西安市设施菜地土壤养分状况分析

高 莹，孙喜军，吕 爽，张 荣，邓 睿

(1.咸阳职业技术学院，陕西 咸阳 712000；2.西安市农业技术推广中心，陕西 西安 710061；3.西安市高陵区农业技术推广中心，陕西 西安 710200)

0 引言

设施栽培能在一定程度上突破气候对作物生长的限制，为作物生长营造适宜的小气候环境，其具有可生产期长、作物产量高、经济和社会效益显著等优点[1～2]。但在高产和经济利益的双重驱动下，全国设施蔬菜偏大过量施肥问题突出，由此导致的养分盈余及失衡问题极为普遍[3～5]。徐晓锋等[6]对洛阳市郊蔬菜基地日光温室的土壤养分研究后发现，随着栽植年限的增加，土壤氮、磷不断积累。余海英等[7]对山东寿光18个日光温室的土壤养分研究后发现，土壤有机质、全氮、硝态氮、速效磷、速效钾的含量分别为露地土壤的1.4、1.9、21.2、5.4和3.7倍，日光温室土壤养分富集明显。黄绍文等[8]对全国东北、黄淮海、西北、华中、西南、华东、华南等7个区域共计1 201个典型菜田耕层土壤样品分析后发现，土壤速效养分大量积累，其中速效磷富集最为明显。总体看来，虽然不同区域设施菜地土壤养分特征具有一定的相似性，但由于自然因素(如土壤类型、质地、pH等)和人为因素(耕作措施、施肥方式、种植制度等)影响，不同区域设施菜地土壤养分状况又具有一定的个性特征，由此导致此类研究结果往往带有明显的地域性和不可替代性[8]。为此，针对特定区域设施菜地土壤养分状况开展调查研究兼具现实必要性和迫切性。

近年来，随着西安市农业产业结构的逐步调整和都市型现代农业的发展，城市近郊以塑料大棚和日光温室为主的设施菜地面积不断扩大。设施蔬菜在促进农民增收和保证城乡居民蔬菜供应方面发挥了重要作用，但目前对全市设施蔬菜施肥情况和土壤养分状况还缺乏系统全面的分析研究。研究在施肥情况调查和土样测试基础上，研究探讨了设施蔬菜化肥施用情况，深入分析了设施菜地土壤养分状况，以期能为西安市设施蔬菜施肥管理以及设施农业可持续性发展提供一定的决策依据。

1 研究区概况

西安市地处关中盆地中部，北濒渭河，南依秦岭，地势相对较为平坦，土层较为深厚。辖区土壤类型主要包括土、褐土和潮土等10余种，耕地土壤基本理化性质如表1所示。2018年底，全市设施蔬菜播种面积1.65×104hm2，设施蔬菜产量128.62×104t[9]。设施蔬菜主要以芹菜、番茄、黄瓜、菠菜为主，其中芹菜面积最大，面积占比达到38.31%[9]。

表1 西安市耕地土壤养分统计特征值[10]

2 调查与取样

对西安市8个区县(灞桥区、阎良区、临潼区、长安区、高陵区、鄠邑区、周至县、蓝田县)蔬菜主产区共计195个(124个塑料大棚，71个日光温室)设施蔬菜样点进行了施肥情况调查，并对设施土壤(0～20 cm)进行了取样和化验分析(采样点如图1所示)。土壤风干、前处理后测定土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH等5个指标。有机质测定采用重铬酸钾-容量法；电导率测定使用电导率仪测定；碱解氮测定采用碱解扩散法；有效磷测定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-矾钼蓝比色法；速效钾测定采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度计法；土壤pH值测定使用酸度计(土水比1∶5)。

3 土壤养分含量分级标准

菜地土壤养分含量分级标准如表2所示，菜地土壤酸碱度分级标准如表3所示。

表2 菜地土壤养分含量分级标准[9]

表3 菜地土壤酸碱度分级标准

4 结果与分析

4.1 西安市设施蔬菜施肥现状

从表4中可以看出，西安市设施菜地氮肥施用量平均为883.05 kg·hm-2，为粮食作物磷肥施用量(200.10 kg·hm-2)[11]的2.99倍；磷肥施用量平均为601.50 kg·hm-2，为粮食作物氮肥施用量(366.30 kg·hm-2)[11]的2.41倍；钾肥施用量平均为598.05 kg·hm-2,为粮食作物钾肥施用量(34.05 kg·hm-2)[11]的17.56倍。另外，全市设施菜地氮肥、磷肥、钾肥投入比例为1∶0.68∶0.68，与大多数蔬菜对氮磷钾的吸收比例1∶0.3∶1.4[7]相比，氮肥投入比例稍显偏高，磷肥比例明显偏高，钾肥比例明显偏低。就区县层面而言，不同区县设施菜地化肥施用量差异较大，其中阎良区氮肥和磷肥施用量为全市最高水平，高陵区钾肥施用量为全市最高水平；长安区氮肥和钾肥施用量均为全市最低水平，周至县磷肥施用量为全市最低水平。

表4 西安市设施菜地化肥施用量 (kg·hm-2)

张福锁等[12]提出的设施蔬菜氮肥施用推荐量150～900 kg·hm-2，磷肥施用推荐量54～450 kg·hm-2，钾肥施用推荐量300～960 kg·hm-2。按此标准，西安市设施蔬菜施肥量频率分布情况如表5。分析看出，西安市氮肥施用量高于推荐施肥区间最大值的样点数占比达到38.97%，而且施用上限值为推荐上限值的2.8倍之多，施用平均值几乎与推荐上限值相差无几，西安市设施菜地氮肥施肥量整体偏高；磷肥施用量高于施肥区间最大值的样点数占比达到38.97%，施用偏大过量极为明显，施用平均值为推荐上限值的1.3倍之多；钾肥施用平均值虽处在施肥推荐区间的中间位置，但低于钾肥施肥推荐区间和高于钾肥施肥推荐区间的样点数分别占到30%左右和45%左右，说明西安市设施菜地钾肥施用过量和不足问题并存。

表5 西安市设施菜地施肥量频率分布 (%)

4.2 西安市设施菜地土壤养分状况

4.2.1 设施菜地土壤养分状况 分析结果显示(表6)，西安市设施菜地土壤有机质平均含量为17.63 g·kg-1，碱解氮平均含量为77.47 mg·kg-1，有效磷平均含量为108.42 mg·kg-1，速效钾平均含量为238.80 mg·kg-1，土壤pH平均为8.06。根据分级标准，西安市设施菜地有机质和碱解氮含量均属“中等”水平，有效磷和速效钾含量属“极高”水平，土壤酸碱性总体表现为碱性。进一步分析发现，全市设施菜地土壤有机质和碱解氮含量分别高出耕地的2.86%和1.07%，土壤有效磷和速效钾分别高出耕地的389.92%和46.49%，土壤pH高于耕地0.47个单位(上升5.63%)。综合来看，与耕地相比，西安市设施菜地土壤有机质和碱解氮富集不明显；设施菜地土壤有效磷和速效钾富集极为明显，同时设施菜地土壤pH也出现了一定程度的上升。

表6 西安市不同种植类型土壤养分统计特征值

表7为西安市设施菜地土壤养分不同等级频率分布。就有机质而言，低于有机质含量临界值的样品数占40%左右，居于中等水平的样品数量占20%左右，高含量水平(“高”等级和“极高”等级，下同)的样品数量占40%左右，这说明设施菜地土壤有机质丰富和缺乏现象并存；设施菜地土壤碱解氮低于临界值的样品数、居于中等水平的样品数以及高含量水平的样品数分别约占1/3，说明设施菜地碱解氮盈余与不足并存。土壤有效磷、速效钾高含量水平的样品数分别达到90.26%和76.92%，说明设施菜地土壤有效磷、速效钾主要表现为盈余。

表7 西安市设施菜地土壤养分不同等级频率分布 (%)

4.2.2 设施菜地土壤养分状况区域分异 图2～图6为设施菜地土壤养分状况区域分布情况。分析发现，灞桥区、蓝田县、阎良区、高陵区设施菜地土壤有机质含量分别高出辖区耕地对应数值的15.39%、20.05%、7.52%、3.89%，而鄠邑区、周至县、临潼区、长安区设施菜地有机质含量较耕地分别低0.83%、1.88%、2.57%、4.54%。临潼区、鄠邑区、周至县设施菜地土壤碱解氮分别低于耕地的1.64%、9.02%、11.24%，其余区县设施菜地土壤碱解氮含量均高于耕地。就有效磷而言，各区县设施菜地土壤有效磷含量均高于耕地，其中灞桥区设施菜地土壤有效磷含量高于耕地922.94%，其余依次为高陵区、蓝田县、临潼区、鄠邑区、长安区、阎良区、周至县，设施菜地土壤有效磷含量分别高于耕地的723.11%、488.19%、292.06%、211.21%、205.81%、189.69%、89.60%。就速效钾而言，各区县设施菜地土壤速效钾含量均高于耕地，但临潼区、周至县设施菜地土壤速效钾含量与耕地差异较小，其余区县设施菜地土壤速效钾含量与耕地差异均在30%以上。就pH而言，只有灞桥区、高陵区、鄠邑区设施菜地土壤数值小于耕地，其余区县设施菜地土壤pH均大于耕地。总体来看，西安市各区县设施菜地土壤养分状况区域分异较为明显，其中灞桥区设施菜地土壤养分富集最为明显，设施菜地土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾不仅高于本行政区耕地土壤和全市水平，更高于其他区县设施菜地对应数值。

4.2.3 不同种植年限对设施菜地土壤养分的影响 表8为不同种植年限对设施菜地土壤养分的影响。从中可以看出，随着种植年限的增加，设施菜地土壤有机质和pH呈现出先降低后升高的趋势，而碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈现出逐渐增加的趋势，这说明随种植年限的增加，土壤速效养分出现明显累积趋势。

表8 不同种植年限对设施菜地土壤养分的影响

4.2.4 不同养分指标之间的相关性 相关分析表明(见表9)，有机质与碱解氮、有效磷、速效钾呈极显著的正相关性，与pH呈显著负相关性；碱解氮与有效磷、速效钾呈极显著正相关性，与pH无相关性；速效钾与pH无相关性。

表9 设施菜地土壤不同养分指标间的相关性

5 讨论

土壤有机质是作物生长的“养分库”和土壤微生物代谢的“能量源”，是评价土壤质量和土壤肥力的重要指标[13～14]。曹齐卫等[15]对山东济南日光温室菜地土壤(0～20 cm)和棚外露地表层土壤进行对比后发现，日光温室菜地土壤有机质含量显著高于棚外露地表层土壤有机质含量，且增幅达到77.0%。本研究也发现，设施菜地土壤有机质含量达到17.63 g·kg-1，高于大田土壤，但增幅仅有2.86%，其仍属“中等”含量等级。根据陈伦寿等[16]的观点，理想菜地土壤有机质含量应在30 g·kg-1以上。照此标准，西安市设施菜地土壤有机质含量仍然较低，需继续加大有机肥施用量。在调查中发现，目前西安市设施菜地施用的有机肥主要为鸡粪，用量15～75 t·hm-2。但由于鸡粪在土壤中分解周期较短，不利于土壤有机质的积累[15]。所以，西安市设施菜地有机肥施用应由鸡粪转向为优质牛粪、猪粪或其它优质商品有机肥。

与有机质规律类似，西安市设施菜地土壤碱解氮含量达到77.47 mg·kg-1，略高于大田土壤(76.65 mg·kg-1)。根据菜地土壤养分含量分级标准，其属“中等”含量等级。这说明设施菜地土壤碱解氮含量适中。但根据前述分析，设施菜地氮肥施用量仍然偏高。分析认为，这可能源于菜农在施肥过程中对硝酸钾的偏爱，进一步对设施菜地土壤硝态氮含量的研究分析有助于明晰此问题。

研究发现，西安市设施菜地土壤有效磷和速效钾富集极为明显。这与唐莉莉[17]、古巧珍[18]等人的研究结果具有一致性。结合具体施肥情况，分析认为有效磷和速效钾富集主要与高量施肥有关。另外，笔者研究还发现，设施菜地土壤pH(8.06)高于大田土壤0.5个单位，这与古巧珍[18]、高新昊[19]、蔡彦明[20]等人得出的种植设施蔬菜后土壤pH降低的结论不一致，具体原因尚需进一步的分析。

设施菜地土壤由于长期处于高集约化栽培、高复种指数和高肥料施用量的生产状态，随着种植年限的增加，菜地土壤理化性状和生物学特性会发生很大变化[21～22]。分析发现，随种植年限的增加，西安市设施菜地土壤有机质呈现出先降低后升高的趋势，这与前人研究得出的随种植年限增加土壤有机质持续升高的结论向佐，具体原因有待进一步分析。王学霞[6]、周德平[23]等人在研究设施菜地土壤pH与种植年限的关系时指出，随种植年限增加，设施菜地土壤pH呈现逐渐降低的趋势。但笔者研究发现，随种植年限的增加，设施菜地土壤有机质和pH呈现出先降低后升高的趋势，这与曾希柏等[24]的研究结果一致。同时还发现，碱解氮、有效磷、速效钾含量均呈现出逐渐增加的趋势，这说明随种植年限的增加，土壤速效养分出现不断累积的现象，这与前人大多数研究结果相一致[25～26]。

针对西安市设施菜地施肥和土壤养分存在的问题，应首先重视优质有机肥的投入。有机肥、化肥的合理配合施用，不仅能获得高产、优质的蔬菜，还能减少设施菜地面化肥源污染潜在风险，在设施蔬菜生产者中值得推广应用[7,27]。同时，在具体的施肥管理过程中，应结合土壤养分诊断，针对具体作物不同生长阶段选用合理养分配比的化肥，以达到节肥增效的目的。笔者前期开展的设施番茄“套餐肥”肥效试验[28]充分说明，根据作物不同生长期养分需求特点生产的系列配方肥料，不仅化肥施用量下降，而且作物产量和品质均优于农户常规管理，设施农业生产过程中值得进一步推广。

6 结论

西安市氮肥施用量偏高，磷肥偏大过量施用现象极为明显，钾肥过量施用和施用不足问题并存。与耕地相比，西安市设施菜地土壤有机质和碱解氮富集不明显，设施菜地土壤有效磷和速效钾富集极为明显，同时设施菜地土壤pH出现了一定程度上升。实际设施蔬菜生产过程中，应在重视优质有机肥投入基础上，注重平衡施肥，以切实降低设施菜地面源污染环境风险，并达到节本、增效和增收目的。