有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)設(shè)施菜地次生鹽漬化土壤改良效果

吳 榮，劉善江，孫 昊，田 野，陳益山，杜 穎，馬 良

(北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100089)

隨著蔬菜需求量的越來(lái)越大，設(shè)施蔬菜栽培已成為主要的方式，對(duì)于設(shè)施蔬菜栽培出現(xiàn)的問題，已逐漸受到重視，土壤次生鹽漬化是設(shè)施種植中最常見的現(xiàn)象，已成為國(guó)內(nèi)外設(shè)施種植中普遍存在的問題[1-3]，一定程度上會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降[4-5]，造成土壤中硝酸鹽的積累，引起蔬菜生理障礙[2]，也會(huì)造成蔬菜作物生長(zhǎng)受阻，降低產(chǎn)量以及在植株體內(nèi)產(chǎn)生大量硝酸鹽的累積[6]，造成蔬菜的品質(zhì)下降與安全問題[7]，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

設(shè)施菜田土壤次生鹽漬化的成因主要是土壤中硝酸鹽的積累[8]。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中處于過(guò)量施肥狀態(tài)，特別是大量施用氮肥現(xiàn)象嚴(yán)重[9-10]。施入的部分氮肥會(huì)通過(guò)土壤淋失[11]、地上部帶走等各種途徑損失，而絕大部分的氮素在土壤中逐年累積會(huì)形成土壤的次生鹽漬化[1,12]。加之設(shè)施菜田具有復(fù)種指數(shù)高和缺少雨水淋洗的特點(diǎn)，其特殊的管理狀態(tài)以及不合理的水肥利用，都會(huì)導(dǎo)致設(shè)施菜田的次生鹽漬化。目前國(guó)內(nèi)外土壤次生鹽漬化的改良與修復(fù)措施主要包括合理輪作[13]、生物改良[14]、工程措施[15]、土壤改良劑[16]、灌溉措施[17]、合理施肥[18]，對(duì)于設(shè)施土壤次生鹽漬化改良方面合理施肥是最為方便的改良措施，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出利用有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥配合施用方式作為施肥管理模式[19-20]，因此在設(shè)施土壤鹽漬化條件下，研究有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同用量對(duì)鹽漬化土壤的改良具有重要意義，本試驗(yàn)在北京市大興區(qū)北蒲洲基地進(jìn)行，采用有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比的處理，對(duì)設(shè)施番茄生長(zhǎng)過(guò)程中土壤鹽分及鹽分離子進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，旨在為設(shè)施蔬菜土壤鹽漬化提供解決途徑。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)地位于北京市大興區(qū)北蒲洲基地，該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，氣候適宜，雨水豐沛。年平均氣溫11℃，平均降水量600 mm。試驗(yàn)地耕層(0～20 cm)土壤容重是1.20 g/cm3，土壤基本理化性狀：pH值7.9，EC值69.7 mS/m，全鹽含量3.21 g/kg，有機(jī)質(zhì)15.3 g/kg，銨態(tài)氮9.41 mg/kg，硝態(tài)氮176.8 mg/kg，有效磷47.9 mg/kg，速效鉀127 mg/kg。

1.2 供試材料

試驗(yàn)作物為西紅柿，品種金冠58。所需要的有機(jī)肥為北京養(yǎng)雞協(xié)會(huì)提供的雞糞與香菇菇渣發(fā)酵堆肥。供試化肥為普通尿素(N 46%)，磷酸一銨(N 11%、P2O544%)，硝酸鉀(N 13.5%、K2O 46%)。

表1 供試有機(jī)肥料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.3 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)于2016年8月1日至2017年2月14日進(jìn)行，共計(jì)5個(gè)處理，分別為(1)有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=0∶1、(2)有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=1∶1、(3)有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=1∶2、(4)有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=2∶1、(5)不施肥。試驗(yàn)3次重復(fù)，區(qū)組內(nèi)隨機(jī)排列。

施肥依據(jù)，根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量和肥料利用率計(jì)算一季作物所需施肥的量，計(jì)算得出需要當(dāng)季施用氮肥量為267 kg/hm2，當(dāng)季施磷量為222 kg/hm2，當(dāng)季施鉀量為810 kg/hm2。有機(jī)肥做基肥，化肥2/3作基肥，1/3用作追肥。試驗(yàn)各小區(qū)具體的施肥量見表2，施肥量是按照等氮總平衡的原則，其中施肥處理中的P2O5、K2O均是指除去有機(jī)肥料后的化肥的施用量。

試驗(yàn)開展時(shí)采集1次土樣，番茄生育期采集3次土樣，試驗(yàn)結(jié)束采集土壤樣品。共采集5次土樣，每次均在追肥之前取樣。

表2 試驗(yàn)處理 (kg/hm2)

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

土壤和果實(shí)檢測(cè)方法如表3。

表3 土壤和果實(shí)指標(biāo)檢測(cè)方法[21]

續(xù)表

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)差異顯著性分析，P<0.05差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)土壤鹽分含量的影響

2.1.1 對(duì)土壤全鹽的影響

圖1可以看出，隨著番茄的生長(zhǎng)，土壤的全鹽含量呈下降的趨勢(shì)，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施比例對(duì)土壤全鹽含量的影響較大，各處理全鹽降低程度為：T4>T2>T3>CK>T1。試驗(yàn)開始時(shí)大棚土壤的全鹽含量為3.21 g/kg，屬于中度鹽漬化情況，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)除T1的全鹽量是2.65 g/kg，其余處理的土壤全鹽變化范圍在1.94～2.61 g/kg之間。其中T4降低的最為明顯，由3.54 g/kg降低到1.94 g/kg，由中度鹽漬化土壤降低至正常土壤，說(shuō)明采用合理的施肥方式，保證土壤養(yǎng)分平衡，設(shè)施菜地土壤的次生鹽漬化問題是可以控制的。過(guò)量使用化肥和不合理的施肥比例是引起日光溫室土壤次生鹽漬化的直接原因，土壤的鹽漬化現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量嚴(yán)重下降、 蔬菜生理病害嚴(yán)重、蔬菜減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)，蔬菜品質(zhì)降低、連作障礙，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1比例施用，能夠有效降低土壤全鹽含量，是一個(gè)較好的施肥技術(shù)參數(shù)。

圖1 不同處理土壤(0～20 cm)全鹽含量動(dòng)態(tài)變化

2.1.2 對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

圖2是電導(dǎo)率隨著作物生長(zhǎng)的變化規(guī)律。由圖2可知，番茄在各生長(zhǎng)時(shí)期，土壤的電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)，與土壤全鹽變化趨勢(shì)相同，這是因?yàn)橥寥离妼?dǎo)率與土壤全鹽含量相關(guān)[22]。不施肥處理的土壤電導(dǎo)率變化最小，表明有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響較大。試驗(yàn)進(jìn)行到82 d時(shí)T1的電導(dǎo)率為62.4 mS/m，比試驗(yàn)開始時(shí)僅降低3.4 mS/m，而T4降低了6.1 mS/m。根據(jù)HJ/T 333-2006 《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)全鹽量的指標(biāo)限制要求，試驗(yàn)開展時(shí)土壤的電導(dǎo)率69.7 mS/m，溫室土壤鹽分超標(biāo)，試驗(yàn)進(jìn)行到194 d，即試驗(yàn)結(jié)束時(shí)T2、T3、T4的電導(dǎo)率均小于50 mS/m，其中T4的電導(dǎo)率低至43 mS/m。

圖2 不同處理土壤(0～20 cm)EC值動(dòng)態(tài)變化

2.2 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)[23]，土壤有機(jī)質(zhì)能夠改善土壤理化現(xiàn)狀，進(jìn)而改變鹽分運(yùn)動(dòng)狀況[4]，因此，改善土壤有機(jī)質(zhì)平衡是改良土壤次生鹽漬化的重要途徑。圖3為試驗(yàn)前后表層土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化情況，由圖3可以看出，經(jīng)過(guò)本次試驗(yàn)，試驗(yàn)大棚土壤有機(jī)質(zhì)有明顯的提高，由試驗(yàn)前有機(jī)質(zhì)平均含量15.35 g/kg，提升到19.83 g/kg。土壤有機(jī)質(zhì)提升幅度為T2>T4>T3。T1、CK的有機(jī)質(zhì)有所下降。T2(有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮 =1∶1)試驗(yàn)后土壤有機(jī)質(zhì)提升最大，平均提高到了24.57 g/kg，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)氮與無(wú)機(jī)氮1∶1配比施用于中度鹽漬化土壤中，能充分提升土壤有機(jī)質(zhì)含量。試驗(yàn)后T3、T4土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為20.27、21.7 g/kg，土壤有機(jī)質(zhì)屬于中等水平，說(shuō)明有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮(2∶1)配比的處理，更適合于中度鹽漬化土壤的改良，起到了改善土壤有機(jī)質(zhì)平衡及調(diào)控的作用。T1、CK土壤有機(jī)質(zhì)含量分別為13.8、19.63 g/kg，在中等水平內(nèi)。

圖3 試驗(yàn)前后0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量變化注：小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3 有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

設(shè)施溫室次生鹽漬化陰離子以硝酸根、硫酸根離子為主，陽(yáng)離子則以鈣離子、鉀離子為主[2，24]。由圖4可以看出，與T1(單施化肥)相比，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用可以降低土壤中硝酸鹽的含量，這與張楊珠等[25]的研究報(bào)道一致。其中有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1配合施用的處理，土壤硝酸鹽降低的最為明顯，這可能是因?yàn)橛袡C(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施提高了氮的利用率[26]。在番茄生育期間，T1(化肥處理)的硝態(tài)氮含量要高于其它處理，其中生長(zhǎng)至82 d硝態(tài)氮積累達(dá)到最高，可能是因?yàn)閱问┗?，氮素的利用率低造成的[27]，由此可見，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用，肥料中的氮素釋放緩慢，從而防止土壤中硝態(tài)氮的積累。因此，在設(shè)施地要注意氮肥與其他肥料配合施用以及氮肥合理施用時(shí)期，減少土壤硝態(tài)氮積累，減少可能導(dǎo)致的次生鹽漬化現(xiàn)象。

圖4 不同處理土壤(0～20 cm)硝態(tài)氮含量動(dòng)態(tài)變化

2.3.2 對(duì)土壤有效磷和速效鉀含量的影響

根據(jù)表4可知，試驗(yàn)開始時(shí)土壤有效磷平均為47.98 mg/kg，隨著試驗(yàn)的進(jìn)展，番茄種植后，特別是在154 d，番茄盛果期，土壤有效磷累積最多，T1～T4分別增加了41.29、72.10、34.27、51.03 mg/kg，不施肥處理之間沒有差異。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，除CK，大棚的有效磷含量在86.86 mg/kg左右。

表4 不同處理對(duì)土壤(0～20 cm)有效磷、速效鉀含量的影響 (mg/kg)

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

由表4所示，隨著基肥的施入，土壤中的速效鉀呈增加的趨勢(shì)，在82 d土壤速效鉀在土壤中大量積累，T1達(dá)到473 mg/kg，土壤速效鉀養(yǎng)分指標(biāo)已達(dá)很高水平，說(shuō)明單施化肥使土壤的鉀離子累積，番茄生長(zhǎng)到后期，T1～T4的速效鉀分別為458、405、351、238 mg/kg，土壤中速效鉀積累更多，這與施肥處理有很大的關(guān)系，而CK處理的速效鉀為90 mg/kg，土壤的速效鉀養(yǎng)分指標(biāo)為低水平，也不利于作物的生長(zhǎng)，因此有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用，特別是有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1配合施用，能夠使土壤肥力水平達(dá)到平衡的效果。

2.4 有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.4.1 有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

不同處理的西紅柿品質(zhì)數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)分析見表5?？梢钥闯觯袡C(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施對(duì)番茄果實(shí)有較大影響，與T1和CK相比，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1配比的處理(T4)顯著提高了番茄果實(shí)的可溶性總糖和還原型Vc，其可溶性總糖達(dá)到了4.12%，說(shuō)明，番茄生長(zhǎng)過(guò)程中有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用有利于對(duì)果實(shí)糖分的積累，因此生產(chǎn)上應(yīng)該提倡有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1配合施用。

蔬菜中硝酸鹽含量的多少是評(píng)價(jià)蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)[28]，土壤的次生鹽漬化會(huì)造成蔬菜作物生長(zhǎng)受阻，以及植株體內(nèi)硝酸鹽的大量累積。由表5可知，與不施肥和單施化肥相比，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用可以降低番茄果實(shí)硝態(tài)氮的含量，且達(dá)到顯著性差別，T4(有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=2∶1)的西紅柿硝態(tài)氮含量最低，達(dá)到56.30 mg/kg，與T1(單施化肥)和CK(不施肥)相比，分別降低了45.38%、38.11%，上述結(jié)果說(shuō)明，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮2∶1配合施用可以降低番茄果實(shí)硝酸鹽的污染。

表5 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響

2.4.2 有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

圖5是各處理西紅柿產(chǎn)量，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施比例對(duì)番茄產(chǎn)量影響較大，各處理番茄產(chǎn)量的高低順序是T4>T3>T2>T1>CK。與CK相比，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮不同配比均能提高番茄的產(chǎn)量，達(dá)到顯著水平。CK處理的土壤全鹽含量一直屬于中度鹽漬化水平，說(shuō)明鹽漬化土壤危害了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，降低蔬菜產(chǎn)量，這與趙莉等[29]研究結(jié)果一致。T4(有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=2∶1)的產(chǎn)量最高，達(dá)到了1.10×105kg/hm2，相較CK產(chǎn)量提高了37.77%，相較T1(單施化肥)產(chǎn)量提高13.62%。說(shuō)明合理的有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施能夠提高蔬菜產(chǎn)量。

圖5 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

設(shè)施蔬菜土壤次生鹽漬化是設(shè)施種植中最常出現(xiàn)的情況，由于溫室大棚內(nèi)的局部小環(huán)境與露地存在著明顯差異，設(shè)施作物的生長(zhǎng)環(huán)境、需肥特性等發(fā)生了根本性變化，這就決定了其施肥管理與露地栽培有著很大的區(qū)別。本試驗(yàn)大棚在試驗(yàn)開始前，土壤表層出現(xiàn)了白色結(jié)晶物，表明土壤存在著次生鹽漬化現(xiàn)象，進(jìn)行了本輪土壤改良技術(shù)措施后，達(dá)到了防治鹽堿的效果。試驗(yàn)完成后土壤的鹽分水平與開展試驗(yàn)之前相比較，均有所降低，其中全鹽含量降低的最為明顯，處理4(有機(jī)氮∶無(wú)機(jī)氮=2∶1)土壤改良效果最好，土壤全鹽含量由3.54 g/kg降低到1.94 g/kg，降低了45.2%，硝態(tài)氮降低了57.5%。有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配施還起到了改善土壤平衡的作用，有機(jī)質(zhì)從15.35 g/kg 增加到19.83 g/kg，有效磷與速效鉀分別提升了38.10%、58.35%。有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配合施用還可以改善番茄果實(shí)品質(zhì)。由此可見，有機(jī)氮與無(wú)機(jī)氮配合施用不僅可以提高土壤肥力，是蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中優(yōu)質(zhì)施肥管理方式，還可以降低土壤硝態(tài)氮的含量，有效治理土壤次生鹽漬化。