设施菜地土壤pH值与磷素变化特征研究

徐步洲，余婉霞，高和凤，周开来，尹维文

（武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430070）

设施菜地在我国已有几十年发展历史，其良好的经济效益越来越受广大菜农的青睐，据统计，全国设施菜地的面积达到了总菜地面积的14%[1]。但是，种植者由于缺乏专业的种植管理知识，一味追求高产，盲目且大量的施肥造成了土壤的酸化、磷素过量累积和淋溶等问题。前人研究表明：杭州市设施菜地土壤的pH值介于4.8～7.8，其中30%的pH值小于5.5[2]；哈尔滨市5、10、20 a的设施菜地土壤pH值分别降低0.01、0.16、0.44[3]；安徽10 a黄潮土设施菜地土壤表层（0～5 cm）全磷含量为1.9 g/kg，比粮田土壤增加153.85%[4]；山东寿光设施菜地土壤速效磷含量为露天菜地的13.4倍，具有明显的累积现象，并与棚龄有显著正相关性[5]，且土壤磷素淋失到了剖面40 cm深度以下[6]。

武汉东西湖区石榴红村设施菜地属于我国典型的新型特色旅游蔬菜示范基地，近年来发展迅速，但最近调查发现，其设施菜地存在施肥不合理、复种过于频繁等问题，造成许多大棚蔬菜出现菜根坏死，减产的现象。因此，对该地区设施菜地的土壤pH值和磷素变化规律进行研究，有利于更深入地了解设施菜地的土壤质量，为合理施肥，提高磷肥的利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

武汉市东西湖区石榴红村设施菜地位于武汉城郊（30°53′N，114°09′E），靠近汉江，属于平原地带，地下水位较低，土壤类型为砂质土。现有大棚面积约66.67 hm2，以钢棚为主，并有少量竹棚，种植的果蔬种类有草莓、豆角、黄瓜、茄子、辣椒、西红柿等。设施菜地一般在9月底覆膜育种，次年3～5月揭膜。主要施用的肥料为豆饼、猪粪、碳铵、磷肥和复合肥等。

1.2 采样方法

土样采集时间：2011年11月。采集方法：根据区域大小，有代表性地选取露天菜地，以及1～2 a、3～5 a和10 a设施菜地各10块；同时选取其中一块10 a设施菜地和露天菜地在垂直剖面上按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm深度分别取样。除剖面土样外，其它土样在采集时每块地按照网格布点法选取10个点，每个点在0～20 cm深度采集约300 g土后混匀装袋。所有新鲜土样先全部过10目筛，然后选取过筛后的土壤的1/3放入冰箱冷藏，另外2/3让其自然风干；随后分别过20目和100目筛，按照4分法混匀并去掉多余土壤。统一测定其pH值、总磷、速效磷和微生物量磷等指标。

1.3 分析方法

pH值、总磷和速效磷的测定均采用鲍士旦《土壤农化分析》[7]中的方法：其中pH值采用水土比2.5:1测定；总磷采用HClO4—H2SO4消解后，钼梯抗显色分光光度法测定；速效磷测定用pH值为8.50，0.5mol/LNaHCO3溶液作为提取剂，在200 r/s的转速下进行震荡提取30 min，最后进行分光光度计分析。微生物量磷的测定采用吴金水的氯仿熏蒸提取法[8]。

2 结果与分析

2.1 不同年限设施菜地土壤pH值和磷素的变化

不同年限设施菜地的土壤pH值在6.79～7.13之间（表1），比露天菜地低0.12～0.46；1～2 a的设施菜地最低，且随着年限增加，土壤pH值呈上升趋势，但相互差异不显著。设施菜地土壤总磷和速效磷含量分别为1.93～2.64 g/kg和131.33～198.18 mg/kg，分别高于露天菜地0.40～1.11 g/kg和15.53～82.38 mg/kg，且随年限增长积累明显，10 a设施菜地的总磷和速效磷分别为露天菜地的1.73倍和1.71倍。设施菜地土壤微生物量磷含量在30.61～46.66mg/kg之间，其中1～2 a和3～5 a设施菜地土壤微生物磷含量相近并略低于露天菜地，三者之间的差异不显著，10 a设施菜地其含量最高，为露天菜地的1.42倍。设施菜地土壤微生物量磷/总磷在1.33%～2.75%之间，低于露天菜地的3.12%，且随年限增加先上升后下降。

表1 不同年限设施菜地土壤pH值和磷含量

2.2 设施菜地土壤pH值和磷素含量的剖面变化

图1 设施菜地土壤pH值的垂直变化规律

图2～图4显示：设施菜地土壤总磷、速效磷和微生物量磷含量的变化基本相似，均在0～20 cm到60～80 cm层随深度增加下降。在0～20 cm的土层中，设施菜地的总磷含量约是露天菜地的2倍以上，微生物量磷的差异也接近1倍。但这些差异随着土层深度的增加而逐渐减小，在距地表约70 cm深处，各项磷素指标都接近0。

图2 设施菜地土壤总磷的垂直变化规律

图3 设施菜地土壤速效磷的垂直变化规律

图4 设施菜地土壤微生物量磷的垂直变化规律

2.3 设施菜地土壤pH值和磷素间的相关性分析

速效磷作为磷素的有效部分，对了解土壤磷的利用效率，指导合理施肥具有重要的生产意义。如图5所示，设施菜地土壤速效磷含量与总磷含量具有显著的正相关性（R2=0.519 7，n=24），与微生物量磷含量无显著相关性（图6）。这表明，施磷肥仍可以提高当前设施菜地土壤中有效磷的含量。设施菜地土壤速效磷与pH值没有明显的相关性（图7）。这可能是pH值较稳定，变化幅度不大，对速效磷含量的影响较小。

图5 设施菜地土壤速效磷和总磷的相关性

图6 设施菜地土壤速效磷和微生物量磷的相关性

3 小结与讨论

3.1 设施菜地土壤pH值的变化规律

图7 设施菜地土壤速效磷和pH值的相关性

不同年限设施菜地土壤pH值在6.79～7.13之间，比露天菜地低0.12～0.46，1～2 a的最低，并随着年限增长有一定的上升，但相互之间的差异不显著。据了解，本实验区的设施菜地都是由露天菜地改造而成的，1～2 a的设施菜地往往会投入大量的肥料，如尿素、硫酸铵、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾和硝酸铵等，这些肥料在土壤中溶解后生成SO42-、NO3-、Cl-，导致了土壤pH值下降[9]。但随年限的增长，依靠单独施用无机肥已不能明显地增产时便采用有机肥和无机肥配施，使土壤pH值出现了一定的上升。

3.2 设施菜地土壤磷素的变化规律

设施菜地土壤总磷和速效磷含量均高于露天菜地，按照菜地土壤总磷和速效磷含量水平的分级标准[10]，研究区设施菜地土壤磷已过量，属于较高水平，并且随年限增加有一定的上升，其中10 a设施菜地土壤中总磷和速效磷含量分别为露天菜地的1.73和1.71倍。这与陈安磊等[11]的研究结果相似。设施菜地土壤微生物量磷含量在3～5 a内随年限的增长变化不明显，但10 a设施菜地有所上升，这可能与土壤微生物的适应性有关。微生物量磷在土壤中受一系列环境因素的影响，且非常敏感。有文献报道磷肥的投入可提高速效磷的含量，还能促进更多的磷同化到微生物体内[11]。但在本研究中，设施菜地土壤微生物量磷含量并没有因为总磷的增加而上升，对比露天菜地反而出现下降，这可能因为设施菜地在前期频繁地翻耕和复种破坏了土壤孔隙和团聚体结构，微生物无法适应土壤新的环境而繁殖力下降。10 a设施菜地微生物量磷含量上升则由于微生物对土壤环境已经适应，但是微生物量磷/总磷却出现下降，这说明一味地施磷并不能按比例地增加土壤微生物量磷的含量。

3.3 设施菜地土壤pH值和磷素的垂直变化规律

设施菜地土壤pH值在垂直剖面0～20 cm层到60～80 cm层随土层深度增加而上升，从60～80 cm层到80～100 cm层趋于稳定，并且在0～100 cm层上均低于露天菜地。这与张乃明等[12]的研究结果相似。这可能是由于设施菜地中肥料在土壤表层堆积，而部分酸根离子向下迁移，因此土壤pH值呈现上低下高并且低于露天菜地的规律。设施菜地土壤不同形态的磷在不同深度剖面上均随深度增加而其含量下降，高于露天菜地，并在剖面深层趋于稳定和露天菜地相近。这可能由于设施菜地土壤含磷肥料集中在表层，由于缺少雨水的淋洗，难以向下迁移，在高温的环境下，水分蒸发量较大，深层土壤的磷素更容易被带到表层，因此呈现上高下低的规律。而60～100 cm层土壤中磷素受肥料影响较小，在露天菜地和设施菜地土壤中含量都很低，几乎接近于0，也较为稳定。

3.4 设施菜地土壤速效磷与总磷含量的关系

设施菜地土壤速效磷含量与总磷含量两者之间存在显著的正相关性（R2=0.519 7，n=24），但与微生物量磷和pH值无显著相关性。可见，施磷肥仍可以提高当前设施菜地土壤中有效磷的含量。不同地区、不同类型土壤中速效磷与总磷及微生物量磷的相关性分析结果常不一致。如陕西省长武县黄土高原土壤中速效磷和微生物量磷的相关系数达到了0.936[13]。这种不一致可能与土壤类型、作物类型以及磷的含量等有关。

东西湖区土壤系长江河流冲积物形成，土壤层碱性（露天菜地pH值为7.25±0.46），总磷、速效磷较丰富，因此，更要突出“因土种植”（选择喜弱酸和偏碱的蔬菜种类，并合理轮作）、“因土施肥”（特别是磷肥的用量）加强该区测土配方施肥研究，可能条件下，选定有代表性的地块，定期取样监测，以促进该区蔬菜产业的持续发展。

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