延庆区设施菜田土壤养分资源特征及科学管理

刘 慧

（延庆区种植业服务中心，北京 延庆 102100）

自20世纪50年代温室设施和栽培技术在中国北方大中城市迅速推广应用以来，北京市延庆区设施栽培也得到迅速发展。特别是近几年，延庆区设施菜田面积逐年大幅增加。据统计，延庆区设施菜田面积占菜田总面积的百分比也呈逐年上升的趋势，截至2015年12月，设施蔬菜面积达440.8 hm2，设施蔬菜年产量占总产量比例于2011年后一直保持在30%以上，因此也带来了设施蔬菜年收入的逐年增加。数据显示，2015年设施蔬菜的年收入金额达到6 750万元，占延庆区全年蔬菜总收入的40.68%。

设施菜田常年处在半封闭条件下，具有独特的水、肥、气、热环境。因此，设施菜田在种植几年以后，土壤肥力状况将发生显著变化，形成具有设施菜田特色的土壤养分特点。近几年，国内一些研究单位对设施菜田土壤肥力状况进行调查研究发现，蔬菜保护地化肥和有机肥施用量过大，土壤碱解氮和有效磷含量成倍增加；随着棚龄的增长，耕层的盐分含量已达到或超过限制蔬菜生长发育的临界值，微生物组成也发生了明显变化，而这些变化直接导致蔬菜病虫害加重、产量下降、品质降低。因此，了解设施菜田土壤养分资源特征，掌握其土壤养分变化规律是设施菜田合理施肥的基础，是蔬菜优质高效生产的基本保证。

为进一步了解延庆区设施菜田土壤养分特征，优化设施菜田土壤培肥措施，有效控制设施菜田面源污染源头，本研究拟探讨延庆区13个乡镇现有设施菜田土壤养分资源情况和不同棚龄设施菜田土壤养分资源特征，为采取相应农业施肥措施、提高蔬菜产量和改善蔬菜品质提供依据。

1 材料和方法

1.1 布点取样

截止到2015年底，延庆区设施蔬菜用地主要分布在康庄镇、延庆镇、大榆树镇等11个镇2个乡68个村。实际生产过程中，考虑到栽培蔬菜种类、施肥习惯等因素，结合网格法和农户归属分布情况布点取样，共设144个取样点。调查取样布点图见图1。

1.2 土壤样品采集

为避免施肥的影响，土壤样品统一在作物收获后采集。采样地点避开设施边角，靠近路边、沟边和特殊地形的部位，以及堆放过肥料的地方。使用木铲，采用“X”法，均匀随机采集5个土样，充分混合后，四分法留取2 kg。1袋土样写2张标签，内外各具。标签主要内容为：样品编号，采样深度、采样地点、采样时间、采样人等。

试验室内将采回的土样放在塑料布上，摊薄，置于室内通风避光晾干。在土样半干时，须将大土块捏碎，以免完全干燥后结成硬块，难以磨细。完全风干后测定土壤养分含量。

1.3 土壤养分测定方法

土壤样品有机质、大量元素（全氮、碱解氮、有效磷和速效钾）和有效铜、有效锌、有效铁和有效锰等微量元素测定方法见表1。

表1 土壤样品检测方法

2 结果与分析

2.1 延庆区设施菜田土壤有机质及大量元素含量特征

图1 2015年延庆区设施菜田土壤养分和环境因子调查点位置分布

2015年延庆区设施菜田有机质含量平均为46.4 g/kg、全氮2.0 g/kg、碱解氮260.1 mg/kg、有效磷81.0 mg/kg、速效钾373 mg/kg（表2）。参照北京市土壤养分指标评分规则，总体上延庆区土壤养分处于极高含量水平。此外，由表2可知，延庆区张山营镇设施菜田土壤有机质、土壤全氮、碱解氮和速效钾的含量都明显高于其他乡镇，其有效磷的含量在各乡镇中也属于较高水平。这可能是由于德青源养殖场位于其境内，菜农为降低肥料成本长期使用鸡粪、沼液的原因。长期鸡粪基肥以及沼液滴灌追肥，使得该地全氮、碱解氮以及速效钾的含量明显高于其他乡镇。

考虑到张山营镇特殊的施肥习惯，对该乡镇的土壤环境状况进行了测评。张山营镇设施菜田土壤砷、汞、铅、镉、铬和镍等环境指标分别为9.6、0.1、17.9、0.15、51.4 mg/kg和19.1 mg/kg。各项土壤环境因素指标均在中华人民共和国国家标准《土壤环境质量标准（修订），GB 15618-2008》和《温室蔬菜产地环境质量评价标准，HJ 333-2006》中规定的菜地土壤重金属土壤阈值以下。

延庆区各乡镇设施菜田土壤碱解氮含量差异很大（表2）。延庆镇广积屯村张东起农户的菜地（棚龄5年）碱解氮含量最高，达1 108.8 mg/kg。碱解氮含量高是由于大量施用化肥，伴随棚龄增加，造成碱解氮的积累。旧县镇东龙湾村朱敬明农户的菜地（棚龄6年）碱解氮含量最低，仅为77.6 mg/kg。碱解氮含量低的原因可能是此地块为有机认证基地，6年以来一直使用有机肥，含氮量相对较低，因此没有出现碱解氮累积的现象。

表2列举了延庆区各乡镇1980年第2次全国土壤普查时的有机质和大量元素含量情况。因当时还没有大面积的农业设施建设，因此，土壤理化性质的测定对象为露地蔬菜土壤和露地粮食作物土壤。1980年延庆区土壤有机质含量平均为14.2 g/kg、全氮0.90 g/kg、碱解氮60.0 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效钾133 mg/kg。参照北京市土壤养分指标评分规则，总体上1980年延庆区土壤养分含量处于低等水平。

由表2可得，延庆区设施菜田土壤在35年间有机质含量增长了2.27倍，土壤全氮增长了1.2倍，碱解氮增加了3.3倍，有效磷是1980年的8.1倍，速效钾为1980年的2.8倍。原因可能是大量化肥投入可能导致了延庆区土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾发生了严重的积累现象，其中有效磷的积累最为严重。

表2 1980年和2015年延庆区设施菜田土壤有机质和大量元素含量

2.2 延庆区设施菜田土壤微量元素含量特征

2015年延庆区设施蔬菜土壤有效铜含量平均为5.60 mg/kg、有效锌8.60 mg/kg、有效铁26.2 mg/kg、有效锰21.1 mg/kg（表3）。德青源养殖场所在地张山营镇与其他乡镇相比，上述微量元素表现出较高含量。1980年延庆区各乡镇有效铜含量平均为1.32 mg/kg、有效锌0.42 mg/kg、有效铁10.5 mg/kg、有效锰11.1 mg/kg（表3）。对比发现，2015年延庆区各乡镇有效铜、锌、铁、锰的含量比1980年分别增加了324%、1948%、60%和90%。在2015年土壤养分普查中，千家店有效铜的含量在调查各乡镇中最高，达42.7 mg/kg；四海镇的有效铁含量最高达到57.9 mg/kg。1980年，千家店有效铜含量和四海镇有效铁含量分别为1.15 mg/kg和14.3 mg/kg。这可能是由于长期的施肥和种植习惯导致了两镇有极高的微量元素含量。

2.3 不同棚龄土壤有机质和大量元素状况

将本次调查取样点按照棚龄长短划分为0～1年棚龄、2～5年棚龄、6～10年棚龄和＞10年棚龄，共4个阶段。各个棚龄段在此次调查中所占的比例如图2。由图可见，6～10年棚龄的蔬菜大棚所占比例最大，达到72%。

图2 2015年延庆区设施菜田养分调查不同棚龄所占比例

图3 ～图7显示了不同棚龄设施土壤有机质和大量元素变化情况。由图可以看出，不论是土壤有机质还是土壤全氮、碱解氮、速效钾、有效磷等大量元素，随着设施棚龄的增加，并没有表现出逐年上升的趋势。通过统计分析，设施土壤有机质含量组间差异均大于0.05，说明不同棚龄间有机质含量差异不明显。碱解氮的含量变化在棚龄0～1年和棚龄2～5年、6～10年、＞10年之间均表现出差异性显著，而后3个棚龄组间差异都不显著。该结果表明，设施土壤在0～1年的蔬菜种植之后，碱解氮的含量出现了一定程度的累积效应，说明生产过程中氮肥施用量大。不同设施棚龄土壤全氮、有效磷和有效钾的统计分析表明，其并未随棚龄增加而呈现明显增加的趋势，组间差异均不显著。但通过对比，延庆区设施菜田土壤养分已明显高于山西、山东、天津等地土壤养分含量[1-3]。

表3 1980年和2015年延庆区土壤微量元素含量 mg/kg

图3 不同棚龄土壤有机质含量

图4 不同棚龄土壤全氮含量

图5 不同棚龄土壤碱解氮含量

图6 不同棚龄土壤速效钾含量

图7 不同棚龄土壤有效磷含量

3 讨论与结论

3.1 延庆区设施菜田土壤养分含量总体水平极高

了解设施菜田土壤养分状况及其变化规律是设施蔬菜合理施肥、安全优质高产栽培的基础。对比1980年全国第2次土壤普查中延庆区土壤有机质和大量、微量元素数据，以及华北地区山西、山东、天津等地设施菜田有机质和大量元素数据，可以发现，2015年延庆区设施菜田土壤养分含量均高于对比值[1-3]。根据北京市土壤养分指标评分规则评价延庆设施菜田养分状况属于养分极高水平。设施菜地比露地单位面积施肥量大，且因无雨水淋失，致使其剩余的肥料大部分残留于土壤中，大量化肥投入可能导致土壤养分含量极高。土壤中大量有效磷、硝酸盐以及游离钾离子的积累很容易导致土壤盐渍化。浓度过高的土壤溶液阻碍根系吸收养分，影响蔬菜产量进一步提升，降低蔬菜品质。此外，硝酸盐很容易随灌溉水淋洗，从而污染地下水，加剧面源污染的程度。

部分地区由于不合理施肥可能导致土壤养分含量异常升高。如张山营镇长期较单一地施用鸡粪和沼液，已经造成该地区设施土壤养分明显的累积效应。虽然较高的土壤有机质含量在一定程度上缓冲了土壤对盐害、次生盐碱化的发生，但长期不合理的肥料投入很有可能在一定范围内造成土壤环境污染，甚至是更深层次的面源污染。

3.2 设施菜田养分随棚龄增加的变化情况不明显

土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾随着棚龄增加并没有表现出明显的增加，这里需要强调的是没有显著增加并非表示其绝对含量不高。随棚龄增加没有表现出显著增加，原因很可能是由于在设施建造之前，土壤已经含有极高的大量元素和微量元素造成的。微量元素含量目前虽未达到国家标准所规定的阈值，但在相当一段时间内还是存在土壤环境污染的潜在风险。土壤碱解氮含量在0～1年棚龄和2～5年棚龄存在差异的显著性，说明大量水溶性的氮（主要为硝态氮）存在于多年棚龄的设施菜田。过高的硝态盐在土壤中很可能造成其在蔬菜体内的累积，同时伴随土壤酸化，将引起地下水污染。

3.3 土壤养分科学管理对策

基于以上研究结果，并参照农业部2015年2月下发的《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，建议针对延庆区设施菜田土壤养分状况，采取“一减两增三平衡”的养分管理对策。

“一减”是减少和严控氮肥施用量，特别是硝态氮肥用量。控制硝酸钾、硝酸钙和硝酸铵等硝态氮肥的施用量，防止过高的硝态盐在土壤中的进一步累积，避免土壤酸化和面源污染的发生。

“两增”一是增施微生物肥，增强活力，释放养分。微生物肥料可在蔬菜种植过程作为基肥、追肥和育苗肥，它有助于分解释放土壤中极高的养分，从而增加土壤中有效养分含量；而且能够促进各种维生素、酶及其他有利于作物生长物质的合成，刺激蔬菜的生长，协助作物吸收营养，避免因盐类积聚而使蔬菜受害。二是增施有机肥，培肥地力，种养结合。对设施菜地充分考虑前茬肥料的后效，适当增施商品有机肥、厩肥、饼肥及秸秆肥等有机肥作为基肥，培肥土壤地力，增加土壤有机质，以改善土壤的通透状况，增加土壤的团粒结构，提高土壤对作物的供肥能力。此外，由于有机肥具有良好的阳离子代换能力，可以吸收更多的钾、铵、镁、锌等营养元素，防止淋失，提高土壤的保肥能力。在每年的设施蔬菜生产过程中，有意识地边种地、边养地，种养结合，提高设施菜田可持续利用效率。

“三平衡”是指有机-无机，大量-微量相结合，适时适法平衡施肥。长期局部施用畜禽粪便量一旦超出土壤的消纳能力，势必造成重金属污染土壤环境的问题。因此建议肥料施用种类的多元化，施用时间和方式方法的科学化，做到平衡施肥。有机-无机配合使用，不但可以在短期提高土壤中无机磷和速效钾的利用率；从长期来看，还有利于培肥地力，提高土壤养分利用率，可谓一举多得。此外，注重施用氮、磷、钾等大量肥料的同时，需兼顾钙、镁、硼等微量元素的施用。这就需要依据土壤质地、肥力水平、蔬菜需肥规律和目标产量等因素，加大推广测土配方平衡施肥力度。三是要根据蔬菜茬口、生育期的长短以及各生育期的需肥特性，适时适法施用肥料。大多数蔬菜在生长发育的中后期，尤其是瓜类、豆类、茄果类蔬菜进入结瓜结荚结果期，对钾肥的吸收量明显增加。在这一时段，施肥应增加钾肥的比例，这不仅是提高产量的关键，也是提升品质的要求。在蔬菜生长的关键时期，采用叶面喷肥的方法也有利于提高蔬菜的产量。此外，设施蔬菜施肥多为水肥一体化方式，冲施水溶肥料时建议采取“先配母液后均分冲施”的方法，防止局部浓度过大，保证施肥均匀一致。

由于资金和时间条件的限制，该研究并未调查土壤pH、阳离子交换量、中量元素和部分微量元素，这些因素一定程度上也影响着土壤大量元素特征和蔬菜对养分的吸收能力，这些数据的测定和分析需在今后的工作中弥补和完善。