赤峰地区万寿菊种植对大棚土壤环境的影响研究

王哈彬

摘 要：土壤环境对作物的生长发育起着重要的作用，可直接或间接影响作物的产量和品质。近些年，赤峰市万寿菊大棚种植面积不断扩大，土壤环境问题也日益凸现。本文以赤峰市喀喇沁旗大三家村万寿菊大棚土壤为研究对象，对种植两年的万寿菊大棚土壤样本进行采样，分析万寿菊种植两年后的大棚土壤容重、pH以及氮磷养分指标的变化情况，以此为该区万寿菊大棚种植土壤环境的改善提供意见和建议。结果表明，万寿菊种植两年后，大棚土壤容重和pH呈现下降的趋势，土壤有机质含量增加;土壤全氮含量整体较低，铵态氮含量下降，硝态氮含量有所增加;大棚土壤全磷含量较高，且全磷和有效磷含量均呈现出增加的趋势。在万寿菊的生产管理过程中应适当增施氮肥，减少磷肥的施用量，防止随着日后种植年限的增加而造成地下水污染。在对大棚管理中增加通风时间，改善土壤通气性，同时增加有机肥施用量，提高植物残体在有机肥中的比重。

关键词：万寿菊;土壤环境;大棚;氮磷养分

中图分类号：Q948  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）08-0019-05

1 引言

万寿菊，菊科，属一年生草本植物，别名臭芙蓉、金菊花等，喜光，适应性强，耐干旱，耐移植，在生长过程中对土壤、气候条件要求较低[1]。万寿菊可按用途分为两类，分别为观赏万寿菊与色素万寿菊。其中色素万寿菊中富含叶黄素，具有一定的抗衰老作用，在化妆品、医药等领域具有极高的药用价值。另一方面，叶黄素作为一种天然色素，在食品添加剂、饲料添加剂以及化工等领域存在大量需求，具有较高的经济价值[2]。随着近年来国内外市场需求的不断扩大，特别是我国叶黄素市场需求缺口的扩大，万寿菊种植具有十分广阔的市场前景，目前在云南、黑龙江、辽宁等地都有大范围的种植[3]，其较高的经济价值和巨大的市场需求也使万寿菊种植成为了农民增收致富的新途径，为贫困地区的脱贫提供了助力[4，5]。赤峰市属于温带大陆性气候，年均温适宜且光照充足，适合万寿菊的生长。赤峰地区的万寿菊制种从1994年就已开始，经过20年的发展，花卉种子从观赏万寿菊的单一品种发展到了现在观赏万寿菊、色素万寿菊和长春花等30多个品种，花卉制种占据了国内市场的20%。其中自主培育的色素万寿菊品种“猩杂一号”占据了国内市场的100%，市场竞争力较强[6]。随着花卉种植的发展，从事花卉产业的人数不断增加，其中农民人数已达1万余人。

在赤峰市喀喇沁旗，万寿菊种植以制种为其主要目的，因此为保证花种的质量，防止外来花粉接触万寿菊，遂采用大棚种植的方式进行隔离，母本与父本分棚种植，花期时进行人工授粉。研究表明，万寿菊抗性较强，对土壤质量要求不是特别高，在盆栽试验条件下，万寿菊在氮的施用量为210kg hm-1时生长最好[7]。而目前，在对万寿菊的肥料施用管理中，农户重施氮肥，往往忽略了各种肥料的相互配施，导致万寿菊的产量和品质均受到影响[8]。连年种植单一作物也可能使土壤肥力下降或养分失衡[9]，同时长期在大棚种植的环境下可出现土壤环境变差、土壤酸化以及次生盐渍化等问题[10]，进而导致万寿菊质量变差，对万寿菊的生长产生不利影响，影响经济效益。目前，有关赤峰地区大棚种植条件下万寿菊对土壤环境的影响研究较少，而随着赤峰市万寿菊大棚种植面积的不断加大，农户对万寿菊种植过程中出现的大棚土壤环境及养分管理问题亟待解决。基于此，本研究以赤峰市喀喇沁旗为研究区，对该区连续种植两年的万寿菊大棚的土壤进行采样，将其与未种植万寿菊的土壤进行比较分析，通过分析万寿菊种植后大棚土壤的理化指标变化情况，了解在该区可能影响万寿菊生长的土壤因素，并据此分析为该区万寿菊的大棚种植提出合理的氮磷肥施用管理建议，改善万寿菊生长的土壤环境，从而保证大棚环境下种植万寿菊的可持续性。

2 材料和方法

2.1 试验区概况

内蒙古赤峰市位于内蒙古自治区东部，地理坐标介于41°17′10″～45°24′15″N，116°21′07″～120°58′52″E。地理环境复杂多样，山地、高原、丘陵、盆地、平原俱全，中低山和丘陵约占总面积的73.3%。主要土壤类型以栗钙土、栗褐土为主，土壤质地多为砂性壤土，气候属于温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温0～7℃，年平均降水量381mm，无霜期135～145d，年有效积温2800～3100℃，年日照时数在3000h左右，晝夜温差大。

2.2 供试材料

万寿菊供试品种：高株种卷沟型色素万寿菊。

供试肥料：基肥为牛粪与羊粪混合，施用量为每亩1300～1500kg，追肥为硝酸磷钾肥（N：P：K为22：9：9），施用量为每亩地施用40～50kg，分两次施用。

灌溉模式：大水漫灌，移栽前一天灌溉一次，孕蕾期灌溉一次，盛花期根据实际情况7～10天进行适当灌溉。

大棚种植管理：大棚面积为1亩，每个棚中共种植6行万寿菊。每年10月末收获后进行揭棚，第二年移栽前盖棚。

2.3 样品采集

本研究以赤峰市喀喇沁旗为研究区，于2018年10月初（收获期）在大三家村及其周边地区进行土壤样品采集。样品采集于种植两年的万寿菊大棚，以改建大棚前的露天空地作为对照，4个重复，采土深度为0～20cm。采集时，在大棚靠近中央的位置进行第一个土样的采集，而后在该位置左右两侧一定距离的位置再次采集两个土样，避开大棚两端入口与棚中小径的位置，而后将三个土样充分混合后用四分法留取1kg左右的土壤装入自封袋，作为该大棚的土样，标记密封，带回实验室处理。

2.4 实验方法

土样采集后过2mm筛，去除杂质，鲜土进行铵态氮、硝态氮的测定，风干土过2mm筛和研磨过100目筛进行其它化学指标的测定。

土壤容重采用环刀法：环刀法是将地面铲平后，用100cm3容积的环刀切取土样，而后烘干称取土样重量，进而求得土壤的密度。

土壤pH采用pH计测定：称取风干土10g，加入25mL去CO2水，用磁力搅拌器搅拌2分钟左右，静置20分钟后，用pH计测量上清液，计数。

有机质采用重铬酸钾氧化法：称取过100目风干土0.1～1g，加入0.8mol L-1重铬酸钾溶液5mL，再加入浓硫酸5mL充分摇匀。管口盖上弯颈小漏斗，在110℃烘箱中加热1.5～2h，取出冷却后将试管内容物洗入三角瓶，使瓶内总体积在60～70mL，然后加邻菲罗啉指示剂3～4滴，用0.2mol L的硫酸亚铁溶液滴定，通过滴定量计算出有机质含量。

全氮采用凯氏消煮法：称取风干土1g放入开氏瓶，加入1.1g混合催化剂，注入3mL浓硫酸，摇匀，盖上小漏斗，放在电炉上进行消煮。消煮后将开氏瓶放入定氮仪进行蒸馏，然后用硫酸标准溶液对蒸馏液进行滴定，最后根据滴定量计算全氮含量。

全磷采用高氯酸法：称取1g过100目筛的土至消煮管中，用蒸馏水润湿，加入15mL 70%的高氯酸，在120℃下消煮至冒白烟（约25min），然后在203℃下消煮30min，再在230℃下煮90min，冷却后转移至100mL容量瓶中，吸取整数倍用钼蓝法测定。

铵态氮采用流动注射分析仪法：测定方法：称取5g鲜土样，用50ml 2mol L-1的氯化钾溶液浸提，震荡30min，静置5min左右，过滤，用流动分析仪测定铵态氮含量。

硝态氮采用紫外分光光度校正因数法：取5.00g土样，加入50ml 2mol L-1氯化钾溶液，振荡1h，悬液静置3～5min后过滤。测定浸提液在220nm和275nm处的吸光度，然后根据标准曲线计算硝态氮含量。

有效磷采用钼锑钪比色法：称取过1毫米筛的风干土2.5g，置于三角瓶中，加入浸提剂50mL，于往复震荡机上震荡30min，然后用无磷滤纸过滤。吸出滤液10mL，加入显色剂5mL、水10mL，摇匀后放置30min，然后在880nm波长处比色，测读吸光度，最后根据标准曲线确定有效磷含量。

2.5 数据处理

运用SPSS 26软件进行数据的单因素方差分析，数据结果均为4次重复的平均值。采用Origin 26进行数据制图。

3 结果

3.1 土壤容重、pH与有机质含量的变化

由表1可知，大棚土壤容重在万寿菊种植两年后发生显著变化，下降了0.1g cm-3。土壤pH从7.6下降到了7.18，但差异不显著。土壤有机质含量也发生了显著的变化，从11.15g kg-1增加到19.63g kg-1。

3.2 土壤氮的变化

由表2可知，种植万寿菊的大棚中土壤氮含量发生了不同程度的变化。土壤全氮含量在经过两年种植之后其含量得到了明显的提升，从0.049%增加到了0.092%。土壤硝态氮含量同土壤全氮含量呈现出同样的变化，且变化幅度几乎相同，而铵态氮含量却表现出同土壤全氮和硝态氮相反的状况，经过两年的万寿菊种植，铵态氮含量从317.55mg kg-1降到了257.15mg kg-1。

3.3 土壤磷的变化

由表2可知，土壤全磷与有效磷含量都在万寿菊种植后得到了增加，全磷从141.78mg kg-1增加到了391.06mg kg-1，有效磷从27.32 mg kg-1增加到了95.99 mg kg-1。整体来看，在经过两年种植后，万寿菊大棚土壤的全磷含量增加了176%，土壤的有效磷含量增加了251%，土壤有效磷含量增加的幅度要比全磷含量增加的幅度大。

3.4 相关性分析

由表3可知，土壤容重与有机质和全氮含量均呈现显著负相关关系，与铵态氮含量呈现极显著正相关关系。土壤有机质含量与有效磷和全氮含量呈极显著正相关关系。土壤有效磷含量与全氮含量呈极显著正相关。土壤硝态氮与土壤全磷含量呈显著正相关。

4 讨论

随着设施农业种植年限的延长，土壤容重通常会呈现增大的趋势[11]。但在本研究中，经过两年万寿菊种植的大棚土壤容重降低了，出现这种现象的原因可能与连年的粪肥施用和万寿菊残体还田有关，有机肥和植物残体进入土壤后会提高土壤孔隙度，从而导致土壤容重逐渐下降[12]。相关性分析中容重与有机质的负相关很好地佐证了这一点（表3）。土壤pH逐渐降低，呈现出酸化的趋势这一结果与李玉涛等的研究结果一致[13，14]。一方面，这与大棚内土壤与外界隔离，不能接受雨水的淋洗以及高温、高蒸发的环境有关。另一方面，也与化肥的长期施用导致的土壤盐分和养分大量富集有关[15]。土壤有机质对于保持土壤肥力、提高土壤透气性和缓冲剧烈的pH变化方面有重要的作用[16]。该地区土壤有机质含量随种植年限增加而增加主要与连年施用大量有机肥有关。虽然土壤有机质与土壤养分之间呈现极显著正相关，但可能以牛羊粪为主的有机肥不利于缓解土壤pH的下降，可以增加万寿菊残体的施用量，在提高土壤有机质的同时也可以缓解酸化趋势[17]。适量的增施有机肥也可以改善质量[18]。

大棚土壤全氮含量在万寿菊种植两年之后得到了明显的增加。虽然追肥中氮素的比例较高，但总体来看，土壤全氮含量仍然处于较低的水平。其中，土壤硝态氮变化情况与全氮一致，而土壤铵态氮含量卻表现出了相反的情况。由于在大棚环境下土壤的通气性较差，厌氧的反硝化细菌大量增殖，不断进行反硝化作用，土壤中的硝态氮最终被转化为氮气，这可能是土壤中硝态氮含量较低的主要原因[19]。另一方面，有机肥的大量施用为微生物的增殖提供了充足的能源和碳源，大棚内较高的温度又有利于有机质的分解和微生物增殖[20]，从而加快了氮素的消耗，加之土壤中的氮气大量流失与铵态氮的易挥发性，可能是导致土壤全氮和铵态氮含量较低的原因。其次，硝化作用的过程中还会释放大量的H+，过量的H+也是导致土壤pH下降的原因之一[21]。

土壤中全磷和有效磷的变化情况相似，均在万寿菊种植两年后含量增加，且有效磷增加的幅度较全磷增加的幅度大。这主要是因为相对于氮素而言，土壤中的磷素不易淋失，难以挥发，极易被土壤吸附固定，磷素不断在土壤中富集，导致了全磷和有效磷含量得到提高[22]。而使用的肥料中，有效磷的占比较高，所以导致了有效磷的增加幅度要明显大于全磷的增加幅度。当磷元素在土壤环境中过高时，还会影响植物吸收锌、铁、镁等营养元素，对植物的生长发育产生不利影响[19]。当土壤中的磷素大量富集时，会渗入地下水，对地下水产生严重的污染[23]。所以在种植年限达到一定程度时，应注意土壤中的全磷含量与施肥量，尽量避免磷素的大量淋失。

根据不同土壤理化指标的相关性分析，土壤有机质含量与有效磷和全氮含量呈极显著正相关关系。土壤有机质含量的增加可以显著提高土壤养分的含量，同时降低土壤容重，但在本研究中土壤有机质与pH呈现负相关，可以尝试调整基肥中牛羊粪和万寿菊残体的比例，来调节土壤pH。

5 结论

通过对种植两年的万寿菊大棚土壤理化指标进行测定与分析，并与棚边空地进行对照，可以发现万寿菊大棚土壤的理化指标出现了不同程度的变化，总结其变化情况及生产管理相关意见和建议如下：

1.万寿菊种植两年后，土壤容重与pH下降，有机质含量增加。建议在万寿菊生产管理中继续调整基肥中牛羊粪和万寿菊残体回归的比例，提升土壤有机质含量，条件土壤pH;

2.土壤全磷和有效磷含量显著增加，且全磷含量较高，有效磷的增加幅度远大于全磷的增加幅度;土壤中的磷素含量的增加可能会产生流失的风险，对地下水及周边环境产生污染，应减施磷肥;

3.土壤全氮、硝态氮含量均显著增加，而铵态氮含量则表现出显著减少。虽然追施的化肥中氮素比例较大，但土壤中的氮素含量仍处于较低水平，推测万寿菊对氮素的需求量较大，可适当提高氮肥的施用量，同时应注意大棚的通风，降低土壤含水量，提高土壤透气性，从而减弱土壤氮的反硝化作用。

在日后的万寿菊大棚种植过程中，应结合大棚土壤环境的变化制定合理的施肥方案和田间管理模式。防止出现土壤环境恶化、万寿菊质量下降等情况的发生，保证万寿菊种植的可持续发展。同时还应不断改进万寿菊的种植技术，培育品质更高的杂交品种，提高万寿菊种植的经济效益，为农民致富提供强大助力。

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