不同輪作模式對(duì)太湖地區(qū)大棚菜地土壤氮淋失的影響

陸扣萍， 閔 炬， 施衛(wèi)明， 王海龍

(1 浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江臨安 311300;2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，面源污染治理技術(shù)研發(fā)中心，江蘇南京 210008)

不同輪作模式對(duì)太湖地區(qū)大棚菜地土壤氮淋失的影響

陸扣萍1,2， 閔 炬2， 施衛(wèi)明2， 王海龍1*

(1 浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江臨安 311300;2 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，面源污染治理技術(shù)研發(fā)中心，江蘇南京 210008)

太湖地區(qū); 設(shè)施菜地; 氮淋洗; 輪作模式

Keywords: Taihu Lake region; protected vegetable production; nitrogen leaching; rotation pattern

本文以太湖地區(qū)設(shè)施菜地為研究對(duì)象，對(duì)比研究芹菜-番茄-萵苣輪作和優(yōu)化輪作模式金花菜—番茄—萵苣2種輪作模式下設(shè)施菜地土壤硝態(tài)氮含量的變化及氮素淋洗特征，以期為控制我國(guó)南方設(shè)施蔬菜種植區(qū)硝態(tài)氮淋失和減輕地下水污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及供試材料

1.2 試驗(yàn)處理及田間管理

試驗(yàn)設(shè)2種輪作制度: 1)輪作模式1(芹菜-番茄-萵苣); 2)輪作模式2(金花菜—番茄—萵苣)。供試芹菜(Apiumgraveolens)為四季西芹，于2009年10月3日播種育苗，11月24日移栽定植，2010年3月30日收獲完畢。供試金花菜(MedicagohispidaGaertn)為大葉金花菜，于2009年11月24日播種，2010年1月5日采收第一刀，2月20日采收第二刀，3月30日收獲完畢。供試番茄(LycopersicumesculentumMill)為浦粉一號(hào)，于2010年2月25日播種育苗，4月15日移栽定植，2010年7月25日收獲完畢。供試萵苣(LactucasatiuaL)品種為大青葉萵筍，適宜秋延后大棚種植，于2010年8月18日播種育苗，9月17日移栽定植，12月20日收獲完畢。2010年7月26日至9月16日試驗(yàn)地裸地休閑。

每種輪作模式下設(shè) 2 種施氮水平: 1)N1為農(nóng)民習(xí)慣施氮，根據(jù)試驗(yàn)所在地農(nóng)戶的平均施氮水平，芹菜、 金花菜、 番茄、 萵苣的施氮量分別為 N 620、 190、 370、 490 kg/hm2; 2)N2為減量施氮，芹菜、 金花菜、 番茄、 萵苣的施氮量分別為 N 500、 150、 280、 420 kg/hm2。每個(gè)處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為2.5 m × 7.5 m，共12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。各小區(qū)之間用PVC板隔開，PVC板埋入深度為0.8 m，以防各小區(qū)間的養(yǎng)分流動(dòng)。

表1 不同蔬菜肥料投入量(kg/hm2)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與測(cè)定[18]第一茬作物(芹菜/金花菜)種植前，取0—20 cm土層土樣，采取“S”混合采樣法，共采集6個(gè)土壤樣品。土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定; 全氮用濃H2SO4-H2O2消煮，自動(dòng)定氮儀(BüCHI 399)測(cè)定; 硝態(tài)氮用1 mol/L KCl溶液浸提—紫外分光光度計(jì)測(cè)定; 有效磷用0.5 mol/L的NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定; 速效鉀用1.0 mol/L的NH4OAc 浸提—火焰分光光度法測(cè)定。pH值用pH計(jì)(pH 211型)測(cè)定，水土比為2.5 ∶1; 電導(dǎo)率(EC)用DDS-320型電導(dǎo)儀測(cè)定，水土比為5 ∶1。每季蔬菜收獲后，每個(gè)小區(qū)分別取0—20 cm土壤樣品，測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量、 pH和EC。

1.3.2 植物樣品的采集與測(cè)定 每個(gè)小區(qū)取芹菜、 金花菜、 番茄和萵苣可食部分全部稱重計(jì)產(chǎn)。

淋失總量的計(jì)算公式為:

式中:ω(待測(cè)物)為待研究物質(zhì)淋失總量(kg/hm2);ρ為淋洗液中待研究物質(zhì)含量(mg/L);v為淋洗液總體積(L);s為收集表面積(m2);t為待研究時(shí)間段的天數(shù)(d); 10-6為將mg換算成kg的系數(shù); 10-4為將m2換算成hm2的系數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003和SPSS 13.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作模式下的氮淋失特征

圖1 不同輪作模式下淋洗液中的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic of N-N concentration under different rotation patterns

2.1.3 不同輪作模式下總氮淋失量 由表3可以看出，三季作物收獲后，無論是輪作模式1還是輪作模式2，農(nóng)民習(xí)慣施氮處理(N1)下總氮淋失量均顯著高于減量施氮處理(N2)，減氮處理可使模式1、 模式2全年總氮淋失量分別減少23.4%和19.3%。從時(shí)間上來看，一年三季作物生長(zhǎng)期總氮淋失量表現(xiàn)為第三茬(秋季)>第二茬(春季)>第一茬(冬季)，其中以萵苣季總氮淋失量達(dá)到最高，分別占全年淋失量的39.5%、 39.6%、 46.9%和49.0%。不同蔬菜生長(zhǎng)期均以輪作模式1下N1處理的總氮淋失量達(dá)到最高，分別為38.1、 42.3、 52.4 kg/hm2。與輪作模式1相比，輪作模式2下的N1和N2處理的全年總氮淋失量分別減少了41%、 38%。與減量施氮措施相比，改變輪作模式對(duì)總氮淋失量的阻控效果更加顯著。

表2 淋洗液體積和降水量

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表3 不同蔬菜生長(zhǎng)季全氮淋失量(kg/hm2)

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.2 不同輪作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

表4 不同輪作模式下土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.2.2 不同輪作模式下土壤pH 從表5可以看出，經(jīng)過第一季作物種植后，兩種輪作模式下土壤pH均呈現(xiàn)不同程度的降低，且輪作模式1下的土壤pH均顯著低于輪作模式2。隨著種植茬數(shù)的增加，土壤pH不斷下降，第三季作物收獲后，N1處理下輪作模式1的土壤pH最低降為5.31，與第一季作物相比，下降了0.63個(gè)單位，降幅達(dá)到10.6%; 而模式2下土壤pH由6.17下降到5.61，pH降低了9.1%。對(duì)于同一種輪作模式，不同施氮處理下一年三季作物收獲后土壤pH無顯著差異(P<0.05)。

表5 不同輪作模式對(duì)土壤pH的影響

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表6 不同輪作模式對(duì)土壤電導(dǎo)率(EC)的影響 (mS/cm)

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3 不同輪作模式對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

從表7可以看出，與農(nóng)民習(xí)慣施氮處理(N1)相比，減量施氮處理(N2)可顯著提高輪作模式1下一年三季作物產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度分別為10.4%、 9.6%和3.6%; 輪作模式2也表現(xiàn)出同樣的增產(chǎn)趨勢(shì)，三季作物可分別增產(chǎn)13.5%、 3.2%和5.5% 。從全年經(jīng)濟(jì)效益來看，在相同施氮處理下，輪作模式2的經(jīng)濟(jì)效益顯著高于輪作模式1，其中以輪作模式2+減量施氮處理最高，達(dá)51.9×104Yuan/hm2，與輪作模式1習(xí)慣施氮處理相比，可直接增加經(jīng)濟(jì)效益11.7Yuan/hm2，最大經(jīng)濟(jì)效益提高29%。

表7 不同生長(zhǎng)季的蔬菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

注(Note)： 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level. 芹菜1.5 Yuan/kg、 金花菜3.0 Yuan/kg、 番茄1.6 Yuan/kg、 萵苣1.2 Yuan/kg Prices of celery, burclover, tomato and lettuce are 1.5, 3.0, 1.6 and 1.2 Yuan/kg, respectively.

3 討論

3.1 不同輪作模式對(duì)設(shè)施菜地氮素淋洗的影響

太湖地區(qū)設(shè)施蔬菜主要種植模式為芹菜(冬季)—番茄(春季)—萵苣(秋季)輪作模式，常年氮肥用量超標(biāo)，氮素淋失嚴(yán)重。不僅造成氮肥利用率降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本上升，還對(duì)水環(huán)境造成污染，引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。 趙營(yíng)等[21]通過田間定位實(shí)驗(yàn)，對(duì)寧夏引黃灌區(qū)番茄—黃瓜輪作體系氮淋洗研究表明，在同一施肥處理下，黃瓜季(秋季)氮素淋失量高于番茄季(春季)。與北方設(shè)施菜地淋洗特征相比，本試驗(yàn)結(jié)果表明，在氮淋失發(fā)生的作物茬口上，南方太湖地區(qū)設(shè)施菜地與北方設(shè)施菜地氮淋洗特征相似，也是萵苣季(秋季)氮素淋失量顯著高于番茄季和芹菜季，農(nóng)民習(xí)慣施肥下萵苣季總氮淋失量達(dá)到52.4 kg/hm2，占全年氮淋失的40.4%。與北方設(shè)施菜地一年兩季作物輪作不同的是，南方地區(qū)通常為一年三季作物輪作，短期的蔬菜生長(zhǎng)期加之大量的肥料施用量導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮迅速累積，土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)更加嚴(yán)重。

3.2 不同輪作模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

4 結(jié)論

2)不同輪作模式下土壤硝態(tài)氮累積效果存在差異。經(jīng)過一年三季作物種植后，與芹菜-番茄-萵苣輪作模式相比，金花菜—番茄—萵苣輪作模式下的土壤硝態(tài)氮累積較低，其N1、 N2處理下土壤硝態(tài)氮含量分別減少了29.7%和25.6%，pH和土壤電導(dǎo)率(P<0.05)也顯著降低。

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EffectofrotationpatternsonnitrogenleachinglossfromprotectedvegetablesoilinTaiLakeregion

LU Kou-ping1,2， MIN Ju2， SHI Wei-ming2， WANG Hai-long1*

(1CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an,Zhejiang311300,China; 2ResearchCenterofNon-pointSourcePollutionControl,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)

S153.6+1; S344.1

A

1008-505X(2013)03-0689-09

2012-09-11接受日期2013-01-12

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201003014-1); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41271337); 浙江農(nóng)林大學(xué)科研發(fā)展基金(人才引進(jìn))(2010FR097)資助。

陸扣萍(1985—)，女，江蘇揚(yáng)州人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事蔬菜氮素營(yíng)養(yǎng)生理與環(huán)境效應(yīng)的研究。 E-mail: koupinglu@zafu.edu.cn。 *通信作者 E-mail: nzhailongwang@gmail.com