不同种植年限蔬菜大棚土壤速效养分含量差异

朱金籴，焦书升，王 璟

（开封市蔬菜科学研究所，河南 开封 475003）

在蔬菜生态系统中，菜田土壤是基础，土壤理化性质的变化直接影响整个系统的生产力水平[1]。在常年生产过程中，由于土壤耕作频繁、复种指数高、作物种类单一，以及人为控制生态环境等因素，出现蔬菜生长受阻、土壤板结、土传病害加剧等现象。生产者为了追求当季产量而盲目实行高肥水管理，尤其是过量施用氮肥，导致土壤中硝态氮累积[2-4]。据报道，温室、大棚土壤的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾均有明显的富集现象[5-6]，大棚土壤酸化问题也日益明显[7]。也有报道指出，施肥量的增加对土壤有机质含量的影响因地而异，主要原因有地理环境的不同，包括气候、土壤母质、耕作方式及土壤碳氮的本底值等[8]。

河南省是蔬菜生产大省，开封市是河南省设施蔬菜生产的重要基地，设施栽培蔬菜的面积也逐年升高[9]。有关河南省设施栽培内土壤的研究报道有很多[10-12]，但是目前关于开封市大棚蔬菜土壤的研究比较少；因此，本文以开封市郊区不同种植年限下相同管理水平的大棚为研究对象，了解秋收后耕层土壤的pH值、有机质以及速效养分含量的差异，以期为大棚蔬菜种植的可持续生产提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域基本情况

开封市位于黄河中下游冲积平原东部，属于暖温带大陆性季风型气候，年平均气温为14.52 ℃，年平均降水量为622 mm，海拔在69～78 m，土壤母质分为冲积物、风积物和人工灌淤沉积物3类，土壤类型以砂质、壤质潮土为主，且土壤pH偏碱性。据资料记载，开封市近郊绿地土壤pH值为7.44～8.30，平均值为8.02，有机质含量为4.76～70.20 g/kg，平均值为25.50 g/kg[13]。本研究中供试土样采自河南省开封市郊区，取样地点范围在北纬34°44′—34°52′、东经114°17′—114°41′。其中，露地种植蔬菜土壤作为对照，取自水稻乡八斗农场，土壤为淤土，已经连续种植2茬番茄，种植年限用0年表示；曲兴镇土壤偏砂壤土，取样大棚种植年限为2年，种植模式为番茄与花生轮作；八里湾镇以砂壤土为主，取样大棚种植年限为5年，种植模式为番茄与花生轮作。为尽可能减少采样误差，选择的大棚栽培管理方式基本一致。

1.2 土壤样品采集与制备

2017年9月，在上述3种采样地用土钻按蛇形取样法确定5个采样点，每种采样地设3次重复，取样深度为0～20 cm。每采样点土样充分混合后用四分法留取1 kg左右，带回实验室置于通风处阴干，去掉根系、石块等杂质，用研钵研磨后过1 mm筛和0.25 mm筛，保存于聚乙烯袋中备用。

1.3 测定方法和数据处理

土壤酸碱度用p H计法测定（水土质量比2.5︰1）；土壤电导率用电导率仪法测定（水土质量比5︰1）；土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；碱解氮采用碱解扩散吸收法测定；土壤速效磷用碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提，火焰光度计法测定[14]。

测定数据用Excel 2010进行处理，结果统计分析采用SPSS 13.0软件。

2 结果与分析

2.1 菜田和不同年限大棚土壤pH值和电导率的分析

土壤的酸碱度变化直接影响作物的养分吸收，进而影响蔬菜的生长。据文献记载，番茄生长的适宜pH范围是6.0～7.0，在弱碱性土壤中幼苗生长缓慢，成株生长状况尚好[15]；花生生长的适宜pH范围是5.0～6.0，生长期选择性吸收养分，从土壤中移走大量碱基元素[16]。从表1可以看出，露地、2年大棚和5年大棚的土壤都属于弱碱性土壤，其中2年大棚土壤pH值最高，显著高于种植5年的蔬菜大棚土壤。

土壤浸出液中各种盐类一般均以离子的形式存在，土壤电导率（简称EC，下同）是指土壤浸出液中各种阳离子的量和各种阴离子的量之和，可以描述土壤盐分状况[17]。由表1可知常年番茄连作的露地土壤EC值是2年大棚土壤的2.06倍，是5年大棚的1.12倍，接近作物生长发育的土壤EC临界值（500 μS/cm），2年大棚土壤EC值最低，且与5年大棚土壤有显著差异性。

表1 秋收后露地和大棚土壤pH、电导率的对比

2.2 露地和不同种植年限大棚土壤养分差异分析

露地和不同种植年限土壤养分测定结果见图1，由图可知，土壤有机质含量以5年大棚为最高，与2年大棚土壤有显著差异，但是与作为对照的露地土壤之间的差异并不明显，2年和5年大棚土壤有机质平均含量分别是11.6、16.7 g/kg，略低于城郊绿地土壤平均值，符合第二次土壤普查暂行技术规程[14]规定的四级土壤标准（10～20 g/kg）。

露地和2年大棚、5年大棚土壤碱解氮含量分别稳定在88.37、88.70、126.13 mg/kg，可以看出5年大棚土壤碱解氮含量最高，达到全国第二次土壤普查暂行技术规程[14]规定的三级土壤标准（90～120 mg/kg），说明本次调查的土壤中短期内的氮素供应能力都处于较低水平，这可能是由于这些土地上刚收获番茄，老化茎秆全部清除，土壤氮素营养没有及时得到补充。

土壤有效磷含量差别明显，露地土壤有效磷含量稳定在7.67 mg/kg，处于极低水平；2年大棚土壤有效磷含量最高，稳定在43.28 mg/kg，达到一级标准（＞40 mg/kg）；5年大棚土壤含量在27.75 mg/kg，达到二级标准（20～40 mg/kg），这可能是由于露地番茄种植相比大棚种植来说磷肥施用量较低，磷元素随雨水淋洗损失较多。

速效钾含量在3种地块无明显差异性，都在200 mg/kg以上，达一级标准（＞200 mg/kg），说明本次调查取样地的土壤中可被作物直接吸收利用的钾元素含量极高，这可能与番茄采收期大量追施钾肥有关。

图1 秋收后露地和不同种植年限大棚土壤养分含量

2.3 表层土壤各指标间相关性研究

表2显示的是秋收后大棚表层土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷与速效钾之间的相关性分析，表中各项数据是2年和5年大棚土壤指标的平均值。有机质含量与碱解氮含量呈极显著相关关系，与pH值呈显著负相关关系，相关系数分别为0.677、-0.530；碱解氮含量与pH值呈极显著负相关关系，有效磷与速效钾呈极显著正相关关系，相关系数分别为-0.836、0.582。

表2 大棚土壤各指标间的相关性分析

3 结论与讨论

3.1 土壤酸碱度和电导率特征分析

植物营养吸收依赖于对土壤pH值精确调节，pH值过低阻碍大量元素吸收，pH值过高阻碍微量元素吸收，如缺铁失绿等症状[18]。相关研究表明，常年连作番茄的田地土壤pH值显著下降[19]，开封市西北郊区常年露地种植番茄的土壤pH值低于近郊绿地土壤pH值的平均值，2年大棚土壤pH值显著高于5年大棚和露地土壤，达到8.1，说明经过多年的设施栽培管理，土壤pH值发生显著下降，这与陈碧华等[10]的研究结果一致。下一步应继续跟踪研究番茄与花生轮作模式对土壤酸碱度的影响。

土壤EC值能反映盐分、水分和孔隙度等的变化，若土壤EC值过高，植株根系损伤严重，无法吸收水分和营养，导致植株出现萎蔫、黄化、组织坏死或植株矮小等症状[17]。本次研究发现土壤EC值最低和最高的分别是2年和5年大棚土壤，变化趋势与pH值相反，可见土壤pH值与EC值不存在正相关关系，杜春梅等[20]研究发现大棚栽培蔬菜的前期对土壤EC值有促进作用，在本研究中，随着大量肥料的连年施入土壤离子浓度逐年增加，EC值明显升高。

3.2 土壤速效养分含量变化及氮磷比例失调原因分析

在本次研究中，3种种植年限下的蔬菜土壤碱解氮含量都不丰富，主要原因可能与成土母质有关，其次采样时间是在番茄收获后，田地里的老化茎秆全部清除，此时田地里既无氮肥的追施，也无秸秆等翻入地下后分解提供的氮素营养，所以土壤碱解氮含量偏低。在5年大棚中，由于棚主常年大量使用碳酸氢铵、尿素等氮肥，不能被植物吸收的部分就积累在土壤中，同时大棚内高温高湿条件促使土壤有机质的矿化速度加快，供氮能力也随之提高[21]，所以其碱解氮含量为最高。

本研究中3种种植年限下的蔬菜大棚土壤有效磷含量丰富，其中露地菜田土壤含量最低，原因可能是由于露地栽培条件下磷肥易被雨水冲刷淋洗。可见日后郊区露地种植菜农应结合作物需求增加磷肥的施用，同时注意灌溉方式，防止磷元素随着大水灌溉而淋洗损失。

3种种植年限下的蔬菜土壤碱解氮含量不丰富而有效磷含量丰富，造成有效磷含量极丰富的原因可能有：（1）菜农大量使用的有机肥以腐熟动物粪便为主，而动物粪便由于其饮食和生理因素导致含磷量很高[23]。（2）菜农对有机肥的供磷作用认识不够，在大量施用有机肥的基础上又大量使用磷肥。（3）植物对磷的吸收率较低，一般在10%～25%，所以土壤中磷的残留量增加。（4）轮作与连作对土壤养分含量的影响不同，不同作物种类轮作也对土壤养分含量影响程度不同[24-25]；因此，为避免磷素过量累积、养分失衡，在生产中有机肥的施用量应首先根据土壤中磷素消耗情况合理制定，而不可盲目大量投入有机肥。

蔬菜作物尤其是番茄需钾量较大，并存在奢侈吸收现象，每年要从土壤中带走大量的钾[22]。本研究中3种种植年限下的蔬菜大棚土壤的速效钾含量均达到第二次土壤普查暂行技术规程规定的一级土壤标准，说明本地菜农在番茄结果期施用的肥料中钾元素含量足够，需要注意的是降雨或者灌溉等导致的钾元素随水淋洗。

3.3 大棚土壤有机质含量与其他养分指标的关系分析

土壤有机质是土壤中各种营养元素，特别是氮磷的重要来源，施有机肥可以起到防止土壤酸化、提高土壤保肥能力的作用。前人研究表明土壤中有机质含量高，能够增加土壤氮磷供应水平，促进作物对土壤氮磷的吸收利用[10]。本研究中5年大棚土壤有机质含量最高，与2年大棚有显著差异，这与每隔1年用大量腐熟有机肥翻耕作底肥有关。后续研究对花生和番茄2种作物的单作或轮作种植模式进行深入分析是很有必要的。

有机质含量与碱解氮含量呈极显著相关关系，与pH值呈显著负相关关系，有效磷与速效钾呈极显著正相关关系，这与前人的研究一致[26-27]，说明提高土壤有机质含量对培肥土壤、提高地力、防止土壤退化有重要意义。