蔬菜連作對(duì)保護(hù)地土壤養(yǎng)分變化的影響

姜佰文，孫 玲，王春宏，高 妍，王 虹

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

蔬菜連作對(duì)保護(hù)地土壤養(yǎng)分變化的影響

姜佰文，孫 玲，王春宏，高 妍，王 虹

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

文章研究哈爾濱市不同種植年限不同層次的保護(hù)地土壤養(yǎng)分變化趨勢及其積累特征。結(jié)果表明，蔬菜保護(hù)地土壤隨著種植年限的增加，緩效鉀和速效磷含量總體呈上升趨勢，全磷和速效鉀含量呈階段性變化規(guī)律；而全氮和堿解氮含量變化則表現(xiàn)為，在0～20 cm土層中其含量隨種植年限增加而增加，20～40 cm和40～60 cm土層中含量隨種植年限增加而降低。隨著土層深度的增加，其余各種養(yǎng)分含量逐漸降低。

蔬菜連作；保護(hù)地土壤；土壤養(yǎng)分；土壤層次

近年來，保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)以一種高投入、高產(chǎn)出、高效益的集約化栽培方式在黑龍江省哈爾濱地區(qū)快速發(fā)展，有效促進(jìn)了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整[1-2]。由于保護(hù)地土壤管理、施肥技術(shù)水平的差異和種植年限的不同，加上保護(hù)地生產(chǎn)過程中的特殊環(huán)境條件，出現(xiàn)由蔬菜保護(hù)地的種植障礙、耕作障礙和施肥障礙產(chǎn)生的一系列土壤與環(huán)境問題[3-6]。已有研究多在大量施用肥料造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)，土壤養(yǎng)分積累情況及土壤酸化鹽漬化等方向[7-9]，對(duì)黑土型蔬菜保護(hù)地土壤養(yǎng)分隨時(shí)間和空間的分布及變化趨勢鮮有研究[10-11]。

本試驗(yàn)以哈爾濱地區(qū)5～25年的塑料大棚土壤為研究對(duì)象，研究蔬菜保護(hù)地0～60 cm土層土壤養(yǎng)分隨種植年限增加的變化趨勢和在不同土壤層次中的分布特征，為保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)合理施肥管理和土壤持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自哈爾濱市阿城區(qū)蔬菜種植區(qū)，經(jīng)調(diào)查研究確定采集5、10、15、20、25年的塑料大棚土壤和與其相鄰的露地菜園土壤。每個(gè)大棚面積為0.067 hm2，栽培蔬菜為菠菜和香菜，施用農(nóng)家肥45 t·hm-2，化肥中尿素、磷酸二銨和氯化鉀施用量分別為400、200、150 kg·hm-2。原始土壤類型為黑土。

1.2 樣品采集

剖面樣品用土鉆采樣，分層采集，每20 cm為一土層，采樣深度60 cm，每個(gè)層次按棚中、棚兩端取3個(gè)點(diǎn)，各層次分別混勻后用四分法取500 g左右裝入袋中系好標(biāo)簽為一個(gè)土樣。每個(gè)層次均3次重復(fù)取樣，以降低系統(tǒng)誤差。將采集土壤樣品放在陰涼處，攤開晾干，過2和0.15 mm篩備用。

1.3 分析方法

本試驗(yàn)測定過程所采用分析方法均參照文獻(xiàn)[12]，每個(gè)樣品測定均3次重復(fù)，以降低試驗(yàn)誤差。

1.4 數(shù)據(jù)分析

圖3為標(biāo)準(zhǔn)無異常圖像，可見地下12ns，即0.6m處，雷達(dá)圖像同相軸連續(xù)可見，無明顯斷裂分散，故可判斷該區(qū)無明顯異常。

運(yùn)用Microsoft Office Excel 2007軟件完成全部數(shù)據(jù)處理和作圖，用DPS軟件檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性，用SPSS軟件分析數(shù)據(jù)相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔬菜保護(hù)地土壤氮素含量的變化

2.1.1 與相鄰露地相比蔬菜保護(hù)地土壤氮素含量的變化

哈爾濱市蔬菜保護(hù)地土壤剖面氮素含量變化如圖1所示。與相鄰露地相比含量有明顯增加，土壤0～20、20～40、40～60 cm土層堿解氮和全氮平均含量分別是相鄰露地相應(yīng)各層次的1.40、1.25、1.13和1.60、1.48、1.49倍，說明堿解氮和全氮隨棚齡延長有積累的趨勢。這是因?yàn)樵诒Ｗo(hù)地生產(chǎn)中，氮肥的增產(chǎn)效果最為顯著，增施氮肥是提高保護(hù)地生產(chǎn)率的主要手段之一[13]。菜農(nóng)在保護(hù)地栽培時(shí)肥料施用量較露地栽培多，從而造成保護(hù)地土壤中氮素含量顯著高于露天菜地。

圖1 不同種植年限蔬菜保護(hù)地土壤0～60 cm土層堿解氮、全氮含量的變化Fig.1 Content changes of alkali-N and total-N in different planting years of vegetable soil in 0-60 cm layer

2.1.2 堿解氮含量的變化

由圖1可知，堿解氮含量的變化趨勢為0～20 cm土層中，其含量隨種植年限的延長而增加。20～40 cm土層中其含量總趨勢下降，但在5～15年棚呈現(xiàn)出先下降后上升的變化，之后該層15～25年堿解氮含量隨年限增加有降低趨勢。40～60 cm土層其含量隨種植年限的延長而降低。從保護(hù)地土壤剖面結(jié)構(gòu)上看，除5年短齡棚外，堿解氮含量均隨著土壤深度增加而降低，經(jīng)方差分析得出，15年和20年棚各層土壤之間堿解氮含量差異顯著，25年棚的20～40 cm土層與其他年限棚相應(yīng)土壤層次堿解氮含量達(dá)到差異顯著水平。而各年限0～20、40～60 cm土層堿解氮含量差異不顯著。說明一方面堿解氮在土壤中的含量受施肥的影響，另一方面這可能是由于堿解氮作為作物吸收的速效養(yǎng)分的氮素并不能被快速積累，極有可能與其他形式的氮素之間相互轉(zhuǎn)化。

2.1.3 全氮含量的變化

種植年限也對(duì)保護(hù)地土壤全氮含量有一定的影響，保護(hù)地0～20 cm土層內(nèi)全氮含量隨著種植年限的增加而上升，5～15年棚的20～40、40～60 cm土層全氮含量呈現(xiàn)出先下降后上升趨勢，之后15～25年全氮含量在20～40、40～60 cm土層隨年限增加有降低趨勢。雖然10～15年中下層全氮含量有上升現(xiàn)象，但全氮含量在這兩層中總趨勢下降。從圖1中可以看出，除5年、10年棚外高齡蔬菜保護(hù)地土壤剖面全氮含量隨著土壤深度增加而降低。經(jīng)方差分析10～25年棚內(nèi)各層之間全氮含量均達(dá)到差異顯著水平，這主要因?yàn)榈适┯昧慷啵沂┯脤哟味嘁?～20 cm土層為主，并且由于保護(hù)地受塑料薄膜覆蓋長期得不到雨水淋洗，而棚內(nèi)氣溫、土溫明顯提高，氮素隨水分蒸發(fā)而從土壤中下層向上移動(dòng)，造成氮素養(yǎng)分積累在土壤表層，下層氮素得不到補(bǔ)充而隨種植年限增加而降低。

2.2 蔬菜保護(hù)地土壤磷素含量的變化

哈爾濱市蔬菜保護(hù)地0～60 cm土層土壤全磷和速效磷含量隨種植年限的變化趨勢見圖2。與相鄰露地土壤比較，0～20、20～40、40～60 cm土層全磷和速效磷平均含量分別是相鄰露地菜園土壤的1.69、1.53、1.41和1.93、2.62、2.26倍，可見蔬菜保護(hù)地速效磷積累非常嚴(yán)重。

圖2 不同種植年限蔬菜保護(hù)地土壤0～60 cm土層全磷、速效磷含量的變化Fig.2 Content changes of avail-P and total-P in different planting years of vegetable soil in 0-60 cm layer

2.2.2 全磷含量的變化

保護(hù)地土壤0～20 cm土層中全磷含量在5～15、15～25年的變化趨勢是先增加后降低，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的磷素固定釋放的周期性變化，但是該層全磷含量總體有增加趨勢，在20年達(dá)到峰值，隨后全磷含量急劇下降。20～40、40～60 cm土層全磷含量除在10年棚的20～40 cm土層中略有降低外，總體呈上升趨勢，在20年達(dá)到峰值，隨后全磷含量下降。但40～60 cm土層全磷含量變化幅度較為平和，全磷在土壤剖面中有向下驟減的垂直分布特征。這是因?yàn)椴宿r(nóng)普遍把肥料施在表層，而磷肥的利用率較低，磷素?cái)U(kuò)散系數(shù)也比較低，所以磷素在表層殘留較多；經(jīng)方差分析得出，20年的蔬菜保護(hù)地0～20、20～40 cm土層和25年40～60 cm土層土壤中全磷含量與其他種植年限相應(yīng)層次的全磷含量達(dá)到顯著水平。

2.2.3 速效磷含量的變化

保護(hù)地土壤速效磷含量隨種植年限變化趨勢如圖2所示，0～20 cm土層速效磷含量變化在5～25年總體呈現(xiàn)出上升趨勢，在10～20年速效磷含量變化呈先下降后上升的波動(dòng)趨勢；20～40 cm和40～60 cm土層土壤速效磷的變化趨勢隨著種植年限的增加而上升；并且速效磷在土壤中同樣有向下驟減的垂直分布特征，并且相同年限土層之間含量差異顯著；經(jīng)方差分析得出，25年的速效磷含量在0～20 cm土層與其他種植年限相應(yīng)層次的速效磷含量達(dá)到顯著水平，而20～40、40～60 cm土層速效磷含量各年限之間并無顯著性差異，說明蔬菜保護(hù)地土壤速效磷向下移動(dòng)速率較慢，容易在0～20 cm土層富集[14]。

2.3 蔬菜保護(hù)地土壤鉀素含量的變化

2.3.1 與相鄰露地相比蔬菜保護(hù)地土壤鉀素含量的變化

哈爾濱市保護(hù)地0～60 cm土層土壤速效鉀和緩效鉀含量的變化趨勢如圖3所示。與相鄰露地土壤比較，0～20、20～40、40～60 cm土層速效鉀和緩效鉀平均含量分別是相鄰露地菜園土壤的1.74、1.72、1.61和1.38、1.26、1.29倍。其含量均高于相鄰露地。說明長期的保護(hù)地栽培對(duì)緩效鉀影響小于速效鉀。

圖3 不同種植年限蔬菜保護(hù)地土壤0～60 cm土層速效鉀、緩效鉀含量的變化Fig.3 Content changes of avail-K and slowly released-K in different planting years of vegetable soil in 0-60 cm layer

2.3.2 速效鉀含量的變化

各層土壤速效鉀含量隨種植年限的變化趨勢為：0～20、20～40 cm土層速效鉀含量在5～15年為隨種植年限增加呈迅速上升趨勢，其后15～25年變化趨勢為先大幅度下降后上升，而40～60 cm土層速效鉀含量在5～25年的變化為先下降后上升再下降的波動(dòng)趨勢。保護(hù)地土壤速效鉀含量在土層中有隨土壤垂直向下降低分布趨勢，并且各年限保護(hù)地土壤層次之間含量差異顯著。經(jīng)方差分析得出，10、15年的0～20 cm土層速效鉀含量與其他種植年限相應(yīng)層次的速效鉀含量達(dá)差異顯著水平，15年的20～40、40～60 cm土層速效鉀含量與其他種植年限相應(yīng)層次的速效鉀含量達(dá)差異顯著水平，這說明在15年左右速效鉀在土壤中積累達(dá)到一個(gè)峰值，之后其含量有所下降。

2.3.3 緩效鉀含量的變化

由圖3可以看出，保護(hù)地土壤緩效鉀含量隨種植年限延長總體略有增加，0～20、20～40、40～60 cm土層緩效鉀含量變化趨勢一致，在5～15年含量是先上升后下降，其后15～25年土壤緩效鉀含量再次上升，但土壤緩效鉀在各年份土壤剖面層次之間含量差異不顯著。經(jīng)過方差分析得出，各年份0～20 cm土層緩效鉀差異不顯著，25年保護(hù)地20～40、40～60 cm土層緩效鉀與其他各年限相應(yīng)層次緩效鉀含量達(dá)到差異顯著水平。因此與土壤速效鉀相比緩效鉀含量不易受到環(huán)境變化、栽培方式、施肥措施變化的影響，相對(duì)比較穩(wěn)定。

2.4 不同種植年限蔬菜保護(hù)地耕層土壤養(yǎng)分關(guān)系

通過對(duì)保護(hù)地耕層土壤養(yǎng)分與種植年限的相關(guān)性分析得出，堿解氮、全氮、速效磷和緩效鉀的含量與種植年限在0.01水平上呈極顯著正相關(guān)，說明這幾種養(yǎng)分隨著種植年限的延長而在土壤耕層積累現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而全磷和速效鉀與種植年限相關(guān)性差的原因主要是由于在保護(hù)地后期，其含量均有不同程度下降造成的。

在耕層土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性通過表1可以看出，在0～20 cm土層中，在0.01水平上達(dá)到極顯著相關(guān)的占40.0%，在0.05水平上呈顯著相關(guān)的占20.0%，尤其是堿解氮、全氮、速效磷和緩效鉀之間，相關(guān)性系數(shù)在0.748～0.923，均達(dá)到極顯著水平，但是全磷和速效鉀與其他養(yǎng)分的相關(guān)性差，相關(guān)性系數(shù)在0.161～0.502內(nèi)。造成耕層土壤養(yǎng)分之間相關(guān)性差異大的原因，一方面是由于表層土壤受人為施肥、耕作、灌溉等栽培管理的影響大于中下層土壤，另一方面是由于各種養(yǎng)分在土壤中積累轉(zhuǎn)化機(jī)制不同造成[15]。

表1 不同種植年限蔬菜保護(hù)地0～20 cm土壤養(yǎng)分相關(guān)系數(shù)矩形分布Table 1 Rectangle table of correlation coefficient of the soil nutrient elements in different planting years of vegetable soil in 0-20 cm layer

3 討論

本試驗(yàn)關(guān)于哈爾濱市郊黑土型蔬菜保護(hù)地土壤養(yǎng)分含量研究，是基于不同種植年限和不同土壤層次下的調(diào)查，這與前人的研究方向略有不同，由于長期的種植方式、耕作模式、生產(chǎn)環(huán)境以及氣候條件的不同，黑土型保護(hù)地土壤養(yǎng)分在不同層次中的積累與轉(zhuǎn)化規(guī)律也不同，分析長期施肥對(duì)保護(hù)地土壤肥力的影響，對(duì)黑龍江省以后的保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)中如何優(yōu)化增肥和科學(xué)施肥具有重大指導(dǎo)意義。今后的研究應(yīng)側(cè)重于肥料與土壤營養(yǎng)元素間相互作用研究，分析在不同施肥量的情況下，長期施肥對(duì)不同土壤層次各養(yǎng)分含量影響。要把長期試驗(yàn)放在保護(hù)地生產(chǎn)環(huán)境下進(jìn)行研究，不斷改進(jìn)試驗(yàn)手段和監(jiān)測方法。

4 結(jié)論

a.通過對(duì)哈爾濱市阿城區(qū)5～25年蔬菜保護(hù)地0～60 cm土層土壤養(yǎng)分變化趨勢的分析，蔬菜保護(hù)地各層土壤養(yǎng)分含量都比相鄰露地土壤有所增加，隨著土壤層次的加深各種養(yǎng)分含量隨之降低。

b.保護(hù)地上層土壤中堿解氮和全氮含量隨種植年限增加而上升，中下層土壤其含量變化趨勢則相反。保護(hù)地土壤全磷和速效磷含量隨種植年限增加而上升，全磷在20年積累達(dá)到峰值。土壤鉀素含量隨種植年限增加而呈階段性變化，但總體含量差異不大。

c.經(jīng)過對(duì)保護(hù)地耕層土壤中養(yǎng)分的相關(guān)性分析結(jié)果表明，各種養(yǎng)分隨著種植年限的延長在土壤中積累增長程度依次為堿解氮>全氮>速效磷>緩效鉀>全磷>速效鉀，造成保護(hù)地土壤發(fā)生養(yǎng)分失衡，氮磷養(yǎng)分在土壤表層嚴(yán)重積累現(xiàn)象；關(guān)于各養(yǎng)分之間關(guān)系，如堿解氮和全氮、全氮和速效磷等之間具有相關(guān)性，養(yǎng)分之間積累和相互轉(zhuǎn)化機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

總之，長期的不當(dāng)施肥和種植管理已對(duì)保護(hù)地生產(chǎn)和土壤質(zhì)量的演變產(chǎn)生不良影響，注意施肥模式和耕作措施的改善，控制養(yǎng)分的積累和平衡蔬菜生產(chǎn)中養(yǎng)分管理，已成為保護(hù)地生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵。

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Effect of continuous vegetable cropping on soil nutrient variation in plastic greenhouse

JIANG Baiwen,SUN Ling,WANG Chunhong,GAO Yan,WANG Hong(School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

It was studied that the soil nutrient variation tendency and accumulation situation in plastic greenhouse with different cultivation years and different soil layers in Harbin City.The results showed that with the increasing of using period of the protect vegetable filed,the content of the slowly released potassium and available phosphorus in each layer were increased with the period of tillage, the total phosphorus and available potassium showed periodical variation in the growing season.But the contents of total nitrogen and alkali-hydrolysable nitrogen in each soil layer were different,in the profile of 0-20 cm soil,which were increased and in the profile of 20-40 cm and 40-60 cm were declined. Other soil nutrient contents were all declined gradually with the soil layer depth increasing.

continuous vegetable cropping;plastic greenhouse soil;soil nutrient soil layer

S626

A

1005-9369（2014）03-0085-06

時(shí)間2014-3-21 8:30:00 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140321.0830.001.html

姜佰文,孫玲,王春宏,等.蔬菜連作對(duì)保護(hù)地土壤養(yǎng)分變化的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(3):85-90.

Jiang Baiwen,Sun Ling,Wang Chunhong,et al.Effect of continuous vegetable cropping on soil nutrient variation in plastic greenhouse[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(3):85-90.(in Chinese with English abstract)

2013-04-17

黑龍江省自然基金項(xiàng)目（C201106）；黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（GC13B111)

姜佰文（1970-），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹参餇I養(yǎng)與施肥技術(shù)。E-mail:jbwneau@163.com