種植年限對壽光設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境的影響

高新昊，張英鵬,2，劉兆輝,2，江麗華，林海濤，石 璟，劉 蘋,2，李 彥,2,*

1 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 濟(jì)南 250100 2 農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濟(jì)南 250100

種植年限對壽光設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境的影響

高新昊1，張英鵬1,2，劉兆輝1,2，江麗華1，林海濤1，石 璟1，劉 蘋1,2，李 彥1,2,*

1 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 濟(jì)南 250100 2 農(nóng)業(yè)部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濟(jì)南 250100

為探討不同種植年限對設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境的影響，研究了不同種植年限的大棚土壤物理性狀、化學(xué)性狀以及微生物區(qū)系的差異變化，并對種植年限與土壤理化性狀和微生物數(shù)量之間的相關(guān)性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，隨種植年限增加，土壤容重和pH值均明顯下降，而土壤孔隙度、土壤EC值和土壤鹽分含量則顯著升高，有機(jī)質(zhì)含量也呈增長的趨勢；土壤全氮和全磷量均持續(xù)升高，土壤全鉀、硝態(tài)氮和速效鉀均先升高后降低；隨著設(shè)施大棚種植年限的增長，細(xì)菌數(shù)量先上升后下降，放線菌數(shù)量先迅速升高后保持相對穩(wěn)定，只有真菌數(shù)量呈持續(xù)增加的趨勢。這說明由于大量的有機(jī)無機(jī)肥料投入，種植年限不同的設(shè)施大棚土壤均出現(xiàn)一定酸化現(xiàn)象，養(yǎng)分失衡，微生態(tài)平衡遭到破壞，鹽分含量顯著升高，存在明顯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)提倡合理科學(xué)施肥，以保證設(shè)施大棚土壤的生態(tài)環(huán)境安全。

種植年限；設(shè)施大棚；生態(tài)環(huán)境；理化性狀；土壤微生物

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生存發(fā)展所必需的自然資源和物質(zhì)基礎(chǔ)。植物吸收的營養(yǎng)物質(zhì)絕大部分來自土壤，因此土壤環(huán)境污染是農(nóng)產(chǎn)品不安全的源頭，不僅直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，而且污染物能夠通過食物鏈傳遞及生物的濃縮富集作用，影響畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，威脅人類健康[1]。從以往研究看，土壤物理和化學(xué)屬性一直被用來作為表征土壤生產(chǎn)力、肥力和健康質(zhì)量的指標(biāo)，但傳統(tǒng)的理化指標(biāo)已難以滿足對土壤質(zhì)量研究的需要[2]。研究表明土壤理化性狀和生物性狀的變化是導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降的重要原因[3]。因此，評價(jià)土壤質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境安全時(shí)要綜合考慮土壤物理、化學(xué)與生物的性狀。

設(shè)施栽培是我國蔬菜生產(chǎn)的重要方式之一。具有單產(chǎn)高、受季節(jié)影響小等優(yōu)點(diǎn)，不僅提高了土地的利用效率，也有效解決了人多地少地區(qū)的農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展問題，大幅度提高農(nóng)民收入，因而在我國北方地區(qū)發(fā)展十分迅速[4]。隨著設(shè)施栽培面積的迅速擴(kuò)大及栽培年限的延長，設(shè)施土壤環(huán)境出現(xiàn)許多新的特點(diǎn)，例如設(shè)施土壤環(huán)境高溫、高濕、高蒸發(fā)量、無雨水淋洗、復(fù)種指數(shù)高、持續(xù)施肥且施肥量大等。

山東省是我國蔬菜主產(chǎn)區(qū)，常年蔬菜種植面積占全國10%以上，設(shè)施蔬菜面積占全國面積的近50%[5]。尤其壽光市更是全國的重要蔬菜生產(chǎn)基地，有“中國蔬菜之鄉(xiāng)”之稱[6]。近年來，壽光蔬菜生產(chǎn)發(fā)展迅速，帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是在蔬菜生產(chǎn)中，由于缺乏科學(xué)合理的施肥指導(dǎo)，普遍存在盲目過量施肥、養(yǎng)分比例失調(diào)、肥效不高等問題，造成蔬菜大棚土壤養(yǎng)分富集、蔬菜品質(zhì)下降現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，部分種植年限較長的大棚已不能進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)[5,7- 8]，這種現(xiàn)狀已對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量及生態(tài)環(huán)境安全帶來一定的負(fù)面影響。

目前已有一些關(guān)于壽光設(shè)施蔬菜大棚生態(tài)環(huán)境惡化的報(bào)道：余海英等[7]研究表明山東壽光設(shè)施土壤耕層鹽分離子在設(shè)施土壤剖面存在著明顯的累積和向下遷移現(xiàn)象；曾希柏等[4]報(bào)道設(shè)施菜地土壤pH值隨種植年限增加先降低而后升高，土壤全鹽含量則表現(xiàn)出與pH值相反的變化趨勢；雷寶坤等[9]報(bào)道壽光設(shè)施菜地出現(xiàn)土壤碳、氮含量的增加和C/N比下降，伴隨著菜田土壤明顯的酸化和鹽漬化，同時(shí)也伴隨著土壤氮磷鉀養(yǎng)分的富集。這些研究只集中在對壽光設(shè)施大棚土壤部分理化性狀的研究，缺乏對土壤生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)研究。而唐海濱的研究[10]相對系統(tǒng)一些，但所涉及的大棚年限最高僅有12a。

本研究擬以壽光市53個(gè)不同種植年限(1—25a)的設(shè)施蔬菜大棚為研究對象，分析不同種植年限對設(shè)施大棚土壤物理、化學(xué)及微生物等生態(tài)環(huán)境因子的影響，從而為指導(dǎo)壽光地區(qū)蔬菜生產(chǎn)中土壤管理和肥水資源的有效利用，改善設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

壽光市位于山東半島中部，渤海萊州灣南畔，屬暖溫帶半濕潤氣候，光照充足，四季分明，年平均氣溫12.4 ℃左右，0℃以上積溫4375.5 ℃，年平均降雨量約614 mm，無霜期195 d[11]。土壤類型為潮土，成土母質(zhì)來自彌河沖積物，土壤質(zhì)地較輕、沙性較強(qiáng)，洪積、沖積物堆積層深達(dá)百米以上，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了很好的土壤條件。

研究區(qū)域選取古城、孫家集、洛城、紀(jì)臺、稻田、文家共6個(gè)壽光市具有代表性的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于2011年7—8月份在6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)23個(gè)村中選取了共計(jì)53個(gè)農(nóng)戶的蔬菜大棚進(jìn)行調(diào)查研究。研究區(qū)域位于東經(jīng)118°39′40.9″—118°56′57.4″以及北緯36°57′46.5″—36°57′23.1″的坐標(biāo)范圍。調(diào)查區(qū)域是以設(shè)施蔬菜為典型種植模式，蔬菜種植分別以番茄、黃瓜、辣椒、茄子連年輪作為主，施用肥料種類主要包括雞糞、商品有機(jī)肥、復(fù)合肥以及沖施肥(注：發(fā)酵雞糞、發(fā)酵豬糞、鵪鶉糞(鮮)、稻殼禽糞按每方0.3 t(干重)，干雞糞、鵪鶉糞按每方0.8 t(干重)計(jì)算。商品有機(jī)肥一律按N-P2O5-K2O=2-1-1的養(yǎng)分含量計(jì)算，含腐植酸類沖施肥料一律按N-P2O5-K2O=10-4-6的養(yǎng)分含量計(jì)算，不表明含量的復(fù)合肥一律按N-P2O5-K2O=15-15-15計(jì)算，氮磷鉀施用量均以純養(yǎng)分干基計(jì))，每種作物下一茬栽培模式相對一致。各個(gè)調(diào)查大棚的相關(guān)信息見表1。

表1 調(diào)查大棚的相關(guān)信息Table 1 Related information of investigated greenhouse

取樣的蔬菜大棚以種植年限為10a所占比重最大，其次為種植年限5a和6a。從施肥調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，種植年限在10a以下(含10a)的大棚施肥量(以純養(yǎng)分計(jì))平均為8823.3 kg/hm2，而多年的種植棚(種植年限超過10a)平均施肥量為5937.0 kg/hm2，施肥量比10a以下的大棚平均施肥量下降了30%左右。而調(diào)查的53個(gè)大棚的平均施用肥料養(yǎng)分折純N 3006.2 kg/hm2，P2O51592.2 kg/hm2和K2O 3036.4 kg/hm2。

1.2 樣品采集與分析

每個(gè)溫室或地塊取由東向西取3次重復(fù)，取樣點(diǎn)位于南北向栽培畦中間位置，即由東向西一條直線上均勻分布的3個(gè)點(diǎn)，分別單獨(dú)標(biāo)記作為3個(gè)重復(fù)；每個(gè)點(diǎn)取土深度為30 cm(耕層深度)，每個(gè)點(diǎn)單獨(dú)裝袋。將土樣混勻，風(fēng)干、研磨，土壤有效養(yǎng)分的測定過1 mm篩，全量養(yǎng)分的測定過0.25 mm篩。

另外采用環(huán)刀在以上相近取樣點(diǎn)，同樣是南北向栽培畦中間位置，取得3個(gè)重復(fù)表層土樣，以測土壤容重。

常規(guī)土壤理化性狀測定參照中國土壤學(xué)會農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會的方法[11]：土壤容重采用環(huán)刀法測定，比重瓶法測定比重，計(jì)算土壤孔隙度；105 ℃烘干法測定鮮土含水量。風(fēng)干土以去二氧化碳水按2.5∶1水土比溶解，攪拌1min，數(shù)顯酸度計(jì)(PHS- 2C)測定pH值；采用去離子水按土水比1∶5提取，以180 次/min振蕩5min，13000 r/min離心3 min，用電導(dǎo)儀(DDS-11A型)測定土壤電導(dǎo)率；土壤全鹽含量采用重量法測定；土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定；土壤全氮采用開氏蒸餾法測定(FOSS Kjeltec 2300自動定氮儀)，土壤全磷采用NaOH熔融法-鉬銻抗比色法分光光度法測定；土壤全鉀采用NaOH熔融法-火焰光度法測定；土壤硝態(tài)氮采用流動分析儀測定，土壤有效磷采用NaHCO3浸提-分光光度法測定，速效鉀采用NH4OAC浸提-火焰光度法測定。

土壤微生物數(shù)量的測定：采用稀釋平板法進(jìn)行培養(yǎng)計(jì)數(shù)，細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌用高氏一號培養(yǎng)基[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和作圖用Microsoft Excel2007軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植年限對設(shè)施大棚土壤物理性狀的影響

土壤容重大小可說明土壤結(jié)構(gòu)和透氣透水性能的好壞，作為土壤熟化程度指標(biāo)之一。由圖1可知，隨著大棚種植年限的增加，土壤容重呈極顯著降低的變化趨勢，大棚土壤容重值每年以0.007 g/cm3的速度在遞減，說明在目前大棚種植模式下，大棚土壤熟化程度在升高。

孔隙度也是表征土壤物理性狀的重要指標(biāo)。由圖2可以看出，大棚土壤孔隙度與種植年限呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，孔隙度約以每年0.256%的速度增加，這可能是造成土壤容重升高(圖1)的主要原因之一。

圖1 設(shè)施大棚土壤容重與不同種植年限的關(guān)系 Fig.1 The relationship between soil bulk density and cultivating years of greenhouse soil

圖2 設(shè)施大棚土壤孔隙度與種植年限的相關(guān)性 Fig.2 The correlation between soil porosity and cultivating years of greenhouse

2.2 不同種植年限對設(shè)施大棚土壤化學(xué)性狀的影響

土壤酸堿度對土壤肥力及植物生長影響很大。由圖3可知，大棚土壤pH值隨著種植年限的增加呈緩慢下降趨勢，每年pH值下降幅度約為0.014個(gè)單位，而在大棚種植的5—10a里，下降幅度則較明顯。同時(shí)大棚土壤EC值隨著種植年限的增加呈明顯上升的趨勢(圖3)。在調(diào)查的53個(gè)大棚中，盡管土壤EC值并不高，但隨著種植年限增加，其EC值以每年約4.562 μs/cm的速度在升高。

圖3 不同種植年限對大棚土壤pH值和EC值的影響Fig.3 Effect of cultivating years on soil pH and EC value of greenhouse

由圖4可知，調(diào)查區(qū)的設(shè)施大棚土壤鹽分含量隨著種植年限的延長而明顯升高，兩者之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這可能由于設(shè)施大棚的施肥量偏高，土壤殘留養(yǎng)分隨著種植年限增加而逐漸積累，造成大棚土壤鹽分含量逐漸升高。

土壤有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力高低的重要指標(biāo)之一。由圖5可見，種植年限較短的大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量隨年限增長迅速升高，而后隨著棚齡增加，有機(jī)質(zhì)含量增幅減緩，保持相對恒定。這與壽光地區(qū)大棚種植過程中每年都要投入大量有機(jī)肥有關(guān)，起初大棚的有機(jī)質(zhì)消耗少于其積累，而后隨著種植過程中每年大棚多茬蔬菜的生長消費(fèi)，造成有機(jī)質(zhì)積累與消耗相對均衡所致。

圖4 不同種植年限對大棚土壤鹽分含量的影響Fig.4 Effect of cultivating years on soil salt content of greenhouse

圖5 不同種植年限對大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 Fig.5 Effect of cultivating years on soil organic matter content of greenhouse

土壤全量氮磷鉀和速效氮磷鉀均是衡量土壤肥力的主要指標(biāo)。在本研究中，隨著大棚種植年限的增長，土壤全氮和全磷含量均呈持續(xù)增加的趨勢，且增長幅度相對恒定；土壤硝態(tài)氮、全鉀和速效鉀含量則呈先升高后下降的趨勢；而土壤有效磷含量則隨種植年限增長變化不明顯，含量相對穩(wěn)定。隨著種植年限的增長，土壤氮磷比降低速度持續(xù)增加，降幅越來越大；氮鉀比呈持續(xù)增加的趨勢，且增幅相對穩(wěn)定；而磷鉀比則呈先升高后下降的趨勢(表2)。

2.3 不同種植年限對設(shè)施大棚土壤微生物性狀的影響

一般認(rèn)為細(xì)菌型土壤是土壤肥力提高的一個(gè)生物學(xué)標(biāo)志。由表3可知，大棚細(xì)菌數(shù)量隨著種植年限增長呈先增加后下降的趨勢。在1—6 a的大棚土壤里細(xì)菌數(shù)量快速升高，而后在11—12 a左右的種植大棚中數(shù)量達(dá)到最高，約為3.0×107個(gè)/g土；而再隨著種植年限增長迅速下降。大棚土壤放線菌數(shù)量起初隨著棚齡的增長迅速升高，而后其數(shù)量趨于平穩(wěn)；而大棚土壤真菌數(shù)量隨著種植年限增長呈持續(xù)增加的趨勢，且增長幅度比較恒定。

表2 種植年限對設(shè)施大棚土壤養(yǎng)分含量的影響Table 2 Effect of cultivating years on soil nutrient contents of greenhouse

表3 種植年限與大棚土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between cultivating years and soil microorganism amounts

3 討論

土壤的理化性狀是評價(jià)土壤生態(tài)環(huán)境好壞的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)隨著種植年限的增長，大棚土壤容重呈極顯著降低的趨勢(圖1)，土壤孔隙度明顯上升(圖2)，這說明在調(diào)查區(qū)的種植模式下，大棚土壤物理性狀得到改善，土壤熟化程度在升高。杜連鳳等[3]也報(bào)道隨著蔬菜種植年限的延長，容重有降低趨勢，10a保護(hù)地比3 a保護(hù)地降低0.28 g/cm3，降低了22%；周德平等[13]報(bào)道隨種植年限增加，土壤容重逐漸降低與多年的土地耕作和種植過程中有機(jī)肥的大量施用有關(guān)。但蔡彥明等的研究結(jié)論[14]則相反，隨著種植年限延長，蔬菜地土壤的容重變大，土壤結(jié)構(gòu)性變差，這可能與不同蔬菜種植地區(qū)施肥習(xí)慣不同有關(guān)。

長期以來，土壤酸化是一個(gè)令人關(guān)注的問題，它是限制大多數(shù)作物生長的主要環(huán)境脅迫因子[15]，土壤酸化也是設(shè)施栽培中普遍存在的障礙因子。劉兆輝等[5]對壽光露地土壤和設(shè)施菜地調(diào)查表明，露地土壤pH值為8.0左右，種植7a后，土壤pH值降至6.85左右。種植年限10a以下的設(shè)施蔬菜土壤pH值與種植大田作物的土壤相差不多，但是種植年限超過10a的設(shè)施土壤開始累積活性酸，出現(xiàn)了酸化趨勢[16]。蔡彥明等[14]也報(bào)道隨著種植年限延長，天津市蔬菜地土壤呈逐漸酸化的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)大棚土壤pH值隨著種植年限增長呈極顯著的下降趨勢，每年pH值降低約0.014個(gè)單位(圖3)，與上述的研究結(jié)論相吻合。設(shè)施大棚的土壤酸化可能一方面是由于農(nóng)民長期投入大量化肥，造成土壤硝酸鹽累積，另一方面也與蔬菜大量吸收鈣導(dǎo)致土壤含鈣量降低有關(guān)系。

次生鹽漬化也是設(shè)施栽培中普遍存在的障礙因子。周德平等[13]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH值從1a棚的7.6下降至11a棚的5.0，土壤出現(xiàn)次生鹽漬化狀況，土壤EC值隨種植年限增加快速上升，8a棚EC值高達(dá)1a棚的5—10倍，其土壤表層可見明顯鹽霜；大棚土壤溶液的EC值隨種植年限的增長呈明顯上升的趨勢(圖3)，這與陳碧華等報(bào)道[17]大棚土壤在連續(xù)種植不同年限后，水溶性鹽總量上升幅度與種植年限呈極顯著相關(guān)的結(jié)論一致；曾希柏等曾報(bào)道[4]隨著種植年限的增長，大棚土壤全鹽含量表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，這可能由于隨種植年限的增長，土壤中積累的硝酸鹽和硫酸鹽等離子隨水向下遷移的程度加重有關(guān)。這與本研究的結(jié)果略有不同，在本研究中發(fā)現(xiàn)土壤全鹽含量隨著種植年限的延長極顯著增加(圖4)，這可能是由于施肥量超過了蔬菜吸收量，造成養(yǎng)分在土層中積累，從而引起土壤全鹽量上升。另外，在本研究所調(diào)查的53個(gè)設(shè)施大棚中土壤鹽分含量均未達(dá)到低度鹽漬化水平(1 g/kg)，表明本區(qū)的大棚土壤目前盡管不存在土壤鹽漬化現(xiàn)象，但其全鹽含量隨種植年限迅速升高的趨勢不容忽視。

蔬菜種植過程中大量施用氮肥和不合理施用有機(jī)肥，導(dǎo)致土壤C/N比下降，土壤環(huán)境惡化[18]。全國主要菜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較低，僅10.0%的菜田達(dá)到肥沃菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量40—50 g/kg的標(biāo)準(zhǔn)，這與有機(jī)肥尤其是秸稈的施用不足、蔬菜復(fù)種指數(shù)高、化肥用量大等密切相關(guān)[19]。在本研究中，大棚土壤有機(jī)質(zhì)隨著種植年限的增長先迅速升高后增幅變緩(圖5)，總體有機(jī)質(zhì)提高不大，這可能與調(diào)查地區(qū)施用有機(jī)肥一般以雞糞為主，此類肥料含速效性養(yǎng)分多，纖維素較少，分解速度快，對土壤腐殖質(zhì)的形成貢獻(xiàn)有限。

王輝等報(bào)道[20]隨著種植年限的增加，土壤全N、全P等理化性狀隨著種植年限的增加而逐漸增加；土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分含量隨種植年限的延長總體上呈增加趨勢[21]。熊漢琴等報(bào)道[22]大棚菜地土壤3a以后已明顯出現(xiàn)N、P嚴(yán)重富集，K含量降低。黎寧等[23]也表明土壤全磷和全鉀含量隨年限而顯著增加，全氮總體上隨年限增長呈增加的趨勢。與其他養(yǎng)分元素相比，磷在土壤中容易被固定，導(dǎo)致磷在老菜園土壤中積累較多，因此在本研究中出現(xiàn)隨種植年限的增長，全磷含量呈持續(xù)上升的趨勢(表2)。同時(shí)，土壤全氮隨著種植年限增長而呈持續(xù)增加的趨勢，與前人的研究結(jié)論基本吻合，土壤速效氮含量則呈先升高后降低的變化趨勢，這可能由于前期大量氮在耕層累積，后隨著種植年限增長，隨水向下層遷移；同時(shí)，多年棚在種植過程中氮肥投入量下降(表1)也是影響耕層速效氮含量的原因之一。本研究中，土壤全鉀和速效鉀含量則隨著大棚種植年限增長先升高后下降(表2)，可能是由于種植年限較短時(shí)，大棚養(yǎng)分投入很高，全鉀和速效鉀在土壤中得到了一定的積累，但連續(xù)多年的復(fù)種模式引起作物生長對土壤鉀素的大量消耗，導(dǎo)致土壤鉀素逐漸下降。土壤氮磷比、氮鉀比和磷鉀比則出現(xiàn)不同的變化趨勢，則可能主要由于土壤全氮盡管持續(xù)增加，但增幅較小且恒定；全磷的增幅較大，且持續(xù)增加；而全鉀含量則是先升高后下降的變化趨勢。

土壤是微生物的良好生存場所，當(dāng)土壤的生態(tài)環(huán)境惡化，微生物的種類和數(shù)量都會發(fā)生明顯的改變，因此微生物區(qū)系變化是土壤生態(tài)環(huán)境變化的主要參數(shù)。隨著設(shè)施種植年限的增加，土壤細(xì)菌、放線菌和微生物總數(shù)先增加后降低，以種植6—8a時(shí)最高而20a時(shí)最低；真菌數(shù)量持續(xù)增加[2]。而本研究發(fā)現(xiàn)，土壤細(xì)菌數(shù)量隨著種植年限的增長而先升高后降低，約在10—12a時(shí)數(shù)量最高，而放線菌則是先迅速升高而后保持相對穩(wěn)定，而真菌數(shù)量則保持持續(xù)增長，增幅穩(wěn)定(表3)。細(xì)菌數(shù)量大于放線菌，放線菌數(shù)量高于真菌，這與趙小寧等[24]的結(jié)論相吻合。與土壤理化性狀相比，微生物特性受外界的影響更為敏感。由于真菌對環(huán)境不利因素的抗逆能力較強(qiáng)[25]，而細(xì)菌相對就較弱，意味著細(xì)菌更適合在環(huán)境質(zhì)量較好的土壤中生長。以上研究結(jié)果表明種植年限短的大棚土壤生態(tài)環(huán)境較好，有利于細(xì)菌和放線菌的快速增長，而種植年限較長后，大棚土壤老化，微生物的生存環(huán)境趨于惡劣，引起細(xì)菌數(shù)量下降和放線菌數(shù)量增長變慢，而真菌對外界脅迫的忍耐能力較強(qiáng)，則隨種植年限的增長而數(shù)量持續(xù)穩(wěn)定增長。張乃明等也報(bào)道[26]種植年限長的大棚中細(xì)菌、放線菌數(shù)量較種植年限短的有所下降，可能與棚內(nèi)耕層土壤有較高鹽分累積量有關(guān)，即鹽分積累可能對土壤微生物產(chǎn)生抑制作用。

4 結(jié)論

(1)隨種植年限增長，土壤容重和pH值均明顯下降，而土壤孔隙度、EC值和鹽分含量則顯著升高，有機(jī)質(zhì)含量也呈增長的趨勢；而土壤全氮和全磷量均持續(xù)升高，土壤全鉀、硝態(tài)氮和速效鉀均先升高后降低。

(2)隨著設(shè)施大棚種植年限的增加，土壤細(xì)菌數(shù)量先上升后下降，放線菌先迅速升高后保持相對穩(wěn)定，只有真菌數(shù)量呈持續(xù)增加的趨勢。

(3)由于設(shè)施大棚種植區(qū)每年投入大量的有機(jī)和無機(jī)肥料，不同種植年限的設(shè)施大棚土壤均出現(xiàn)一定的酸化現(xiàn)象，養(yǎng)分失衡，微生態(tài)平衡遭到破壞，鹽分含量也顯著上升，存在明顯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)提倡合理施肥，協(xié)調(diào)好菜田土壤養(yǎng)分與能量間(土壤C/N比)的平衡，改善土壤質(zhì)量，以保證設(shè)施大棚土壤的生態(tài)環(huán)境安全。

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Effects of cultivating years on soil ecological environment in greenhouse of >Shouguang City, Shandong Province

GAO Xinhao1, ZHANG Yingpeng1,2, LIU Zhaohui1,2, JIANG Lihua1, LIN Haitao1, SHI Jing1, LIU Ping1,2, LI Yan1,2,*

1InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,ShandongAcademyofAgriculturalSciences,Jinan250100,China2KeyLaboratoryofAgro-EnvironmentinHuang-Huai-HaiPlain,MinistryofAgriculture,Jinan250100,China

Greenhouse farming is one of the important ways to produce vegetables in the world. This technology is characterized by that it may produce high yield of vegetable and would be less affected by the seasons. In addition, it could improve the land-use efficiency and agricultural sustainability in the regions with a large population but not enough arable land. Therefore, it could significantly raise the income of the farmers and was extended quickly in northern China. In China, Shandong province is the major vegetable production region, accounting for nearly 50% in terms of greenhouse area. In recent years, the vegetable production in greenhouse farming system has developed rapidly and brought good economic revenue and social benefits in Shouguang, Shandong Province. Now, Shouguang has been one of the most important vegetable production bases of China and obtained the title “the village of Chinese vegetable”. However, due to the lack of scientific and reasonable fertilization guidance, many problems has also arisen in vegetable production including excessive fertilization nutrient imbalance, and low fertilizer use efficiency, resulting in nutrient accumulation in soil, significant decrease in vegetable quality, and serious deterioration of soil under greenhouse conditions. Thus, the greenhouses for years in some regions are no longer suitable for vegetable production. This situation had brought certain negative impact on the agricultural sustainability, vegetable quality and ecological environment. To examine the effect of different cultivating years on soil ecological environment under the greenhouse conditions, this study was conducted to investigate the differences of soil physical and chemical properties, microflora, and the correlations between cultivating years and soil physic-chemical properties and microbial quantity under the greenhouse conditions. The results showed that with the increase of cultivating years, soil bulk density and pH value were significantly reduced, while the soil porosity, electrical conductivity, soil salt content and organic matter content were significantly increased. The contents of soil total nitrogen and total phosphorus were kept rising. The amounts of total potassium, nitrate nitrogen and available phosphorus in soils increased in the first years, and then followed by a gradual reduction. With the increase of cultivating years, the number of bacteria tended to decrease after a rise in the first years; the number of actinomycetes remained relatively constant after a rapid rise in the first years; only the number of fungi had been continuously increasing. It can be concluded that the large inputs of organic and inorganic fertilizers lead to the soil acidification, nutrient imbalance, a decrease in micro-ecological balance, and significant increases in soil salt content and environmental risk in the greenhouse soils of different cultivating years. Thus, some reasonable and scientific fertilization strategies should be proposed and recommended to the vegetable producers to coordinate the balance between nutrient and energy of soil, improve soil quality and ensure the security of soil ecological environment in greenhouse. Main strategies may include the alteration of the fertilization habit of farmers, reductions in the amounts of nitrogen fertilizers, phosphorus fertilizers and some physiologically acid fertilizers, and properly combined application of organic and inorganic fertilizers.

cultivating years; greenhouse; ecological environment; physic-chemical properties; soil microorganism

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)重大項(xiàng)目(201109018); “泰山學(xué)者(農(nóng)業(yè)面源污染防控)”建設(shè)工程專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)

2013- 05- 07;

日期:2014- 04- 17

10.5846/stxb201305070963

*通訊作者Corresponding author.E-mail: nkyliyan@126.com

高新昊，張英鵬，劉兆輝，江麗華，林海濤，石璟，劉蘋，李彥.種植年限對壽光設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(5):1452- 1459.

Gao X H, Zhang Y P, Liu Z H, Jiang L H, Lin H T, Shi J, Liu P, Li Y.Effects of cultivating years on soil ecological environment in greenhouse of Shouguang City, Shandong Province.Acta Ecologica Sinica,2015,35(5):1452- 1459.