劉歡王娟娟朱紫娟趙佳秀蔣金杏錢曉晴王桂良

(1.揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.揚(yáng)州大學(xué)土壤健康研究所，江蘇 揚(yáng)州 225000)

大棚栽培改變作物生長環(huán)境，在縮短作物生長周期的情況下獲得較高的作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。新設(shè)大棚由于土壤養(yǎng)分供應(yīng)強(qiáng)度往往難以滿足大棚作物快速生長需求，一般需要大量投入有機(jī)肥料和化學(xué)肥料。但實(shí)際生產(chǎn)中多數(shù)農(nóng)戶只重視化學(xué)肥料的施用，包括單質(zhì)氮肥和氮磷鉀復(fù)合肥料?；瘜W(xué)肥料所含養(yǎng)分種類不全，氮磷鉀養(yǎng)分比例不協(xié)調(diào)，中微量元素也未得到科學(xué)施用。因此，大棚栽培尤其是經(jīng)過幾年種植的大棚施肥更加需要在充分了解土壤養(yǎng)分背景的條件下按需配方、合理施用，否則不僅難以發(fā)揮所施肥料的作物生產(chǎn)效率，還會(huì)進(jìn)一步引發(fā)土壤養(yǎng)分失衡、酸化、次生鹽漬化、結(jié)構(gòu)退化、緊實(shí)閉氣等一系列問題，并可能造成土壤環(huán)境和農(nóng)作物產(chǎn)品污染等不良后果[5-7]。姚春霞等[8]研究表明，上海市郊大棚種植的18個(gè)綠葉菜類作物樣品硝態(tài)氮含量范圍在521.32～1413.76mg·kg-1，平均836.76mg·kg-1，根據(jù)蔬菜硝酸鹽分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其污染程度已達(dá)到了重度污染。大量施肥、施肥不均以及棚內(nèi)光照不夠是導(dǎo)致硝酸鹽積累量增高的主要原因[8-10]。李元梅等[11]發(fā)現(xiàn)，種植多年后，土壤pH下降且大棚間差異較大；土壤電導(dǎo)率、全磷、硝酸鹽含量和水溶性鹽分都有增加，且在大棚間差異較大；分析表明，茄子產(chǎn)量與土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與水溶性鹽、土壤電導(dǎo)率、硝酸鹽含量、全磷含量等呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過對(duì)土壤養(yǎng)分的分析，系統(tǒng)診斷可能制約作物生長的土壤限制因子尤其是土壤養(yǎng)分平衡狀況，是科學(xué)推薦施肥、實(shí)施土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)管理的重要前提[12-15]。然而這些研究并沒有在充分了解土壤養(yǎng)分背景的條件下進(jìn)一步進(jìn)行按需配方田間驗(yàn)證研究，特別是針對(duì)相關(guān)微量元素配方的施用效果驗(yàn)證試驗(yàn)較少。本文通過對(duì)土壤基本養(yǎng)分性狀進(jìn)行測定分析，初步擬定施肥配方及土壤管理措施，研究相關(guān)技術(shù)措施水平對(duì)小白菜產(chǎn)量、品質(zhì)，以及土壤基本理化性狀的影響，為該地區(qū)大棚小白菜栽培提供參考依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

大棚土壤調(diào)查范圍包括揚(yáng)州市廣陵區(qū)和邗江區(qū)代表性大棚各5個(gè)。田間施肥試驗(yàn)設(shè)在具有廣泛代表性的揚(yáng)州市廣陵區(qū)淮揚(yáng)蔬菜生產(chǎn)基地大棚內(nèi)進(jìn)行。對(duì)10個(gè)代表性大棚土壤進(jìn)行采樣，測定土壤基本化學(xué)性狀，分析土壤的作物生長限制因子。選擇其中最具代表性的5號(hào)大棚進(jìn)行以小白菜為供試作物的配方施肥和氮肥用量試驗(yàn)。試驗(yàn)土壤為長江沖積母質(zhì)發(fā)育的潮土類灰潮土亞類黏質(zhì)灰潮土屬，土壤有機(jī)質(zhì)19.46g·kg-1，pH5.75，電導(dǎo)率1.43mS·cm-1，堿解氮362mg·kg-1、有效磷118mg·kg-1、速效鉀253mg·kg-1，水溶性鈉104.8mg·kg-1、鈣398.3mg·kg-1、鎂200.7mg·kg-1、硝酸根1390.8mg·kg-1、硫酸根625.8mg·kg-1、碳酸氫根13.2mg·kg-1、氯離子293.4mg·kg-1，有效鐵128.1mg·kg-1、錳48.7mg·kg-1、銅5.1mg·kg-1、鋅16.3mg·kg-1、硼0.32mg·kg-1、鉬0.12mg·kg-1。

供試作物為小白菜(Brassica chinensis Linn)，品種為“上海青”，移栽定植的株、行距均為0.20m。供試肥料：45%(15-15-15)復(fù)合肥、45%(15-5-25)復(fù)合肥、尿素(含N 46%)、硼砂(含B 11%)和鉬酸鈉(含Mo 35.5%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)小區(qū)長4m，寬5m，面積20m2。試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理和1個(gè)對(duì)照。對(duì)照T0：農(nóng)民習(xí)慣施肥，即3000kg·hm-2商品有機(jī)肥，45%(15-15-15)復(fù)合肥750kg·hm-2，尿素225kg·hm-2；處理T1～T6：同樣施用商品有機(jī)肥3000kg·hm-2，但復(fù)合肥養(yǎng)分結(jié)構(gòu)則根據(jù)土壤相對(duì)富磷缺鉀而作配方調(diào)整，改為45%(15-5-25)高鉀復(fù)合肥750kg·hm-2，為了彌補(bǔ)土壤硼與鉬2種微量元素供應(yīng)不足，另施用硼砂30kg·hm-2和鉬酸鈉1.5kg·hm-2，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行氮肥施用量處理，分別施用尿素0kg·hm-2、50kg·hm-2、100kg·hm-2、150kg·hm-2、200kg·hm-2、250kg·hm-2(分別為T1～T6)。

1.3 項(xiàng)目測定與數(shù)據(jù)分析

對(duì)采集的設(shè)施土壤樣品進(jìn)行有機(jī)質(zhì)、pH、電導(dǎo)率，有效養(yǎng)分及水溶性鹽及其組成離子含量進(jìn)行測定，并依據(jù)《江蘇省耕地質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[16]對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)分析。在大棚田間小區(qū)試驗(yàn)過程中，注意觀察土壤墑情，缺水時(shí)及時(shí)灌溉補(bǔ)水；記錄小白菜不同生育期生長情況。收獲前進(jìn)行小區(qū)測產(chǎn)和采樣，測定小白菜氮素吸收和硝酸鹽含量情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤基本化學(xué)性狀分析

2.1.1 土壤有機(jī)質(zhì)和土壤有效氮、磷、鉀含量

由表1可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量介于13.5～25.6g·kg-1，平均含量為20.3g·kg-1，勉強(qiáng)達(dá)到江蘇省耕地質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)(20.0～30.0g·kg-1)。大棚之間土壤堿解氮含量差異較大，變異系數(shù)高達(dá)80.5%，含量范圍為43.8～624.5mg·kg-1，平均含量達(dá)到了469.3mg·kg-1。土壤有效磷含量介于50.4～192.5mg·kg-1，平均為119.2mg·kg-1，達(dá)到有效磷1級(jí)水平下限(35mg·kg-1)3倍以上，所測土樣有效磷含量最低值50.4mg·kg-1，也達(dá)到了1級(jí)水平。土壤速效鉀含量介于56.5～518.2mg·kg-1，平均為276.5mg·kg-1，達(dá)到了1級(jí)水平，但部分土樣速效鉀含量處于最低的5級(jí)水平(75mg·kg-1以下)。

表1 土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮氮、有效磷、速效鉀含量

2.1.2 土壤pH與電導(dǎo)率

表2為土壤pH與電導(dǎo)率測定值。土壤pH值范圍在5.29～7.07，平均為5.98，處于監(jiān)測指標(biāo)的2級(jí)。土壤電導(dǎo)率在不同大棚間差異較大，變異系數(shù)達(dá)到了74.4%，范圍在0.19～3.61mS·cm-1，平均達(dá)到了1.49mS·cm-1(相當(dāng)于總鹽量5.5g·kg-1)，處于4級(jí)水平。

表2 土壤pH與電導(dǎo)率

2.1.3 土壤水溶性鹽離子組成

考慮到土壤已經(jīng)發(fā)生明顯的酸化作用，僅極個(gè)別土樣pH值達(dá)到7左右，因此對(duì)土壤水溶性離子組成測定了除碳酸根之外的7大鹽分離子，以及土壤中含量較高的陰離子硝酸根離子。所測土樣鉀、鈉、鈣、鎂4種陽離子含量及K+/Mg2+和Ca2+/Mg2+情況見表3。土壤水溶性鉀離子含量介于26.1～351.0mg·kg-1，平均109.7mg·kg-1；水溶性鈉離子含量介于42.5～364.8mg·kg-1，平均119.5mg·kg-1；水溶性鈣離子含量介于55.2～1078.2mg·kg-1，平均403.0mg·kg-1；水溶性鎂離子含量介于65.3～892.7mg·kg-1，平均319.4mg·kg-1。含量高低依次為鈣離子、鎂離子、鈉離子、鉀離子。從3種離子的相對(duì)電荷比來看，K+/Mg2+在0.07～0.18，平均0.13，鉀離子供應(yīng)強(qiáng)度明顯偏低；Ca2+/Mg2+在0.51～1.21，平均0.86，鈣離子電荷濃度稍低于鎂離子。

表3 土壤水溶性鹽陽離子組成

由表4可知，土壤硝酸根含量介于229.6～5732.9mg·kg-1，平均2016.1mg·kg-1；土壤硫酸根含量介于81.5～1505.7mg·kg-1，平均630.6mg·kg-1；土壤碳酸氫根含量介于10.8～27.9mg·kg-1，平均15.9mg·kg-1；土壤氯離子含量介于112.8～792.6mg·kg-1，平均299.2mg·kg-1。含量高低依次為硝酸根、硫酸根、氯離子、碳酸氫根。

表4 土壤水溶性鹽陰離子組成

4種陰離子的電荷占比如表5所示，硝酸根、硫酸根、碳酸氫根和氯離子電荷數(shù)與陰離子總電荷數(shù)比值的平均數(shù)分別為57.0%、23.6%、1.1%和18.3%。硝酸根占到50%以上，其次是硫酸根和氯離子，碳酸氫根占比極小。

表5 土壤水溶性鹽陰離子電荷占比

2.1.4 土壤有效性微量元素含量

土壤有效性微量元素含量見表6，土壤有效性鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬養(yǎng)分含量的平均水平分別為91.7mg·kg-1、51.3mg·kg-1、2.9mg·kg-1、4.8mg·kg-1、0.30mg·kg-1和0.17mg·kg-1，肥力等級(jí)分別為1級(jí)、1級(jí)、1級(jí)、1級(jí)、4級(jí)、2級(jí)，在6種微量元素中，只有硼、鉬不是1級(jí)，其余4種微量元素均比較豐富。但6種微量元素有效養(yǎng)分含量變異系數(shù)均較大，鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬養(yǎng)分最低含量的肥力等級(jí)處于3級(jí)、4級(jí)、2級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、5級(jí)，可見部分土壤有效硼和有效鉬水平處于最低的5級(jí)水平。土壤有效鐵、錳最高含量分別達(dá)到了256.5mg·kg-1、142.4mg·kg-1，分別為1級(jí)水平下限(20.0mg·kg-1、50.0mg·kg-1)的12.8倍和2.8倍。

表6 土壤有效性微量元素含量

2.2 氮肥施用對(duì)小白菜產(chǎn)量及氮素吸收積累的影響

由圖1可知，根據(jù)測土結(jié)果配方施肥的6個(gè)處理小白菜產(chǎn)量顯著高于對(duì)照。在配方施肥的幾個(gè)處理中，隨著氮肥用量的增加，小白菜產(chǎn)量呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，但各處理之間差異不顯著。對(duì)照處理小白菜含氮率最高，6種配方施肥處理小白菜含氮率隨著氮肥用量的增加而提高，其中氮素施用水平接近對(duì)照的處理(T5、T6)小白菜含氮率顯著低于對(duì)照處理。從累積吸氮量看，各配方施肥處理小白菜體內(nèi)累積吸氮量稍高于對(duì)照處理，隨著施氮量增加，小白菜體內(nèi)累積吸氮量有增加趨勢，但處理間差異不顯著。各處理小白菜植株硝酸鹽含量隨施氮量增加而提高，與對(duì)照相比各配方施肥處理小白菜硝酸鹽含量顯著降低。

注：圖中柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理對(duì)小白菜產(chǎn)量、含氮率、累積吸氮量和體內(nèi)硝酸鹽含量的影響

3 討論

設(shè)施大棚中盲目施肥直接或間接引發(fā)土壤理化性狀惡化，成為作物生長的障礙因素[17-19]。大棚土壤中積累大量的水溶性硝態(tài)氮、活性酸，以及可能存在的高量磷酸根、硫酸根、鉀離子、鈣離子、鎂離子等，可能對(duì)相應(yīng)的拮抗離子的有效性產(chǎn)生顯著影響，聯(lián)系養(yǎng)分之間的協(xié)同或拮抗作用，開展相關(guān)養(yǎng)分相對(duì)有效性的研究，建立高強(qiáng)度養(yǎng)分供應(yīng)條件下養(yǎng)分豐欠水平診斷的相對(duì)指標(biāo)體系，對(duì)未來指導(dǎo)我國大棚作物可持續(xù)生產(chǎn)均具有重要意義。

本研究表明，揚(yáng)州主要大棚種植區(qū)設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)含量平均含量為20.3g·kg-1，勉強(qiáng)達(dá)到江蘇省耕地質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)2級(jí)(20.0～30.0g·kg-1)，作為大棚種植土壤其有機(jī)質(zhì)含量明顯偏低，既不能滿足保持良好土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的要求，也不能為作物生長環(huán)境變化起到很好的緩沖作用[20]。不同大棚之間堿解氮含量差異較大，含量偏高和不足現(xiàn)象并存。土壤有效磷含量總體較高，都處于1級(jí)水平。與土壤堿解氮相似，速效鉀含量在不同大棚間最高達(dá)到了1級(jí)水平，而最低處于5級(jí)水平?？傮w來說，該地區(qū)大棚土壤有機(jī)質(zhì)不足，土壤堿解氮嚴(yán)重過剩與不足并存，有效磷供應(yīng)豐富，速效鉀含量豐富與嚴(yán)重不足并存。在其他調(diào)查研究中也體現(xiàn)出相似的現(xiàn)象[21-23]。其主要原因是缺乏有關(guān)大棚土壤養(yǎng)分供應(yīng)豐缺狀況的科學(xué)診斷，無法根據(jù)土壤實(shí)際養(yǎng)分狀況，開展精準(zhǔn)平衡施肥。本研究根據(jù)試驗(yàn)地相對(duì)富磷缺鉀的特征，通過減氮，降磷，增鉀配方施肥，不僅可以提高小白菜產(chǎn)量，還可以降低小白菜體內(nèi)硝酸鹽的含量，提高小白菜品質(zhì)安全。

硝酸根電荷數(shù)與陰離子總電荷數(shù)比值平均為57.0%，占到了50%以上。硝酸根的主要來源是氮肥施用，我國大面積施用的氮肥形態(tài)是銨態(tài)氮肥，進(jìn)入土壤中的銨態(tài)氮肥在未被作物吸收利用前就可能大量被硝化轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，硝態(tài)氮盡管也可以被作物吸收利用，但前提是作物具有足夠的硝酸還原能力[24,25]。作物硝酸還原能力受制于其硝酸還原酶活性，硝酸還原酶活性除了與作物本身生物學(xué)特性有關(guān)外，還與很多環(huán)境因素有關(guān)，其中鉬素營養(yǎng)狀況在很大程度上決定著作物硝酸還原酶活性[25,26]。本研究表明，揚(yáng)州市郊區(qū)大棚土壤有效氮、磷、鎂、鐵、錳養(yǎng)分含量水平普遍過高或較高，土壤存在缺硼和缺鉬問題。生產(chǎn)上應(yīng)適當(dāng)提高硼、鉬肥的投入數(shù)量，嚴(yán)格控制氮肥的施用。本研究與對(duì)照相比各配方施肥處理小白菜硝酸鹽含量顯著降低，這可能是因?yàn)榕浞教幚碓鍪┝算f肥，促進(jìn)作物對(duì)吸收到體內(nèi)的硝酸鹽還原作用，從而降低了植株體內(nèi)硝酸鹽含量。其他研究同樣表明施用鉬肥對(duì)降低蔬菜體內(nèi)硝酸鹽含量具有顯著作用[24-26]。

土壤電導(dǎo)率在不同大棚間差異較大，最小為0.19mS·cm-1，最大為3.61mS·cm-1，可見土壤次生鹽漬化現(xiàn)象比較明顯[27,28]。土壤EC值在2mS·cm-1以上時(shí)，必須嚴(yán)格控制與含量較高鹽分離子對(duì)應(yīng)肥料的施用，在促進(jìn)養(yǎng)分平衡的同時(shí)，逐漸降低土壤次生鹽漬化水平。如果播種作物仍難以出苗或移栽作物難以成活，則需要灌水洗鹽或施用高碳氮比秸稈進(jìn)行生物固持降鹽處理[18]。土壤有效鐵、錳最高含量分別達(dá)到了256.5mg·kg-1、142.4mg·kg-1，分別為1級(jí)水平下限的12.8和2.8倍。造成土壤有效鐵、錳含量大幅提升的重要因素可能與土壤酸化和土壤漬水還原有密切的關(guān)系。部分大棚土壤由于結(jié)構(gòu)性較差，加上覆膜和排水不暢，易導(dǎo)致土壤漬水缺氧還原，從而進(jìn)一步引起土壤鐵、錳還原并大量積累，造成土壤有效鐵、錳養(yǎng)分含量偏高，應(yīng)加強(qiáng)高品質(zhì)有機(jī)肥施用，改良土壤結(jié)構(gòu)，地勢低洼區(qū)域應(yīng)注意加強(qiáng)大棚排水降漬技術(shù)和工程措施的應(yīng)用[18,19,29]。

4 結(jié)論

揚(yáng)州市郊區(qū)代表性大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤堿解氮含量嚴(yán)重過?；虿蛔悴⒋妫行Я坠?yīng)豐富，速效鉀含量豐富與嚴(yán)重不足并存。土壤有效鐵、錳過多，銅、鋅豐富，硼嚴(yán)重缺乏，鉬供應(yīng)不足。土壤水溶性硝酸根嚴(yán)重過剩。

基于土壤養(yǎng)分豐缺情況開展平衡施肥，平均使小白菜增產(chǎn)56.6%，植株含氮率降低27.3%，吸氮量增加13.9%，植株體內(nèi)硝酸鹽含量降低59.6%。

綜合土壤養(yǎng)分豐缺情況和小白菜產(chǎn)量、氮素吸收及硝酸鹽含量等多項(xiàng)指標(biāo)，建議在配方施肥時(shí)加強(qiáng)硼、鉬、鉀肥施用，適當(dāng)控制磷肥施用，減少氮肥施用。