上海地產(chǎn)綠葉菜種植土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)及改良建議

諸海燾,蔡樹美*,徐四新,高德時(shí),張德閃**

(1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究所,上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,上海 201403;2上海惠爾利農(nóng)資有限公司,上海 201419)

據(jù)統(tǒng)計(jì),2019年上海地產(chǎn)蔬菜菜田面積736.05萬hm2,播種面積1 873.5萬hm2,地產(chǎn)蔬菜上市量246.5萬t,地產(chǎn)蔬菜總產(chǎn)值達(dá)55.8億元人民幣,地產(chǎn)蔬菜中以綠葉菜為主,2019年綠葉菜上市量131.4萬t,占全市綠葉菜總消費(fèi)量的82.5%[1],說明綠葉菜是上海市蔬菜產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的種類,在均衡蔬菜市場(chǎng)供應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。

農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路,而土壤健康是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要基礎(chǔ)和核心內(nèi)容。為滿足人民群眾綠色健康的消費(fèi)需求,除了需要先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)理念外,更離不開健康的土壤[2]。上海蔬菜復(fù)種指數(shù)達(dá)3[3],部分周年葉菜茬口合作社一年可種植6—7茬,設(shè)施菜田土壤鹽漬化和連作障礙問題嚴(yán)重,影響上海市蔬菜綠色農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。

為了解上海地區(qū)設(shè)施綠葉蔬菜肥料投入情況和土壤質(zhì)量現(xiàn)狀,本研究在上海崇明區(qū)、浦東區(qū)、松江區(qū)、金山區(qū)、嘉定區(qū)等綠葉菜主產(chǎn)區(qū)選取代表性蔬菜合作社,對(duì)綠葉菜為主茬口的設(shè)施大棚,按種植年限和茬口分為若干采樣單元,采集耕作層土壤樣品,對(duì)土壤中的各項(xiàng)物理化學(xué)性狀指標(biāo)(有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鹽分含量及pH等)進(jìn)行分析,明確土壤中各元素含量的豐缺程度,并對(duì)各基地的土壤肥力和土壤質(zhì)量作出評(píng)價(jià),以期為上海市地產(chǎn)蔬菜的綠色生產(chǎn)和土壤健康發(fā)展提供合理依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 肥料投入情況調(diào)查

于2016年對(duì)上海市崇明區(qū)、嘉定區(qū)、奉賢區(qū)、金山區(qū)、浦東新區(qū)各合作社含葉菜茬口(包括全程葉菜茬口、葉菜-茄果類茬口、葉菜-其他蔬菜等)的種植戶發(fā)放調(diào)查表,進(jìn)行肥料周年投入情況調(diào)查,調(diào)查內(nèi)容包括該大棚的茬口類型、每茬蔬菜的品種、有機(jī)肥用量、基肥用量和次數(shù)、追肥用量和次數(shù)、產(chǎn)量等。共收到有效調(diào)查表100份,涉及全市10家蔬菜合作社,每家合作社選取10個(gè)種植戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.2 土壤樣品采集

于2016年12月—2017年2月,根據(jù)不同合作社蔬菜種植模式和茬口類型,劃分為若干個(gè)采樣單元,調(diào)查大棚蔬菜生產(chǎn)基地的肥料投入情況。采樣時(shí)間為葉菜收獲時(shí)至下茬施肥前,采用S型或網(wǎng)格法采樣,各采樣單元采集15—20個(gè)耕作層(0—20 cm)土壤樣品,混合后用四分法取1個(gè)土樣(約1 kg),并做好標(biāo)簽記錄,帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干磨樣。在上海崇明區(qū)、嘉定區(qū)、奉賢區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)共采集150個(gè)葉菜茬口土壤樣品(涉及全市10家蔬菜合作社,每家合作社取15個(gè)土樣),土樣風(fēng)干、磨碎,過0.2 mm篩后保存待測(cè)。

1.3 測(cè)定方法

土樣分析方法參見《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[6],其中,有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定;鹽分含量用烘干殘?jiān)y(cè)定;電導(dǎo)率(EC)用1∶5的土水比浸提,電導(dǎo)率儀測(cè)定;酸堿度(pH)用1∶2.5的土水比浸提,pH計(jì)測(cè)定;堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;有效磷含量用鉬銻抗比色法測(cè)定;速效鉀含量用火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施葉菜茬口肥料投入情況調(diào)查

調(diào)查表明,當(dāng)前上海地區(qū)生產(chǎn)茬口模式很多,主要茬口包括周年全程葉菜、葉菜-茄果類、葉菜-十字花科、葉菜-瓜類、葉菜-豆類等,本研究主要對(duì)含葉菜茬口蔬菜的生產(chǎn)模式下肥料使用情況進(jìn)行調(diào)查。由表1可知,上海地區(qū)各區(qū)全程葉菜茬口生產(chǎn)模式平均為4.8茬,最高5.5茬,最低3.8茬,年化肥純養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)投入量為1 180.5 kg/hm2,最高1 243.5 kg/hm2,最低1 117.5 kg/hm2,有機(jī)肥平均用量為34.05 t/hm2;含葉菜茬口蔬菜生產(chǎn)模式平均為4.2茬,最高5.2茬,最低3.7茬,年化肥純養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)投入量為1 206.0 kg/hm2,最高1 377.0 kg/hm2,最低1 093.5 kg/hm2,有機(jī)肥平均用量為36.45 t/hm2?；势贩N中基肥以三元復(fù)合肥為主,追肥品種有三元復(fù)合肥、尿素、水溶肥等,有機(jī)肥以商品有機(jī)肥為主。

表1 2016年上海市設(shè)施葉菜茬口周年肥料投入量Table 1 Average fertilizer application amounts of leaf vegetables in Shanghai in 2016

2.2 設(shè)施葉菜化肥氮、磷、鉀施用比例特征

上海地區(qū)地產(chǎn)蔬菜中基肥和追肥氮磷鉀施用比例有所差異,其中綠葉菜基肥和追肥N、P2O5、K2O施用比例分別為1∶0.7∶0.8和1∶0.4∶0.43;茄果類基肥和追肥N、P2O5、K2O施用比例分別為1∶1∶1和1∶0.83∶1.29,化肥總量中N、P2O5、K2O施用比例綠葉菜和茄果類分別為1∶0.54∶0.6和1∶0.9∶1.17。

2.3 設(shè)施葉菜土壤有效態(tài)氮、磷、鉀的分級(jí)與評(píng)價(jià)

土壤有效態(tài)氮磷鉀的含量按低、中、高和過量分為4級(jí)(圖1)。土壤堿解氮含量平均值為163.5 mg/kg,最大值為450 mg/kg,最小值為11.4 mg/kg,土壤堿解氮含量低于100 mg/kg的土壤占到34%,處于100—200 mg/kg的土壤占到40.7%,處于200—300 mg/kg的土壤占到7.3%,300 mg/kg以上的占到18%。土壤有效磷含量平均值為136.3 mg/kg,最大值為525 mg/kg,最小值為42.68 mg/kg。土壤有效磷含量低于30 mg/kg土壤占15.3%,處于中高含量(30—150 mg/kg)水平田塊占53.3%,超過150 mg/kg的過量水平田塊占31.4%。土壤速效鉀含量均值為313.6 mg/kg,最大值960 mg/kg,最小值20 mg/kg。其中速效鉀含量小于150 mg/kg的土壤占22%,中高含量(150—450 mg/kg)田塊占54.7%,超過450 mg/kg的田塊占23.3%。

圖1 設(shè)施葉菜土壤速效養(yǎng)分含量分級(jí)Fig.1 The nutrient classification of greenhouse soil available nutrients

2.4 設(shè)施葉菜土壤有機(jī)質(zhì)含量的分級(jí)與評(píng)價(jià)

有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成成分,也是決定土壤質(zhì)量的基本指標(biāo)。上海地區(qū)設(shè)施葉菜土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為25.21 g/kg,最大值為37.51 g/kg,最小值11.22 g/kg。其中,土壤有機(jī)質(zhì)含量低于15 g/kg的數(shù)量占8.7%,在15—25 g/kg的占36.6%,25—35 g/kg的占48%,大于35 g/kg的肥沃菜田土壤僅占6.7%(圖2)。

2.5 設(shè)施葉菜土壤pH的分級(jí)與評(píng)價(jià)

設(shè)施葉菜土壤pH均值為6.06,最大值為8.09,最小值4.23。其中,土壤pH低于5.5的酸性土壤占到36%,pH 5.5—6.5的微酸性土壤占22.6%,pH 6.5—7.5的中性土壤占30%,pH大于7.5的堿性土壤只占11.4%(圖2)。說明目前的設(shè)施栽培管理方式使得土壤正在發(fā)生酸化,pH低于6.5的酸化土壤占比已達(dá)到58.6%。

2.6 設(shè)施葉菜土壤鹽分的分級(jí)與評(píng)價(jià)

土壤鹽分含量最大值為11.8 g/kg,最小值為0.41 g/kg,平均值為3.36 g/kg,根據(jù)設(shè)施菜田土壤鹽分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),鹽分含量小于2 g/kg為正常土壤,占比22.9%,50%為輕度鹽漬化土壤,18.1%為中度鹽漬化土壤,另有9%土壤屬于重度鹽漬化(圖2)。一般而言,土壤鹽分含量超過2 g/kg,蔬菜正常生長(zhǎng)會(huì)受到影響,上海地區(qū)設(shè)施葉菜茬口土壤存在次生鹽漬化比例已達(dá)到77.1%。

圖2 設(shè)施葉菜土壤有機(jī)質(zhì)含量、p H、鹽分含量分級(jí)Fig.2 The nutrient classification of greenhouse soil properties

3 討論

3.1 設(shè)施葉菜施肥中氮、磷、鉀比例

依據(jù)設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)特點(diǎn),一般認(rèn)為其對(duì)養(yǎng)分需求為多鉀少磷,N∶P2O5∶K2O的吸收比例為1∶(0.3—0.5)∶(1.0—1.9)[7-8],本研究中,綠葉菜基施化肥氮磷鉀比例為1∶0.7∶0.8,磷肥有較大的減施空間。與氮、鉀肥相比,蔬菜所需要的磷資源最少,磷肥的大量施用不但浪費(fèi)資源、增加生產(chǎn)成本,還易引發(fā)磷素向水體遷移,進(jìn)而影響水環(huán)境安全。此外,高磷狀況會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)養(yǎng)分失衡,影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì),以及其他營養(yǎng)元素的形態(tài)和生物有效性。葉菜追肥中氮磷鉀比例為1∶0.40∶0.43,追肥中磷的比例較適宜,但K2O比例偏低,在供鉀偏低土壤上需合理追施鉀肥,提高葉菜的品質(zhì)。

3.2 設(shè)施葉菜土壤養(yǎng)分評(píng)價(jià)

長(zhǎng)期過量施肥導(dǎo)致土壤中氮磷鉀養(yǎng)分過剩,土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量達(dá)到過量水平的土壤占比分別為18%、31.4%和23.3%。土壤中氮、磷的大量累積和不合理的耕作方式(周年單一茬口連作)可造成土壤次生鹽漬化和土壤酸化,一般認(rèn)為土壤鹽分含量超過2 g/kg即為輕度鹽漬化土壤[9-10],會(huì)影響蔬菜對(duì)養(yǎng)分的正常吸收,且易造成水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放,污染環(huán)境。本市設(shè)施土壤中鹽分含量大于2 g/kg的比例達(dá)到了77.1%。土壤pH低于6.5的土壤占比達(dá)58.6%,造成設(shè)施土壤酸化的原因有:大量鹽基離子隨蔬菜收獲被移出土壤;過量施用化肥(特別是偏施氮肥),氮肥分解形成的硝酸鹽積累在土壤中;有些未完全腐熟的農(nóng)家肥發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機(jī)酸。和土壤質(zhì)量密切相關(guān)的土壤有機(jī)質(zhì)含量總體在中等偏低水平,肥沃土壤僅占6.7%,雖然每年有2—3 t的有機(jī)肥投入,但設(shè)施土壤中有機(jī)質(zhì)含量普遍不高,原因可能是:部分有機(jī)肥為農(nóng)家肥,有機(jī)肥質(zhì)量差;高強(qiáng)度集約化種植、葉菜復(fù)種指數(shù)高,造成土壤肥力下降;設(shè)施高溫環(huán)境也會(huì)加快有機(jī)質(zhì)的分解和消耗。

3.3 對(duì)設(shè)施葉菜土壤改良的建議

實(shí)施化肥源頭減量,實(shí)現(xiàn)因土因作物施肥。充分利用菜田地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)成果,根據(jù)作物需求和土壤肥力維持相結(jié)合的原則,在中高肥力土壤上,適當(dāng)減施肥料。按土壤肥力高低分為若干等級(jí),低肥力土壤上參照習(xí)慣施肥,中等肥力土壤上減施15%化肥,高肥力土壤上減施30%。

施用蔬菜專用配方肥,優(yōu)化養(yǎng)分配比,活化土壤養(yǎng)分。推廣應(yīng)用適合葉菜生長(zhǎng)特點(diǎn)和養(yǎng)分需求的低磷品種化肥,設(shè)施蔬菜專用肥/水溶性肥料養(yǎng)分配比更趨合理(如葉菜上基肥選用15-6-9或21-6-18低磷蔬菜肥,追肥選用高氮或高鉀水溶肥),與農(nóng)戶習(xí)慣用的15-15-15復(fù)合肥相比,可減少磷的投入,對(duì)調(diào)節(jié)土壤磷素、促進(jìn)土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng)有重大作用。另外,具改良功能肥料(如生物刺激素、海藻肥、調(diào)理劑等)可提高肥料利用率,活化土壤自身養(yǎng)分,改善土壤結(jié)構(gòu),保持土壤健康,增產(chǎn)改質(zhì)。

有機(jī)肥/生物肥/炭基肥部分替代化肥,培肥土壤。本地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)總體水平為中等偏低,肥沃土壤占比不到10%,通過不同來源有機(jī)肥/生物肥/炭基肥/高碳有機(jī)物料與化肥優(yōu)化配施,能穩(wěn)定提升土壤功能,加速養(yǎng)分循環(huán)利用,減施化肥,協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分與能量(碳)之間的平衡,提高土壤有機(jī)質(zhì),以保持設(shè)施菜田土壤高效生產(chǎn)和可持續(xù)利用。

推廣水肥一體化技術(shù),節(jié)水節(jié)肥,克服土壤鹽漬化。水肥一體化又稱微灌施肥,是借助微灌系統(tǒng),將微灌和施肥結(jié)合,以微灌系統(tǒng)中的水為載體,在灌溉的同時(shí)進(jìn)行施肥,在用量上建議實(shí)行“總量控制、分期調(diào)控”,施用方法上掌握“近根施用、水肥耦合”的原則。該技術(shù)可最大限度提高水肥利用效率,轉(zhuǎn)盲目施肥為科學(xué)施肥,有效防止土壤鹽漬化,改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。

合理安排輪作茬口,種地養(yǎng)地結(jié)合,恢復(fù)土壤健康。改變單一的周年葉菜連作茬口,合理安排輪作或間套作,減少蔬菜復(fù)種指數(shù),適當(dāng)休棚養(yǎng)地,在休棚期結(jié)合土壤消毒、灌水洗鹽或蚯蚓養(yǎng)殖改土技術(shù)[11]等,減輕土壤鹽漬化和酸化,恢復(fù)土壤健康。

4 結(jié)論

上海地區(qū)全程葉菜茬口年化肥純養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)投入量為1 180.5 kg/hm2,含葉菜茬口年化肥純養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)投入量為1 206.0 kg/hm2,葉菜類化肥總量中N、P2O5、K2O施用比例為1∶0.54∶0.6,茄果類為1∶0.9∶1.17。

設(shè)施葉菜土壤堿解氮、有效磷和速效鉀平均含量分別為163.5 mg/kg、136.3 mg/kg和313.6 mg/kg,土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為25.21 g/kg,大于35 g/kg的肥沃土壤僅占6.7%,土壤輕度鹽漬化及以上(鹽分含量大于2 g/kg)比例達(dá)到了77.1%,土壤pH低于6.5的酸化土壤占比達(dá)58.6%。

在當(dāng)前都市農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求下,提出了上海地區(qū)設(shè)施葉菜因土因作物專用肥精準(zhǔn)施肥技術(shù)、土壤培肥技術(shù)、水肥一體化技術(shù)、輪作養(yǎng)地技術(shù)、土壤調(diào)理劑改良技術(shù)等。