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)。