離石區不同種植年限大棚土壤養分累積特征

賀小琴等

摘 要：研究離石區蔬菜大棚土壤隨種植年限的變化趨勢，為指導當地菜農的施肥與土壤管理。選取離石區露天農田（對照，CK）及種植年限分別為1、2、3、5、15、20年的表層土壤（0～20 cm）作為供試材料，分析土壤主要理化性質指標隨種植年限的變化規律。土壤pH隨大棚種植年限的增加而逐漸下降；電導率（EC）與pH值呈相反趨勢，5年大棚土壤的電導率（0.53 mS/cm）已超過作物生育障礙臨界點（EC> 0.50 mS/cm），20年大棚土壤的電導率（1.03 mS/cm），接近黃瓜的生育障礙臨界點（1.2 mS/cm）；土壤有機質和速效養分的含量均隨種植年限的增加而增加，且氮磷鉀富集現象較為明顯；當大棚使用到一定年限（5年）時，土壤有機質、全氮及堿解氮含量趨于穩定狀態，隨種植年限的增加其變化的幅度減小。施肥可能是導致蔬菜大棚土壤養分富集的重要原因。因此，建議當地提高農戶土肥管理技術，嚴格控制化肥施用量。

關鍵詞：蔬菜大棚；種植年限；土壤養分

中圖分類號：S1 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0893

Study on Soil Nutrient Accumulationin of Greeenhouse in Different Plangting Years in Lishi

He Xiaoqin， Zhang Yongqing， Yan Jiao， Song Zhiping， Gao Yan， He Xiaojun， Jiang Xingtian

（College of Urban and Environmental Sciences， Shanxi Normal University， Linfen041004， Shanxi， China）

Abstract： The study was conducted to get a fertilization and soil management as a guide for local farmers by researching the variation trends of soil fertility with the extension of planting years in greenhouse. Soil samples were taken from open field soils and greenhouse topsoils （0-20 cm） with different planting years in Lishi region，and analyzed the soil accumulation characteristics indicators of the main physical and chemical property indicators. The greenhouse soil pH was gradually reducing with the increasing planting years. Electrical conductivity and pH were opposite trend， 5 years of greenhouse soil electrical conductivity （0.53 mS/cm） had exceeded the critical point of crop growth disorders （EC>0.50 mS/cm）， 20 years of greenhouse soil electrical conductivity（1.03 mS/cm） close to the critical point of cucumber growth disorders （1.2 mS/cm）. Soil organic matter and available nutrient contents were increasing with the increasing planting years， the enrichment phenomenon of N， P， K was more obvious. When using greenhouse soils to a certain age （5 years）， soil organic matter， total nitrogen and nutrient nitrogen contents trended to be stable state， and their variation amplitude changes was unobvious with the planting years. Fertilization may be an important cause of vegetable greenhouse soils nutrient enriched. Therefore， local farmers should be improved in soil and fertilizer management technology， reduced properly chemical fertilizers.

Key words： Vegetable Greenhouse； Planting Years； Soil Nutrient

0 引言

20世紀70年代以來，中國設施蔬菜栽培發展迅速，并取得了顯著的社會效益和經濟效益[1]。然而在帶來高效益的同時，隨種植年限的增長，也導致了大棚土壤養分不平衡、蔬菜產量和品質下降、土壤綜合質量退化等問題[2]，如土壤次生鹽漬化、酸化、速效磷鉀富集明顯，并隨棚齡的增加累積程度逐漸嚴重[3-5]。范慶鋒等[6]研究發現，露地改為保護地10年左右土壤的平均含鹽量上升至1.56 g/kg，相應的EC值達到0.53 mS/cm，已超過作物的生育障礙臨界點（EC>0.50 mS/cm）；王克安等[7]研究表明，日光溫室土壤速效氮、磷、鉀含量隨種植年限的增加而增加，40～60 cm的土壤也出現了明顯地累積，對生態環境存在潛在威脅。Yu[1]指出，氮肥施用過量會導致土壤次生鹽漬化、酸化以及硝酸鹽累積，造成環境污染，硝酸鹽嚴重累積會威脅到人體健康。由此可見，探討設施蔬菜土壤隨大棚種植年限的動態演變，對設施土壤環境質量變化趨勢的認識及蔬菜的安全生產具有重要的理論與現實意義。近年來，離石區設施栽培發展迅速，僅66667 m2以上的規模蔬菜種植面積就突破4066687 m2，建成400多棟日光節能溫室及面積超過44000 m2移動大棚。但截至目前，尚未見對設施蔬菜土壤養分分析及土壤環境質量評價的系統性報道。調查研究該區不同種植年限對大棚土壤主要理化性質的影響，從理論上可以充實蔬菜保護地栽培及土壤肥料學的相關內容，從實踐上可以指導當地菜農的施肥與土壤管理，對當地蔬菜優質高產具有重要的現實意義。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

離石區是呂梁市委、市政府所在地，秦晉沿黃經濟協作區的政治、經濟、文化、技術交流中心。地處中緯度偏南的晉西黃土高原，境內山多川少，氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫8.9℃，年平均降水量為250～500 mm，無霜期為110～120天。東部是高寒山區，冬寒夏涼，雨水較多，熱量不足，是主要林區，宜于規模發展林牧業；西部和南部是黃土丘陵溝壑區，氣候溫和，干旱少雨，是稀有優良小雜糧、紅棗和主焦煤生產基地。中部是北川和東川為主的河谷地帶，土地肥沃，水源充足，氣候宜人，人口集中，是境內主要的糧食和蔬菜基地。

1.2 土樣采集

2013年3月底，選取離石區設施蔬菜較具代表性的大東川、小東川和北東川河谷區進行了調查，采集了6個不同種植年限（1、2、3、5、15、20年）的50個大棚的土樣，并以附近普通農田土壤樣品作為對照（CK），采樣當季蔬菜品種主要為番茄、西葫蘆、黃瓜、菜椒、生菜、菠菜、豆角等。土壤樣本采集用GPS準確定位，采用蛇形采樣的方法（每個大棚采集6～8個點）采集0～20 cm的表層土壤混合均勻，裝入聚乙烯塑料袋，標記密封，帶回實驗室，將土樣置于室內自然風干，磨細分別過20、60和100目尼龍篩，裝袋密封用于測定土壤理化性質。

1.3 土壤樣品分析

土壤測定采用常規分析方法[8]：土壤pH采用電位法（水土比5：1）；吸濕水含量測定采用烘干稱重法；有機質含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸消化法；速效鉀的測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法；有效磷測定采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；全氮測定采用定氮法消解；堿解氮測定采用堿解擴散法；土壤含鹽量測定采用電導儀電導法。

1.4 數據處理

相關數據的處理采用Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限蔬菜大棚土壤pH和電導率（EC）的變化

2.1.1 土壤pH值 大棚土壤pH均低于農田土壤（表1），且隨大棚種植年限的增加而逐漸下降，其變化范圍為7.51～8.07，5～20年大棚土壤pH雖隨大棚種植年限的增加有所降低，但其變化幅度不是很明顯。根據土壤酸堿度分級標準[9]（5.5～6.5微酸性，6.5～7.5中性，7.5～8.5微堿性），本研究區大棚土壤屬于微堿性土壤。由此看來，土壤酸化問題還不是十分嚴重，不會對土壤理化性質和大棚蔬菜的生長發育產生嚴重的影響，反而可能更有利于土壤中一些微量營養元素的有效化。

2.1.2 土壤EC值 由表1可得：大棚土壤EC值均高于露地栽培土壤（0.15 mS/cm），并隨著大棚種植年限的增加而增加，其變化范圍為0.18～1.03，各大棚與露天農田土壤的EC值在0.01水平上差異極顯著。5年大棚土壤的電導率（0.53 mS/cm）已超過作物生育障礙臨界點（EC>0.50 mS/cm）[6]；20年大棚土壤的電導率 （1.03 mS/cm），接近黃瓜的生育障礙臨界點（1.2 mS/cm）[10-11]，這說明大棚隨使用年限的增加土壤有次生鹽漬化的趨勢。

2.2 不同種植年限蔬菜大棚土壤養分含量的變化

2.2.1 土壤有機質和全氮 由試驗結果（表2）可以看出，蔬菜大棚土壤有機質含量均高于農田土壤，隨大棚使用年限的增加呈現增加趨勢，≥5年大棚土壤的有機質含量趨向于穩定狀態，土壤有機質含量變化較小，其含量無顯著差異。其中，15年大棚土壤的有機質含量達到最高，平均含量為18.89 g/kg，20年大棚土壤的有機質含量有所下降。有資料表明[12]：20 cm表層土壤有機質的含量一般要求在30 g/kg以上比較適宜蔬菜作物生長，最適宜含量為50～70 g/kg，由此可知，當地大棚土壤的有機質含量處于偏低水平。據實地調查，當地農戶以施用化肥為主，有機肥主要是附近養殖場的雞糞、豬糞。由于高棚齡的大棚病蟲害較為嚴重，蔬菜產量及品質也明顯下降，農戶的積極性大大降低，減少了對大棚的高成本投入，同時設施蔬菜的特殊環境也致使有機質分解較快難以累積。

與土壤有機質含量的變化趨勢一致，蔬菜大棚土壤全氮含量均高于露地栽培土壤（表2），且隨大棚種植年限的增加而增加。經方差分析結果可得，各大棚土壤全氮含量與露田土壤在0.01水平上差異極顯著，這說明大棚土壤的全氮含量比露天農田顯著增加，其中，15年大棚土壤的全氮含量最高，是露田土壤的3.2倍。大棚使用到一定年限（5年）時，土壤全氮含量趨于穩定狀態，隨種植年限的增加其變化的幅度減小。

2.2.2 土壤速效養分的變化 蔬菜大棚土壤的堿解氮含量均高于露地栽培土壤（表2），隨大棚種植年限的增加而增加，其變化范圍為48.68～115.46 mg/kg。使用了2年以上的大棚比露地栽培土壤堿解氮含量顯著增加，15年大棚土壤的堿解氮含量達到最高（115.46 mg/kg），其平均含量是農田土壤的3倍，5～20年大棚土壤的堿解氮含量差異不顯著。

蔬菜需鉀的量較高，鉀不僅可以提高蔬菜產量，而且可以改善蔬菜品質，提高蔬菜的抗性[13]。因此，鉀肥越來越受到農民的重視，尤其是菜田[5]。試驗結果（表2）顯示，離石區蔬菜大棚速效鉀含量較高，僅種植2年的大棚土壤速效鉀含量就高達247.55 mg/kg，高于國內學者提出的150～250 mg/kg的標準[14-15]。種植15年后大棚土壤的速效鉀含量高達444.90 mg/kg，并趨于穩定狀態，15和20年大棚土壤的速效鉀含量無顯著差異。這充分表明，當地蔬菜大棚土壤速效鉀富集現象較為嚴重。由此可見，當地菜農對蔬菜喜鉀已有一定的認識，但還缺乏精準農業施肥的認識，建議當地農戶嚴格控制鉀肥施用量，增加秸稈肥田，增施有機肥，以提高土壤有機質的累積。

當地大棚土壤速效磷含量均高于農田土壤，且隨大棚種植年限的增加而增加（表2），種植15年的大棚土壤速效磷含量達到最高（59.61 mg/kg），20年大棚土壤的有效磷含量有所降低，但與15年大棚在0.01水平上差異不顯著。魯如坤提出蔬菜需磷量一般在60～ 90 mg/kg的標準；Heckrath認為，土壤速效磷含量高于60 mg/kg時，可能會造成土壤環境污染[5，16]。這說明，與其他大棚進行比較，15年大棚的土壤有效磷含量顯著升高，存在潛在的土壤環境污染，當土壤含磷量達到一定的臨界點時會導致其他些微量元素的缺乏，甚至引起地下水體富營養化。

3 結論與討論

通過對離石區不同種植年限蔬菜大棚土壤主要理化性質的調查研究，結果表明，離石區蔬菜大棚土壤pH隨大棚種植年限的增加而逐漸降低，這與前人的研究結果一致[1-2，17-18]。該研究區大棚土壤pH的變化范圍為7.51～8.07。有研究表明：大多數蔬菜適宜在微酸性及中性（pH 6.0～6.8）土壤中生長[19]，蔬菜出現生理障礙的臨界土壤pH為5.52[20]。由此可見，本研究區設施土壤酸化問題并不十分嚴重，不會對土壤理化性質和大棚蔬菜的生長發育產生明顯的不良影響。

大棚土壤EC值均高于露田土壤（0.15 mS/cm），并隨著大棚種植年限的增加而增加，這與多數人的研究一致[3-6]。據黃錦法等[21]報道，設施土壤電導率大于 0.5 mS/cm時，標志著土壤鹽分開始超標，不耐鹽蔬菜吸收水分養分受阻；土壤電導率達到1.0 mS/cm時，標志著土壤已經鹽漬化，作物出現生理障礙；土壤電導率達到3.0 mS/cm時，土壤已經嚴重鹽漬化，作物枯萎死亡。呂福堂等[10]指出，日光溫室土壤的EC值> 1.80 mS/cm為次生鹽漬化土壤，鹽分耐受性較差的黃瓜的生育障礙臨界點為1.2 mS/cm。日本橋田對幾種果蔬類蔬菜發生鹽分危害的生理障礙臨界點（EC值）進行了測定，結果表明[11]，黃瓜、番茄、辣椒的生育障礙臨界點分別為1.2、1.5、1.5 mS/cm；胡新元等[22]的研究表明，日光溫室土壤含鹽量應小于4.0 g/kg（EC< 1.5 mS/cm）。根據美國已有的土壤飽和浸出液的電導率與鹽分和作物生長關系的應用指標[8]，土壤飽和浸出為0～2 mS/cm時，鹽分<1.0 g/kg，屬于非鹽漬化土壤，對作物不產生鹽害。吳忠紅[23]對山西設施土壤的研究表明，種植1～15年的設施土壤EC值為0.44～ 1.55 mS/cm，顯著高于農田土壤（0.23 mS/cm）。從實際調查和相關研究來看，其土壤鹽分含量基本處于正常范圍，未對作物的生長發育產生明顯的不良影響。本研究表明，5年大棚土壤的電導率（0.53 mS/cm）已超過作物生育障礙臨界點（EC>0.50 mS/cm）[6]；20年大棚土壤的電導率（1.03 mS/cm）接近黃瓜的生育障礙臨界點[10-11]。由此可見，當地菜農需要減少酸性化肥及氮肥的施用量，對大棚進行輪作耕種。

當地蔬菜大棚土壤有機質、速效鉀、有效磷、全氮和堿解氮含量均隨大棚的種植年限的增加而增加，這與多數人的研究結果一致[3，7，23]。但大棚使用到一定年限時，土壤有機質及速效養分呈現相對穩定的狀態，且含量有所下降。據實地調查，“高棚齡病”的出現，大大降低了農戶的積極性，大多數蔬菜大棚在使用到一定的年限后多粗放管理或揭棚休耕。本研究發現15年大棚土壤的有機質含量達到最高（18.89 g/kg），但遠低于適宜蔬菜作物生長的有機質含量[12]。從實際調查結果來看，這主要與當地農戶施用化肥種類及施用量有關，其化肥種類主要為鈣鎂肥（硝酸鈣）、氮磷鉀復合肥或二銨加硫酸鉀，同時以附近養殖場的雞糞、豬糞等為有機肥的主要來源，這類有機肥具有速效性養分含量多、纖維素半纖維素含量較少且分解速度較快的特點[6]，菜農們只是將糞肥單純地堆放，并未做到完全腐熟，這不僅不能高效利用有機肥而且影響蔬菜的生長。此外，蔬菜大棚高溫半封閉的特殊環境，致使土壤微生物分解有機質較快，進而導致土壤有機質含量偏低[5]。

蔬菜品種不論是茄果類、葉類，還是豆類、根葉類，對三要素吸收量的共同特性是鉀>氮>磷，氮、磷、鉀需求配比要合理[24]。蔬菜產地土壤中氮肥鉀肥比例高，而有效磷含量嚴重偏低，這是中國蔬菜產地比較普遍的一種現象[25]。朱靜華等[16]指出氮、磷、鉀素是蔬菜產量的限制因子，段昌群等[24]分別指出增施磷肥和鉀肥，有利于降低蔬菜中硝酸鹽的含量。但是，王新民等[26]研究表明，當磷肥施用量遠超過土壤最大吸附量與蔬菜需求量之和時，移動性差的磷素產生淋溶現象，日光溫室40～100 cm土層含磷量會有不同程度的增加；磷肥中多含有Pb、Cd、As等重金屬元素，過量施用也會導致這些元素超標[5]。

本研究結果表明，施肥可能是導致蔬菜大棚土壤養分富集的重要原因。針對當地的實際情況，首先，隨著種植年限的增加要嚴格控制化肥施用量；其次，對類似于雞糞、豬糞的有機肥要盡可能地做到完全腐熟，以保持有機肥對土壤的高效利用；再次，當大棚使用一定的年限后，要客翻土壤，合理輪作，適當通風，滴灌，以增加土壤透氣性。建議當地提高農戶土肥管理技術，進行蔬菜大棚標準化、菜農組織化。

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