有機肥替代化肥對設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量提升的效果評價

袁奇 章歡 鐘月華 何文文 徐聰 許仙菊 馬洪波

摘要 為探討有機肥替代化肥條件下的土壤質(zhì)量特征，通過建立20個設(shè)施蔬菜土壤監(jiān)測點，分析有機肥替代化肥前后的土壤理化指標，再進行單因素描述和指數(shù)和法評價分析，科學(xué)掌握設(shè)施蔬菜土壤的質(zhì)量狀況，為合理的設(shè)施蔬菜土壤培肥措施提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，單因素評價得出有機肥替代化肥后，土壤酸堿緩沖容量增加，土壤有機質(zhì)、有效磷和速效鉀含量增加，堿解氮處于較低水平，蔬菜品質(zhì)得到有效改善，茄子和包菜的維生素C和可溶性糖含量增加，硝酸鹽含量降低，指數(shù)和法評價得出有機肥替代化肥后的土壤質(zhì)量得到有效提升，表明有機肥替代化肥措施有利于土壤質(zhì)量提升和可持續(xù)性。

關(guān)鍵詞 有機肥替代化肥;土壤質(zhì)量;蔬菜品質(zhì);單因素評價;指數(shù)和法評價

中圖分類號 S 158? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）12-0132-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.034

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Evaluation of Replacement of Chemical Fertilizer with Organic Fertilizer on Soil Quality Improvement of Protected Vegetables

YUAN? Qi1， ZHANG Huan2， ZHONG Yue-hua3 et al

（1.Horticulture Extension Center of Sucheng District， Suqian，Jiangsu 223800;2.College of Agricultural Equipment， Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013;3. Institute of Agricultural Resource and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/ Scientific Observing and Experimental Station of Ministry of Agriculture and Rural Affairs （Jiangsu），Nanjing，Jiangsu? 210014）

Abstract In order to explore the soil quality characteristics under the condition of chemical fertilizer replacement with organic fertilizer， 20 observation sites of vegetable soil were established to scientifically grasp the vegetable soil quality by analyzing the soil physical and chemical data before and after organic fertilizer replacing chemical fertilizer， and carrying out single factor and index evaluation analysis. It provided a theoretical basis for reasonable soil fertility of vegetables. The results showed that the soil acid-base buffer capacity increased， the contents of soil organic matter， available phosphorus and available potassium increased， the alkali hydrolyzable nitrogen was at a low level， the corresponding vegetable quality was effectively improved， the contents of vitamin C and soluble sugar of eggplant and cabbage increased， and the content of nitrate decreased after organic fertilizer replacing chemical fertilizer. The index method evaluation showed that the soil quality has been effectively improved after organic fertilizer replacing chemical fertilizer. It was suggested that organic fertilizer replacing chemical fertilizer was good for the improvement and sustainability of soil quality.

Key words Replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer; Soil quality; Vegetable quality; Single factor evaluation; Index evaluation

設(shè)施蔬菜在我國農(nóng)產(chǎn)品中具有舉足輕重的地位，能夠全年滿足人們餐桌上需求，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一[1]。近幾年，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)迅猛發(fā)展，設(shè)施蔬菜的種植面積、產(chǎn)量位居世界第一[2-3]。與國外主要農(nóng)業(yè)國家相比，我國蔬菜大棚生產(chǎn)強度大、化肥用量大、農(nóng)藥濫用均能造成設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量下降[4-5]，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)含量降低，易發(fā)生鹽漬化、酸化，連作障礙嚴重，進而導(dǎo)致設(shè)施蔬菜產(chǎn)量降低、品質(zhì)不高的現(xiàn)象，嚴重影響了全國設(shè)施蔬菜大棚的可持續(xù)發(fā)展[6-7]。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

為了提高土壤質(zhì)量，找到科學(xué)有效的土壤地力提升措施一直是科研部門研究的熱點，廣泛應(yīng)用的有效措施是施用有機肥[8]，施用有機肥可以保證農(nóng)產(chǎn)品高產(chǎn)甚至增產(chǎn)，提升土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，同時可以減少氮磷等化肥施用過量造成的肥料利用率低和環(huán)境污染問題，能夠使土壤保持良好的物理結(jié)構(gòu)，進而保持生態(tài)平衡發(fā)展[9-10]。徐明崗等[11]研究發(fā)現(xiàn)，有機無機肥配施有利于提高土壤有機質(zhì)含量，與化肥相比明顯提高土壤礦質(zhì)氮含量，改善土壤供氮特性，從而有利于提高氮素利用率[12]。可見，有機無機肥配施改善土壤質(zhì)量作用很明顯。

土壤質(zhì)量是土壤的本質(zhì)特征，直接影響農(nóng)作物的生長、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)和效益[13]。科學(xué)評價施用有機肥的土壤耕層肥力情況，能夠準確掌握土壤質(zhì)量，對農(nóng)產(chǎn)品穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)及提升品質(zhì)、保護耕地資源、減少環(huán)境污染、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。近些年，研究者主要研究聚焦在設(shè)施蔬菜的土壤質(zhì)量評價上[14-16]，有機肥替代化肥前后的設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量評價很少。為促進設(shè)施蔬菜土壤的可持續(xù)發(fā)展，筆者對宿城羅圩鄉(xiāng)20個監(jiān)測點進行取樣調(diào)查，評價設(shè)施蔬菜大棚有機肥施用前后的土壤養(yǎng)分狀況，針對不同地點的蔬菜大棚采取不同的培肥措施，以期為改善宿城區(qū)設(shè)施蔬菜的土壤肥力、提高蔬菜產(chǎn)量、提升蔬菜品質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 宿城區(qū)地處江蘇省北部，位于118°10′07″～118°33′88″E、33°47′25″～34°1′16″N，北以中運河為界與湖濱新區(qū)相望，總面積941 km2。屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量為892.3 mm，無霜期較長，平均為211 d，年平均氣溫14.1 ℃，年均日照2 315 h，宿城區(qū)處于平原地帶，土壤類型為潮土。全區(qū)蔬菜播種面積約1.57萬hm2，總產(chǎn)量59萬t，總產(chǎn)值12.97億元，同比增長14.3%。其中設(shè)施蔬菜產(chǎn)值9.7億元，同比增長8.1%;羅圩鄉(xiāng)大棚茄子面積達200 hm2，效益15萬元/hm2以上。

1.2 監(jiān)測點分布與土樣采集 監(jiān)測點分布在羅圩鄉(xiāng)，約333.33 hm2的蔬菜大棚，主要對示范區(qū)開展有機肥替代化肥實施前后效果監(jiān)測，共建立20個效果監(jiān)測點（表1）。試驗處理共2個，處理①為化肥對照，復(fù)合肥（15∶15∶15）用量為900 kg/hm2，處理②為有機肥替代化肥20%，復(fù)合肥（15∶15∶15）用量為720 kg/hm2，商品有機肥施用7.5 t/hm2;在項目實施前后（2018年12月5日和2019年3月8日）分別以GPS定位信息來確定大棚點位，取多點（5～10個點）隨機采樣表層土壤（0～20 cm）混合，4分法留取約1 kg樣品，土壤樣品風(fēng)干、研磨，過10和100目土壤篩后進行養(yǎng)分分析。

1.3 測試指標與方法

土壤肥力指標測定方法：選擇土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)這5個能夠代表土壤質(zhì)量的指標作為測定指標，對項目實施前后示范區(qū)土壤質(zhì)量進行評價。pH測定用點位法，堿解氮測定用堿解擴散法，有效磷測定用鉬銻抗比色法，速效鉀測定用醋酸銨浸提火焰光度法，有機質(zhì)測定用重鉻酸鉀外加熱法。

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)指標測定方法：采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量;采用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量;采用鹽酸水解-銅還原直接滴定法測定水溶性糖總量。

1.4 土壤質(zhì)量評價方法 采用單因子評價與綜合評價2種方法分別對項目實施前后示范區(qū)土壤質(zhì)量狀況進行評價，單因子評價[17]分別對土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)這5項指標變化情況進行評判，分析項目實施效果。綜合評價則選擇指數(shù)和法[18]對項目實施前后示范區(qū)肥力狀況進行綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 單項指標評價

2.1.1 土壤pH。土壤pH是限制作物生長及品質(zhì)的重要因素，大多數(shù)的作物均不耐太酸或太堿的土壤。由表2可知，示范區(qū)20個監(jiān)測點的pH平均值從7.95降低到7.89，可見，項目實施使得土壤pH更趨于中性，有利于土壤pH等級提升。

2.1.2 堿解氮。堿解氮包括無機態(tài)氮和結(jié)構(gòu)簡單能為作物直接吸收利用的有機態(tài)氮，能反映近期土壤的氮素供應(yīng)能力。由表2可知，示范區(qū)監(jiān)測點在項目實施后堿解氮含量平均值從112.95 mg/kg降至98.25 mg/kg。可見，項目實施會降低土壤堿解氮含量。

2.1.3 有效磷。有效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷的總稱，是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平的指標。從表2可以看出，項目實施前，20個監(jiān)測點的有效磷含量平均值為87.97 mg/kg，項目實施后，提高到94.81 mg/kg，增加了7.78%。可見，項目實施會增加土壤有效磷含量。

2.1.4 速效鉀。速效鉀是指土壤中易被作物吸收利用的鉀素，速效鉀含量是表征土壤鉀素供應(yīng)狀況的重要指標之一。從表2可以看出，項目實施前，20個樣點的速效鉀含量平均值為118.15 mg/kg，項目實施后，20個樣點的速效鉀含量平均值為202.25 mg/kg，增加了71.18%，可見，項目實施會較大幅度地增加示范區(qū)的土壤速效鉀含量。

2.1.5 有機質(zhì)。

土壤有機質(zhì)是指各種形態(tài)存在于土壤中的所有含碳的有機物質(zhì)，土壤肥力主要取決于有機質(zhì)含量。從表2可以看出，項目實施前，20個監(jiān)測點的土壤有機質(zhì)含量平均值為16.86 g/kg，項目實施后，提高到19.30 g/kg，增幅14.47%。可見，項目實施能夠增加土壤有機質(zhì)含量。

2.2 綜合評價 土壤質(zhì)量指標是耕地分等指標的重要組成部分。耕地分等中土壤指標的選擇應(yīng)遵循穩(wěn)定性、空間變異性、主導(dǎo)性、生產(chǎn)性原則。主成分分析、相關(guān)分析、土壤特性響應(yīng)時間、變異系數(shù)等方法是選取耕地分等指標的科學(xué)定量方法，但最有效的耕地分等指標體系選取方法應(yīng)根據(jù)土壤學(xué)研究成果和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。而指數(shù)和法是綜合評價耕地等級的有效方法。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

土壤養(yǎng)分指標分值是指根據(jù)某項診斷指標的級別確定的對于耕地質(zhì)量而言的分數(shù)，其值越大，說明該耕地在這方面的質(zhì)量越好，有機質(zhì)含量劃分為5個等級，分別為<5 g/kg、5～10 g/kg、10～15 g/kg、15～20 g/kg、>20 g/kg，分別打分20、40、60、80、100，堿解氮、有效磷、速效鉀均劃分為5個等級，分別為<50 mg/kg、50～100 mg/kg、100～150 mg/kg、150～200 mg/kg、>200 mg/kg，分別打分20、40、60、80、100，pH劃分為5個等級，分別為<4.0、4.0～5.0、5.0～6.0、6.0～6.5、6.5～8.0，分別打分20、40、60、80、100。土壤指標權(quán)重是指各項土壤指標對耕地質(zhì)量影響的大小，對5個肥力指標權(quán)重均設(shè)為1/5，綜合得分由各養(yǎng)分指標得分分別與權(quán)重乘積再求和得到。

土壤等級可通過主成分綜合得分區(qū)間來劃分：Ⅰ（好）75～100，Ⅱ（中等）50～75，Ⅲ（較差）25～50，Ⅳ（很差）0～25。

由表3可知，有機肥替代化肥后，監(jiān)測點1土壤質(zhì)量總得分提高了12分，質(zhì)量等級無變化，監(jiān)測點2、監(jiān)測點3、監(jiān)測點4、監(jiān)測點5、監(jiān)測點6、監(jiān)測點9、監(jiān)測點13、監(jiān)測點16和監(jiān)測點18的土壤質(zhì)量總得分和質(zhì)量等級均無變化，監(jiān)測點7土壤質(zhì)量總得分提高了12分，質(zhì)量等級從Ⅱ級升高到Ⅰ級，監(jiān)測點8土壤質(zhì)量總得分提高了24分，質(zhì)量等級從Ⅱ級升高到Ⅰ級，監(jiān)測點10土壤質(zhì)量總得分提高了24分，質(zhì)量等級從Ⅱ級升高到Ⅰ級，監(jiān)測點11和12土壤質(zhì)量總得分分別提高了20和16分，質(zhì)量等級均無變化，監(jiān)測點14土壤質(zhì)量總得分提高了8分，質(zhì)量等級從Ⅱ升高到Ⅰ級，監(jiān)測點15土壤質(zhì)量總得分提高了8分，質(zhì)量等級無變化，監(jiān)測點17土壤質(zhì)量總得分提高了4分，質(zhì)量等級無變化，監(jiān)測點19土壤質(zhì)量總得分提高了8分，質(zhì)量等級無變化，監(jiān)測點20土壤質(zhì)量總得分提高了12分，質(zhì)量等級從Ⅱ升高到Ⅰ級。總體來看，20個監(jiān)測點有9個土壤質(zhì)量無變化，11個土壤質(zhì)量總得分提高，其中有5個監(jiān)測點土壤質(zhì)量等級提高了1個等級，表明有機肥替代化肥有利于土壤質(zhì)量的提升。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評價

由表4、5可知，對施用化肥和有機肥替代化肥的20個監(jiān)測點進行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，有機肥替代化肥后，包菜的VC平均含量提高了11.05%，可溶性糖平均含量增加了6.06%，硝酸鹽平均含量降低了1.24%，茄子的VC平均含量提高了19.00%，可溶性糖平均含量增加了8.33%，硝酸鹽平均含量降低了5.65%。根據(jù)國家GB 19338—2003蔬菜中硝酸鹽限量標準，茄果類蔬菜硝酸鹽要小于440 mg/kg，葉菜類蔬菜硝酸鹽要小于3 000 mg/kg，項目實施后的包菜和茄子均符合國家硝酸鹽限量標準，且項目實施對提高蔬菜品質(zhì)有明顯的促進效應(yīng)，表現(xiàn)在無論是茄子還是包菜，均增加了VC和可溶性糖含量，降低了硝酸鹽含量。

3 討論

3.1 有機肥替代化肥對土壤肥力的影響 土壤肥力是土壤化學(xué)、生物和物理等特性的綜合體現(xiàn)，土壤肥力的綜合評價是判斷設(shè)施蔬菜土壤質(zhì)量的有效手段[19]。張建軍等[20]進行11年的長期定位試驗發(fā)現(xiàn)，有機肥替代化肥能夠提高土壤有機質(zhì)、全鉀、全磷、全氮、速效鉀、有效磷、堿解氮含量。陳志龍等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)化肥相比，施用有機肥替代化肥20%～40%，可提高土壤礦質(zhì)氮和有效磷含量。董文等[22]研究表明，有機肥替代化肥可以提高土壤養(yǎng)分有效性，優(yōu)化土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤酸堿緩沖能力。該研究結(jié)果表明，有機肥替代化肥可以提高土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，土壤pH更趨于中性，提高了土壤pH的緩沖性能，與張建軍等[20]、陳志龍等[21]、董文等[22]的研究結(jié)果一致，但該研究有機肥替代化肥的土壤堿解氮含量下降，可能與項目實施時間較短有關(guān)，需要長期定位試驗進一步研究。

3.2 有機肥替代化肥的土壤質(zhì)量綜合評價 為了科學(xué)掌握有機肥替代化肥對土壤質(zhì)量的影響，需要對土壤肥力指標進行綜合評價。丁曉娟[23]研究了泗洪縣有機肥部分替代化肥對蔬菜地土壤肥力的提升效果，結(jié)果表明，通過指數(shù)和法綜合評價土壤質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，有機肥部分替代無機肥實施后，80%的泗洪縣供試蔬菜土壤質(zhì)量等級由“中等”等級（Ⅱ級）提升到“好”等級（Ⅰ級）。李司童等[24]研究表明，通過主成分分析發(fā)現(xiàn)有機肥替代化肥對土壤綜合肥力影響主要因子為速效鉀、速效磷、堿解氮及有機質(zhì)，綜合肥力評價顯示有機肥替代化肥70%效果最佳，有機肥替代化肥30%次之。楊忠贊等[25]進行了有機肥替代化肥對土壤理化性狀及產(chǎn)量的綜合評價研究，發(fā)現(xiàn)有機肥替代化肥30%既能維持作物產(chǎn)量，又能優(yōu)化資源配置，提高肥料利用率，改善土壤理化性狀。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過指數(shù)和法綜合評價得到20個監(jiān)測點有11個監(jiān)測點土壤質(zhì)量總得分提高，其中有5個監(jiān)測點土壤質(zhì)量等級由Ⅱ級提高到Ⅰ級，通過有機無機配施手段的土壤質(zhì)量也得到有效提升，表明有機肥替代化肥能夠有效改善土壤質(zhì)量。

3.3 有機肥替代化肥對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響 湯桂容等[26]研究發(fā)現(xiàn)有機肥替代化肥20%可提高蔬菜中VC和可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量，整體提升蔬菜品質(zhì)。羅佳等[27]研究了有機肥替代化肥對生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有機肥替代化肥40%時，提高了生菜的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量。張宇等[28]研究表明，有機肥替代化肥25%在穩(wěn)產(chǎn)下可降低大蒜的硝酸鹽含量，提高可溶性糖含量。徐麗萍[29]研究了有機無機配施對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤肥力的影響，結(jié)果表明有機肥替代化肥可以降低大白菜可溶性糖含量，同時通過降低大白菜硝酸還原酶活性，也降低了大白菜中的硝酸鹽含量。該研究結(jié)果表明，有機肥替代化肥降低了茄子和包菜硝酸鹽含量，增加了茄子和包菜維生素C和可溶性糖含量，與大多數(shù)研究結(jié)果一致[26-28，30]，表明有機肥替代化肥能夠有效地改善設(shè)施蔬菜的品質(zhì)。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

4 結(jié)論

有機肥替代化肥后，20個監(jiān)測點土壤pH整體均以弱酸性為主，整體pH等級較好且分布較為均勻，項目實施后，土壤pH趨向中性，更趨于穩(wěn)定均衡。可見，有機肥替代化肥，一定程度上增加了示范區(qū)的土壤緩沖性能，土壤堿解氮降低，有效磷、速效鉀和有機質(zhì)增幅較大，對土壤養(yǎng)分和質(zhì)量提升有較大的促進作用。與化肥相比，有機肥替代化肥處理的包菜和茄子可溶性糖和維生素C含量增加，硝酸鹽含量降低，蔬菜品質(zhì)得到了較大改善。

采用指數(shù)和法對20個監(jiān)測點土壤質(zhì)量進行劃分的結(jié)果表明，項目實施對示范區(qū)采樣點土壤質(zhì)量等級均有較好的正效應(yīng)，指數(shù)和法的分級數(shù)值則來自對各養(yǎng)分指標分別打分得到的綜合得分，有機肥替代化肥對土壤質(zhì)量影響的正效應(yīng)趨勢已經(jīng)有所體現(xiàn)。

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