設(shè)施黃瓜土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)施肥時(shí)間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

林艷艷，楊殿林，王麗麗，趙建寧，賴 欣，王明亮，汪 洋

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所，天津 300191)

在我國(guó)，蔬菜已成為僅次于糧食作物的第二大作物，種植面積和總產(chǎn)量均居世界第一[1]。隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，蔬菜生產(chǎn)的品種和產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。黃瓜作為居民常吃的蔬菜品種，其種植范圍更為廣泛。隨著黃瓜需求量的不斷增加，加上果菜類蔬菜本身需肥量相對(duì)較高，菜農(nóng)在“施肥越多越增產(chǎn)”觀念的誤導(dǎo)下，化肥施用量居高不下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)蔬菜化肥使用量占整個(gè)農(nóng)作物化肥使用量的近1/5。根據(jù)2014 年化肥用量排序顯示，前3位分別是設(shè)施黃瓜、設(shè)施番茄、設(shè)施茄子[2]。另外，由于設(shè)施大棚本身的特點(diǎn):常年封閉式管理,無雨水淋溶；過度使用肥料，導(dǎo)致無法利用的氮磷鉀元素下滲到地下水，且設(shè)施大棚多位于農(nóng)村生活區(qū)內(nèi)，這就對(duì)部分居民的飲用水造成了直接的安全隱患。因此，2015年農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥、農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》[3]，科技部相繼啟動(dòng)了十三五“雙減”重大研發(fā)計(jì)劃，以減少化肥農(nóng)藥的施用量，提質(zhì)增效，促進(jìn)設(shè)施蔬菜的可持續(xù)發(fā)展[4]。

蔬菜作物實(shí)際種植中，農(nóng)戶在施用化肥的基礎(chǔ)上會(huì)投入有機(jī)肥，以提升土壤質(zhì)量，保證作物品質(zhì)。且施肥時(shí)間周期上多是主觀推斷，即“種植者感覺缺肥，隨即施肥”，此種不科學(xué)的施肥方式為設(shè)施蔬菜種植帶來了諸多問題，如有機(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，富余的養(yǎng)分或在土壤中堆積，或隨澆灌下滲入地下水，從而導(dǎo)致土壤板結(jié)，地下水污染等環(huán)境問題。

本試驗(yàn)旨在了解常年耕種的設(shè)施大棚內(nèi)的土壤性質(zhì)對(duì)施肥時(shí)間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由于設(shè)施黃瓜種植根系較淺，主要集中在地下20～30 cm處，所以本試驗(yàn)主要研究0～20 cm處土壤的化學(xué)性質(zhì)隨施肥時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為化肥時(shí)間周期上的合理施加提供一定依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)棚A使用宏全-復(fù)合微生物菌肥(成分：有機(jī)質(zhì)>30%，有效活菌數(shù)≥2 000萬/g，用量0.33 kg/hm2；試驗(yàn)棚B使用格林凱爾全營(yíng)養(yǎng)水溶性肥料(2種肥料均為本基地常用肥料)，其N∶P∶K=17∶9∶34，用量0.33 kg/hm2，配方含量見表1。兩試驗(yàn)棚在試驗(yàn)期內(nèi)采用相同的管理方式，在黃瓜采摘末期最后一次施肥時(shí)分別使用上述2種不同肥料，進(jìn)而開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

表1 格林凱爾全營(yíng)養(yǎng)水溶性肥料配方含量Tab.1 Formula content of total nutrient water-soluble fertilizer in Greencare

1.2 樣品采集

2017年11月黃瓜拔園后采集1 m深剖面土，分為0～20 cm，20～40 cm，40～100 cm 3層。此次取土主要為了解養(yǎng)分隨土壤深度變化的規(guī)律。為減小上一茬黃瓜種植施肥的影響，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)選擇拔園后2個(gè)樣棚均“休棚”7 d后進(jìn)行試驗(yàn)處理。各自采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)所選肥料進(jìn)行等量、同時(shí)間處理。動(dòng)態(tài)土于2018年5月12日進(jìn)行采集，即試驗(yàn)處理茬黃瓜收獲末期最后一次施肥為開始時(shí)間。結(jié)束于2018年5月25日，分別為未施肥(CK)、施肥后2 h、1，2，3，5，7，10，14 d，取土深度為20 cm。

所有采集的土壤樣品均分為干土部分及鮮土部分，鮮土采集后立即凍入冰箱，冷凍24 h后采用泡沫箱加冰袋的方式郵遞回實(shí)驗(yàn)室。干土部分曬干、研磨分別過0.9，0.149 mm篩子，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 試驗(yàn)方法

pH 值采用玻璃電極法測(cè)定(按 NY/T 1377 規(guī)定的方法)；全氮采用原 GB 7173-1987測(cè)定(按 NY/T 5 規(guī)定的方法)，流動(dòng)分析儀(Seal Analytical AA3)測(cè)定含量；堿解氮按 LY/T 1229 規(guī)定的方法測(cè)定。微生物量碳氮采用氯仿熏蒸浸提法測(cè)定[5]，測(cè)量?jī)x器為Analytikjena multi N/C 3100；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮采用氯化鉀浸提的方法測(cè)定[6]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和制圖，采用SPSS 21.0進(jìn)行方差分析(Duncan′s多重比較)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤化學(xué)性質(zhì)隨土壤深度的變化特征

2.1.1 pH值隨土壤深度的變化 從圖1可以看出，在2個(gè)樣棚內(nèi)土壤pH值均在5.0～7.0，且pH值均是隨土壤深度的增加逐漸升高，深層(40～100 cm)與表層(0～20 cm)相比差異顯著(P<0.05)。表層土壤酸性較高。

圖中不同小寫字母表示棚A內(nèi)差異顯著(P<0.05)；不同大寫字母表示棚B內(nèi)差異顯著(P<0.05)。圖2-4同。

In the picture different lowercase letters showed significant difference in greenhouse A, different uppercase letters showed significant difference in greenhouse B at the 0.05 level.The same as Tab.2-4.

做好基建工程項(xiàng)目檔案資料管理工作，可以為工程各環(huán)節(jié)工作提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)資料，使工程項(xiàng)目順利完成。基建檔案作為工程項(xiàng)目建設(shè)的第一手資料，可以為企業(yè)的各環(huán)節(jié)工作提供重要依據(jù)?；▎挝灰龊脵n案資料管理工作，就要制定出一套符合公司實(shí)際的檔案管理方案，在建立科學(xué)管理體系的同時(shí)，不斷加強(qiáng)相關(guān)管理人員的培訓(xùn)，強(qiáng)化員工檔案管理安全意識(shí)，確保檔案資料能及時(shí)為企業(yè)提供真實(shí)的數(shù)據(jù)，確保工程項(xiàng)目順利完成。

圖1 pH值隨土壤深度的變化特征
Fig.1 The change characteristics of pH with soil depth

2.1.2 銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮隨土壤深度的變化 從圖2可以看出，設(shè)施黃瓜大棚內(nèi)土壤的各種氮素指標(biāo)含量均隨土壤深度的增加而降低。且表層土壤(0～20 cm)內(nèi)3種氮素指標(biāo)含量均高于或顯著高于其他土層(P<0.05)。且2個(gè)棚內(nèi)硝態(tài)氮含量均高于銨態(tài)氮。

2.2 土壤化學(xué)性質(zhì)隨施肥時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化特征

2.2.1 施肥對(duì)黃瓜大棚土壤pH值的影響 對(duì)黃瓜植株施肥后，分階段采集土壤，進(jìn)行pH值數(shù)據(jù)分析，從表2中可以看出：棚A施肥后pH值在14 d內(nèi)均比未施肥(CK)低，除第5 天與CK差異不顯著(P>0.05),其他時(shí)間內(nèi)均呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)(P<0.05)。棚B在施肥后pH值呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，但第5 天出現(xiàn)pH值回落與CK相同。其中施肥后2，7，10，14 d與未施肥相比均差異顯著(P<0.05)。但是2個(gè)棚的pH值變化均在5.36～6.36，屬于黃瓜生長(zhǎng)的適宜pH值范圍之內(nèi)。

圖2 銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮隨土壤深度的變化特征Fig.2 The change characteristics of ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and alkaline nitrogen with soil depth

表2 土壤pH值對(duì)黃瓜大棚施肥后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)Tab.2 Dynamic response of pH to fertilization in cucumber greenhouse

注：表中不同小寫字母表示同一列差異顯著(P<0.05) 。

Note: The different lowercase letters in the table showed significant differences in the same column at the 0.05 level.

2.2.2 施肥對(duì)黃瓜大棚土壤微生物量碳、氮含量的影響 由圖3-A可見，隨著施肥時(shí)間的變化，棚A、B內(nèi)微生物量碳的變化趨勢(shì)大致相同，均呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。A棚內(nèi)施肥后2 h、1 d、2 d的微生物量碳均顯著高于未施肥(P<0.05)，2 d后微生物量碳含量開始下降，但3，5，7 d的含量仍顯著高于未施肥(P<0.05)，到第10，14 天顯著低于未施肥(P<0.05)。B棚內(nèi)施肥后2 d內(nèi)微生物碳下降趨勢(shì)不顯著(P>0.05)，到第3 天達(dá)到最高值后開始顯著下降(P<0.05)，但仍顯著高于未施肥(P<0.05)。

由圖3-B可見，2個(gè)棚內(nèi)微生物量氮均呈現(xiàn)先升高再降低，再升高降低的變化趨勢(shì)，且與微生物量碳變化相同，均在施肥后第2天達(dá)到第1個(gè)高峰值。棚A內(nèi)施肥后第7 天微生物量達(dá)到第2個(gè)高峰值且顯著高于第2 天(P<0.05)。

圖3 土壤微生物量碳、微生物量氮對(duì)黃瓜大棚施肥后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig.3 Dynamic response of Micro-biomass C and N to fertilization in cucumber greenhouse

2.2.3 施肥對(duì)黃瓜大棚土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮的影響 由圖4-A可知，施肥后第2 天棚A、B內(nèi)的銨態(tài)氮含量均達(dá)到最高值，分別為22.15,10.70 mg/kg，且A棚內(nèi)此時(shí)的銨態(tài)氮含量顯著高于試驗(yàn)期內(nèi)其他時(shí)間的銨態(tài)氮含量(P<0.05)。

圖4 土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、堿解氮對(duì)黃瓜大棚施肥后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)Fig.4 Dynamic response of ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and alkaline nitrogen to fertilization in cucumber greenhouse

由圖4-B可知，A棚內(nèi)硝態(tài)氮含量除第5天(269.56 mg/kg)、7天(195.7 mg/kg)、14天(230.35 mg/kg)外，其余時(shí)期均顯著高于未施肥CK(254.12 mg/kg)。B棚內(nèi)，施肥后到第5 天硝態(tài)氮含量持續(xù)顯著(P<0.05)增加，5 d后逐漸下降，到第10,14 天顯著(P<0.05)低于未施肥CK。

對(duì)于堿解氮而言(圖4-C)，B棚內(nèi)施肥2 d前的時(shí)間段內(nèi)，土壤內(nèi)堿解氮的含量變化無顯著性差異(P>0.05)，到第5天堿解氮含量達(dá)到最大值，繼而開始下降。而A棚內(nèi)堿解氮的含量變化趨勢(shì)復(fù)雜，可能與堿解氮本身不穩(wěn)定有關(guān)。

在整個(gè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)期結(jié)束后，A、B棚內(nèi)土壤的堿解氮含量均恢復(fù)到未施肥時(shí)的水平(P<0.05)。研究者基于本試驗(yàn)認(rèn)為，土壤堿解氮在一段時(shí)間內(nèi)的變化與土壤添加的肥料有關(guān)，此種關(guān)系在維持一段時(shí)間后便會(huì)消失，但還需擴(kuò)大采樣時(shí)間來加以確定。

3 結(jié)論與討論

設(shè)施大棚具有常年的統(tǒng)一及均一模式管理和高肥藥投入等特點(diǎn)，造成設(shè)施大棚內(nèi)土壤酸化且營(yíng)養(yǎng)富集[7-9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，湖北試驗(yàn)棚內(nèi)土壤酸化情況較為嚴(yán)重，土層越淺土壤酸化程度越高。Guo等[10]研究證明，土壤的酸化主要集中在表層土，且出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因與過量使用氮肥有關(guān)。在本試驗(yàn)中，經(jīng)過對(duì)剖面土的養(yǎng)分分析得出，隨著土壤深度的增加，土壤氮磷等養(yǎng)分含量逐漸降低，這與很多研究結(jié)果得出的結(jié)論一致[11-13]。由于本試驗(yàn)剖面土是在黃瓜拔園后休園階段采集，此時(shí)距離施肥已有一段時(shí)間，但土壤表層(0～20 cm)的氮養(yǎng)分含量仍顯著高于其他土層處，這可能與大棚內(nèi)水分蒸發(fā)量大導(dǎo)致的深層水向地表移動(dòng)有關(guān)。劉慶芳等[14]研究結(jié)果同樣表明養(yǎng)分會(huì)出現(xiàn)表聚現(xiàn)象。

土壤pH值強(qiáng)烈影響微生物活動(dòng)及伴隨的有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分釋放[15]。本試驗(yàn)中2個(gè)棚內(nèi)施加肥料后pH值雖有波動(dòng)，但均在黃瓜生長(zhǎng)適宜的酸堿度范圍內(nèi)。可能是由于多年的連續(xù)種植和統(tǒng)一管理及施肥習(xí)慣導(dǎo)致土壤的酸堿性固定。

堿解氮是可供作物近期吸收利用的氮，主要分布在土壤表層中，其含量的高低，取決于有機(jī)質(zhì)含量的高低和土壤質(zhì)量的好壞以及放入氮素化肥數(shù)量的多少[16-17]。本試驗(yàn)中，堿解氮隨施加肥料后在14 d內(nèi)波動(dòng)變化，且2種肥料下堿解氮的變化規(guī)律不盡相同，但均隨著時(shí)間的增長(zhǎng)堿解氮逐漸恢復(fù)到未施肥的數(shù)值狀態(tài)，由此可見，堿解氮含量的變化與所使用的肥料種類有直接關(guān)系，且伴隨肥力的逐漸減弱堿解氮能恢復(fù)到原始狀態(tài)。

土壤微生物生物量(Soil microbial biomass, SMB)是指土壤中除植物體以外所有體積小于 5×103μm3的微生物總量，是土壤有機(jī)質(zhì)中具有生物活性的部分[18]。其中，土壤SMB-C、SMB-N含量等指標(biāo)能夠表征土壤肥力水平，既為土壤養(yǎng)分N、P、S的轉(zhuǎn)化提供動(dòng)力，又可儲(chǔ)備N、P、S養(yǎng)分[19-20]。本試驗(yàn)中微生物量碳、微生物量氮隨施肥時(shí)間呈現(xiàn)先后2次先增后降的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榉试吹募尤雽?dǎo)致微生物活動(dòng)加強(qiáng)，但隨著肥源的消耗，微生物活動(dòng)逐漸減弱，由于本次施肥為生長(zhǎng)末期，黃瓜葉片逐漸掉落，從而再次導(dǎo)致微生物利用落葉殘?bào)w活動(dòng)加強(qiáng)。

本試驗(yàn)大棚中硝態(tài)氮的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銨態(tài)氮，這可能是因?yàn)榇笈锸卟酥薪故褂娩@態(tài)氮肥所致，因?yàn)殇@態(tài)氮揮發(fā)會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生傷害。

綜上所述，長(zhǎng)期的統(tǒng)一管理及栽培導(dǎo)致2個(gè)大棚土壤酸化嚴(yán)重，且表層土(0～20 cm)酸化程度高于深層土壤。土壤的氮養(yǎng)分不同程度出現(xiàn)表聚現(xiàn)象，表層土的養(yǎng)分含量顯著高于深層土。且銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等養(yǎng)分的含量遠(yuǎn)高于黃瓜正常生長(zhǎng)所需的量。

從動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析土壤堿解氮、SMB-C、SMB-N、銨態(tài)氮及硝態(tài)氮發(fā)現(xiàn)，隨著施肥時(shí)間的增長(zhǎng)，土壤化學(xué)性質(zhì)會(huì)隨時(shí)間的升高降低，養(yǎng)分含量隨施肥時(shí)間呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)波動(dòng)性變化，但施肥后第2天肥效達(dá)到最高。

本試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期為14 d，14 d的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，后期養(yǎng)分含量逐漸降低到未施肥時(shí)的狀態(tài)且趨于穩(wěn)定。但為了更好地了解后期養(yǎng)分含量的穩(wěn)定值，需要進(jìn)一步延長(zhǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)期，以期為制定施肥的合理周期提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。