滕艷敏, 韓 卉, 郝梓依, 楊合法, 李 季**

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不同蔬菜種植模式對土壤淋溶水總氮、總磷和COD的影響*

滕艷敏1, 韓 卉1, 郝梓依1, 楊合法2, 李 季1**

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100193; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站 曲周 057250)

以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站始于2002年的日光溫室有機(jī)蔬菜長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ), 采用滲漏計(jì)裝置收集地下1 m深淋溶水, 通過測定2014年春茬茄子與秋茬芹菜土壤淋溶水總氮、總磷和化學(xué)需氧量(COD), 研究不同蔬菜種植模式(有機(jī)、綜合、常規(guī))下土壤養(yǎng)分淋失情況。結(jié)果表明: 有機(jī)模式總氮淋失量兩茬蔬菜之和為137.02 kg·hm-2, 分別比綜合和常規(guī)模式減少12.0%和25.9%; 總磷淋失量兩茬蔬菜之和為18.23 kg·hm-2, 分別比綜合和常規(guī)模式高51.2%和119.9%; 淋溶水COD兩茬蔬菜之和為856.99 kg·hm-2, 分別比綜合和常規(guī)模式高32.4%和3.1%。3種模式下不同時(shí)期淋溶水總氮、總磷與COD變化趨勢差異顯著。春茬茄子總氮淋失量前期維持在較高水平, 追肥后出現(xiàn)峰值, 之后迅速降低, 進(jìn)入6月份后一直在較低水平波動; 總磷淋失量變化相對平緩, 呈先增加后減小的變化趨勢, 6—7月間達(dá)到峰值; 淋溶水COD前期稍有降低, 追肥前達(dá)到最低值, 進(jìn)入5月份后到茄子季結(jié)束呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。綜上, 有機(jī)種植模式在減少氮素淋失方面較綜合和常規(guī)模式表現(xiàn)出優(yōu)勢, 但會顯著增加磷素淋失風(fēng)險(xiǎn), 并在一定程度上提高淋溶水COD。

日光溫室; 蔬菜; 種植模式; 土壤淋溶水; 總氮; 總磷; COD

近年來, 我國設(shè)施蔬菜種植面積穩(wěn)居世界第一, 設(shè)施蔬菜呈現(xiàn)出生產(chǎn)效益明顯提升、管理水平逐步提高的良好勢頭[1]。設(shè)施蔬菜種植可以高效利用環(huán)境因子, 增加蔬菜生產(chǎn)周期, 提高蔬菜產(chǎn)量[2], 但也普遍存在著氮磷投入過量且比例失調(diào)、有機(jī)肥使用不合理等現(xiàn)象[3]。研究表明, 長期不合理施肥會導(dǎo)致土壤養(yǎng)分在降雨或灌溉條件下向土壤深層淋溶, 對地下水環(huán)境造成危害[4-8]。

長期定位肥料試驗(yàn)具有常規(guī)試驗(yàn)不可比擬的優(yōu)點(diǎn), 通過長期定位施肥研究, 能系統(tǒng)地研究不同施肥制度對土壤物理、化學(xué)性質(zhì)等因子的影響, 為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)[9]。目前, 國內(nèi)外有關(guān)長期定位施肥的研究很多, 主要圍繞“作物-土壤”兩大方面[9-11]。研究表明, 長期施用有機(jī)肥和化肥均能持續(xù)提升土壤氮、磷養(yǎng)分含量[12-17], 有機(jī)肥效果優(yōu)于化肥, 且表現(xiàn)出隨有機(jī)肥用量的增加而增加[12]。長期施用有機(jī)肥或有機(jī)肥與化肥配施可明顯改善土壤物理性狀, 增強(qiáng)土壤酶活性, 長期單施化肥造成土壤pH和土壤酶活性降低, 而土壤酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)[17]。長期持續(xù)施入有機(jī)肥能夠有效地增加土壤全氮、微生物量氮、潛在礦化氮和顆粒有機(jī)氮含量, 有助于保持土壤供氮能力[18]。有機(jī)肥的長期施用可顯著增加土壤中各形態(tài)的磷素含量[13,19], 化肥配施有機(jī)肥有助于活化土壤磷, 提升土壤有效磷含量, 有利于土壤有效磷的穩(wěn)定供給[14]。土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)出隨有機(jī)肥施用量的增加而增高, 且有逐年增長的趨勢[12,14]。

由于蔬菜根系分布淺, 灌溉量大, 過量施用氮肥, 會引起氮素淋失, 對環(huán)境造成污染[7,20]。McLay等[21]研究指出, 較嚴(yán)重的地下水硝酸鹽污染主要與化肥施用量較高的蔬菜種植有關(guān), 蔬菜種植區(qū)的地下水硝酸鹽含量明顯高于糧食作物種植區(qū)。與施用化學(xué)肥料相比, 施用有機(jī)肥能明顯降低土壤剖面硝態(tài)氮含量, 控制其累積峰的下移, 但不合理施用有機(jī)肥也可能導(dǎo)致氮素大量淋失[22]。有機(jī)肥可以對各種形態(tài)磷起活化作用, 有效地提高土壤全磷、速效磷含量[23], 菜地長期大量施用有機(jī)肥會導(dǎo)致土壤總磷和速效磷含量增加, 降低對磷的吸附, 促進(jìn)磷素的淋溶損失[24]。

設(shè)施菜田具有肥料投入量大、有機(jī)肥投入比例高的特點(diǎn)[25], 長期大量施用有機(jī)肥與化肥會對土壤養(yǎng)分含量、理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響, 進(jìn)而影響土壤氮、磷養(yǎng)分淋溶, 增加養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn)[26-27]。但目前關(guān)于長期定位施肥下設(shè)施蔬菜生產(chǎn), 特別是有關(guān)比較有機(jī)種植與常規(guī)種植體系土壤養(yǎng)分淋溶的研究比較少。本研究以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周試驗(yàn)站日光溫室有機(jī)蔬菜長期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ), 研究不同種植模式(有機(jī)、綜合、常規(guī))下土壤氮、磷、COD淋溶累積量及其動態(tài)變化, 以期為控制設(shè)施菜田養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn), 發(fā)展安全、高效、環(huán)境友好的設(shè)施蔬菜種植模式提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省邯鄲市曲周縣北部中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實(shí)驗(yàn)站(36o52￠N, 115o01￠E), 試驗(yàn)于2002年3月開始, 是針對有機(jī)蔬菜生產(chǎn)進(jìn)行的長期定位研究。當(dāng)?shù)貙贉貛О霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū), 光、熱、水等氣候資源比較豐富, 但受季風(fēng)的強(qiáng)烈影響, 冬春寒冷干燥, 夏季溫暖多雨, 年均降水量604 mm, 屬一年兩熟種植區(qū)。試驗(yàn)采用的日光溫室為拱圓式, 長52 m、寬7 m, 占地面積約0.04 hm2。供試土壤為治理后的鹽化潮褐土, 試驗(yàn)前為多年菜田, 試驗(yàn)開始前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)有機(jī)、綜合和常規(guī)種植3個(gè)處理。1)有機(jī)種植模式(ORG): 采用有機(jī)蔬菜生產(chǎn)方式, 只施用有機(jī)肥。病蟲害防治以生物和物理防治為主, 并輔以生物藥劑防治。2)綜合種植模式(INT): 遵照綜合蔬菜生產(chǎn)方式, 施用有機(jī)肥和少量化肥。病蟲害防治以生物和物理防治為主, 比較嚴(yán)重時(shí)少量使用一些低毒低殘留農(nóng)藥。3)常規(guī)種植模式(CON): 采用常規(guī)蔬菜種植方法, 施用化肥和少量有機(jī)肥, 追施尿素。病蟲害防治以化學(xué)防治為主, 使用國家規(guī)定的高效低毒農(nóng)藥控制病蟲害?；手械蕿槟蛩亍⒘追蕿檫^磷酸鈣、鉀肥為氯化鉀, 有機(jī)肥由當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖場生產(chǎn)的牛糞、雞糞(濕牛糞15 000 kg, 干雞糞4 000 kg)添加北京沃土天地生物有限公司生產(chǎn)的VT菌劑后堆置而成。

3種蔬菜種植模式分別在3個(gè)溫室進(jìn)行, 每個(gè)溫室內(nèi)平分為3個(gè)小區(qū), 每個(gè)小區(qū)120 m2, 作為3個(gè)重復(fù)。2014年春季種植蔬菜為茄子(L.), 品種為‘霸王茄’, 由‘托魯巴姆’根嫁接, 各模式下均種植865株, 于2月20日定植, 9月5日全部收獲; 秋季種植蔬菜為芹菜(L.), 品種為‘美國西芹’, 各模式下均種植11 000株, 于2014年10月19日定植, 2015年2月5日全部收獲。

3個(gè)溫室的灌溉方式均為大水漫灌, 試驗(yàn)期間共進(jìn)行13次灌溉, 每次每棚均為975 m3·hm-2, 灌溉時(shí)間為: 2014年2月20日、3月20日、4月13日、5月1日、5月24日、6月1日、6月15日、7月15日、8月24日、10月19日、11月16日、12月20日和2015年1月24日。春茬茄子在2014年2月10日施基肥, 并在4月30日進(jìn)行追肥, 基肥與追肥養(yǎng)分投入比例為5∶1, 秋茬芹菜只在10月14日施1次基肥, 具體養(yǎng)分投入量見表2。

1.3 取樣方法

1)土壤樣品采集: 每個(gè)處理分為3個(gè)取樣小區(qū), 于植株行正中間用土鉆采集, 取樣深度為0~40 cm, 每20 cm為一層, 每個(gè)小區(qū)按Z字形取5鉆, 混勻。土樣取回后剔除石礫和植物殘根等雜物后風(fēng)干保存, 用于理化性質(zhì)測定。取樣時(shí)間分別為2014年2月8日和2014年10月13日。

表1 2002年試驗(yàn)前與2014年茄子定植前不同種植模式溫室土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

表2 不同種植模式溫室蔬菜投入養(yǎng)分量

2)淋溶水收集: 采用滲漏計(jì)裝置收集淋溶水。蔬菜種植前, 在每個(gè)溫室各小區(qū)的中間位置分別挖1底面積0.5 m×0.5 m、深1 m的坑, 在坑的底部溝槽繼續(xù)垂直深挖1個(gè)平面斜坡, 斜坡一邊距地面1 m,另一邊距地面1.1 m, 用于放置滲漏計(jì)。在坑壁的一側(cè)沿斜坡挖1個(gè)20 cm的溝槽用于放軟管, 在另一側(cè)挖1個(gè)直徑0.11 m, 深1.6 m的坑用于放接收裝置。灌溉后4~6 d內(nèi), 用提水器將接收裝置內(nèi)的淋溶水取出, 記錄總的淋溶水體積, 收集一部分分別放入3個(gè)50 mL的離心管內(nèi), 作為3平行樣, 并標(biāo)注編號和取樣時(shí)間, 立即放入冰盒內(nèi)貯存, 帶回實(shí)驗(yàn)室于-20 ℃保存, 待測。本試驗(yàn)在2014—2015年春茬和秋茬共進(jìn)行13次取樣, 取樣時(shí)間分別為2014年2月26日、3月25日、4月17日、5月5日、5月28日、6月5日、6月20日、7月19日、8月30日、10月24日、11月20日、12月24日和2015年1月30日。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

總氮: 堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法; 總磷: 鉬酸銨分光光度法; COD: 快速消解-分光光度法。

100 cm土層淋溶水的總氮、總磷、COD計(jì)算公式如下:

式中:為氮、磷、COD的流失量, kg·hm-2;C為第次淋溶水中氮、磷、COD的濃度, μg·mL-1;V為第次淋溶水的總體積, mL;為大棚面積, hm2;為取樣次數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

數(shù)據(jù)經(jīng)過Microsoft Excel 2010程序進(jìn)行整理, 數(shù)據(jù)變異性及方差分析使用SPSS v.20.0程序, 繪圖用SigmaPlot 12.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式溫室蔬菜土壤總氮淋失量及淋失動態(tài)

2.1.1 總氮淋失量

不同種植模式下土壤總氮淋失量見圖1。常規(guī)種植模式在2014年春茬茄子和秋茬芹菜種植期內(nèi)的總氮淋失量均為最高, 分別是129.79 kg·hm-2和55.14 kg·hm-2; 春茬茄子總氮淋失量有機(jī)模式為98.00 kg·hm-2, 顯著低于常規(guī)模式和綜合模式, 而綜合模式與常規(guī)模式差異不明顯; 秋茬芹菜總氮淋失量綜合模式最低, 為32.96 kg·hm-2, 有機(jī)模式為39.02 kg·hm-2, 均顯著低于常規(guī)模式。綜合表2和圖1可知, 春茬茄子常規(guī)模式和綜合模式氮素投入量分別比有機(jī)模式高32.9%和4.1%, 總氮淋失量分別比有機(jī)模式高32.4%和25.3%; 秋茬芹菜常規(guī)模式和綜合模式氮素投入量分別為有機(jī)模式氮素投入量的98.4%和84.5%, 總氮淋失量分別為有機(jī)模式的141.3%和84.5%?？傮w來說, 有機(jī)模式有助于減少氮素淋失, 秋茬芹菜淋失量較綜合模式高, 可能與其氮素投入量最高有關(guān)。常規(guī)模式春秋兩茬蔬菜一直表現(xiàn)出較高的氮素淋失量, 這可能與肥料投入量高有一定關(guān)系, 更主要的原因可能是化肥較有機(jī)肥養(yǎng)分釋放快, 易隨水淋失。

不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.1.2 總氮淋失動態(tài)

由圖2可知, 春茬茄子期間, 3種種植模式總氮淋失量在茄子生長前期維持在較高水平, 并分別在3月25日和5月5日出現(xiàn)較明顯峰值, 這一現(xiàn)象可能是由于2月10日施加了基肥, 并在4月30日進(jìn)行了追肥, 經(jīng)過幾次灌溉, 氮素隨水向下運(yùn)移造成的。進(jìn)入6月份, 總氮淋失量迅速降低, 并一直處于較低水平, 可能是由于茄子生長旺盛, 吸氮量增大, 加上前期氮素的淋溶損失, 土壤氮素含量有所下降。有機(jī)模式下總氮淋失量一直處于較低水平, 且波動相對平緩, 這可能與有機(jī)肥養(yǎng)分釋放緩慢有關(guān)。常規(guī)模式在施肥后總氮淋失量最高, 表明化肥有養(yǎng)分釋放快, 易隨水淋失的特點(diǎn)。由于芹菜生長季較短, 大棚冬季水分蒸發(fā)量小, 秋茬芹菜期間僅進(jìn)行4次灌溉, 總的來說淋溶趨勢與春茬茄子相似, 12月24日淋失量達(dá)到峰值后迅速降低。

2.2 不同種植模式溫室蔬菜土壤總磷淋失量及淋失動態(tài)

2.2.1 總磷淋失量

圖3為2014年不同種植模式下春茬茄子和秋茬芹菜總磷淋失量, 兩茬均為有機(jī)種植模式下最高, 綜合次之, 常規(guī)最低。春茬茄子期間, 有機(jī)和綜合模式下的總磷淋失量分別為9.77 kg·hm-2和6.46 kg·hm-2, 分別比常規(guī)模式高111.0%和39.5%; 秋茬芹菜期間, 有機(jī)和綜合模式的總磷淋失量分別為8.12 kg·hm-2和5.66 kg·hm-2, 分別比常規(guī)模式高121.9%和54.6%, 不同處理間差異顯著。不同種植模式磷素投入量為常規(guī)>綜合>有機(jī)(表2)。有機(jī)種植模式磷素投入量少, 淋失量大, 可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥帶入大量易分解釋放的有機(jī)磷, 同時(shí)活化了土壤中的吸附態(tài)磷。

不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.2.2 總磷淋失動態(tài)

如圖4所示, 3種蔬菜種植模式下不同時(shí)期磷素淋失量與磷素淋失總量變化趨勢相同, 均為常規(guī)模式<綜合模式<有機(jī)模式。不同種植模式下土壤磷素淋失量均較少, 可能是因?yàn)橥寥缹α子袕?qiáng)烈的固定作用[28], 大部分磷轉(zhuǎn)化為不易溶解的固定態(tài)磷, 極少部分進(jìn)入土壤溶液。春茬茄子總磷淋失量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。這一現(xiàn)象可能是隨著氣溫的升高, 微生物逐漸活動旺盛, 難溶性磷被分解釋放出來[29]。到了茄子生長后期, 由于之前水溶態(tài)磷及部分被活化的吸附態(tài)磷隨水淋失, 加上作物對磷的吸收, 導(dǎo)致磷的淋失量逐步減少。

2.3 不同種植模式溫室蔬菜土壤淋溶水COD及其動態(tài)變化

2.3.1 淋溶水COD

化學(xué)需氧量(COD)是表征水中有機(jī)物含量, 評價(jià)水體污染的重要指標(biāo)之一。圖5為不同種植模式下的淋溶水COD, 兩茬蔬菜均為綜合模式最低, 分別為451.71 kg·hm-2和127.21 kg·hm-2。春茬茄子期間, 有機(jī)模式淋溶水COD達(dá)658.78 kg·hm-2, 分別比綜合和常規(guī)模式高45.8%和6.87%; 秋茬芹菜期間, 常規(guī)模式淋溶水COD為215.10 kg·hm-2, 分別比綜合和有機(jī)模式高69.1%和8.5%。有機(jī)模式淋溶水COD較高的原因可能是有機(jī)肥的施加給土壤帶入大量易隨水淋失的可溶性有機(jī)物, 增加了淋溶水中有機(jī)物含量[30]。常規(guī)模式有機(jī)肥施入量較綜合模式少, 但其淋溶水COD比綜合模式高, 這一結(jié)果有待進(jìn)一步分析驗(yàn)證。

不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments at 0.05 level.

2.3.2 COD動態(tài)變化

如圖6所示, 2014年春茬茄子淋溶水COD呈先下降后明顯上升的趨勢, 而秋茬芹菜淋溶水COD變化呈現(xiàn)先上升后下降的相反趨勢。這可能與一年內(nèi)氣溫變化相關(guān): 3—8月, 氣溫回升, 灌溉頻繁, 微生物活動旺盛, 土壤易溶的有機(jī)物含量逐漸增加[31], 導(dǎo)致淋溶水COD增加; 11月到翌年1月末, 土壤溫度較低, 微生物活性下降, 淋溶水COD減少。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)3個(gè)處理氮、磷、鉀養(yǎng)分投入量存在一些差異, 但通過試驗(yàn)結(jié)果可以得出, 有機(jī)模式在一定程度上有利于減少土壤氮素淋失, 效果優(yōu)于常規(guī)模式和綜合模式。前期的研究[32]表明, 有機(jī)種植模式與綜合、常規(guī)種植模式相比, 有較低的氮素投入、較高的氮素輸出(作物吸收), 從2002年試驗(yàn)開始到2014年0~20 cm和20~40 cm土層總氮含量有機(jī)模式上升最為明顯, 綜合模式次之, 常規(guī)模式基本保持不變, 說明有機(jī)模式在減少氮素?fù)p失方面較綜合和常規(guī)模式具有優(yōu)勢, 同時(shí)還能持續(xù)提高土壤肥力。有機(jī)肥中有機(jī)氮含量較高, 易淋洗的硝態(tài)氮比例較化肥低, 使得有機(jī)種植模式總氮淋洗動態(tài)變化相對平穩(wěn)且氮素淋失量相對較少。同時(shí), 施用有機(jī)肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)與團(tuán)聚體的含量, 提高土壤持水性[33-34], 增強(qiáng)對各種離子的吸附能力, 延緩養(yǎng)分釋放過程, 從而提高土壤的保肥性, 減少土壤氮素的淋失[35-36]; 但有機(jī)肥投入過量也會增加土壤氮素淋失, 秋茬芹菜有機(jī)模式氮素投入量最大, 比綜合模式高18.3%, 總氮淋失量也比綜合模式總氮淋失量高18.4%, 在減少氮素淋溶方面并未表現(xiàn)出優(yōu)勢。

有機(jī)種植模式長期的有機(jī)肥投入提高了土壤肥力, 茄子定植前土壤速效磷含量達(dá)常規(guī)模式的3倍以上, 高含量的速效磷增加了土壤磷素隨灌溉水淋失的風(fēng)險(xiǎn)。土壤總磷淋失結(jié)果表明, 有機(jī)種植模式顯著增加了土壤磷素淋失風(fēng)險(xiǎn), 且土壤磷素淋失量隨有機(jī)肥施用比例的增加而增加。有機(jī)種植模式在磷素投入較少的情況下, 仍然有最高的總磷淋失量, 可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤微生物包括有機(jī)磷礦化細(xì)菌數(shù)量[37-38], 促進(jìn)磷素向可溶性磷的轉(zhuǎn)化。有機(jī)肥分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠與土壤顆粒表面的磷酸根離子發(fā)生置換反應(yīng), 對土壤磷素有活化作用, 增加土壤溶解態(tài)磷含量[23,39]。肖輝等[40]、宇萬太等[41]、陳新等[42]的研究也表明, 施用有機(jī)肥能顯著提高土壤速效磷含量, 促進(jìn)土壤磷素淋失, 且隨有機(jī)肥用量的增加而增加。磷肥施入土壤后, 經(jīng)過一系列化學(xué)、物理化學(xué)和生物化學(xué)過程, 磷素迅速被土壤礦物吸附或被微生物固持[43], 3種模式下總磷淋失量最低不足磷素投入量的1%, 最高不足磷素投入量的5%, 說明淋溶不會引起土壤磷素大量損失, 長期大量投入磷肥會導(dǎo)致磷在土壤中富集。

COD作為衡量水中有機(jī)物相對含量的綜合指標(biāo)之一, 淋溶水中有機(jī)物含量越高, COD越高。有關(guān)淋溶水COD的研究不多。有研究表明, 淋溶水COD與總氮、總磷呈顯著正相關(guān)[44-45], 這可能是常規(guī)模式淋溶水COD較高的原因之一。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 綜合模式較有機(jī)和常規(guī)模式有助于減少淋溶水COD, 有機(jī)模式施用有機(jī)肥量較高, 帶入大量有機(jī)物, 可能是導(dǎo)致其淋溶水COD較高的主要原因, 但還不能得出施用有機(jī)肥導(dǎo)致淋溶水COD增加的結(jié)論, 因?yàn)槌Ｒ?guī)模式有機(jī)肥投入量最少, 但在春秋兩茬淋溶水COD一直較高, 具體原因還需要進(jìn)一步分析。

綜合來看, 有機(jī)種植模式較綜合模式和常規(guī)模式在一定程度上能夠減少氮素淋失, 增加磷素淋失, 但土壤氮素淋失量遠(yuǎn)大于磷素淋失量, 且有機(jī)種植模式顯著提高了土壤全氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量。因此, 與綜合模式和常規(guī)模式相比, 有機(jī)種植模式有利于減少養(yǎng)分淋失, 提高土壤肥力。

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Effect of vegetable cropping system on total nitrogen, phosphorus and COD in farmland leachate*

TENG Yanmin1, HAN Hui1, HAO Ziyi1, YANG Hefa2, LI Ji1**

(1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. Quzhou Experimental Station, China Agricultural University, Quzhou 057250, China)

At present, China has the largest land area under greenhouse vegetable cultivation in the world. Greenhouse production has frequently been associated with excessive fertilizer use and high proportion of organic fertilizer input. These factors have induced changes in soil nutrient content and physicochemical properties, and enhanced leaching of soil nitrogen and phosphorus. However, comparative investigations of soil nutrient losses due to leaching in conventional greenhouse vegetable cropping systems have been inconclusive. Thus this study investigated long-term field trials of three different greenhouse vegetable cropping systems in terms of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and chemical oxygen demand (COD) leaching. The experiment, started in March 2002, was carried out in three side-by-side greenhouses with three cropping systems — (1) organic system (ORG), in accordance with IFOAM Basic Standards by using only compost and physical and biological control; (2) integrated system (INT), with lower inputs of agro-chemicals and compost; (3) conventional system (CON), with chemical fertilizers and composts applied in accordance with local practices. The application rates of compost and chemical fertilizer in the INT system was half of those in the ORG and CON systems. While pest control in ORG included physical control and biological fungicide, sulfur fumigation was used to control plant diseases. In the INT and CON systems, insecticides and fungicides were used to control insects and diseases. Each treatment was applied to the entire greenhouse. Chemical fertilizer was in the form of urea, calcium superphosphate and potassium chloride at the ratio of 3∶5∶4. Compost composed of cow manure, dry chicken manure and straw with VT microbial agent. All three systems were under the same irrigation scheme and 13 times of flood irrigation was used during the two seasons in 2014 in each cropping system, with single-event irrigation amount of 975 m3·hm-2. Leaching soil water at about 1 m deep was collected using lysimeter within 4-6 days after each irrigation and then analyzed for TN, TP and COD. The objective was to build the theoretical base for the development of sustainable agricultural systems. Results showed that the amount of TN in the leachate in ORG during the two seasons was 137.02 kg·hm-2, respectively 12.0% and 25.9% lower than that in INT and CON cropping systems. The amount of TP in the leachate collected under ORG was 18.23 kg·hm-2, which was respectively 51.2% and 119.9% higher than that in INT and CON systems. The COD in the leachate under ORG cropping system was 856.99 kg·hm-2, which was also 32.4% and 3.1% higher than that in INT and CON systems, respectively. The trends of variation in TN, TP and COD in leachates under three systems were significantly different. The TN in leachate in prophase was constantly high, with an obvious peak after top dressing, which then decreased rapidly before it maintained a low level in June. The loss of TP via leaching changed smoothly, with an increasing trend followed by a decreasing and eventually reaching a peak level in June or July. The COD in leachate slightly decreased initially to the minimum point before top dressing and then gradually increased in May. In summary, it was concluded that ORG system reduced nitrogen loss via leaching, but significantly increased the risk of leaching of phosphorus and COD compared with INT and CON systems.

Solar greenhouse; Vegetable; Cropping system; Soil water leaching; Total nitrogen; Total phosphorus; Chemical oxygen demand (COD)

S157.4

A

1671-3990(2017)05-0759-10

10.13930/j.cnki.cjea.160940

* “十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計(jì)劃課題(2013BAD20B01)和環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201309036)資助

**通訊作者:李季, 主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)等方面研究。E-mail: liji@cau.edu.cn

滕艷敏, 主要從事有機(jī)農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)等方面研究。E-mail: 229496023@qq.com

2016-10-24

2016-12-16

* This study was funded by the National Science and Technology Project in Rural Areas of China (2013BAD20B01) and the Special Scientific Research Projects of Public Welfare of Environmental Protection Industry of China (201309036).

** Corresponding author, E-mail: liji@cau.edu.cn

Oct. 24, 2016; accepted Dec. 16, 2016

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