壤中交換性鎂含量越高(圖8)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],所有棚齡土壤交換性鎂均含量均處于高級(jí)別(>600 mg/kg)。

        圖8 不同種植年限土壤交換性鎂含量變化

        微量元素含量

        不同棚齡土壤微量元素含量見(jiàn)表4。不同棚齡有效硼含量在范圍在1.11~ 1.55 mg/kg,種植時(shí)間越長(zhǎng),有效硼含量越高(圖9)。根據(jù)根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],均處于較高級(jí)別(1~2 mg/kg)。

        表4 不同棚齡土壤微量元素含量

        圖9 不同種植年限土壤有效硼含量變化

        不同棚齡有效鉬含量在范圍在0.20~0.24 mg/kg,種植時(shí)間越長(zhǎng),有效硼含量越高(圖10)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],均處于較高級(jí)別(0.2~0.3 mg/kg)。

        圖10 不同種植年限土壤有效鉬含量變化

        不同棚齡有效銅含量在范圍在3.41~6.78 mg/kg,種植時(shí)間越長(zhǎng),有效銅含量越高(圖11)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],均處于高級(jí)別(>3 mg/kg)。

        圖11 不同種植年限土壤有效銅含量變化

        不同棚齡有效鐵含量在范圍在20.05~25.34 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡10~12 年時(shí),含量最高(圖12)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],均處于較高級(jí)(20~40 mg/kg)。

        圖12 不同種植年限土壤有效鐵含量變化

        不同棚齡有效錳含量在范圍在16.16~27.35 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低。棚齡7~9 年時(shí),含量最高(圖13)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],棚齡1~3 年時(shí)處于中級(jí)(10~15 mg/kg),棚齡4~15 年時(shí)年以上處于較高級(jí)(15~30 mg/kg)。

        圖13 不同種植年限土壤有效錳含量變化

        不同棚齡有效鋅含量在范圍在13.17~25.59 mg/kg,種植時(shí)間越長(zhǎng),有效鋅含量越高(圖14)。根據(jù)第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3],均處于高級(jí)別(>3 mg/kg)。

        圖14 不同種植年限土壤有效鋅含量變化

        重金屬及砷含量

        不同棚齡土壤重金屬及砷含量見(jiàn)表5。不同棚齡汞含量在范圍在0.04~0.06 mg/kg,與棚齡沒(méi)有明顯規(guī)律(圖15)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),均未超過(guò)限值(0.30 mg/kg)。

        表5 不同棚齡土壤重金屬及砷含量

        圖15 不同種植年限土壤汞含量變化

        不同棚齡砷含量在范圍在9.29~10.24 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡13~15 年時(shí),含量最高(圖16)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(25 mg/kg)。

        圖16 不同種植年限土壤砷含量變化

        不同棚齡鉛含量在范圍在18.82~21.41 mg/kg,棚齡4~6 年時(shí),含量最低(圖17);棚齡1~3年時(shí),含量最高。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(50 mg/kg)。

        圖17 不同種植年限土壤鉛含量變化

        不同棚齡鎘含量在范圍在0.09~0.14 g/kg,鎘含量隨著棚齡的增加而增加(圖18)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(0.30 mg/kg)。

        圖18 不同種植年限土壤鎘含量變化

        不同棚齡鉻含量在范圍在73.80~83.62 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡13~15 年時(shí),含量最高(圖19)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(200 mg/kg)。

        圖19 不同種植年限土壤鉻含量變化

        不同棚齡銅含量在范圍在29.75~37.42 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡13~15 年時(shí),含量最高(圖20)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(100 mg/kg)。

        圖20 不同種植年限土壤銅含量變化

        不同棚齡鋅含量在范圍在111.20~134.48 mg/kg,棚齡1~3年時(shí),含量最低;棚齡10~12 年時(shí),含量最高(圖21)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(250 mg/kg)。不同棚齡鎳含量在范圍在33.40~39.29 mg/kg,棚齡1~3 年時(shí),含量最低;棚齡7~9 年時(shí),含量最高(圖22)。根據(jù)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4],均未超過(guò)限值(50 mg/kg)。

        圖21 不同種植年限土壤鋅含量變化

        圖22 不同種植年限土壤鎳含量變化

        結(jié)論與討論

        有機(jī)質(zhì)與大量元素含量

        曹文超等[5]人研究認(rèn)為設(shè)施菜地土壤氮、磷、鉀的含量隨著種植年限的延長(zhǎng)而不斷升高。本研究與前人研究結(jié)果基本一致,土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量隨著種植年限的延長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)明顯。根據(jù),所有階段水解性氮、有效磷、速效鉀含量均處于極高級(jí)別,說(shuō)明本地區(qū)菜農(nóng)速效化肥使用量偏多。

        土壤中高累積量的速效氮很容易隨水流進(jìn)入水體環(huán)境引起水體富營(yíng)養(yǎng)化,速效氮中的硝態(tài)氮累積也是構(gòu)成土壤鹽漬化的成因之一。磷素很容易受到化學(xué)固定作用,大部分以閉蓄態(tài)形式累積在土壤中,當(dāng)土壤磷素積累到一定程度,淋失強(qiáng)度就會(huì)迅速增加。土壤中大量鉀元素的累積不僅造成鉀肥浪費(fèi),還會(huì)導(dǎo)致土壤產(chǎn)生次生鹽漬化。因此,應(yīng)積極采取措施控制氮、磷、鉀的投入,通過(guò)推廣測(cè)土配方施肥精準(zhǔn)施肥,引導(dǎo)農(nóng)戶(hù)科學(xué)合理施肥。

        中量及微量元素含量

        由于本地農(nóng)戶(hù)普遍用石灰改良土壤,導(dǎo)致土壤中交換性鈣含量較高。有效硫含量總體水平較豐富,個(gè)別地塊含量較低,對(duì)土壤有效硫豐富的土壤,應(yīng)嚴(yán)格控制硫酸鉀等含硫肥料的使用,可選擇硝酸鉀作為主要鉀肥;對(duì)缺硫或潛在缺硫的土壤,可適當(dāng)選擇含硫肥料的使用。在種植不到3 年的部分土壤存在缺鎂,可根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)補(bǔ)充。

        有效硼、有效鉬、有效銅、有效鋅含量隨種植年限增長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)明顯,有效鐵、有效錳含量與種植年限的相關(guān)性不明顯。本地區(qū)部分土壤存在缺錳,可根據(jù)土壤檢測(cè)結(jié)果適當(dāng)補(bǔ)充。

        污染物含量

        本試驗(yàn)中,所有檢測(cè)樣本重金屬及砷含量均未超過(guò)溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]限值,說(shuō)明本地區(qū)設(shè)施蔬菜土壤污染風(fēng)險(xiǎn)不高。但銅及鎘含量隨著種植年限增長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)明顯。研究表明農(nóng)用化肥尤其是磷肥中鎘含量較高,而且磷肥中的鎘超過(guò)80% 會(huì)保留在土壤中磷肥中,因此推測(cè)本地區(qū)鎘主要來(lái)自于磷肥[6]。對(duì)于種植年限較長(zhǎng)的蔬菜大棚土壤應(yīng)重視鎘、銅的檢測(cè),保證其符合標(biāo)準(zhǔn)。

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