長(zhǎng)期施肥對(duì)設(shè)施菜田土壤氮、磷時(shí)空變化及流失風(fēng)險(xiǎn)的影響

石 寧 ，李 彥 ，3*，井永蘋(píng) ，3，薄錄吉 ，3，張英鵬 ，3，孫 明 ，3，仲子文 ，3

（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)農(nóng)村部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100；3.山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100）

設(shè)施蔬菜合理施用肥料是獲得高產(chǎn)高質(zhì)蔬菜、維持土壤地力和減少過(guò)量氮磷引起環(huán)境污染的關(guān)鍵。早在2000年的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山東省蔬菜大棚由于過(guò)量施用化肥，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的養(yǎng)分累積，P2O5的累積量在4000 kg·hm-2以上，N和K2O的含量也在1500 kg·hm-2以上[1]。2006年，山東壽光設(shè)施菜田表層土壤硝態(tài)氮的含量是露地土壤的6.5倍，氮淋溶深度已經(jīng)達(dá)到土壤5～6 m處，對(duì)地下水構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2]。2016年我國(guó)設(shè)施蔬菜面積已經(jīng)高達(dá)5872萬(wàn)hm2，是世界第一，并且還以每年10%的速度在增長(zhǎng)。而農(nóng)民為了追求高產(chǎn)，不惜大量投入化肥和有機(jī)肥，這種高水、肥投入的管理模式給土壤以及地下水環(huán)境帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)[3]。蔬菜作物對(duì)養(yǎng)分需求雖然較高，但實(shí)際生產(chǎn)中，農(nóng)民在施用化肥的基礎(chǔ)上會(huì)投入有機(jī)肥以期提升土壤質(zhì)量保證作物品質(zhì)，但是卻忽略了有機(jī)肥中含有大量有效養(yǎng)分，導(dǎo)致養(yǎng)分投入量遠(yuǎn)超作物需求[3-4]。據(jù)調(diào)查，有機(jī)肥提供的氮養(yǎng)分會(huì)占到總施氮量的一半以上，并且以畜禽糞便為主[5]，容易造成土壤酸化、鹽堿化，地下水污染。連續(xù)5年施用沼肥導(dǎo)致0～180 cm土層土壤中磷素盈余隨著沼肥使用比例的增加而顯著增加，從而增加了菜田土壤磷素累積和淋失的風(fēng)險(xiǎn)[6]。土壤硝態(tài)氮含量變化在作物不同生育階段具有一定規(guī)律性，且在0～60 cm土層中的變化最為明顯[7]。山東是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，常年過(guò)量施肥導(dǎo)致的土壤質(zhì)量下降、養(yǎng)分流失等環(huán)境問(wèn)題逐漸成為蔬菜清潔生產(chǎn)、生態(tài)發(fā)展的瓶頸，設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分含量分布特征如何，也是未來(lái)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系進(jìn)一步優(yōu)化施肥的關(guān)鍵。

本研究于2016年在山東省全省范圍內(nèi)開(kāi)展了設(shè)施蔬菜黃瓜和番茄施肥情況的調(diào)查，同時(shí)選取不同種植年限的設(shè)施大棚，采集土樣進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定分析，揭示目前山東設(shè)施菜田養(yǎng)分施用情況以及土壤氮磷養(yǎng)分累積和遷移變化的特征，為未來(lái)設(shè)施蔬菜綠色清潔生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查方法及內(nèi)容

本研究采用農(nóng)戶抽樣調(diào)查的方法，對(duì)山東省2015—2016年設(shè)施黃瓜和番茄的種植農(nóng)戶進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。根據(jù)設(shè)施蔬菜種植面積和生產(chǎn)水平的高低，結(jié)合地理位置，在山東省抽取3個(gè)縣（市、區(qū)），分別是膠州市、壽光市和東阿市。抽樣調(diào)查采用概率抽樣抽取樣本，在每個(gè)縣（市、區(qū)）隨機(jī)抽取2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)抽取2個(gè)村，每個(gè)村按戶主名冊(cè)等距抽取20戶。各縣（市、區(qū)）的被調(diào)查農(nóng)戶在地理位置、產(chǎn)量和管理水平等方面均具有代表性。實(shí)際調(diào)查戶數(shù)為207戶，設(shè)施大棚種植模式主要有2種：冬春茬種植黃瓜（n=59）或者番茄（n=27），秋茬種植黃瓜（n=79）和番茄（n=42）。調(diào)查內(nèi)容主要包括肥料種類、肥料養(yǎng)分含量、施肥量、大棚面積蔬菜產(chǎn)量等指標(biāo)。農(nóng)戶施用的氮、磷、鉀肥養(yǎng)分含量的計(jì)算：化肥采用包裝袋上標(biāo)識(shí)的量；有機(jī)肥養(yǎng)分含量采用文獻(xiàn)《中國(guó)有機(jī)肥料養(yǎng)分志》提供的數(shù)值計(jì)算[8-9]。單位面積大棚一年內(nèi)使用的化肥和有機(jī)肥的質(zhì)量乘以各自養(yǎng)分含量，再相加后得出肥料年施用折純量。黃瓜和番茄所需養(yǎng)分比例數(shù)據(jù)采用文獻(xiàn)[10-11]計(jì)算。

1.2 試驗(yàn)分析

1.2.1 土壤樣品采集

山東省淄博市臨淄區(qū)淄博東科蔬菜專業(yè)合作社自2012年被山東省土壤肥料總站任命為“山東設(shè)施蔬菜測(cè)土配方施肥”推廣的試點(diǎn)企業(yè)之一，其施肥管理模式在山東省具有很強(qiáng)的代表性。該社大棚統(tǒng)一采用有機(jī)肥和化肥配施的施肥方案，有機(jī)肥主要采用干鴨糞和牛糞，本研究選擇了施用鴨糞的4個(gè)不同種植年限的大棚，分別為5、10、15年和20年，同時(shí)選擇大棚周邊的糧田（小麥）土壤（褐土）作為對(duì)照。種植作物為西葫蘆-番茄輪作，土壤為褐土，每個(gè)大棚取5鉆土壤制備混合樣，按照20 cm一層分別采集0～100 cm的土壤。取樣時(shí)間為2017年5月25日，設(shè)施中前季冬春茬西葫蘆剛收獲。所有大棚統(tǒng)一使用膜下滴灌灌水方式。

1.2.2 測(cè)定方法

采集的鮮土用2 mol·L-1KCl溶液（土水比1∶5）浸提，并通過(guò)氮素連續(xù)流動(dòng)分析儀（TRAACS 2000，Bran and Luebbe，Norderstedt，Germany）測(cè)定硝態(tài)氮；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸氧化（外加熱法），硫酸亞鐵溶液滴定法測(cè)定；速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.3 統(tǒng)計(jì)及分析方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan分析，顯著性差異水平為0.05。采用Excel和Sigmaplot 12.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省設(shè)施菜田養(yǎng)分投入量

在養(yǎng)分投入中，有機(jī)肥作為基肥一次性投入，從圖1中結(jié)果可見(jiàn)，黃瓜、番茄的有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥氮、磷、鉀投入量相當(dāng)。黃瓜氮、磷、鉀的總投入量分別為1033、765 kg·hm-2和 1068 kg·hm-2，番茄分別為 710、503 kg·hm-2和 755 kg·hm-2，番茄中養(yǎng)分總投入量略低于黃瓜。

在臨淄選取的設(shè)施西葫蘆養(yǎng)分投入見(jiàn)表1，氮、磷、鉀養(yǎng)分總投入量分別是1065、1020 kg·hm-2和1395 kg·hm-2。氮總養(yǎng)分投入量和調(diào)查結(jié)果相當(dāng)，磷的總投入量高出調(diào)查結(jié)果的37%～50%，鉀的總投入量高出26%～48%。其中有機(jī)肥氮、磷的投入分別是化肥投入的2倍和5倍，化肥氮、磷的投入大幅減少。

圖1 黃瓜和番茄的無(wú)機(jī)肥和有機(jī)肥養(yǎng)分投入量Figure1 The nutrient input from chemical fertilizer and organic fertilizer for cucumber and tomato

表1 設(shè)施西葫蘆養(yǎng)分投入量Table1 The nutrient input for marrow

2.2 設(shè)施菜田果實(shí)產(chǎn)量及氮磷輸出比例

調(diào)查的設(shè)施菜田秋茬種植的時(shí)間較短，平均3～4個(gè)月，冬春茬蔬菜生長(zhǎng)期長(zhǎng)，平均6～7個(gè)月。不同設(shè)施菜田蔬菜產(chǎn)量差異明顯，黃瓜平均產(chǎn)量為66 t·hm-2（CV%=55.68），番茄平均為57 t·hm-2（CV%=52），黃瓜和番茄均根據(jù)吸收參數(shù)計(jì)算其養(yǎng)分吸收量。從表2中可見(jiàn)，黃瓜和番茄氮、磷養(yǎng)分輸出占總投入比例較低，分別為25%和10%。

種植5年和10年的設(shè)施西葫蘆產(chǎn)量分別為317 t·hm-2和312 t·hm-2，15年和20年的設(shè)施西葫蘆產(chǎn)量分別為 224 t·hm-2和222 t·hm-2，顯著低于種植年限較短的菜田（表3）。從果實(shí)養(yǎng)分輸出比例來(lái)看，5年和10年設(shè)施菜田氮輸出占養(yǎng)分投入的比例達(dá)到了59%以上，磷輸出比例均在18%以上，而15年和20年設(shè)施菜田氮輸出比例均為42%，磷為13%，均低于較短年限菜田養(yǎng)分輸出（表3）。

表2 黃瓜和番茄的氮、磷輸出占總養(yǎng)分投入量的比例（%）Table2 The vegetable nutrient output/input ratios for cucumber and tomato（%）

表3 不同年限設(shè)施大棚產(chǎn)量和果實(shí)氮、磷輸出比例Table3 The greenhouse vegetable yields and the fruit nutrient output/input ratios as affected by different cultivation years

2.3 不同年限設(shè)施菜田土壤氮、磷空間分布特征

由圖2a可知，糧田土壤0～100 cm不同土層中的硝態(tài)氮含量相當(dāng)，平均為3.5 mg·kg-1，設(shè)施菜田不同土層中硝態(tài)氮含量均顯著高于糧田土壤。在整個(gè)0～100 cm土層中，設(shè)施菜田硝態(tài)氮含量在0～20 cm含量較高，平均為15.85 mg·kg-1，其次是60～80 cm和80～100 cm，硝態(tài)氮平均含量分別為13 mg·kg-1和16 mg·kg-1，20～60 cm土壤中硝態(tài)氮含量較低，平均為11 mg·kg-1。說(shuō)明硝態(tài)氮在土層中發(fā)生了遷移。除40～60 cm土層外，其余土層中土壤硝態(tài)氮含量隨著設(shè)施菜田種植年限的增加而增加，尤其在80～100 cm深層土壤中更明顯，種植5年的硝態(tài)氮含量和糧田土壤沒(méi)有顯著差異，而20年和15年設(shè)施菜田中硝態(tài)氮含量顯著高于10年和5年的菜田土壤。

由圖2b可知，設(shè)施菜田土壤速效磷含量在0～100 cm土層中均顯著高于糧田土壤，菜田土壤速效磷在0～20 cm和20～40 cm中大量累積，顯著高于深層土壤，并且隨著種植年限的增加而增加。在0～20 cm土層中種植20年的設(shè)施菜田的速效磷含量達(dá)到345 mg·kg-1，較周?chē)Z田土壤提高436%，相較于5年的設(shè)施菜田土壤提高37%，在20～40 cm土層中速效磷平均含量達(dá)到190 mg·kg-1。隨著土層的加深土壤速效磷含量逐漸降低，在80～100 cm土層中平均達(dá)到57.68 mg·kg-1。在20～100 cm土層中，15年設(shè)施菜田的速效磷含量顯著高于其他種植年限的菜田。

圖2 不同年限設(shè)施菜田土壤硝態(tài)氮和速效磷在土層中的累積量Figure2 The accumulation of soil nitrate-N，soil Olsen-P in 0～100 cm soil depths with different cultivation years of greenhouse vegetables

2.4 設(shè)施菜田不同土層氮、磷含量的累積速率

隨著年限的延長(zhǎng)，土層中硝態(tài)氮和速效磷在不同種植時(shí)間段中的累積速率也存在差異（圖3）。由圖3a可知，種植5年的設(shè)施菜田和糧田土壤相比，0～100 cm土層中硝態(tài)氮均處于累積狀態(tài)，土層之間沒(méi)有差異，平均累積速率為238%；5～10年的累積率在0～20 cm為負(fù)值，20～100 cm為正值，說(shuō)明在表層硝態(tài)氮以向下層遷移為主，深層土壤仍然呈累積狀態(tài)，且不同土層間累積速率沒(méi)有顯著差異；10～15年間，硝態(tài)氮向下遷移主要發(fā)生在40～60 cm，且顯著高于20～40 cm和60～80 cm。15～20年間硝態(tài)氮在不同土層中又呈現(xiàn)累積狀態(tài)。

由圖3b可知，土壤速效磷在0～5年間主要呈累積狀態(tài)，0～60 cm中的累積速率顯著高于深層60～100 cm；5～10年間速效磷在40～100 cm土層中累積速率為負(fù)值，說(shuō)明以向下遷移為主；在10～15年間，速效磷在0～100 cm土層中的累積速率都是正值，深層60～80 cm和80～100 cm的累積速率顯著高于其他土層；15～20年間，20～100 cm中速效磷的累積速率都是負(fù)值，且60～80 cm和80～100 cm顯著低于淺層土壤，說(shuō)明在15～20年間土壤速效磷在深層土壤中的累積含量過(guò)高，并發(fā)生了嚴(yán)重的遷移。

圖3 不同年限段設(shè)施菜田土壤硝態(tài)氮和速效磷在0～100 cm土層中的累積率變化Figure3 The accumulation ratios of soil nitrate-N，soil olsen-Pin 0～100 cm soil depths with indifferent cultivation years of greenhouse vegetables

圖4 不同年限設(shè)施菜田土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure4 The soil pH and organic matter contents in 0～40 cm soil depths with different cultivation years of greenhouse vegetables

2.5 不同年限設(shè)施菜田土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量變化

由圖4a可知，和糧田土壤相比，設(shè)施菜田0～20 cm和20～40 cm土壤pH值均顯著降低，并且隨著種植年限的延長(zhǎng)，降低的幅度增大。20年設(shè)施菜田0～20 cm土壤pH值僅為6.85，比糧田土壤降低1.33個(gè)單位，即使只種植了5年的設(shè)施菜田，pH值也降低1.05個(gè)單位。在20～40 cm的根層土壤中，糧田土壤pH值為8.52，不同年限設(shè)施菜田土壤pH降低幅度為0.49～0.89個(gè)單位，平均為0.73個(gè)單位。

由圖4b可知，土壤有機(jī)質(zhì)主要集中在表層0～20 cm土層中，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于糧田土壤，且隨著種植年限的增加不斷增加，但在10年種植年限的設(shè)施菜田表層土壤有機(jī)質(zhì)含量卻有降低。土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化分解取決于土壤中微生物的作用，根據(jù)土壤微生物對(duì)外源有機(jī)質(zhì)礦化能力的反映而產(chǎn)生的正負(fù)激發(fā)效應(yīng)，將微生物分為受碳源限制的土著性微生物和受氮源限制的發(fā)酵性微生物[12]。在本試驗(yàn)中，10年種植年限的設(shè)施菜田表層土壤硝態(tài)氮含量較低，此時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量也較低，這可能是因?yàn)橥寥牢⑸锘钚詳?shù)量以及其群落組成發(fā)生了變化。20年設(shè)施菜田土壤0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量為34.32 g·kg-1，相對(duì)糧田土壤增加82%，比種植5年的設(shè)施菜田土壤增加29%。在20～40 cm土層中，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量均減少，不同年限之間沒(méi)有顯著差異，平均含量為13.58 g·kg-1，相較于糧田土壤增加28%。

2.6 不同年限設(shè)施菜田土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性

設(shè)施菜田土壤pH和土壤速效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.935，土壤pH與土壤硝態(tài)氮含量沒(méi)有顯著相關(guān)關(guān)系（圖5）。從圖6可以看出，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤速效磷呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.827，和土壤硝態(tài)氮也沒(méi)有顯著相關(guān)性。土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.758（圖7）。

圖5 不同年限設(shè)施菜田土壤pH與土壤硝態(tài)氮、速效磷含量的相關(guān)性Figure5 Correlation between soil pH and NO3--N，Olsen-P in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

圖6 不同年限設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤硝態(tài)氮、速效磷含量的相關(guān)性Figure6 Correlation between soil organic matter and NO3--N，Olsen-P in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

圖7 不同年限設(shè)施菜田土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性Figure7 Correlation between soil pH and organic matter contents in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

3 討論

3.1 山東設(shè)施蔬菜化肥投入量減少，養(yǎng)分投入比例更合理

20世紀(jì)90年代我國(guó)蔬菜大棚肥料氮的施用量為1828 kg·hm-2，磷和鉀分別為2590 kg·hm-2和730 kg·hm-2，有機(jī)肥施入的氮、磷、鉀分別是659、688 kg·hm-2和442 kg·hm-2[2]。到2011年每季化肥氮的平均投入量為1169 kg·hm-2[13]，和90年代相比降低36%。從對(duì)山東兩種主要蔬菜的施肥情況進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前設(shè)施菜田的化肥投入量已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，和90年代相比，化肥氮、磷、鉀的平均投入量分別減少71%、85%和16%（圖1）。設(shè)施黃瓜和番茄果實(shí)養(yǎng)分輸出占總養(yǎng)分投入比例平均達(dá)到了25%（N）、10%（P2O5）和29%（K2O）（表2），顯著高于十幾年前的調(diào)研結(jié)果[1]，而臨淄大棚合作社設(shè)施西葫蘆中果實(shí)養(yǎng)分輸出比例更高，種植5年和10年的菜田果實(shí)氮輸出達(dá)到了59%以上，是調(diào)研結(jié)果的2倍多，磷輸出比例也提高了0.8倍，說(shuō)明近年來(lái)設(shè)施菜田養(yǎng)分利用率也在逐漸提高。臨淄設(shè)施菜田氮肥的投入量為375 kg·hm-2，也更接近設(shè)施蔬菜的優(yōu)化推薦施氮量341.7 kg·hm-2[14]，但是總量仍然超過(guò)了蔬菜的實(shí)際需求（圖1、表1），反而更易造成土壤氮磷過(guò)量累積和淋溶風(fēng)險(xiǎn)。從養(yǎng)分投入量與蔬菜產(chǎn)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，鉀肥的用量和蔬菜產(chǎn)量有顯著的正相關(guān)性[15]，從鉀肥施用不足[4]到鉀肥過(guò)量，說(shuō)明農(nóng)戶越來(lái)越重視鉀肥的施用效果。

3.2 土壤酸化和養(yǎng)分累積加劇

設(shè)施條件高溫高濕，土壤有機(jī)質(zhì)礦化率高于其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系[16]，有機(jī)肥的投入是補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)非常重要的形式，是維持土壤肥力的關(guān)鍵[17]。從調(diào)研結(jié)果以及臨淄設(shè)施大棚的化肥、有機(jī)肥投入量可以看出，化肥的投入量開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)并逐漸降低到推薦施肥量的范圍內(nèi)[14]，但是有機(jī)肥的投入量卻在逐漸增加?；屎陀袡C(jī)肥配施會(huì)明顯提高表層土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量[16，18]，但長(zhǎng)期施用較高水平的有機(jī)肥會(huì)造成土壤中氮、磷養(yǎng)分盈余量增加，進(jìn)一步導(dǎo)致投入水平不平衡及造成面源污染的風(fēng)險(xiǎn)[19-21]。雖然施用有機(jī)肥對(duì)土壤pH變化有一定的緩沖作用[22-23]，施用經(jīng)過(guò)高溫發(fā)酵的堆肥或者廄肥等堿度有機(jī)肥，能夠有效地控制土壤酸化[24]，但是施用過(guò)量、施用年限過(guò)長(zhǎng)以及設(shè)施菜田單種類型不同品種作物的輪作（菜-菜）模式下，土壤有機(jī)肥對(duì)土壤pH的緩沖效果并不明顯[25]，仍然容易導(dǎo)致酸化。本研究也印證了這一點(diǎn)，土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)的增加反而會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致土壤酸化，而酸化土壤更利于速效養(yǎng)分的釋放（圖5和圖7）。尤其磷在有機(jī)肥中的形態(tài)主要是無(wú)機(jī)磷[26]，對(duì)土壤速效磷的累積貢獻(xiàn)更大。本研究中土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤速效磷含量呈顯著正相關(guān)（圖6），20年設(shè)施菜田土壤表層土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)種植5年的土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅為29%，而速效磷含量的增幅達(dá)到37%（圖2b和圖4a）。所以，應(yīng)合理控制有機(jī)肥種類選擇和數(shù)量投入，例如當(dāng)土壤殘留的養(yǎng)分含量過(guò)高且足以滿足后茬作物對(duì)養(yǎng)分的需求[27-28]時(shí)，在下一茬作物種植前可以減少有機(jī)肥的施用，或者選用不同種類有機(jī)肥。

3.3 設(shè)施菜田土壤氮、磷累積與遷移的時(shí)空變化

農(nóng)田土壤養(yǎng)分的收支平衡是決定土壤質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵[29]。設(shè)施大棚中氮揮發(fā)所占氮損失的比例較小[30]，在氮平衡的計(jì)算中可以忽略不計(jì)。在本研究中，臨淄設(shè)施菜田果實(shí)氮輸出占總氮投入比例在5年和10年的大棚中高達(dá)59%，且隨施肥年限的延長(zhǎng)，土壤地力不斷降低，15年以上大棚果實(shí)氮輸出只有40%左右（表3）。但是從土壤0～100 cm剖面中硝態(tài)氮分布特征可以看到，隨著土層加深，菜田土壤硝態(tài)氮含量整體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，尤其是15年和20年的菜田表現(xiàn)尤為明顯，20年菜田硝態(tài)氮含量分別是5、10年和15年菜田的2.4、1.45倍和1.12倍（圖2a）。這說(shuō)明菜田土壤中硝態(tài)氮發(fā)生了嚴(yán)重的累積和淋洗，并且隨著年限的延長(zhǎng)在不斷加重。從不同年限土壤硝態(tài)氮累積速率的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，0～5、5～10年以及15～20年間，硝態(tài)氮在0～100 cm土層中都是累積狀態(tài)，深層土壤中發(fā)生累積充分說(shuō)明上層土壤中的硝態(tài)氮同時(shí)發(fā)生了大量遷移，此時(shí)土層中硝態(tài)氮的累積量大于遷移量，而在10～15年間，20～40、40～60 cm以及60～80 cm土層中硝態(tài)氮向下遷移明顯，尤其在40～60 cm（圖3a），說(shuō)明在這段時(shí)間內(nèi)40～60 cm的含量達(dá)到飽和，硝態(tài)氮主要向下層遷移，此時(shí)10年的大棚在40～60 cm土層中的硝態(tài)氮含量顯著高于其他年限且和表層土壤硝態(tài)氮含量相當(dāng)（圖2a）。40～60 cm土層是養(yǎng)分向深層土壤遷移速率變化的關(guān)鍵土層[31-32]，這說(shuō)明10年左右的種植年限可能是設(shè)施菜田土壤中硝態(tài)氮遷移速率轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期。

張經(jīng)緯等[26]的研究結(jié)果表明，種植4～6年的設(shè)施菜田土壤速效磷含量為183 mg·kg-1，種植7～9年的就已經(jīng)達(dá)到319 mg·kg-1。在本研究中，即使是剛種植5年的設(shè)施菜田其表層土壤中的速效磷含量也達(dá)到250 mg·kg-1（圖2b）。李若楠等[33]在河北省設(shè)施蔬菜大棚中進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于種植年限大于3年以上的設(shè)施大棚，施磷量在300 kg·hm-2時(shí)可顯著改善土壤磷素盈余的狀況，同時(shí)保證產(chǎn)量不降低。Yan等[34]研究明確了在中國(guó)基于瓜果菜產(chǎn)量的土壤速效磷閾值為58.0 mg·kg-1。《中國(guó)主要作物施肥指南》中給出適宜黃瓜、番茄生長(zhǎng)的根層土壤速效磷含量為60～100 mg·kg-1[9]。從本研究調(diào)研的結(jié)果可以看到，即使是種植5年的設(shè)施菜田表層土壤速效磷含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)閾值范圍，雖然磷在土壤中的移動(dòng)性很小，過(guò)量的速效磷遇到澆灌仍存在很大的淋洗風(fēng)險(xiǎn)[35]。隨著年限的延長(zhǎng)速效磷在不同時(shí)段出現(xiàn)不同的累積和遷移狀態(tài)（圖3b）。種植5年的設(shè)施菜田0～100 cm土層中速效磷以累積為主，淺層0～60 cm最強(qiáng)烈；在5～10年間20 cm以下的土層中速效磷均以向下層土壤遷移為主；在10～15年間0～100 cm土層中速效磷又以累積為主，此時(shí)在深層60～80 cm和80～100 cm中最強(qiáng)烈（圖3b）。和硝態(tài)氮含量變化相反，在40～100 cm土層中種植10年的設(shè)施菜田速效磷含量均顯著低于其他種植年限，這就說(shuō)明速效磷在土壤中從淺層到深層的累積和遷移變化在時(shí)間和空間上存在差異。5～10年間，速效磷主要向深層土壤遷移，而10～15年間，速效磷主要在深層土壤中累積，而15～20年間以及20年以后，速效磷會(huì)向更深層的土壤遷移，進(jìn)一步對(duì)深層土壤以及地下水造成污染。

4 結(jié)論

山東設(shè)施蔬菜化肥施用量顯著降低，但是總養(yǎng)分投入仍然過(guò)量；設(shè)施菜田種植年限越長(zhǎng)，土壤中硝態(tài)氮、速效磷含量越高，且發(fā)生淋洗的潛力越大；土壤中速效磷的累積和土壤有機(jī)質(zhì)相關(guān)，有機(jī)肥施用量增加，加劇了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)；硝態(tài)氮和速效磷在設(shè)施菜田中從淺層到深層土壤中的累積和遷移存在時(shí)空差異，10年左右的種植年限是設(shè)施菜田0～100 cm土層中養(yǎng)分累積和遷移速率轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期。