日光溫室土壤養(yǎng)分變化及次生鹽漬化程度與種植年限的關(guān)系

楊園媛，賈圣青，賀曉燕，劉 楠，張 萬(wàn)，任 苗，張明科*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.涇陽(yáng)縣蔬菜技術(shù)推廣站，陜西 涇陽(yáng) 713700）

近年來(lái)，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，其中設(shè)施種植規(guī)模更是連年增長(zhǎng)，設(shè)施種植已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分［1-4］。目前中國(guó)北方地區(qū)的設(shè)施農(nóng)業(yè)主要以日光溫室為主［5-6］，然而在日光溫室中，由于設(shè)施的固定性、設(shè)施栽培年限的增加以及栽培作物的單一性、重復(fù)性，加上施肥不合理等原因，出現(xiàn)土壤養(yǎng)分不平衡現(xiàn)象，從而引起土壤微生物種群改變、土壤結(jié)構(gòu)破壞和次生鹽漬化等問(wèn)題，已成為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)高效利用的重要瓶 頸［7］。尤其是土壤次生鹽漬化問(wèn)題已經(jīng)成為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的主要障礙因子［2，8-10］。土壤一旦發(fā)生次生鹽漬化，作物生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到抑制，產(chǎn)量和品質(zhì)都會(huì)受到嚴(yán)重影響，一般會(huì)造成減產(chǎn)20%～40%，嚴(yán)重的減產(chǎn)60%以上，甚至絕收［11］。

涇陽(yáng)是陜西設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大縣，自從1993年引進(jìn)日光溫室，已有25年的種植歷史。全縣蔬菜種植面積2.6萬(wàn)hm2，其中設(shè)施蔬菜近1.3萬(wàn)hm2。近年來(lái)，在日光溫室蔬菜生產(chǎn)中，普遍出現(xiàn)蔬菜死棵、減產(chǎn)、病蟲害加重、產(chǎn)品品質(zhì)不佳等問(wèn)題，嚴(yán)重影響種植收益，迫切希望從技術(shù)層面入手，通過(guò)系統(tǒng)研究，解決問(wèn)題，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

因此，為了更好地服務(wù)于涇陽(yáng)蔬菜“提級(jí)升等、提質(zhì)增效、做強(qiáng)做綠”的發(fā)展思路，本研究對(duì)該地區(qū)不同種植年限日光溫室土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，分析其變化規(guī)律，以期發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，開展相關(guān)研究，為該地區(qū)日光溫室蔬果的科學(xué)種植管理進(jìn)行指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2018年6～8月與2019年7月兩個(gè)時(shí)間段，在涇陽(yáng)縣7個(gè)鎮(zhèn)進(jìn)行土壤樣品采集。取日光溫室中0～20 cm耕層土壤，每棟溫室按“Z”形采樣法采集5個(gè)點(diǎn)組成1個(gè)混合樣品，將土壤樣品裝入封口袋密封，共采集土樣1 038份，其中口鎮(zhèn)71份，安吳鎮(zhèn)339份，中張鎮(zhèn)152份，云陽(yáng)鎮(zhèn)282份，橋底鎮(zhèn)73份，三渠鎮(zhèn)64份，王橋鎮(zhèn)57份。各鎮(zhèn)各村日光溫室種植年限均有差異，前茬或者種植作物也不同（表1）。土樣進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，記錄種植年限、上茬作物及下茬作物等信息，并于室內(nèi)陰干過(guò)篩，然后進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目測(cè)試。

如表1所知，該地區(qū)日光溫室在取土?xí)r種植作物多數(shù)為番茄。于2019年6月，選取1～5、6～10、11～15、16～20、21～25年5個(gè)栽培年限階段，29戶番茄種植戶進(jìn)行兩年越冬茬番茄種植管理的調(diào)查。通過(guò)樣表統(tǒng)計(jì)施肥方式、灌溉方式、耕作方式等資料。結(jié)果表明，2018、2019年兩年越冬茬番茄種植管理一致，施用的化肥種類主要有磷酸二銨、復(fù)合肥、尿素等；有機(jī)肥以農(nóng)家肥為主，包括雞糞、牛糞、羊糞、鵪鶉糞。具體用量見表2。

表1 土樣分區(qū)區(qū)域及種植作物

表2 日光溫室越冬茬番茄土壤施肥狀況及灌溉方式

1.2 測(cè)定方法

土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效磷均采用常規(guī)方法測(cè)定［12］。pH值用1 mm土樣（2.5∶1水土比）酸度計(jì)測(cè)定。電導(dǎo)率用1 mm土樣（5∶1水土比）DDS-307A電導(dǎo)率測(cè)定（直接用土壤浸出液的電導(dǎo)率來(lái)表示土壤水溶性鹽總量）。

采用 Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量、次生鹽漬化的變化與日光溫室種植年限的關(guān)系

如表3可知，采集土樣1 038份，按種植年限分為5個(gè)階段：1～5年土樣204份、6～10年土樣589份、11～15年土樣110份、16～20年土樣99份、21～25年土樣36份。

表3 不同年限土壤養(yǎng)分含量的變化與日光溫室種植年限的關(guān)系

日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為22.56 g·kg-1。在1 038個(gè)土樣中，有機(jī)質(zhì)含量不足20 g·kg-1的土樣占39.78%。不同種植年限日光溫室土壤中，隨著日光溫室年限增高，有機(jī)質(zhì)含量先增加后減少。有機(jī)質(zhì)含量小于20 g·kg-1最多的年份為11～15年，該年限階段日光溫室土壤平均有機(jī)質(zhì)含量29.79 g·kg-1，是5個(gè)年限最高值。分析原因可能與農(nóng)戶有機(jī)肥施用情況差異較大相關(guān)。

日光溫室土壤堿解氮含量平均值為178.04 mg·kg-1。所有土樣中，堿解氮含量大于300 mg·kg-1的土樣占10.60%。不同種植年限溫室之間堿解氮含量變化無(wú)明顯規(guī)律，16～20年日光溫室土壤堿解氮平均值最高為203.40 mg·kg-1，堿解氮含量大于300 mg·kg-1占12.12%。11～15年期間溫室間堿解氮含量差距很大，標(biāo)準(zhǔn)差值大于平均值，變異系數(shù)大于1。這可能與采樣時(shí)距離上次施肥時(shí)間短及種植戶施肥習(xí)慣各異相關(guān)。

日光溫室土壤有效磷含量平均值為128.22 mg·kg-1。所有土樣中，有效磷含量大于150 mg·kg-1占30.06%。不同種植年限日光溫室之間有效磷含量變化無(wú)明顯規(guī)律。有效磷平均含量由高到低的年限為16～20年（153.55 mg·kg-1）、21～25年（135.71 mg·kg-1）、6～10年（132.29 mg·kg-1）、1～5年（107.83 mg·kg-1）、11～15年（105.39 mg·kg-1）。其中16～20年有效磷含量超過(guò)150 mg·kg-1占48.48%，接近一半。

日光溫室土壤速效鉀含量平均為1 212.87 mg·kg-1。在1 038個(gè)土樣中，速效鉀含量大于600 mg·kg-1的土樣占83.33%。不同種植年限日光溫室之間速效鉀含量變化無(wú)明顯規(guī)律。11～15年的日光溫室土壤速效鉀平均含量最低，為774.79 mg·kg-1，仍大于600 mg·kg-1。造成土壤中鉀含量過(guò)高的原因可能是采土?xí)r間為番茄結(jié)果期，結(jié)果后期鉀肥過(guò)量使用，作物未能吸收，從而滯留在土壤中所致。

由表4可知，1 038個(gè)土樣pH平均值為8.28，pH小于8的土樣占22.16%。不同種植年限日光溫室中，標(biāo)準(zhǔn)差均小于0.4，離散程度不高。11～15年日光溫室土壤平均pH值最大，為8.40。pH<8占比最多的年限為1～5年（24.51%）、6～10年（22.75%）、16～20年（21.21%）。

日光溫室土壤電導(dǎo)率平均為746.35 μS·cm-1，次生鹽漬化程度明顯（表4）。在1 038個(gè)土樣中，EC值大于500 μS·cm-1的土樣占51.54%。不同種植年限溫室之間電導(dǎo)率含量變化無(wú)明顯規(guī)律，電導(dǎo)率超過(guò)500 μS·cm-1占比由高到低的年限分別為6～10年（54.50%）、1～5年（52.94%）、16～20年（45.45%）、11～15年（41.82%）、21～25年（41.67%）。

表4 不同年限土壤酸堿度、電導(dǎo)率的變化與日光溫室種植年限的關(guān)系

2.2 同一年限各鎮(zhèn)日光溫室的土壤肥力狀況及次生鹽漬化分析

表5為7個(gè)鎮(zhèn)6～10年階段日光溫室土壤肥力狀況。有機(jī)質(zhì)平均含量在20.67～29.23 g·kg-1之間，變幅不大，整體有機(jī)質(zhì)含量水平不高；7個(gè)鎮(zhèn)日光溫室土壤堿解氮平均含量均未超過(guò)土壤堿解氮的臨界水平（300 mg·kg-1）［13］，三渠鎮(zhèn)堿解氮含量最低，為44.98 mg·kg-1，是口鎮(zhèn)的0.18倍、安吳鎮(zhèn)的0.27倍、中張鎮(zhèn)的0.19倍、云陽(yáng)鎮(zhèn)的0.32倍、橋底鎮(zhèn)的0.34倍、王橋鎮(zhèn)的0.27倍。王橋鎮(zhèn)堿解氮變異系數(shù)大于80%。王橋鎮(zhèn)、中張鎮(zhèn)、安吳鎮(zhèn)堿解氮變異系數(shù)偏高，分別為86.48%、69.63%、66.08%；7個(gè)鎮(zhèn)日光溫室土壤速效鉀平均含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于300 mg·kg-1，土壤富集鉀，中張鎮(zhèn)變異系數(shù)為86.44%；口鎮(zhèn)、中張鎮(zhèn)和橋底鎮(zhèn)的日光溫室土壤有效磷平均含量分別為160.7、202.79和237.86 mg·kg-1，含量偏高。橋底鎮(zhèn)、王橋鎮(zhèn)有效磷變異系數(shù)偏高，分別為99.89%、82.77%?？傮w而言，同一年限范圍各鎮(zhèn)日光溫室土壤肥力差異較大，同一年限同一地區(qū)同一指標(biāo)差異性大。

7個(gè)鎮(zhèn)中，除中張鎮(zhèn)外，其余6鎮(zhèn)pH平均值均大于8。中張鎮(zhèn)變幅為7.33～8.69，變幅超過(guò)1。中張鎮(zhèn)的日光溫室土壤電導(dǎo)率平均值最高，為869.51 μS·cm-1，最大值為4 190 μS·cm-1。除三渠鎮(zhèn)以外，其余6鎮(zhèn)電導(dǎo)率平均值均大于500 μS·cm-1，土壤次生鹽漬化趨勢(shì)明顯。王橋鎮(zhèn)和中張鎮(zhèn)的日光溫室土壤電導(dǎo)率的變異系數(shù)超過(guò)80%，分別為93.39%和83.00%。

3 討論

3.1 日光溫室種植年限與日光溫室土壤酸化、鹽漬化的關(guān)系

EC值和pH值分別是評(píng)價(jià)土壤次生鹽漬化和土壤酸化的重要指標(biāo)［14］。

土壤pH值變化與土壤母質(zhì)、肥料種類數(shù)量、灌溉水定額、栽培作物、種植年限及土壤微生物等因素有關(guān)［15］。從測(cè)定結(jié)果來(lái)看，1～5、6～10、11～16年3個(gè)年限階段土壤pH平均值由穩(wěn)定到上升，隨著年限增加小于8的土樣減少。16～20年土壤pH平均值下降為8.17。趙滿興等［16］研究延安不同種植年限日光溫室測(cè)定種植5年的土壤pH值平均為8.46，種植20年的土壤pH值平均為7.54。萬(wàn)欣等［17］研究1～17年山東海陽(yáng)地區(qū)pH年變化率為每年降低1.47%，17年間pH值平均變化幅度在6.35～4.76之間。郭文龍等［18］研究陜西關(guān)中不同種植年限（1、3、5、10年）pH值變化為8.14→8.04→7.90→8.21→8.10，10年下降0.4個(gè)單位。楊鳳軍等［19］研究大慶地區(qū)不同種植年限（2、3、5、7、10年）隨著年限增加土壤pH值下降，10年后的溫室土壤較10年前溫室土壤pH值下降0. 3個(gè)單位。測(cè)定結(jié)果與前人結(jié)果基本一致，但測(cè)定結(jié)果中1～10年pH平均值無(wú)變化，這可能與西北土壤具有較高的酸化緩沖容量、當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶施肥習(xí)慣等有關(guān)，待進(jìn)一步試驗(yàn)分析。

土壤EC值大于500 μS·cm-1的土樣占近50%，說(shuō)明該地區(qū)日光溫室土壤已經(jīng)表現(xiàn)出一定程度的次生鹽漬化特征，這與已有研究結(jié)果一致［20-21］。6～10年EC平均值最高，為755.28 μS·cm-1，此年限階段超過(guò)作物生長(zhǎng)障礙臨界點(diǎn)（EC>500 μS·cm-1），在所有年限階段占比最多達(dá)54.50%。這與曹文超 等［22］研究1～3、4～6、7～9、≥10年年限，電導(dǎo)率先上升后下降結(jié)果一致。造成土壤次生鹽漬化的原因：一方面是過(guò)度和不合理施肥，有研究表明過(guò)度使用氮肥會(huì)使土壤酸度與鹽度增加［23］，張耀良 等［24］指出設(shè)施土壤養(yǎng)分過(guò)剩性積累是造成土壤次生鹽漬化的主要因素，NO3-、H2PO4-、K+等的明顯積累是設(shè)施土壤次生鹽漬化的重要表觀特征；另一方面，由于設(shè)施生產(chǎn)環(huán)境具有一定的封閉或半封閉性，設(shè)施菜地很少有雨水淋洗，溫度、濕度以及栽培模式等都具有較大的特殊性，因此該系統(tǒng)內(nèi)某些因子的變化，特別是土壤養(yǎng)分平衡被破壞，導(dǎo)致設(shè)施土壤在連續(xù)種植數(shù)年之后就會(huì)出現(xiàn)影響設(shè)施農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)的現(xiàn)象，如土壤次生鹽漬化等［25］；再加之，溫室一般種植經(jīng)濟(jì)效益較高的作物，種植作物類型單一，連作現(xiàn)象嚴(yán)重，明顯影響作物對(duì)養(yǎng)分的均衡 吸收［26］。

3.2 日光溫室種植年限與日光溫室土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系

土壤有機(jī)質(zhì)含量直接影響著土壤的保肥性、保水性、緩沖性、可耕性和通氣性等，故有機(jī)質(zhì)含量是衡量土壤肥力高低的主要指標(biāo)［27］。所測(cè)定的日光溫室內(nèi)的土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著種植年限的延長(zhǎng)總體呈先增加后降低的趨勢(shì)；這與已有的研究結(jié)果一致［20-21］。1 038個(gè)土樣中，有機(jī)質(zhì)低于20 g·kg-1的占比接近40%，仍有84.87%的溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量低于理想菜田要求30 g·kg-1［28］的水平，建議多施有機(jī)肥。測(cè)定日光溫室土壤堿解氮各種植年限變化趨勢(shì)不明顯，總體偏低；速效鉀、有效磷含量偏高，各種植年限階段速效鉀變異系數(shù)均較大。這與胡美美等［13］研究山東省3個(gè)地區(qū)日光溫室土壤堿解氮水平普遍偏低、速效鉀水平普遍偏高結(jié)果一致。同一年限下，各個(gè)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分差異大的原因可能與日光溫室種植植物種類、施肥方式、灌溉方式、復(fù)種次數(shù)和灌溉頻率密切相關(guān)。

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，肥料使用過(guò)量已是不爭(zhēng)的事實(shí)，然而氮磷鉀投入比例不科學(xué)往往被忽視［29］。涇陽(yáng)縣日光溫室種植作物以番茄為主，其土壤氮磷鉀質(zhì)量比見表6。與番茄生長(zhǎng)所需求的適宜氮磷鉀比例（1∶0.38∶1.81）［30］相比而言，所有測(cè)試日光溫室的土壤中氮磷鉀的比例，在不同種植年限下都表現(xiàn)為磷、鉀肥所占比例較高。尤其是在6～10年栽培階段，速效鉀是堿解氮的7.07 倍。陳碧 華等［29］研究認(rèn)為，不同種植年限大棚土壤中氮磷鉀的比例都表現(xiàn)為磷素所占比例較高，而鉀素所占比例較低，本試驗(yàn)結(jié)果與其不大一致。研究結(jié)果表明土壤中磷、鉀含量過(guò)高，且氮、磷、鉀比例失調(diào)，因此，在后茬作物種植前需要施用配方肥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，涇陽(yáng)縣的日光溫室隨著種植年限的增加，土壤無(wú)明顯酸化趨勢(shì)；土壤次生鹽漬化無(wú)明顯增加趨勢(shì)，但目前一半以上土壤已出現(xiàn)次生鹽漬化現(xiàn)象。有機(jī)質(zhì)含量較低，建議多施用有機(jī)肥。土壤中駐留的磷、鉀素含量偏高，建議科學(xué)施肥，避免磷、鉀肥富積。