天津市設(shè)施蔬菜土壤硝態(tài)氮狀況研究

程文娟,潘潔,呂雄杰,趙先勝,Christoph Poschenrieder,胡云才,Urs Schmidhalter

摘要：以天津市主要蔬菜產(chǎn)區(qū)為研究對(duì)象，通過分析大棚內(nèi)菜地耕層土壤及0～90 cm垂直分層土樣，研究蔬菜地氮肥污染現(xiàn)狀。結(jié)果表明，耕層土壤硝態(tài)氮積累量表現(xiàn)為薊縣>西青>靜海>北辰，且菜地土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的增加有遞減趨勢(shì)；蔬菜地土壤鹽分與土壤硝態(tài)氮含量之間呈極顯著的正相關(guān)；手持田間快速硝態(tài)氮測(cè)定儀對(duì)農(nóng)田測(cè)土施肥具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：天津； 土壤； 硝態(tài)氮；蔬菜；大棚

中圖分類號(hào)： S151.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2012.02.026

Current Soil NO3-N Status of Greenhouse Vegetable Cultivation in Tianjin

CHENG Wen-juan1, PAN Jie1, LV Xiong-jie2, ZHAO Xian-sheng2, Christoph Poschenrieder3, HU Yun-cai 3，Urs Schmidhalter3

(1.Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment, Tianjin 300192,China; 2.Institute of Information Science, Tianjin Academy of Agricultural Sciences, Tianjin 300192,China; 3. Technical University of Munich, Munich 81245,Germany)

Ａｂｓｔｒａｃｔ: Investigated current soil NO3-N status of greenhouse vegetable cultivation in Tianjin. Soil samples in depth of 0~90 cm were taken and soil NO3-N was analysized by using nitrate on-farm quick test method. The results showed a high soil NO3-N content in all invested regions. However, soil NO3-N content was highest in Jixian county and lowest in Beichen district. High soil nitrate accumulation indicates a tendency for a risk of nitrate leaching and may result in soil salinization.

Key words: Tianjin; soil; NO3-N; greanhouse vegetable

氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、葉綠素和許多酶的主要成分，硝態(tài)氮是蔬菜生長(zhǎng)的重要無(wú)機(jī)氮源之一，是植物能直接吸收利用的氮素，也是旱作地區(qū)土壤主要的氮素形態(tài)[1]。植物所需的氮素養(yǎng)分基本來源于土壤，作物種植過程中增施氮肥，可保障植物健壯生長(zhǎng)，利于植物合成較多的蛋白質(zhì)，促進(jìn)細(xì)胞的分裂和增長(zhǎng)，增大植物葉面積，增強(qiáng)光合作用。然而，如果過量施入氮肥，則會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分累積，肥料利用率降低，對(duì)土壤及淺地下水環(huán)境造成污染。尤其是設(shè)施蔬菜地常采用大水漫灌、過量施肥的管理方式，使土壤發(fā)生連作障礙、次生鹽漬化、養(yǎng)分不平衡、病蟲害頻發(fā)等問題[2]。

在荷蘭、芬蘭等歐洲國(guó)家，氮素平衡是表征農(nóng)田土壤氮素淋洗的指標(biāo)[3]。近年來，中國(guó)對(duì)設(shè)施土壤養(yǎng)分、農(nóng)田灌溉水質(zhì)和土壤環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查及研究中都以硝酸鹽含量作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。很多研究都表明，一定深度土壤硝態(tài)氮含量可以反映土壤供氮能力，能夠有效指導(dǎo)生產(chǎn)中氮肥的合理施用[4-6]。天津市近年來大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，氮肥過量施用問題越來越突出，為保證市民的食品安全，實(shí)現(xiàn)天津農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)設(shè)施土壤環(huán)境質(zhì)量重要影響因素——氮素進(jìn)行研究就顯得十分必要，同時(shí)，調(diào)查研究設(shè)施土壤中硝態(tài)氮的含量現(xiàn)狀，對(duì)指導(dǎo)天津主要蔬菜種植區(qū)合理施肥也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

天津位于東經(jīng)116°43'~118°04'，北緯38°34'~40°15'，地處華北平原東北部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大部分被新生代沉積物覆蓋。地勢(shì)以平原和洼地為主，北部有低山丘陵，海拔由北向南逐漸下降[7]。土壤主要有山地棕壤、山地淋溶褐土、褐土、潮土、沼澤土、水稻土、鹽土等7類[8]。天津的年平均氣溫為11.6～13.9 ℃，年平均降水量在360～970 mm（1949—2010年），平均值600 mm左右。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2010年9月1日—10月25日，采集天津市靜海縣、西青區(qū)、北辰區(qū)、薊縣4個(gè)主要蔬菜種植區(qū)內(nèi)設(shè)施蔬菜土壤樣品。每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集0~30 cm、30~60 cm、60~90 cm3個(gè)層次土壤樣品。同時(shí)選取棚齡為10年以上的蔬菜大棚，主要采集0~30 cm耕層土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)定。以田間調(diào)查為基礎(chǔ)，用RQ easy（田間快速測(cè)定儀）調(diào)研土壤硝態(tài)氮含量，同時(shí)摸索快速測(cè)定土壤硝態(tài)氮方法的可行性。調(diào)查點(diǎn)基本情況詳見表1。

1.3樣品采集及測(cè)定

土壤樣品的采集方法對(duì)分析結(jié)果和評(píng)價(jià)影響很大，采樣時(shí)的誤差往往比分析的測(cè)定誤差更大。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取能真實(shí)反映土壤狀況的地塊布設(shè)采樣點(diǎn)。同一采樣地點(diǎn)在不同方位上選擇5～10個(gè)點(diǎn)采樣并混合均勻。在每個(gè)采樣點(diǎn)上取深度0～90 cm的土樣。按土壤層次垂直向下切取土壤（0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm），采樣完畢后將各層的土樣混合均勻。采樣土量1 kg左右，裝入密封塑料袋，用加冰保溫盒冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室，放入冰箱冷凍保存、待測(cè)。

測(cè)定土樣的含水量以便按烘干土為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。在百分之一的天枰上稱取混合均勻的新鮮土樣20～30 g，在105 ℃下烘4～5 h，干燥至恒質(zhì)量，計(jì)算含水量[4]。

EC的測(cè)定：按土水比1∶5配制土壤飽和浸提液,采用DDS-307型電導(dǎo)率儀測(cè)定土壤EC值。

用RQ easy 測(cè)定儀測(cè)定土樣的硝態(tài)氮含量。其特點(diǎn)為田間快速檢測(cè)，監(jiān)測(cè)方法稱取混勻好的新鮮土壤樣品50 g放入振蕩瓶中，按水土比1∶1加去離子水，震蕩30 min，RQ easy 快速測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2結(jié)果與分析

2.1 主要蔬菜種植區(qū)耕層土壤硝態(tài)氮含量及對(duì)土壤EC值的影響

通過對(duì)西青區(qū)及靜?？h被調(diào)查耕層土樣硝態(tài)氮含量的分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，西青區(qū)土壤中硝酸鹽含量要高于靜海縣。從圖1可看出，西青區(qū)土壤硝態(tài)氮含量主要集中在50～160 mg·kg-1，靜?？h土壤硝態(tài)氮含量主要集中在30～120 mg·kg-1。硝態(tài)氮含量的明顯差異，主要因素是農(nóng)民施肥習(xí)慣及施肥量多導(dǎo)致。西青區(qū)及靜?？h土壤EC值與土壤中硝態(tài)氮含量均呈正相關(guān)，靜?？h相關(guān)性較西青區(qū)高。

2.2不同地區(qū)土壤剖面層次硝態(tài)氮和EC值變化

土層0~30 cm土壤EC值表現(xiàn)為北辰>靜海>薊縣>西青，土層30~60 cm及60~90 cm土壤EC值表現(xiàn)為北辰>靜海>西青>薊縣。調(diào)查地區(qū)土壤剖面土層硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為0~30 cm>30~60 cm>60~90 cm；整體土壤硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為：薊縣>西青>靜海>北辰（圖2）。菜地土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的增加有遞減趨勢(shì)，這與多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果一致[10-12]。在設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)，高溫季節(jié)土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，深層土壤硝態(tài)氮隨水分上移,導(dǎo)致大棚土壤硝態(tài)氮表聚現(xiàn)象嚴(yán)重。

通過土壤硝態(tài)氮含量計(jì)算土體硝態(tài)氮含量后得知，薊縣0~30 cm、30~60 cm、60~90 cm土層硝態(tài)氮平均含量達(dá)487.67，419.92 ，371.38 kg·hm-2，較北辰相同特征硝態(tài)氮含量高出近30%（表2）。這可能是農(nóng)戶為了使蔬菜高產(chǎn)，大量施用化肥，特別是氮肥，從而引起土壤中氮肥過剩、積累的結(jié)果。

2.3 不同種植年限蔬菜大棚硝態(tài)氮含量

靜?？h15個(gè)種植棚齡在10~20年的蔬菜大棚耕層土壤硝態(tài)氮平均含量為73.13 mg·kg-1，EC平均值為1.533 ms·cm-1；8個(gè)種植棚齡在20年以上的蔬菜大棚土壤硝態(tài)氮平均含量為84.50 mg·kg-1，EC平均值為1.73 ms·cm-1。已有研究表明，蔬菜大棚土壤硝態(tài)氮積累迅速，隨著大棚使用年限的增加會(huì)逐年提高[13-14]。

3結(jié)論與討論

（1）抽樣調(diào)查天津市60個(gè)蔬菜大棚耕層（0~30 cm）土壤硝態(tài)氮含量，結(jié)果表明，土壤硝態(tài)氮平均含量均較高：薊縣（487.67 kg·hm-2）>西青（329.85 kg·hm-2）>靜海（288.92 kg·hm-2）>北辰（188.14 kg·hm-2）。通過數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，4個(gè)調(diào)查區(qū)域內(nèi)大棚的施肥量遠(yuǎn)大于大田作物獲得較高產(chǎn)量的“平均適宜施氮量”(N 150~180 kg·hm-2)，所以減少氮肥的施用不會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成明顯影響，可建議農(nóng)戶減少氮肥施用量。

當(dāng)施氮量超過作物最高產(chǎn)量所需氮量時(shí)，增施氮肥能夠引起土壤硝態(tài)氮的大量淋失，威脅菜地良好的生態(tài)環(huán)境。合理施用復(fù)合氮肥和配施磷肥以及有機(jī)肥都可以降低土壤硝態(tài)氮的淋溶損失，增加作物對(duì)土壤硝態(tài)氮的吸收，大幅減少硝態(tài)氮的累積?？焖傧寥婪e累的硝態(tài)氮,可以提高蔬菜地土壤質(zhì)量。

（2）研究結(jié)果表明，蔬菜地土壤鹽分與土壤硝態(tài)氮含量之間呈顯著的正相關(guān)，天津市西青區(qū)及靜?？h主要菜區(qū)大棚土壤電導(dǎo)率與土壤硝態(tài)氮含量之間的相關(guān)系數(shù)為0.281 5(西青n=38)，0.4877（靜海n=38）。蔬菜種植大棚剖面土層硝態(tài)氮含量均表現(xiàn)為0~30 cm>30~60 cm>60~90 cm，菜地土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的增加有遞減趨勢(shì)。

（3）試紙條-反射儀法是目前比較流行的快速、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的硝酸鹽測(cè)定技術(shù)，手持田間快速硝態(tài)氮測(cè)定儀對(duì)農(nóng)田測(cè)土施肥具有一定的指導(dǎo)作用。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤硝態(tài)氮檢測(cè)工作重視程度的提高，產(chǎn)生了很多土壤硝態(tài)氮的測(cè)定方法，測(cè)定方法的不統(tǒng)一，極大地影響到數(shù)據(jù)分析及技術(shù)指導(dǎo)等重要研究的開展和推進(jìn)，需進(jìn)一步加以解決。

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