王士超 陳竹君蔡紅明 周建斌
(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 楊凌 712100)
栽培年限對(duì)新建日光溫室番茄生長(zhǎng)及土壤供氮能力的影響*
王士超 陳竹君**蔡紅明 周建斌
(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 楊凌 712100)
為評(píng)價(jià)栽培年限對(duì)新建日光溫室土壤供氮能力的影響,采用盆栽生物耗竭試驗(yàn)和間歇淋洗好氣培養(yǎng)法相結(jié)合的方法研究了陜西楊凌不同年限新建日光溫室(溫室建造前的大田及溫室建造后第2年和第3年取樣)耕層(0~20 cm)土壤供氮能力的變化。結(jié)果表明:隨著溫室栽培年限的增加,番茄生物量和吸氮量與溫室栽培前相比均顯著增加,其中栽培年限為第2年和第3年的番茄株高、莖粗、地上及根系生物量、葉片SPAD值均顯著高于溫室建造前,而第2年和第3年間各指標(biāo)無顯著差異;第2年和第3年溫室的番茄吸氮量分別是建造前大田的2.53倍和3.01倍;與種植前土壤相比,第3年溫室土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量均顯著增加, 第2年及第3年溫室土壤可礦化氮量分別是建造前大田的2.84倍和2.96倍,說明隨栽培年限的增加,溫室土壤供氮能力顯著增強(qiáng)。相關(guān)分析表明,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、初始礦質(zhì)氮及累積礦化氮量與番茄吸氮量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,其中以土壤累積礦化氮量與番茄吸氮量間的相關(guān)系數(shù)最大,說明這些指標(biāo)均可用于評(píng)價(jià)土壤供氮能力。隨栽培年限的增加,日光溫室土壤供氮能力顯著提高,生產(chǎn)中應(yīng)隨溫室栽培年限增加適當(dāng)降低氮肥用量。
日光溫室 栽培年限 土壤供氮能力 吸氮量 生長(zhǎng) 番茄
近年來我國設(shè)施栽培發(fā)展迅速,2011年全國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積約為400×104hm2,是1980年栽培面積的近600倍[1-2],且仍以每年10%的速度迅速增加[3]。西北地區(qū)是我國設(shè)施蔬菜栽培的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一,僅陜西省日光溫室的面積已超過5.3×104hm2[2]。然而,近年來日光溫室蔬菜栽培中過量施肥問題日益突出,尤以氮肥的過量施用最為嚴(yán)重,一些溫室施氮量已超過蔬菜需求量的5倍[4-5]。過量施用氮肥不僅造成氮素利用率降低[6-8]、經(jīng)濟(jì)效益下降,而且引起硝態(tài)氮在土壤中大量累積、蔬菜品質(zhì)下降等問題[9-10]。因此,如何合理施用氮肥,是日光溫室養(yǎng)分管理的重點(diǎn)問題。
土壤供氮能力是確定作物施氮量的重要依據(jù),同時(shí)也是土壤供氮水平的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。在日光溫室長(zhǎng)期過量施氮和灌溉條件下,土壤水熱條件發(fā)生變化,栽培年限必然會(huì)影響土壤供氮能力。據(jù)劉建霞等[11]對(duì)河北省永清縣不同栽培年限溫室土壤的調(diào)查分析,隨著黃瓜(Cucumis sativus L.)栽培年限的延長(zhǎng),土壤有機(jī)質(zhì)含量持續(xù)增加。栽培13年的溫室與種植前相比土壤全氮含量提高了2倍[12],這無疑提高了土壤供氮能力。因此,只有明晰土壤的供氮狀況和作物吸氮規(guī)律才能有效提高產(chǎn)量,減少氮素的損失。而目前關(guān)于土壤供氮特性的研究主要集中于農(nóng)田土壤,而日光溫室土壤供氮能力方面的研究較少,在連續(xù)多年定點(diǎn)監(jiān)測(cè)條件下,栽培年限對(duì)土壤供氮能力影響方面的研究尚少見報(bào)道。已有的研究多采用“空間代替時(shí)間”的研究方法,即一次性大量采集不同栽培年限土壤樣品,評(píng)價(jià)栽培年限對(duì)土壤供氮能力的影響[13]。應(yīng)看到,這一方法雖縮短了研究周期,但由于不同溫室施肥狀況等存在較大差異,因此,采用“空間代替時(shí)間”的研究方法會(huì)存在較大的試驗(yàn)誤差。因此,有必要定點(diǎn)連續(xù)研究(即自溫室建棚起,每年采集相應(yīng)溫室土樣進(jìn)行研究)隨栽培年限的增加,土壤供氮能力的變化。
研究土壤供氮能力的方法較多,其中生物耗竭法[14]通過連續(xù)不斷種植植物,評(píng)價(jià)土壤供氮特性,是評(píng)價(jià)土壤氮素有效性的基本方法。Stanford和Smith[15]提出的間歇淋洗好氣培養(yǎng)法,是在室內(nèi)培養(yǎng)條件下評(píng)價(jià)土壤供氮能力方面應(yīng)用最廣泛的方法,依據(jù)土壤氮礦化勢(shì)評(píng)價(jià)土壤供氮能力。因此,本研究以黃土高原南部地區(qū)陜西楊凌不同栽培年限日光溫室土壤為研究對(duì)象,采用生物耗竭試驗(yàn)與間歇淋洗好氣培養(yǎng)相結(jié)合的方法,評(píng)價(jià)了隨日光溫室栽培年限的增加土壤供氮能力的變化,旨在為日光溫室栽培系統(tǒng)合理氮素管理提供可靠的依據(jù)。
1.1 供試土壤
供試土壤采自黃土高原南部陜西楊凌的設(shè)施蔬菜栽培基地。當(dāng)?shù)貙俅箨懶约撅L(fēng)氣候,海拔約520 m,年均降水量為630 mm左右,主要集中于7—9月,年平均溫度為12.9℃,土壤類型為塿土。日光溫室多建于2009—2010年,溫室建造時(shí)移去原農(nóng)田土壤的表層土(0~90 cm),用于堆砌保溫土墻,因此,日光溫室內(nèi)耕層(0~20 cm)土壤養(yǎng)分含量較低,其中土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量分別為8.3 g·kg-1和0.59 g·kg-1,硝態(tài)氮、速效磷(以P計(jì))和速效鉀(以K計(jì))含量分別為21.2 mg·kg-1、5.0 mg·kg-1和123.6 mg·kg-1。除土壤速效鉀外,其他養(yǎng)分含量均處于嚴(yán)重缺乏狀態(tài)。單個(gè)日光溫室面積多為350~700 m2,種植的蔬菜品種多為番茄(Lycopersicon esculentum Mill.),一般每年10月份左右定植,翌年6月底拉秧;產(chǎn)量多為100~ 180 t·hm-2,平均產(chǎn)量為145 t·hm-2[16-17]。該區(qū)域施用的有機(jī)肥多為商品雞糞和牛糞,年均施用量約142 t·hm-2?;室詮?fù)合肥、尿素和硫酸鉀為主,其中氮、磷、鉀施用量分別為690 kg·hm-2、720 kg·hm-2和759 kg·hm-2。氮肥和鉀肥部分作基肥,其余的作追肥,整地前將磷肥和有機(jī)肥(基肥)一次施入土壤。
選取13個(gè)代表性的日光溫室耕層(0~20 cm)土樣作為研究對(duì)象,其中10個(gè)溫室建于2009年,另3個(gè)建于2010年。于種植前及第2年和第3年蔬菜收獲后(即2009年、2011年和2012年)取樣,溫室栽培年限分別為0 a、2 a和3 a,溫室數(shù)量分別為1個(gè)、3個(gè)和10個(gè)。
采集0~20 cm土壤樣品,每個(gè)溫室內(nèi)取3個(gè)點(diǎn),組成一個(gè)混合土樣。將采集的新鮮土樣,剔除蔬菜殘留物,自然風(fēng)干后過2 mm篩,用于土壤養(yǎng)分指標(biāo)的測(cè)定。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 盆栽生物耗竭試驗(yàn)
采用上述土壤樣品進(jìn)行盆栽生物耗竭試驗(yàn)。以番茄為供試作物,連續(xù)種植3茬。試驗(yàn)設(shè)0年(0 a)、2 年(2 a)和3年(3 a)3個(gè)處理,每處理重復(fù)5次,各處理不施用氮肥,均施用磷肥和鉀肥,用量分別為0.15 g(P2O5)·kg-1(土)和0.15g(K2O)·kg-1(土),其中磷肥用過磷酸鈣,鉀肥為硫酸鉀。
盆栽試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院網(wǎng)室中進(jìn)行,試驗(yàn)用盆缽為內(nèi)徑15 cm,高20 cm的塑料盆(帶盆底),每盆裝土1.5 kg。將肥料(過磷酸鈣+硫酸鉀)與土壤混勻后裝盆,然后加入去離子水,使土壤含水量保持在田間持水量的80%。第1茬番茄于2012年的9月24日種植,供試品種為‘金棚11號(hào)’,每盆直播10粒番茄種子,出苗后及時(shí)間苗,每盆定苗5 株,生長(zhǎng)期間用稱重法控制水分含量,灌水為去離子水。11月22日收獲(為第1茬),將番茄按地上部分和根系分開,稱量鮮重,烘干后測(cè)定植株干重和全氮含量。
試驗(yàn)第1茬結(jié)束后,將各試驗(yàn)盆中番茄地上部分剪掉,放入信封中,取盆中土、揀出番茄殘根后, 過2 mm篩,各自混勻后裝入原來的試驗(yàn)盆中,不施用任何肥料,于2013年3月16日至6月10日進(jìn)行盆栽試驗(yàn)的第2茬,方法與第1茬相同;盆栽試驗(yàn)第3茬于2013年8月30日至11月15日進(jìn)行。累計(jì)種植時(shí)間共計(jì)222 d。
各階段生長(zhǎng)期間,測(cè)定每盆番茄的株高、莖粗和葉綠素含量(采用SPAD儀測(cè)定)。于定植后20 d開始,每隔15 d采1次樣,每盆選擇長(zhǎng)勢(shì)弱、中和強(qiáng)的番茄各1株,取平均值。每茬番茄收獲后取試驗(yàn)盆中土1份,用于測(cè)定土壤速效氮和全氮含量。
1.2.2 長(zhǎng)期好氣培養(yǎng)試驗(yàn)
本試驗(yàn)采用方法同Stanford和Smith[15]提出的間歇淋洗好氣培養(yǎng)法。稱15.00 g(1 mm)風(fēng)干土樣和等質(zhì)量的石英砂混合,加入少量蒸餾水,濕潤(rùn)后充分混勻;移入50 mL培養(yǎng)器(聚丙烯一次性注射器)中,培養(yǎng)器底部鋪6 mm玻璃棉,土樣之上蓋3 mm玻璃棉,并覆10 g石英砂,以防淋洗過程中土粒飛濺,裝好后輕振幾下以使土壤填裝松緊適度。用100 mL 0.01 mol·L-1CaCl2溶液分4次淋洗土壤,收集淋洗液,測(cè)定淋洗液中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮;再澆灌25 mL無氮營(yíng)養(yǎng)液(0.002 mol·L-1CaSO4·2H2O,0.002 mol·L-1MgSO4,0.005 mol·L-1Ca(H2PO4)2·2H2O,0.002 5 mol·L-1K2SO4),抽濾(-80 kPa),以除去土壤中多余水分,用封口膜密封管口,置于35℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別于培養(yǎng)的第0周、1周、2周、4周、6周、8周、10周、12周、14周、16周、18周、20周、22周、24周、26周、28周和30周同上方法進(jìn)行淋洗,并收集淋洗液,用流動(dòng)分析儀(德國布朗盧比公司,AA3)測(cè)定淋洗液中NO-N和NH-N含量。
土壤累積氮礦化量為各培養(yǎng)階段礦化氮量之和。土壤氮素礦化的單因素指數(shù)模型:
式中:Nt為培養(yǎng)時(shí)間t時(shí)氮礦化量(mg·kg-1),N0為氮素礦化勢(shì)(mg·kg-1)即可礦化氮量,k為礦化速率常數(shù),t為培養(yǎng)時(shí)間(d)。
1.3 分析方法
土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量均采用常規(guī)分析法。培養(yǎng)結(jié)束后,測(cè)定土壤礦質(zhì)氮含量,采用 1 mol·L-1KCl溶液提取,提取液中礦質(zhì)氮NO-N和NH-N含量用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定,兩者之和為礦質(zhì)氮含量。將每茬收獲的地上莖葉和根系,烘干,磨細(xì),過0.2 mm篩后用H2SO4-H2O2消煮,半微量凱氏法測(cè)定全氮含量[18]。
1.4 數(shù)據(jù)處理與分析
采用SAS 8.0對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析及顯著性測(cè)驗(yàn),用Sigmaplot 12.0繪制圖形。
2.1 栽培年限對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響
由表1可以看出,同一茬番茄株高和莖粗均隨生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加,且株高、莖粗與葉綠素含量均表現(xiàn)為3 a>2 a>0 a。除盆栽第1茬株高(定植后20 d)外,不同栽培年限日光溫室土壤3茬番茄株高、莖粗和葉綠素含量均表現(xiàn)為2 a和3 a顯著高于種植前(P<0.05),但2 a和3 a土壤3茬的差異均未達(dá)到顯著差異水平。
同一栽培年限,番茄各生長(zhǎng)指標(biāo)不同茬存在很大差異。種植前處理,番茄定植后20 d,除葉綠素含量表現(xiàn)為第3茬顯著低于第1茬和第2茬外(P<0.05),株高和莖粗3茬差異不顯著。定植后35 d表現(xiàn)為第3茬株高顯著高于前兩茬,而葉綠素含量顯著低于前兩茬(P<0.05),莖粗在3茬之間的差異未達(dá)到顯著水平。定植后50 d,僅番茄葉綠素含量第3茬顯著低于第2茬,株高和莖粗3茬的差異未達(dá)到顯著水平。2 a處理,定植后20 d時(shí)第1茬番茄株高顯著低于第2茬和第3茬,而第2茬葉綠素含量明顯高于第1茬和第3茬;定植后35 d和50 d,各生長(zhǎng)指標(biāo)3茬之間差異均未達(dá)到顯著水平。3 a處理,定植后20 d,株高和莖粗第1茬均顯著低于第2茬,葉綠素含量則表現(xiàn)為第2茬顯著高于第1茬和第3茬;定植后35 d,除番茄莖粗3茬差異不顯著,株高第1茬顯著低于第2茬和第3茬,葉綠素含量則為第3茬顯著低于其他兩茬;定植后50 d,株高各茬間差異不顯著,莖粗為第3茬顯著低于第1茬,而葉綠素含量第3茬顯著低于第1茬。
表1 溫室栽培年限對(duì)不同茬口番茄株高、莖粗及葉綠素含量(SPAD值)的影響Table 1 Height,stem diameter and leaf SPAD of tomatoes of different harvests after planting in soils with different cultivation years of greenhouse
隨著栽培年限的延長(zhǎng),番茄生物量呈增加趨勢(shì)。與0 a相比,2 a和3 a處理番茄地上部分和根系的生物量均顯著增加,而2 a和3 a番茄生物量差異不顯著(P>0.05)。各栽培年限處理相比,3 a處理地上部分生物量最大,較0 a增加了462.9%;2 a處理生物量較0 a處理增加了409.1%。2 a和3 a處理根系生物量較0 a處理分別增加了61.4%和105.3%。
同一栽培年限,不同茬相比,0 a處理第1茬和第2茬番茄地上部分和根系生物量分別為第3茬的3.9倍、3.3倍和1.8倍、1倍。2 a處理番茄地上部分生物量第2茬是第1茬和第3茬的1.5倍和3.8倍; 3 a處理番茄地上部分生物量第2茬是第1茬和第3茬的1.9倍和5.3倍,且均顯著高于第1茬和第3茬;而兩處理根系生物量3茬差異不顯著。
2.2 栽培年限對(duì)番茄氮素含量和吸氮量的影響
由表3可見,栽培年限長(zhǎng)的溫室,植株地上部分和根系氮素含量均較高。番茄栽培第1茬地上部分氮素含量0 a處理為1.29%,2 a和3 a處理分別是它的1.17和1.27倍;根系氮素含量0 a為0.42%,2 a 和3 a處理分別為其含氮量的1.91和2.07倍。3茬2 a和3 a處理番茄地上部分和根系氮素含量均顯著高于0 a,但2 a和3 a處理差異不顯著(P>0.05)。
番茄吸氮量變化在28.9~251.5 mg·pot-1。從不同栽培年限看,2 a、3 a處理番茄吸氮量分別是0 a的6.0和8.7倍,差異均達(dá)到了顯著水平(P<0.05)。3 a處理番茄吸氮量高于2 a,但差異未達(dá)顯著水平(P>0.05);各生長(zhǎng)階段番茄吸氮量均表現(xiàn)為2 a和3 a處理顯著高于0 a。且各階段隨栽培年限延長(zhǎng),番茄吸氮量呈增加趨勢(shì),但不同生長(zhǎng)階段2 a和3 a處理間差異未達(dá)到顯著水平(P>0.05)。
表2 溫室栽培年限對(duì)不同茬口番茄地上部分和根系生物量的影響Table 2 Aboveground and root biomasses of tomato of different harvests in soils with different cultivation years of greenhouse g·pot-1
表3 溫室栽培年限對(duì)不同茬口番茄吸氮量的影響Table 3 N uptake of tomato of different harvests in soils with different cultivation years of greenhouse
同一栽培年限不同茬相比,0 a處理地上部分氮素含量第1茬是第2茬、第3茬的1.4倍和1.6倍,均顯著高于第2茬和第3茬,而2 a和3 a處理第2茬顯著高于第1茬和第3茬;與第2茬相比,3個(gè)栽培年限處理均表現(xiàn)為第1茬和第3茬番茄根系氮素含量顯著降低。從番茄吸氮量來看,除0 a處理第3茬顯著低于其余兩茬外,2 a和3 a處理均表現(xiàn)為第2茬顯著高于第1茬和第3茬。
2.3 栽培年限對(duì)土壤養(yǎng)分及礦質(zhì)氮和可礦化氮的影響
由表4可見,與種植前相比,栽培第2 a和3 a溫室土壤0~20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量分別增加62.1%和131.0%,增幅達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。栽培3 a的土壤全氮含量顯著增加,較種植前增加67.1%。栽培3 a的溫室土壤礦質(zhì)氮、速效磷和速效鉀含量也顯著增加,增幅平均分別達(dá)621.4%、1445.6%和146.9%。
土壤初始礦質(zhì)態(tài)氮含量0 a為13.07 mg·kg-1,2 a 和3 a與0 a相比土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量分別增加了409.10%和621.42%。采用長(zhǎng)期好氣培養(yǎng)法測(cè)定的0 a處理土壤可礦化氮量(好氣培養(yǎng)礦化氮)為41.4 mg·kg-1, 2 a和3 a處理土壤可礦化氮量顯著增加,分別是0 a 的2.84和2.96倍。與0 a相比,番茄吸氮量、初始礦質(zhì)態(tài)氮量和可礦化氮量2 a和3 a處理均顯著增加(P<0.05)。
表4 不同年限溫室土壤的理化性質(zhì)Table 4 Physical and chemical properties of soils of greenhouses planted for different years
為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同栽培年限土壤供氮能力,本試驗(yàn)將生物耗竭法得到的番茄吸氮量與土壤初始礦質(zhì)態(tài)氮、全氮、有機(jī)質(zhì)含量和土壤礦化氮累積量進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果(圖1)表明,番茄吸氮量與土壤初始礦質(zhì)氮、全氮含量、累積礦化氮量及有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.857、0.854、0.933和0.886,說明土壤供氮水平取決于土壤初始礦質(zhì)氮、全氮和有機(jī)質(zhì)含量的大小。
圖1 番茄吸氮量與溫室土壤初始礦質(zhì)態(tài)氮含量、全氮含量、累積礦化氮量和有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系Fig.1 Relationship between N uptake and initial mineral N content,total N content,cumulative N mineralization and organic matter content in soils of greenhouse
3.1 栽培年限對(duì)溫室土壤供氮能力的影響
本研究發(fā)現(xiàn),隨日光溫室栽培年限的增加,番茄株高、莖粗、地上及地下部生物量和葉綠素含量隨之增加,這與栽培年限長(zhǎng)的溫室土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量較高有關(guān)[16]。采用盆栽生物耗竭法測(cè)定的番茄吸氮量及長(zhǎng)期間歇好氣淋洗法測(cè)定土壤可礦化氮量均顯著增加。隨日光溫室栽培年限的增加,番茄吸氮量的增加與新建溫室大量施用有機(jī)肥提高土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量有關(guān)[19-20]。對(duì)該研究區(qū)域170余個(gè)日光溫室養(yǎng)分投入情況的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥施用量平均為142 t·hm-2,變化范圍為36~360 t·hm-2,其中超過120 t·hm-2的占調(diào)查溫室的62%[21]。設(shè)施發(fā)展較早的山東等地,日光溫室有機(jī)肥用量更高(177~265.1 t·hm-2)[22-23]。長(zhǎng)期大量施用有機(jī)肥顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量[11,16,21,24]。本研究發(fā)現(xiàn),0~20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為8.7~20.1 g·kg-1,隨日光溫室栽培年限增加有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量提高。周博[25]的氮素耗竭試驗(yàn)也表明,施用有機(jī)肥明顯提高了溫室土壤供氮能力。可見,日光溫室栽培下長(zhǎng)期施肥,特別是施用有機(jī)肥顯著改善了土壤有機(jī)氮庫的容量,增加了土壤供氮量[26]。因此,隨日光溫室栽培年限的增加,在確定氮肥合理推薦量時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低化學(xué)氮肥的用量。
雖然本研究表明,隨栽培年限的增加,日光溫室土壤供氮能力顯著增強(qiáng),由于本研究?jī)H比較了新建溫室前3年土壤供氮能力的變化,尚需進(jìn)一步研究隨栽培年限的增加土壤供氮能力的變化特性;另外,在田間栽培條件下,由于土壤溫度、水分等環(huán)境因素與培養(yǎng)試驗(yàn)存在很大的差異,因此,如何定量減少化學(xué)氮肥的用量,尚需開展田間試驗(yàn)進(jìn)行研究。
3.2 土壤供氮能力的評(píng)價(jià)方法
作物吸收的氮素同時(shí)來源于土壤中的無機(jī)態(tài)氮和土壤礦化的有機(jī)氮。若要全面評(píng)價(jià)土壤的供氮能力,必須綜合考慮土壤初始礦質(zhì)氮和作物生長(zhǎng)期間土壤礦化的氮素[27]。由于土壤可礦化氮與土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量密切相關(guān),因此,測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)及全氮含量是評(píng)價(jià)其供氮水平的簡(jiǎn)便方法。生物耗竭法和長(zhǎng)期間歇好氣淋洗法是兩種評(píng)價(jià)土壤供氮能力的經(jīng)典方法[28],其中生物耗竭法是評(píng)價(jià)土壤供氮能力最直接的方法。因此,本研究同時(shí)采用盆栽生物耗竭法和長(zhǎng)期間歇好氣淋洗法對(duì)不同年限溫室土壤供氮能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、初始礦質(zhì)氮及累積礦化氮量與番茄吸氮量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,說明這些指標(biāo)均可用于土壤供氮能力的評(píng)價(jià)。
隨著新建日光溫室栽培年限的延長(zhǎng),番茄各生長(zhǎng)指標(biāo)(株高、莖粗和葉綠素含量)均呈增加趨勢(shì),且第3年溫室土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量均顯著高于種植前;番茄吸氮量及土壤可礦化氮量顯著增加,說明土壤供氮能力顯著增強(qiáng),生產(chǎn)中對(duì)栽培年限長(zhǎng)的日光溫室應(yīng)適當(dāng)降低化學(xué)氮肥的用量。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、初始礦質(zhì)氮及累積礦化氮量與番茄吸氮量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,其中以土壤礦化氮量與番茄吸氮量間的相關(guān)系數(shù)最大,說明這些指標(biāo)均可用于土壤供氮能力的評(píng)價(jià)。
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Effect of cultivation year on tomato growth and soil nitrogen supply ability of newly built solar greenhouses*
WANG Shichao,CHEN Zhujun**,CAI Hongming,ZHOU Jianbin
(College of Natural Resources&Environment,Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China,Ministry of Agriculture,Yangling 712100,China)
Solar greenhouse,developed by China’s farmers and scientists in the early 1980s,makes it possible to produce vegetables during winter without additional heating and lighting in large parts of North China.Vegetable cultivation in greenhouses has high profitability.This has led to a rapid increase in the land area used for solar greenhouse production over the last three decades.Within the greenhouse system,it is common to overuse inorganic fertilizers and manure in vegetable production.It increases the organic matter in soil and the accumulation of nutrients and salts in the soil.The accumulation of nutrients in solar greenhouse soils,especially nitrate,has high environmental risks.Optimum application of nitrogen(N) fertilizer is critical for resolving this problem.Mineralized N in soils during crop growth supports a high rate of N uptake by crop.Therefore understanding nitrogen(N)mineralization in solar greenhouse soils with different cultivation histories is important for rational N fertilization.However,most of the studies on soil N mineralization studies have focused on arablesoils and little remains known about N mineralization in solar greenhouse soils with different cultivation histories.In this study, the pot depletion method and Stanford and Smith aerobic incubation method were used to evaluate the effects of cultivation years on N supply ability in the 0-20 cm layer of soil under newly-built solar greenhouse with different cultivation years [0 year(before greenhouse construction),2 and 3 years]of operation in Yangling,Shaanxi.Response of tomato to cultivation years was also investigated.The results showed that tomato height,stem diameter,aboveground and root biomass,leaf SPAD in 2 and 3 years greenhouse were significantly higher than those in field of 0 year greenhouse,while these indexes were not significantly different between 2 years and 3 years greenhouses.Total N uptake of tomato increased with increasing age of solar greenhouse.Total N uptakes in greenhouse soils with 2 and 3 years of cultivation were 2.53 and 3.01 times that of soils before greenhouse construction.Soil organic matter,total nitrogen and available nutrients contents of 3 years solar greenhouse were significantly increased compared with those of field before greenhouse construction.Mineralized N in solar greenhouse soils with 2 and 3 years of cultivation was 2.84 and 2.96 times that of soils before greenhouse construction.It then indicated that as the age of solar greenhouse increased,soil N supply ability increased significantly.The contents of soil organic matter, total N,initial mineral N,and mineralized N were significantly positively related to tomato N uptake.The coefficient between mineralized N and tomato N uptake was highest.It indicated that these indexes could be used to evaluate soil N supply ability, mineralized N was the best one.In order to reduce N loss and increase N use efficiency in the study area,it was concluded that as the age of greenhouses increased,the addition of inorganic N fertilizer should be reduced in solar greenhouse production.
Solar greenhouse;Cultivation year;Soil nitrogen supply ability;Nitrogen uptake;Growth;Tomato
S626.5;S135.6+1
A
1671-3990(2016)10-1356-08
10.13930/j.cnki.cjea.160153
* 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31372137)、陜西省農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(2014K01-14-03)和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(B12007)資助
**通訊作者:陳竹君,主要研究方向?yàn)橥寥牢锢砘瘜W(xué)性狀與養(yǎng)分循環(huán)。E-mail:zjchen@nwsuaf.edu.cn王士超,主要研究方向?yàn)檗r(nóng)田物質(zhì)循環(huán)與環(huán)境。E-mail:wangschao@163.com
2016-02-18 接受日期:2016-03-28
* This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(31372137),the Agricultural Project in Shaanxi Province (2014K01-14-03)and the Program of Introducing Talents of Discipline to Universities of China(B12007).
**Corresponding author,E-mail:zjchen@nwsuaf.edu.cn
Received Feb.18,2016;accepted Mar.28,2016
中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文)2016年10期