氮磷添加對(duì)菜地土壤肥力的影響

田思思，王婷芳，唐曉丹，張樂倩

（1.邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422000；2.廣州市司法職業(yè)學(xué)院，廣州 510440）

中國是人口大國，長期以來對(duì)蔬菜的需求量很大，蔬菜的大量頻繁栽種，使土壤的自然肥力下降。而化肥使用簡單，能較為快速地補(bǔ)充土壤肥力，被頻繁地施用在菜地土壤中。越來越多的研究表明不恰當(dāng)?shù)氖┯没嗜菀滓l(fā)一系列問題。過量施用氮肥會(huì)給農(nóng)作物造成一定的危害，導(dǎo)致其植株徒長，含糖量低，果膠質(zhì)少，菜葉易腐爛且蔬菜吸收過多的硝酸鹽易轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽，危害人身體健康。磷是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元索之一，雖然磷在樹木體內(nèi)含量很低，但并不能減弱磷元素對(duì)植物生長發(fā)育的重要性［1］。農(nóng)作物吸收過量的磷會(huì)出現(xiàn)焦?fàn)畎唿c(diǎn)，植株早熟、減產(chǎn)，可誘發(fā)農(nóng)作物鋅、鐵、鎂的缺素癥［2］。為了應(yīng)對(duì)這些問題，優(yōu)化測土配方、使用有機(jī)肥代替化學(xué)工業(yè)肥料、化肥質(zhì)量以及施肥的精準(zhǔn)性、秸稈還田等措施被提出實(shí)行［3］。其中不同施肥方式及施肥配量對(duì)土壤的影響成為研究熱點(diǎn)。韓寶等［4］研究不同施肥方式對(duì)糧食作物產(chǎn)量和土壤肥力的影響，得出對(duì)北京市房山區(qū)十三村夏玉米—冬小麥輪作而言，有機(jī)肥和無機(jī)肥混合施用處理是最佳施肥方式。姚建族［5］得出芥菜地不同肥力土壤推薦施肥量。有關(guān)單種作物，農(nóng)田或林地土壤的氮磷添加影響已有大量研究，但有關(guān)邵陽市菜地土壤氮磷添加影響研究較少。為此，本研究以邵陽市菜地土壤為研究對(duì)象，研究氮磷添加對(duì)土壤肥力的影響，為邵陽市菜地土壤合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于湖南省邵陽市郊區(qū)，位于北緯25°58′—27°40′，東經(jīng)109°49′—112°57′，屬江南丘陵大地形區(qū)，典型中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。冬季溫暖濕潤，夏季炎熱多雨。年平均氣溫16.1～17.1℃，7月平均氣溫26.6～28.5℃；1月平均氣溫4.7～5.6℃。≥10℃年積溫為5 000～5 400℃，年無霜期271～309 d，市境內(nèi)全年日照時(shí)數(shù)為1 350～1 670 h。全市年降雨量1 000～1 300 mm，年內(nèi)各月降雨量以5月最多，達(dá)200～230 mm，12月最少，為43～53 mm。地形類型多樣，以丘陵、山地為主。市境北、西、南面高山環(huán)繞，中東部丘陵起伏，平原鑲嵌其中，由西南向東北呈傾斜的盆地地貌。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取邵陽市郊區(qū)3塊不同種植類型的菜地，每個(gè)樣地選取3個(gè)樣方，每個(gè)樣方面積為1 m×1 m，樣方間距不少于2 m。使用對(duì)角線取樣法挖取土壤樣品，根據(jù)實(shí)際情況，試驗(yàn)樣地土壤熟作層較深，故采取0～50 cm的剖面深度，每隔10 cm采取1次樣品。將采集的土壤風(fēng)干，每個(gè)土層樣品采取1 kg，分別測其土壤pH、含水率、土壤有機(jī)質(zhì)含量，得到施肥前的土壤理化數(shù)據(jù)，以便更加精準(zhǔn)地得出施肥后土壤理化數(shù)據(jù)變化情況。第一組只添加氮，第二組只添加磷，第三組氮、磷比例添加。單施氮組和單施磷組施加量均為10 g化肥對(duì)1 L水，氮磷組的添加量為氮磷各10 g對(duì)1 L水。氮肥為尿素，磷肥為磷酸二氫鉀。至12月一輪作物種植結(jié)束，土壤輪休之際，對(duì)試驗(yàn)樣地進(jìn)行氮磷添加。在試驗(yàn)樣地上種植蔬菜均為小白菜，不同蔬菜對(duì)土壤營養(yǎng)元素需求量不一樣，盡量保持變量惟一。在試驗(yàn)樣地旁邊設(shè)置柵欄，避免其他因素干擾。隨后取土樣測其土壤pH、含水率、土壤有機(jī)質(zhì)含量，做3組重復(fù)試驗(yàn)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

通過測定有機(jī)質(zhì)、土壤pH、含水率來綜合評(píng)測土壤肥力變化。土壤溶液中的有效養(yǎng)分主要來源于有機(jī)質(zhì)的分解和礦物質(zhì)風(fēng)化。測評(píng)有機(jī)質(zhì)能了解氮磷添加對(duì)土壤自身產(chǎn)生肥的影響。土壤水分是營養(yǎng)因素，同時(shí)也是影響土壤中一系列物理、化學(xué)和生物過程的重要環(huán)境因素。土壤水分通過影響空氣和土壤熱量，也影響著養(yǎng)分的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化。因此土壤水分一般是肥力因素中的關(guān)鍵因素或主導(dǎo)因素。土壤pH是反映土壤酸堿性的化學(xué)指標(biāo)，土壤中氫離子的來源多樣，測定土壤pH能了解氮磷添加對(duì)土壤酸堿性的改變程度。

采用重鉻酸鉀容量法測有機(jī)質(zhì)；土壤pH使用雷磁pH計(jì)測定，將土樣和去離子水按1∶5的比例稀釋，靜置測量稀釋液的pH。將風(fēng)干土樣放入（105±2）℃的烘干器，烘干8 h以上測含水率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007處理數(shù)據(jù)，將不同施肥處理組的3塊樣地取平均值，算出施肥后的較增長率；利用SPSS22中的Pearson相關(guān)分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮磷添加對(duì)土壤水分的影響

土壤水分含量及其存在形式對(duì)土壤形成發(fā)育過程及肥力水平高低及自凈能力都有重要的影響。風(fēng)干土樣僅含吸濕水，使用烘干法測得樣地土壤吸濕水含量如表1所示。土壤的吸濕性是由土粒表面的分子引力、土壤膠體雙電層中帶電離子以及帶電的固體表面靜電引力與水分子作用所引起的，這種引力把偶極體水分子吸引到土粒表面，吸附水分子過程釋放能量。因此，土壤質(zhì)地愈黏，比表面積愈大時(shí)，它的吸濕能力也愈大。土壤吸濕水含量受氣象因素（主要是降水）、土壤特征（土壤質(zhì)地與土壤本身膠體性能、孔隙度、容重、滲透性能等）、植被狀況、人為活動(dòng)影響。如表1所示，施氮組樣地所有土層深度的含水率較增長率共減少了46.4%，說明短期內(nèi)施氮會(huì)使土壤含水率降低，降低土壤表面比，改善土壤微粒結(jié)構(gòu)，影響土壤對(duì)水分的吸持作用，降低了土壤吸濕量。這可能是短期內(nèi)釋水能力大于持水能力所致［6］。施磷組含水率較增長率總增加了55%，說明施磷組土壤吸濕水含量有較明顯的增加。可能是因?yàn)樵鍪┝追士梢源龠M(jìn)作物根系發(fā)育，使根系向下層土壤擴(kuò)展，減少了對(duì)表層土壤水分的消耗［7］。而施氮加磷組含水率較增長率變化不大。這說明施氮降低土壤含水率與施磷提高土壤含水率的作用相抵。

表1 邵陽市菜地土壤理化性質(zhì)

2.2 氮磷添加對(duì)土壤酸堿度的影響

土壤pH是反映土壤酸堿性的化學(xué)指標(biāo)，大多數(shù)作物生長發(fā)育適宜的土壤pH為5.5～8.5。土壤酸堿度是土壤的基本性質(zhì)，影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化和有效性，是土壤肥力的重要因素之一［8］。土壤類型對(duì)土壤酸堿度影響較大，土壤pH對(duì)母質(zhì)母巖有較大的繼承性，同類土壤不同成土母質(zhì)土壤pH也有差異［9］。根據(jù)表1所示，各個(gè)樣地土壤pH大部分為5.5～6.5，屬于酸性土壤。只有施N組施肥前土層深度0～10 cm（pH為5.47）、20～30 cm（pH為5.24）、40～50 cm（pH為5.48）以及施N+P組施肥前土層深度0～10 cm（pH為5.49）屬于強(qiáng)酸土，此外施N組施肥后土層深度10～20 cm pH為6.68，施P組施肥后土層深度0～10 cm pH為6.56和40～50 cm pH為6.86以及施N+P組施肥后土層深度30～40 cm pH為6.68，屬于中性土。施肥前后樣地土壤的pH都適合作物生長。施氮組pH總較增長率為51.28%，說明施氮后土壤pH有明顯的上升。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院長期化肥監(jiān)測網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，長期使用氮肥土壤pH明顯下降［10］。由此可以看出短期使用氮肥不會(huì)明顯使土壤pH降低。且試驗(yàn)樣地位于坡地或低洼的地方，在平原和盆地中多具有微度起伏不平的地勢和崗、坡、洼相結(jié)合的中微地形上容易使水鹽匯集，使土壤堿化，這可能是土壤pH上升的原因。施P組土層深度10～20、20～30、30～40 cm施肥后pH有所下降，但是總的pH較增長率增長了26.2%。磷酸二氫鉀呈生理中性，被作物吸收后的陰離子和陽離子量相差無幾，對(duì)土壤中陰陽離子數(shù)量變化不會(huì)有大影響。所以短期來看少量添加磷肥并不會(huì)酸化土壤。施氮加磷組的土壤pH總較增長率為29.71%，每個(gè)土層段都有所上漲。對(duì)草地而言，在低氮磷比（4∶1）輸入下，盡管輸入量增加，但土壤pH無顯著變化［11］。說明對(duì)菜地土壤而言1∶1的氮磷比施肥量并不會(huì)引起土壤pH較明顯的變化，反而因?yàn)榈匦蔚貏萦绊懀寥纏H會(huì)有較小幅度上升。

2.3 氮磷添加對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中最重要的組成成分之一，是土壤肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是土壤形成發(fā)育的重要標(biāo)志。土壤的物理、化學(xué)、生物等許多屬性都直接或間接地與有機(jī)質(zhì)的存在有關(guān)。同時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)作為土壤肥力的重要標(biāo)志之一［12］。原始土壤中最早出現(xiàn)在母質(zhì)中的有機(jī)體是微生物。隨著生物的進(jìn)化和成土過程的發(fā)展，動(dòng)、植物殘?bào)w及其分泌物就成為土壤有機(jī)質(zhì)的基本來源。所有樣地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為4.35～13.82 g/kg，屬于耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量正常值，但是有機(jī)質(zhì)含量整體偏低。3組土壤有機(jī)質(zhì)均在表層土壤0～10 cm和10～20 cm含量較高，隨著土層深度增加土壤有機(jī)質(zhì)有遞減的趨勢。在土層深度0～30 cm，施氮組施氮肥后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加較明顯，施磷組土壤有機(jī)質(zhì)波動(dòng)下降，而施氮加磷組在施肥后相對(duì)于施磷組有所上升。這說明在土層0～30 cm施肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，與他人的研究結(jié)果相似［13］。而在土層深度30～50 cm施肥前的有機(jī)質(zhì)含量均高于施肥后。這是因?yàn)橹参锔蹈瘮‘a(chǎn)生有機(jī)質(zhì)，越往深處植物根系總生物量越少，且土壤微生物的生存需要氧氣、水分、溫度和適宜的pH，有了這些有利條件才能將有機(jī)質(zhì)降解。因此不同的土層，對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解程度不同，從而引起差異。隨著土壤深度增加，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的分層，表層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)松散，可以有效地吸附一些離子、微粒，而土層越深，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)越是緊密，使得每個(gè)團(tuán)粒之間更加緊密，不宜吸附。氮肥和磷肥分解成離子后吸附土壤團(tuán)粒，不能游離于土壤溶液中。因而松散的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有利于其吸附，所以氮磷對(duì)表層土壤作用更加明顯。

2.4 相關(guān)性分析

從相關(guān)性分析（表2）可以看出，pH較增長率和含水率較增長率呈負(fù)相關(guān)，但不顯著，說明在一定區(qū)間內(nèi)，可能存在土壤含水率越高，土壤pH越低的情況。這與高海峰等［14］對(duì)霍林河下游典型泛洪區(qū)濕地土壤pH和土壤含水量分布特征的研究一致。土壤含水率、有機(jī)質(zhì)含量及pH都不相關(guān)。

表2 各項(xiàng)理化性質(zhì)較增長率相關(guān)性分析

3 小結(jié)與討論

研究表明在3組不同處理的土壤中，氮組樣地含水率相比于其他施肥處理減少的相對(duì)明顯一些，說明施氮組土壤表面相對(duì)其他組，土壤表面比、土壤吸濕量降低。3組不同處理的土壤pH受地勢、施肥量和時(shí)間長短影響，pH小幅度上升。土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為4.35～13.82 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量整體偏低。針對(duì)邵陽市土壤有機(jī)質(zhì)含量較低的情況，可以采取增施有機(jī)肥料、秸稈還田、種植綠肥等方式進(jìn)行合理培肥。在土層深度0～30 cm，施氮組施加氮肥后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加較明顯，在瑞士酸性壤土的云杉-山毛櫸林里，加氮處理顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量［15］。施磷組土壤有機(jī)質(zhì)波動(dòng)下降，而施氮加磷組在施肥后相對(duì)于施磷組小幅度上升。對(duì)邵陽市菜地而言，短期內(nèi)氮的添加比磷更能降低土壤含水率，降低土壤表面比，改善土壤微粒結(jié)構(gòu)；但是長期來看，氮和磷比列添加會(huì)更全面地補(bǔ)充土壤的氮元素和磷元素，且對(duì)其他土壤理化性質(zhì)影響較小。

施肥前測土壤pH對(duì)化肥使用量影響較大。已有研究表明長期施用化肥會(huì)使土壤pH降低，短期內(nèi)低氮磷比施用不會(huì)使土壤pH出現(xiàn)明顯的變化。本研究還發(fā)現(xiàn)菜地土壤所在地的地形、地勢對(duì)土壤的pH有較大的影響。如果有條件可進(jìn)一步研究菜地地形、地勢對(duì)土壤pH的影響，再探討合適的氮磷添加比列，將對(duì)菜地土壤pH的調(diào)控有更精確的指導(dǎo)。已有研究表明隨著土壤剖面深度的增加，土壤含水率會(huì)降低。本研究表明，菜地土壤在土層深度0～50 cm含水率沒有明顯的規(guī)律性變化，說明菜地土壤受人為擾動(dòng)影響較大。可以通過合理灌溉和土壤耕作等措施使土壤保持良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)［16］。

土壤的理化性質(zhì)受多方面因素影響，為了使菜地土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)保持最佳的狀態(tài)，應(yīng)該定期監(jiān)控土壤各項(xiàng)理化性質(zhì)，合理添加土壤所缺物質(zhì)。不足之處是本試驗(yàn)選取的樣地大部分是居民自用菜地，若選取幾個(gè)大型的商業(yè)菜棚土壤作為試點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果將會(huì)具有更加廣泛的意義。