設(shè)施菜地土壤pH值與磷素變化特征研究

徐步洲，余婉霞，高和鳳，周開來，尹維文

（武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430070）

設(shè)施菜地在我國已有幾十年發(fā)展歷史，其良好的經(jīng)濟效益越來越受廣大菜農(nóng)的青睞，據(jù)統(tǒng)計，全國設(shè)施菜地的面積達到了總菜地面積的14%[1]。但是，種植者由于缺乏專業(yè)的種植管理知識，一味追求高產(chǎn)，盲目且大量的施肥造成了土壤的酸化、磷素過量累積和淋溶等問題。前人研究表明：杭州市設(shè)施菜地土壤的pH值介于4.8～7.8，其中30%的pH值小于5.5[2]；哈爾濱市5、10、20 a的設(shè)施菜地土壤pH值分別降低0.01、0.16、0.44[3]；安徽10 a黃潮土設(shè)施菜地土壤表層（0～5 cm）全磷含量為1.9 g/kg，比糧田土壤增加153.85%[4]；山東壽光設(shè)施菜地土壤速效磷含量為露天菜地的13.4倍，具有明顯的累積現(xiàn)象，并與棚齡有顯著正相關(guān)性[5]，且土壤磷素淋失到了剖面40 cm深度以下[6]。

武漢東西湖區(qū)石榴紅村設(shè)施菜地屬于我國典型的新型特色旅游蔬菜示范基地，近年來發(fā)展迅速，但最近調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其設(shè)施菜地存在施肥不合理、復(fù)種過于頻繁等問題，造成許多大棚蔬菜出現(xiàn)菜根壞死，減產(chǎn)的現(xiàn)象。因此，對該地區(qū)設(shè)施菜地的土壤pH值和磷素變化規(guī)律進行研究，有利于更深入地了解設(shè)施菜地的土壤質(zhì)量，為合理施肥，提高磷肥的利用效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢市東西湖區(qū)石榴紅村設(shè)施菜地位于武漢城郊（30°53′N，114°09′E），靠近漢江，屬于平原地帶，地下水位較低，土壤類型為砂質(zhì)土。現(xiàn)有大棚面積約66.67 hm2，以鋼棚為主，并有少量竹棚，種植的果蔬種類有草莓、豆角、黃瓜、茄子、辣椒、西紅柿等。設(shè)施菜地一般在9月底覆膜育種，次年3～5月揭膜。主要施用的肥料為豆餅、豬糞、碳銨、磷肥和復(fù)合肥等。

1.2 采樣方法

土樣采集時間：2011年11月。采集方法：根據(jù)區(qū)域大小，有代表性地選取露天菜地，以及1～2 a、3～5 a和10 a設(shè)施菜地各10塊；同時選取其中一塊10 a設(shè)施菜地和露天菜地在垂直剖面上按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm深度分別取樣。除剖面土樣外，其它土樣在采集時每塊地按照網(wǎng)格布點法選取10個點，每個點在0～20 cm深度采集約300 g土后混勻裝袋。所有新鮮土樣先全部過10目篩，然后選取過篩后的土壤的1/3放入冰箱冷藏，另外2/3讓其自然風(fēng)干；隨后分別過20目和100目篩，按照4分法混勻并去掉多余土壤。統(tǒng)一測定其pH值、總磷、速效磷和微生物量磷等指標(biāo)。

1.3 分析方法

pH值、總磷和速效磷的測定均采用鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[7]中的方法：其中pH值采用水土比2.5:1測定；總磷采用HClO4—H2SO4消解后，鉬梯抗顯色分光光度法測定；速效磷測定用pH值為8.50，0.5mol/LNaHCO3溶液作為提取劑，在200 r/s的轉(zhuǎn)速下進行震蕩提取30 min，最后進行分光光度計分析。微生物量磷的測定采用吳金水的氯仿熏蒸提取法[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年限設(shè)施菜地土壤pH值和磷素的變化

不同年限設(shè)施菜地的土壤pH值在6.79～7.13之間（表1），比露天菜地低0.12～0.46；1～2 a的設(shè)施菜地最低，且隨著年限增加，土壤pH值呈上升趨勢，但相互差異不顯著。設(shè)施菜地土壤總磷和速效磷含量分別為1.93～2.64 g/kg和131.33～198.18 mg/kg，分別高于露天菜地0.40～1.11 g/kg和15.53～82.38 mg/kg，且隨年限增長積累明顯，10 a設(shè)施菜地的總磷和速效磷分別為露天菜地的1.73倍和1.71倍。設(shè)施菜地土壤微生物量磷含量在30.61～46.66mg/kg之間，其中1～2 a和3～5 a設(shè)施菜地土壤微生物磷含量相近并略低于露天菜地，三者之間的差異不顯著，10 a設(shè)施菜地其含量最高，為露天菜地的1.42倍。設(shè)施菜地土壤微生物量磷/總磷在1.33%～2.75%之間，低于露天菜地的3.12%，且隨年限增加先上升后下降。

表1 不同年限設(shè)施菜地土壤pH值和磷含量

2.2 設(shè)施菜地土壤pH值和磷素含量的剖面變化

圖1 設(shè)施菜地土壤pH值的垂直變化規(guī)律

圖2～圖4顯示：設(shè)施菜地土壤總磷、速效磷和微生物量磷含量的變化基本相似，均在0～20 cm到60～80 cm層隨深度增加下降。在0～20 cm的土層中，設(shè)施菜地的總磷含量約是露天菜地的2倍以上，微生物量磷的差異也接近1倍。但這些差異隨著土層深度的增加而逐漸減小，在距地表約70 cm深處，各項磷素指標(biāo)都接近0。

圖2 設(shè)施菜地土壤總磷的垂直變化規(guī)律

圖3 設(shè)施菜地土壤速效磷的垂直變化規(guī)律

圖4 設(shè)施菜地土壤微生物量磷的垂直變化規(guī)律

2.3 設(shè)施菜地土壤pH值和磷素間的相關(guān)性分析

速效磷作為磷素的有效部分，對了解土壤磷的利用效率，指導(dǎo)合理施肥具有重要的生產(chǎn)意義。如圖5所示，設(shè)施菜地土壤速效磷含量與總磷含量具有顯著的正相關(guān)性（R2=0.519 7，n=24），與微生物量磷含量無顯著相關(guān)性（圖6）。這表明，施磷肥仍可以提高當(dāng)前設(shè)施菜地土壤中有效磷的含量。設(shè)施菜地土壤速效磷與pH值沒有明顯的相關(guān)性（圖7）。這可能是pH值較穩(wěn)定，變化幅度不大，對速效磷含量的影響較小。

圖5 設(shè)施菜地土壤速效磷和總磷的相關(guān)性

圖6 設(shè)施菜地土壤速效磷和微生物量磷的相關(guān)性

3 小結(jié)與討論

3.1 設(shè)施菜地土壤pH值的變化規(guī)律

圖7 設(shè)施菜地土壤速效磷和pH值的相關(guān)性

不同年限設(shè)施菜地土壤pH值在6.79～7.13之間，比露天菜地低0.12～0.46，1～2 a的最低，并隨著年限增長有一定的上升，但相互之間的差異不顯著。據(jù)了解，本實驗區(qū)的設(shè)施菜地都是由露天菜地改造而成的，1～2 a的設(shè)施菜地往往會投入大量的肥料，如尿素、硫酸銨、硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀和硝酸銨等，這些肥料在土壤中溶解后生成SO42-、NO3-、Cl-，導(dǎo)致了土壤pH值下降[9]。但隨年限的增長，依靠單獨施用無機肥已不能明顯地增產(chǎn)時便采用有機肥和無機肥配施，使土壤pH值出現(xiàn)了一定的上升。

3.2 設(shè)施菜地土壤磷素的變化規(guī)律

設(shè)施菜地土壤總磷和速效磷含量均高于露天菜地，按照菜地土壤總磷和速效磷含量水平的分級標(biāo)準(zhǔn)[10]，研究區(qū)設(shè)施菜地土壤磷已過量，屬于較高水平，并且隨年限增加有一定的上升，其中10 a設(shè)施菜地土壤中總磷和速效磷含量分別為露天菜地的1.73和1.71倍。這與陳安磊等[11]的研究結(jié)果相似。設(shè)施菜地土壤微生物量磷含量在3～5 a內(nèi)隨年限的增長變化不明顯，但10 a設(shè)施菜地有所上升，這可能與土壤微生物的適應(yīng)性有關(guān)。微生物量磷在土壤中受一系列環(huán)境因素的影響，且非常敏感。有文獻報道磷肥的投入可提高速效磷的含量，還能促進更多的磷同化到微生物體內(nèi)[11]。但在本研究中，設(shè)施菜地土壤微生物量磷含量并沒有因為總磷的增加而上升，對比露天菜地反而出現(xiàn)下降，這可能因為設(shè)施菜地在前期頻繁地翻耕和復(fù)種破壞了土壤孔隙和團聚體結(jié)構(gòu)，微生物無法適應(yīng)土壤新的環(huán)境而繁殖力下降。10 a設(shè)施菜地微生物量磷含量上升則由于微生物對土壤環(huán)境已經(jīng)適應(yīng)，但是微生物量磷/總磷卻出現(xiàn)下降，這說明一味地施磷并不能按比例地增加土壤微生物量磷的含量。

3.3 設(shè)施菜地土壤pH值和磷素的垂直變化規(guī)律

設(shè)施菜地土壤pH值在垂直剖面0～20 cm層到60～80 cm層隨土層深度增加而上升，從60～80 cm層到80～100 cm層趨于穩(wěn)定，并且在0～100 cm層上均低于露天菜地。這與張乃明等[12]的研究結(jié)果相似。這可能是由于設(shè)施菜地中肥料在土壤表層堆積，而部分酸根離子向下遷移，因此土壤pH值呈現(xiàn)上低下高并且低于露天菜地的規(guī)律。設(shè)施菜地土壤不同形態(tài)的磷在不同深度剖面上均隨深度增加而其含量下降，高于露天菜地，并在剖面深層趨于穩(wěn)定和露天菜地相近。這可能由于設(shè)施菜地土壤含磷肥料集中在表層，由于缺少雨水的淋洗，難以向下遷移，在高溫的環(huán)境下，水分蒸發(fā)量較大，深層土壤的磷素更容易被帶到表層，因此呈現(xiàn)上高下低的規(guī)律。而60～100 cm層土壤中磷素受肥料影響較小，在露天菜地和設(shè)施菜地土壤中含量都很低，幾乎接近于0，也較為穩(wěn)定。

3.4 設(shè)施菜地土壤速效磷與總磷含量的關(guān)系

設(shè)施菜地土壤速效磷含量與總磷含量兩者之間存在顯著的正相關(guān)性（R2=0.519 7，n=24），但與微生物量磷和pH值無顯著相關(guān)性?？梢?，施磷肥仍可以提高當(dāng)前設(shè)施菜地土壤中有效磷的含量。不同地區(qū)、不同類型土壤中速效磷與總磷及微生物量磷的相關(guān)性分析結(jié)果常不一致。如陜西省長武縣黃土高原土壤中速效磷和微生物量磷的相關(guān)系數(shù)達到了0.936[13]。這種不一致可能與土壤類型、作物類型以及磷的含量等有關(guān)。

東西湖區(qū)土壤系長江河流沖積物形成，土壤層堿性（露天菜地pH值為7.25±0.46），總磷、速效磷較豐富，因此，更要突出“因土種植”（選擇喜弱酸和偏堿的蔬菜種類，并合理輪作）、“因土施肥”（特別是磷肥的用量）加強該區(qū)測土配方施肥研究，可能條件下，選定有代表性的地塊，定期取樣監(jiān)測，以促進該區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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