农作制度对设施草莓土壤化学性状的影响

朱伟锋，倪治华，陆若辉，杜叶红

（1浙江省农业技术推广中心，杭州310020；2浙江省种植业管理局，杭州310020）

农作制度对设施草莓土壤化学性状的影响

朱伟锋1，倪治华1，陆若辉1，杜叶红2

（1浙江省农业技术推广中心，杭州310020；2浙江省种植业管理局，杭州310020）

为了解长期种植设施草莓土壤化学性状的特点及其与农作制度的关系，在浙江省范围内采集草莓-水稻与草莓-蔬菜2种种植制度下的代表性设施草莓土壤，比较分析了2种种植制度下设施草莓土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁及pH值、电导率等化学指标。结果表明：浙江省设施草莓土壤盐分积累不明显，电导率较低，但土壤酸化显著；土壤有机质以中低等水平为主，平均为23.9 g/kg；全氮处于中高水平，平均为1.5 g/kg；土壤有效磷积累显著，平均高达142.1 mg/kg；速效钾处于中等水平，平均为122.9 mg/kg；交换性钙处于较高水平，平均为1235.5 mg/kg；交换性镁处于较低水平，平均为72.0 mg/kg。草莓-水稻与草莓-蔬菜2种种植制度下设施草莓土壤化学性状存在一定的差异，前者土壤电导率、有机质、全氮、有效磷、速效钾分别比后者低106.5 μS/m、3.4 g/kg、0.6 g/kg、128.7 mg/kg和137.0 mg/kg；但土壤pH前者比后者高0.1个单位。研究认为，草莓-水稻种植制度下有利于缓解设施草莓土壤因长期过量施用化肥引起的土壤酸化，减免氮、磷等养分的过度积累等问题。

设施草莓；土壤；化学性状；种植制度

0 引言

设施农业因可显著提高土地利用率，且具有产值高、收益好的特点，深受人们的推崇，近年来中国设施栽培得到了飞速的发展。但设施栽培（特别是设施作物连作）也不可避免地出现一系列生产障碍问题，主要表现为僵苗、死苗、叶片枯焦及茎、叶、果畸形等现象，导致植株矮小，产量和品质下降。一般认为，设施栽培作物生产障碍的发生主要有两个因素：一是由植物的化感作用引起的，作物在生长过程中可向土壤环境释放某些化学物质，影响了其他植物或微生物的生长和发育[1-2]；二是改变了土壤环境，特别是长期施用单一肥料及过量施肥导致了土壤酸化、盐化及养分的平衡失调[3-4]。据报道，长期设施种植蔬菜可引起土壤养分的明显积累，引发土壤性质恶化[5-7]，并可对农田周围水体质量产生负影响[8-9]。房世波等[10]的研究表明，设施栽培土壤pH低于露天菜地和农田土壤，并且随种植年限的延长土壤酸化加剧；连续3年种植大棚蔬菜土壤出现严重的氮、磷富集。全智等[11]的研究表明，随着种植年限的增加，设施蔬菜地土壤硝态氮、有效磷均呈现显著的积累；而旱轮作可以有效缓解设施蔬菜连作障碍。章明清等[12]和王强等[13]的研究表明，菜稻轮作可以提高化肥利用效率，减轻土壤中氮磷过度积累，增加收益。

草莓果肉多汁、营养丰富，并且具有生产周期短、投资少、经济效益高和适于设施地栽培等特点，已成为中国设施园艺中发展最快的新兴产业，其栽培逐渐形成规模化、专业化、设施化，经济效益相当可观。但随着大棚草莓栽培面积的扩大和种植年限的增加，土壤养分不平衡、土壤酸化、次生盐渍化等土壤连作障碍问题也日益突出，给草莓生产带来巨大损失[14-16]。草莓在浙江省栽培已有较长的历史，并成为浙江省的特色产业。据报道，2014年浙江省草莓种植面积超过5333 hm2，产量12万t，产值10亿元以上，平均亩产值1.2万元以上，高的可达3万元[17]。近年来随着小型机械的使用，使得在大棚内采用水旱轮作变得相对方便，因此，在浙江省草莓生产过程中部分地区已推行了草莓-水稻的种植模式[18-19]，并取得了较好的经济收益；但目前依旧有较大的草莓生产以草莓-蔬菜等传统模式。以往国内对草莓地土壤的性状及草莓的连作障碍问题已有较多的探讨[20-21]，但有关不同种植模式特别是草莓-水稻水旱轮作模式对设施草莓土壤性状影响研究很少。为此，笔者在浙江省范围内采集草莓-水稻与草莓-蔬菜2种种植制度下的代表性设施草莓土壤，比较分析了2种种植制度下设施草莓土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁及pH、电导率等化学指标，以期为推行可持续的草莓种植模式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品的采集

研究在浙江省范围内选择代表性设施草莓地进行土壤样品的采集，采样深度为0～20 cm。根据种植制度不同，采样地分为草莓-蔬菜种植制度和草莓-水稻种植制度等两类，采样在草莓收获后采集。采样及各分析指标的检测样品情况见表1。

表1 设施草莓土壤样品的采集与分析情况 个

1.2 分析方法

分析指标包括土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁及pH、电导率等。电导率采用电极法测定，土水比1:5；土壤pH采用电极法测定，土水比1:2.5；土壤有机质采用油浴加热重铬酸钾氧化容量法测定；土壤全氮采用硫酸-加速剂消煮-蒸馏滴定法；土壤水解性氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷采用碳酸氢钠—钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用乙酸铵浸提—火焰光度计、原子吸收分光光度计法或ICP法测定；交换性钙和交换性镁采用乙酸铵交换-原子吸收分光光度法测定。测定方法参见文献[22]。

1.3 化学指标分级标准

设施草莓土壤化学性状参考有关文献进行分级[23-25]，土壤盐分、土壤酸碱度、土壤大量元素养分及土壤交换性钙镁的划分标准分别见表2、表3、表4和表5。

表2 土壤盐分分级参考标准[23]

表3 土壤酸碱度分级参考标准[23]

表4 土壤有机质、大量元素分级参考标准[23-24]

表5 土壤交换性钙、交换性镁分级参考标准[25]

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 设施草莓土壤化学性状的变化

浙江省设施草莓土壤电导率有较大的变化，在35.1～1045.3 μS/m之间，平均为135.3 μS/m，最高值为最低值的29.7倍，变异系数达95.9%。土壤电导率在＜250、[250,600)、[600,800)、[800,1000)、≥1000 μS/m的样本数分别占90.8%、7.5%、0.6%、0.6%、0.6%，可见大约有98%的地块土壤处于极低盐度和低盐度水平，基本不受盐害影响。

设施草莓土壤的酸碱度基本处于酸性和弱酸性范围，土壤pH 3.7～7.5之间，最高比最低的pH高出3.8个单位；平均pH 5.6，变异系数为10.3%。分组统计表明，酸碱度在pH＜4.5、[4.5,5.5)、[5.5,6.5)、[6.5,7.5)、≥7.5的样品分别占2.5%、39.2%、51.2%、6.6%、0.5%，表明有39.2%的土壤处于酸性状态，51.2%的土壤处于微酸性状态。

设施草莓土壤有机质含量在7.9～60.4 g/kg之间，平均为23.9 g/kg；全氮含量在0.2～5.2 g/kg之间，平均为1.5 g/kg；有效磷含量在4.3～798.3 mg/kg之间，平均为142.1 mg/kg；速效钾含量在13.1～978.3 mg/kg之间，平均为122.9 mg/kg。有效磷和速效钾含量的变化较大，它们的最高值分别约为最低值的183.6和74.6倍，变异系数分别达92.9%和95.6%；有机质和全氮有中等程度的变化，它们的最高值分别约为最低值的7.6和26.0倍，变异系数分别达31.7%和37.5%。分组统计表明，土壤有机质含量在＜10、10～20、20～30、30～40、≥40 g/kg的比例分别为0.6%、33.1%、48.1%、14.8%、3.4%，以中低水平为主。土壤全氮含量在＜0.5、[0.5, 1.0)、[1.0,1.5)、[1.5,2.0)、≥2.0 g/kg的比例分别为1.2%、9.3%、46.7%、27.6%、15.1%，以中等和较高水平为主。土壤有效磷含量在＜25、[25,50)、[50,100)、[100,150)、≥150 mg/kg的比例分别为9.2%、17.0%、27.5%、15.0%、31.2%，以中等至高水平为主。土壤速效钾含量在＜100、[100,150)、[150,200)、[200,300)、≥300 mg/kg的比例分别为57.8%、16.3%、11.0%、8.9%、6.1%，以低至极低水平为主。可见，浙江省设施草莓土壤磷素积累已达较高水平，但钾素仍显不足。

设施草莓土壤交换性钙和镁分别在200.3～9589.7 mg/kg和14.0～450.0 mg/kg之间，平均分别为1235.5 mg/kg和72.0 mg/kg；交换性钙和交换性镁含量的变化都较大，它们的最高值分别约为最低值的47.8和32.1倍，变异系数分别达83.5%和73.9%。分组统计表明，土壤交换性钙含量在＜400、[400,800)、[800, 1200)、＞1200 mg/kg的比例分别为2.6%、23.5%、38.3%、35.7%，以中高水平为主。土壤交换性镁含量在＜60、[60,120)、[120,180)、＞180 mg/kg的比例分别为48.5%、47.4%、2.0%、2.0%，交换性镁缺乏明显。

2.2 不同种植制度下设施草莓土壤化学性状的差异

统计分析表明，草莓-水稻与草莓-蔬菜2类种植制度之间草莓土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁及pH、电导率等化学指标存在不同程度的差异。

2.2.1 电导率 草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤的电导率分别在 35.1～336.4 μS/m和 38.2～1045.3 μS/m之间，平均分别为86.9 μS/m和193.4 μS/m，平均值后者显著高于前者。表6表明，草莓-水稻种植制度下有97.9%地块土壤处于极低盐度水平；而草莓-蔬菜种植制度下仅有82.3%地块土壤处于极低盐度水平，另有13.9%地块土壤处于低盐度水平。这表明草莓-水稻这一水旱轮作种植制度有助于减弱草莓土壤盐渍化程度。

表6 不同种植制度下设施草莓土壤电导率的分布频率 %

2.2.2 酸碱度 草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤的酸碱度分别在pH 4.6～7.5和pH 3.7～6.7之间，平均分别为pH 5.6和pH 5.5，平均值前者比后者高出0.1个单位，即草莓-水稻种植制度下土壤比草莓-蔬菜种植制度下土壤酸化程度弱。表7分组统计表明，草莓-水稻种植制度下无强酸性土壤(＜pH 4.5)，90.0%土壤处于酸性和微酸性，并且还有9.7%的土壤处于中性和微碱性；而在草莓-蔬菜种植制度下，90.0%土壤处于酸性和微酸性水平，且有6.0%的土壤处于强酸性，而土壤处于中性状态的仅占3.3%。戴学龙等[26]的研究也表明，长年种植草莓可导致土壤酸化，种植水稻后土壤酸性有所缓解。杨祥田等[27]的研究也表明，草莓-水稻轮作方式草莓产量及效益明显比草莓-甜瓜早地轮作方式高，且土壤pH高，盐分积累少，黄萎病发生率低。实行草莓-水稻水旱轮作方式，可让大棚草莓的土壤障碍得到缓解或消除，实现可持续生产。

表7 不同种植制度下设施草莓土壤pH的分布频率 %

2.2.3 土壤有机质和大量元素 草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤有机质含量分别在7.9～52.4 g/kg和9.0～60.4 g/kg之间，平均为22.7 g/kg和26.1 g/kg；后者平均比前者高15.0%。表8表明，草莓-水稻种植制度下土壤有机质约38.6%处于低水平，48.4%处于中等水平，仅有10.4%处于较高水平，而草莓-蔬菜种植制度下土壤有机质处于低水平仅为23%，中等水平为47.5%，较高水平有23.0%。

表8 不同种植制度下设施草莓土壤有机质和大量元素状况的分布频率 %

草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤全氮含量分别在0.1～3.4 g/kg和0.2～5.2 g/kg之间，平均为1.1 g/kg和1.7 g/kg；后者平均比前者高54.5%，二者之间达到显著差异。草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤有效磷含量分别在5.1～302.3 mg/kg和4.3～798.3 mg/kg之间，平均为75.7 mg/kg和204.4 mg/kg；后者平均显著高于前者，高出170.0%。草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤速效钾含量分别在13.1～838.2 mg/kg和33.0～978.3 mg/kg之间，平均为75.4 mg/kg和212.4 mg/kg；后者平均显著高于前者，高出181.7%。草莓-水稻种植制度下，有49.1%土壤全氮处于中等水平，27.3%和13.4%分别处于较高和高水平；有22.21%土壤有效磷处于较低水平，40.2%处于中等水平，16.3%和8.3%分别处于较高和高水平；有78.8%土壤速效钾处于极低水平，15.9%和4.3%分别处于低水平和中等水平。而在草莓-蔬菜种植制度下，全氮中等以上水平土壤占了85%以上，分别有29.6%和25.4%土壤处于较高水平和高水平；土壤有效磷出现了明显的富集，有52.8%土壤处于高水平，仅有5.6%和12.2%土壤处于极低和低水平；土壤速效钾在各水平分布比较均匀，平均值为212.4 mg/kg，极低水平和低水平土壤分别占18.%和16.9%，较高水平和高水平土壤分别占24.6%和16.9%。

2.2.4 土壤中量元素 草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤交换性钙含量分别在200.3～9589.7 mg/kg和385.5～2024.0 mg/kg之间，平均分别为1245.4 mg/kg和991.1 mg/kg；前者平均比后者高25.7%。草莓-水稻和草莓-蔬菜种植制度下草莓土壤交换性镁含量分别在14.0～450.0 mg/kg和48.8～446.0 mg/kg之间，平均分别为69.4 mg/kg和58.7 mg/kg；前者平均比后者高18.2%。草莓-水稻种植制度下设施草莓土壤交换性钙有38.3%土壤处于中等水平，35.7%土壤处于较高水平，有2.6%土壤处于极低水平，23.5%土壤处于低水平。草莓-水稻种植制度下，土壤交换性镁平均值为69.4 mg/kg，处于低水平，从频率分布看，48.5%的土壤处于极低水平，47.4%的土壤处于低水平，总体处于缺镁状态。在草莓-蔬菜种植制度下，有更多地块土壤交换性钙中等水平，占42.8%，处于较高水平占28.5%，处于低水平和极低水平土壤分别占25.2%和3.5%；土壤交换性镁缺乏更为严重，有62.4%土壤处于极低水平，32.7%土壤处于低水平，仅有2.5%和2.4%土壤处于中等和较高水平。

表9 不同种植制度下设施草莓土壤交换性钙、镁的分布频率 %

3 结论

浙江省设施草莓由于采用与蔬菜、水稻连作，且地处湿润地区、降水丰富，土壤电导率较低，盐害作用不明显；但长期施用化学肥料特别是过量施用化学肥料已导致土壤的明显酸化，有机质水平偏低，有效磷积累显著，然而部分土壤依然存在缺钾、缺镁等问题。研究表明，草莓-水稻种植制度设施草莓土壤电导率、有机质、全氮、有效磷、速效钾低于草莓-蔬菜种植制度下设施草莓土壤，但土壤pH前者略高于后者；草莓-水稻种植制度下有利于缓解设施草莓土壤因长期过量施用化肥引起的土壤酸化，减免氮、磷等养分的过度积累等问题，是适合浙江省推广的设施草莓种植模式。

4 讨论

设施农业的连作障碍问题已引起人们的广泛关注，一般认为设施栽培复种指数高、化肥施用量大，加之设施内特殊的环境，容易导致设施土壤盐渍化的发生[28]。但本研究表明，浙江设施草莓土壤电导率较低，盐化程度不严重。尤其是在水旱轮作的情况下，土壤盐化程度更为轻微，97.9%地块处于极低盐度水平；调查结果与曾许芳等[29]在2008年在浙江的调查结果相近。浙江省设施草莓土壤电导率较低，盐害作用不明显可能与采用与蔬菜、水稻轮作，且地处湿润地区、降水丰富、土壤淋洗作用明显有关。但研究也发现，设施草莓土壤存在明显的酸化，土壤pH普遍偏低，这可能与长期施用化肥有关。由于设施草莓有较高的经济效益，农户向设施草莓地的投入也较高，化肥用量常常高于草莓生长的实际需要量，并明显高于其他农业用地。国内外不少研究证实，长期施用化肥特别是生理酸性肥料是导致农业土壤酸化的主要原因[30-32]。本研究的结果也表明，水旱轮作有缓解土壤酸化的作用，草莓-水稻种植制度下土壤pH 5.6，比草莓-蔬菜种植制度下土壤高0.1个单位。这与水稻淹水种植有关，因为淹水条件下土壤中的铁、锰氧化物被还原消耗质子可使溶液中的氢离子浓度下降，可减缓土壤中酸性物质的形成。

由于偏施化学肥料，浙江设施草莓土壤有机质普遍偏低，其中，草莓-水稻种植制度下土壤有机质显著低于草莓-蔬菜种植制度下土壤有机质，这与草莓-蔬菜种植制度下农民投入有机肥量大于草莓-水稻种植制度有关。孔樟良[33]调查发现，建德市蔬菜地每年亩均有机肥投入量是草莓-水稻田块的近3倍。在草莓-水稻种植制度下，约90%土壤的全氮、约65%土壤的有效磷处于中等及以上水平，但土壤速效钾严重缺乏，约95%土壤处于中等以下水平，其中有78.8%土壤处于极低水平。而草莓-蔬菜种植制度草莓土壤氮素水平较高，且大部分土壤有效磷出现了富集现象，土壤速效钾水平相对较高，这一方面是因为在草莓-水稻种植制度时，农民往往会免去水稻基肥的投入，直接利用草莓施肥的后效[18]；另一方面，草莓每公斤经济产量吸收的N、P2O5、K2O、Ca、Mg分别为6.51、1.35、5.67、1.92、1.38 kg[34]，需钾较多，需磷相对较少，加之后茬作物多为杂交水稻，需钾量较大，容易导致土壤钾素亏缺，而农户一般习惯使用平衡性化肥[33]，所以出现草莓-水稻种植制度下钾严重缺乏，草莓-蔬菜种植制度下磷严重富集的情况。鉴于这一情况，莓农应重视控磷增钾，重视水稻穗肥钾素的投入。在草莓-水稻种植制度下，70%以上土壤交换性钙中等或较高水平，90%土壤交换性镁处于极低水平或低水平，造成这种情况主要是因为草莓是一种需镁量较大的作物[33]，而农民在常规施肥中对镁元素的投入不够重视。因此，莓农应结合田块pH调节，增加施用钙镁磷肥，同时注意草莓生产中其他中微量元素的补充。

对比分析表明，草莓-水稻种植制度下有利于缓解设施草莓土壤因长期过量施用化肥引起的土壤酸化，减免氮、磷等养分的过度积累等问题。因此，草莓-水稻种植制度是浙江省值得推广的草莓种植模式。

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Effects of Cropping System on Chemical Properties of Protected Strawberry(Fragaria×ananassa Duch.)Soil

Zhu Weifeng1,Ni Zhihua1,Lu Ruohui1,Du Yehong2
(1Agricultural Technology Extension Center of Zhejiang Province,Hangzhou 310020,Zhejiang,China;2Agriculture Management Bureau of Zhejiang Province,Hangzhou 310020,Zhejiang,China)

To understand chemical properties of soil with long-term strawberry cultivation and their relationship with cropping systems,typical soil samples were collected under two cropping systems (strawberry-rice rotation and strawberry-vegetable rotation)in Zhejiang Province,chemical properties, including organic matter,total nitrogen,available phosphorus,available potassium,exchangeable calcium and magnesium,pH and electrical conductivity,were measured and compared.The results showed that electrical conductivity was generally low,suggesting no obvious salt accumulation in the soil but significant acidification of soil;organic matter was mainly at a low-medium level with an average amount of 23.9 g/kg;total nitrogen was generally high with an average amount of 1.5 g/kg;available phosphorus accumulated significantly in the soil,its average concentration was 142.1 mg/kg;available potassium was at a medium level with an average amount of 122.9 mg/kg;exchangeable calcium was at a high level with an average amount of 1235.5 mg/kg,and exchangeable magnesium was at a low level with an average amount of 72 mg/kg.Differences were observed in soil chemical properties between the two cropping systems,electrical conductivity,organic matter,total nitrogen,available phosphorus and available potassium of strawberry-rice cropping system was 106.5 μS/m, 3.4 g/kg,0.6 g/kg,128.7 mg/kg and 137.0 mg/kg lower than that of strawberry-vegetable cropping systemrespectively;but soil pH value was 0.1 unit higher.It was concluded that strawberry-rice cropping system was helpful to relieve the acidification of strawberry cultivating soil due to long-term excessive application of chemical fertilizers,and reduce excessive accumulation of nitrogen and phosphorus in soil.

Protected Strawberry;Soil;Chemical Properties;Cropping System

S153.6

：A论文编号：cjas16100001

农业部测土配方施肥项目。

朱伟锋，男，1982年出生，浙江上虞人，农艺师，硕士，从事土壤肥料技术研究与推广。通信地址：310020杭州市江干区凤起东路29号、浙江省农业技术推广中心，Tel：0571-86757052，Email：zhuweifeng@zju.edu.cn。

2016-10-01，

：2016-12-10。