設(shè)施土壤污染障礙與減氮增效技術(shù)研究

李躍飛，陶加樂(lè)，李 彬，靳輝勇，徐 華

(宿遷市宿豫區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇宿遷 223800)

近年來(lái)，我國(guó)設(shè)施栽培發(fā)展迅速，面積與產(chǎn)量均逐年提高，至2015年達(dá)到400 萬(wàn)hm以上。隨著設(shè)施蔬菜專業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，使土壤理化性狀和生物學(xué)特性發(fā)生劣變，病原菌種群數(shù)量激增，以土壤次生鹽漬化問(wèn)題最為突出。究其原因，主要是菜農(nóng)追求高產(chǎn)盲目施肥，尤其偏重于施氮肥而忽視中微量元素的施用，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失去平衡。長(zhǎng)期過(guò)量施肥會(huì)導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮在土壤表層大量積累，結(jié)果不僅影響作物的生長(zhǎng)、降低作物產(chǎn)量與品質(zhì)，而且會(huì)使土壤酸化，易造成養(yǎng)分流失、水體富營(yíng)養(yǎng)化等，給土壤、作物、環(huán)境及人體健康等帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，科學(xué)合理指導(dǎo)氮肥的施用量，搭配有機(jī)肥及微生物肥等，對(duì)于設(shè)施蔬菜安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效益具有重大意義。

作為江蘇省發(fā)展高效設(shè)施農(nóng)業(yè)先進(jìn)區(qū)，設(shè)施栽培是宿豫區(qū)高效農(nóng)業(yè)的主要形式，其經(jīng)濟(jì)效益在整個(gè)種植業(yè)中占有十分重要的地位。同樣，隨著集約化程度的加快，該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)出現(xiàn)養(yǎng)分失衡、次生鹽漬化、酸化等問(wèn)題，在一定程度上影響到設(shè)施栽培的種植效益，并對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了一定程度的污染。為科學(xué)消除設(shè)施土壤障礙，提高土壤養(yǎng)分的作物利用率，減少氮素等養(yǎng)分對(duì)環(huán)境的污染負(fù)荷，筆者對(duì)宿豫區(qū)典型設(shè)施土壤分布區(qū)進(jìn)行布點(diǎn)采樣，測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、酸堿度、鹽分、有效養(yǎng)分等指標(biāo)，明確制約設(shè)施土壤生產(chǎn)力的主要肥力限制因子，提高設(shè)施土壤科學(xué)培肥與合理施肥水平，通過(guò)克服土壤限制因子，加強(qiáng)作物對(duì)土壤過(guò)量氮素等養(yǎng)分的吸收利用，并最大限度地消除設(shè)施栽培對(duì)環(huán)境的污染。

1 材料與方法

2020年1—3月對(duì)宿遷市宿豫區(qū)保護(hù)地代表性地塊進(jìn)行土壤農(nóng)化樣品的采集。取樣深度為0～20 cm，共采集12個(gè)土壤樣品。土樣經(jīng)抽濕風(fēng)干后，磨細(xì)過(guò)20目篩和100目篩。

土壤基本化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定均采用常規(guī)分析方法。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤pH采用玻璃電極法測(cè)定；土壤電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)電極法測(cè)定；可溶性鹽采用水∶土=5∶1提取，K、Na采用火焰分光光度法測(cè)定，Ca、Mg采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定，NO采用紫外分光光度法測(cè)定，SO采用硫酸鋇比濁法測(cè)定，HCO采用中和滴定法測(cè)定，Cl采用硝酸銀滴定法。土壤速效氮采用中性鹽提取，銨態(tài)氮采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測(cè)定；有效性微量元素(鐵、錳、銅、鋅)采用DTPA-TEA提取原子吸收分光光度法測(cè)定；土壤有效硼采用熱水浸提-甲亞胺比色法測(cè)定；土壤有效鉬采用草酸-草酸銨浸提-等離子質(zhì)譜法測(cè)定。測(cè)定方法參照鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》。

根據(jù)土壤分析結(jié)果，選擇8個(gè)代表性大棚進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)，供試作物為甘藍(lán)。對(duì)土壤缺乏的鉀、硼、鉬、錳等養(yǎng)分元素肥料和磷肥進(jìn)行一次性底肥補(bǔ)充，在消除土壤營(yíng)養(yǎng)障礙的基礎(chǔ)上，進(jìn)行減氮增效試驗(yàn)。以常規(guī)施氮水平為對(duì)照(CK2)，分別設(shè)置減氮25%、50%、75%和100%(不施氮肥)處理，同時(shí)增設(shè)一個(gè)完全不施肥對(duì)照(CK1)。觀測(cè)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收量，計(jì)算氮肥利用率，采樣測(cè)定試驗(yàn)后土壤硝態(tài)氮含量。

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

土壤酸堿度、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量。從8個(gè)大棚設(shè)施土壤的酸堿度、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果(表1)可以看出，宿豫區(qū)設(shè)施土壤pH為5.62～6.35，平均為6.02，標(biāo)準(zhǔn)差0.23，變異系數(shù)3.85%，土壤酸化明顯，逐漸成為直接制約土壤生產(chǎn)力的障礙因子。土壤EC值為0.66～5.44 mS/cm，平均達(dá)2.20 mS/cm，除了2個(gè)土壤的EC值在1.00 mS/cm以下外，其他6個(gè)土壤EC值均超出了一般作物生長(zhǎng)的適宜范圍;土壤EC值的變異系數(shù)高達(dá)81.08%，可見(jiàn)不同大棚間差異很大。土壤有機(jī)質(zhì)含量為15.71～21.95 g/kg，平均為18.29 g/kg，土壤緩沖養(yǎng)分的能力下降、結(jié)構(gòu)變差，難以滿足設(shè)施作物高產(chǎn)的需求。土壤有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充是解決設(shè)施土壤肥力提高問(wèn)題的重要途徑。

土壤速效氮磷鉀含量。從設(shè)施土壤的速效氮磷鉀含量測(cè)定結(jié)果(表2)可以看出，宿豫區(qū)設(shè)施土壤速效氮含量為32.8～711.7 mg/kg，平均為284.7 mg/kg，總體水平偏高，與該區(qū)部分菜農(nóng)過(guò)多施用氮肥或含氮肥料有密切關(guān)系；土壤速效氮含量變異系數(shù)達(dá)88.1%，說(shuō)明不同農(nóng)戶或不同利用方式下氮肥施用并不平衡，最高的土壤速效氮含量是最低含量的21.7倍。土壤速效磷含量為30.1～100.9 mg/kg，平均為59.2 mg/kg，總體水平略高，與宿豫區(qū)菜農(nóng)堅(jiān)持穩(wěn)定施用磷肥有關(guān)；土壤速效磷含量變異系數(shù)達(dá)42.5%，說(shuō)明不同農(nóng)戶或不同利用方式下磷肥施用相對(duì)平衡，最高的土壤速效磷含量為最低含量的3.4倍。土壤速效鉀含量為61.7～517.5 mg/kg，平均為203.4 mg/kg，總體水平豐富，鉀素施用平均水平基本合適。但土壤速效鉀含量變異系數(shù)達(dá)71.6%，說(shuō)明不同農(nóng)戶或不同利用方式下鉀肥施用也很不平衡，最高的土壤速效鉀含量是最低含量的8.4倍。因此，宿豫區(qū)設(shè)施土壤應(yīng)加大土壤氮、鉀養(yǎng)分的診斷，對(duì)施用水平偏高的農(nóng)戶或環(huán)節(jié)應(yīng)建議減施，對(duì)施用不足的還應(yīng)提倡增施，尤其是鉀素肥料。

表1 土壤酸堿度、電導(dǎo)率和有機(jī)質(zhì)含量

表2 土壤速效氮磷鉀含量

土壤水溶性養(yǎng)分(鹽分)離子含量。從土壤水溶性養(yǎng)分(鹽分)陽(yáng)離子含量測(cè)定結(jié)果(表3)可以看出，土壤K含量為31.7～243.2 mg/kg，平均含量為100.2 mg/kg，變異系數(shù)高達(dá)76.7%。土壤Na含量為614.6～3 204.9 mg/kg，平均含量達(dá)到1 672.7 mg/kg，居4種陽(yáng)離子(K、Na、Ca、Mg)之首，Na含量的變異系數(shù)為60.8%。土壤Ca含量為334.4～3 346.6 mg/kg，平均含量為1 461.9 mg/kg，僅次于Na含量，變異系數(shù)高達(dá)81.5%。土壤Mg含量為340.4～2 616.5 mg/kg，平均含量為1 204.3 mg/kg，變異系數(shù)為76.8%。4種陽(yáng)離子的平均含量從高到低依次為Na、Ca、Mg、K，分別占陽(yáng)離子總量的37.68%、32.93%、27.13%和2.26%，Mg、Ca、Na3種陽(yáng)離子所占比例相差不大，但K所占比例太低，作物相對(duì)缺鉀現(xiàn)象比較嚴(yán)重。從Mg/K質(zhì)量比和電荷比也可以很容易判斷出所有8個(gè)土壤相對(duì)缺鉀的問(wèn)題都比較突出。

表3 土壤水溶性陽(yáng)離子含量

從表4可以看出，土壤NO含量為132.6～3 101.4 mg/kg，平均含量為1 223.8 mg/kg，變異系數(shù)高達(dá)90.1%；土壤SO含量為335.0～2 372.5 mg/kg，平均含量達(dá)1 252.0 mg/kg，變異系數(shù)為63.7%；土壤Cl含量為1 018.9～5 052.7 mg/kg，平均含量高達(dá)2 781.7 mg/kg，居4種陰離子(NO、SO、HCO、Cl)之首，其變異系數(shù)為54.9%；土壤HCO含量為20.7～35.8 mg/kg，平均含量為26.5 mg/kg，變異系數(shù)為19.4%。土壤陰離子中，高濃度的Cl、SO、NO和低濃度的HCO均說(shuō)明土壤酸化程度十分嚴(yán)重，外源氮、硫、氯的輸入都可能是導(dǎo)致土壤酸化的原因。

表4 土壤水溶性陰離子含量

土壤有效性微量元素含量。從土壤有效性微量元素含量的測(cè)定結(jié)果(表5)可以看出，宿豫區(qū)8個(gè)設(shè)施土壤樣品的有效鐵含量平均17.97 mg/kg，達(dá)到了土壤有效鐵的豐富水平(15～20 mg/kg)；土壤有效錳含量平均6.68 mg/kg，處于土壤有效錳的中等水平(5～15 mg/kg)；土壤有效銅含量平均1.77 mg/kg，達(dá)到了土壤有效銅的豐富水平(1.0～1.8 mg/kg)；土壤有效鋅含量平均2.30 mg/kg，也達(dá)到了土壤有效鋅的豐富水平(1～3 mg/kg)；土壤有效硼含量平均0.37 mg/kg，處于土壤有效硼的缺乏水平(0.2～0.5 mg/kg)；土壤有效鉬含量平均0.19 mg/kg，處于土壤有效鉬的中等水平(0.15～0.20 mg/kg)。對(duì)于設(shè)施種植來(lái)說(shuō)，處于中等水平以下的土壤有效硼、鉬、錳難以滿足高產(chǎn)作物栽培的需求，應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)微量元素肥料的施用。

表5 土壤有效性微量元素含量

減氮對(duì)作物產(chǎn)量的影響。從圖1a可以看出，試驗(yàn)條件下減氮對(duì)甘藍(lán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響；底施平衡肥的幾個(gè)處理(CK2、減氮25%、減氮50%、減氮75%、減氮100%)甘藍(lán)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均高于完全不施肥的對(duì)照(CK1)。從圖1b可以看出，試驗(yàn)條件下減氮對(duì)甘藍(lán)生物學(xué)產(chǎn)量也沒(méi)有顯著影響，底施平衡肥處理有利于提高甘藍(lán)的生物學(xué)產(chǎn)量。

圖1 減氮對(duì)甘藍(lán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(a)和生物學(xué)產(chǎn)量(b)的影響Fig.1 Effects of nitrogen reduction on economic yield (a) and biological yield (b) of cabbage

減氮對(duì)植株含氮率和累計(jì)吸氮量的影響。從圖2可以看出，試驗(yàn)條件下減氮對(duì)甘藍(lán)含氮率有降低的趨勢(shì)。底施平衡肥的幾個(gè)處理(CK2、減氮25%、減氮50%、減氮75%、減氮100%)單位面積甘藍(lán)累計(jì)吸氮量均高于完全不施肥的對(duì)照(CK1)，底施平衡肥基礎(chǔ)上減氮對(duì)單位面積甘藍(lán)吸氮量有減少的趨勢(shì)。

圖2 減氮對(duì)植株含氮率(a)和累計(jì)吸氮量(b)的影響Fig.2 Effects of nitrogen reduction on nitrogen content (a) and cumulative nitrogen absorption (b) of plants

從減氮處理對(duì)收獲后土壤電導(dǎo)率和硝態(tài)氮含量的影響情況(圖3)可以看出，增施平衡肥和減氮處理均有利于降低土壤電導(dǎo)率和硝態(tài)氮含量。

圖3 減氮對(duì)土壤電導(dǎo)率(a)和硝態(tài)氮含量(b)的影響Fig.3 Effects of nitrogen reduction on soil conductivity (a) and nitrate nitrogen content (b)

3 小結(jié)

(1)宿豫區(qū)設(shè)施土壤已發(fā)生明顯酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象，土壤酸化程度開(kāi)始影響多數(shù)作物的正常生長(zhǎng)，部分土壤鹽漬化程度可能引起嚴(yán)重的作物生長(zhǎng)障礙；土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低，難以滿足高產(chǎn)作物生長(zhǎng)對(duì)土壤綜合肥力的基本要求。

(2)宿豫區(qū)設(shè)施土壤速效氮含量總體偏高，速效氮組成以硝態(tài)氮為主，極易流失損失；土壤速效磷含量較為豐富，可以滿足作物高產(chǎn)的基本要求。由于土壤水溶性鈣、鎂離子含量偏高，導(dǎo)致土壤鉀素供應(yīng)強(qiáng)度偏低，作物相對(duì)缺鉀問(wèn)題嚴(yán)重；宿豫區(qū)設(shè)施土壤有效微量元素中，硼、鉬、錳可能供應(yīng)不足。

(3)根據(jù)土壤養(yǎng)分檢測(cè)結(jié)果，底施平衡肥有利于增強(qiáng)作物對(duì)土壤氮素的吸收利用，提高作物產(chǎn)量；在底施平衡肥的基礎(chǔ)上，減氮不影響作物產(chǎn)量。