温室与露地栽培的环境条件及土壤性质差异分析

崔文芳，陈 静，秦德志，鲁富宽，秦 丽，王利平

（内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特 010019）

温室长期处于温度高、湿度大的特殊生态环境中，且栽培次数多，土壤耕作频繁，化肥、农药施用过量，加之不能受降雨直接淋洗、冲刷，土地被超负荷利用，从而导致土壤理化、生物特性及碳库循环发生变化[1]。随着种植年限增加，温室土壤不同程度地出现次生盐渍化、酸化、养分不平衡等严峻问题。研究表明，与露天菜地和一般农田相比，温室土壤pH值有降低趋势[2-4]，并随种植年限增加，呈现酸化现象[5-6]，且影响土壤微生物活动、养分含量，抑制作物对某些营养元素的吸收[7]，同时也会造成养分在土壤表层过度积累，这就造成了表层土壤比下层土壤酸化更明显的现象[8]。Guo J H 等研究表明，大量施用肥料特别是过磷酸钙、氯化钾等酸性肥料会导致氢离子积累、pH 值降低[9]。目前关于大田作物的露地、温室土壤pH变化趋势及差异的研究较少。

土壤碳库容量是衡量土壤质量的关键指标，其动态平衡与作物营养、土壤管理紧密相关。余海英等研究表明，温室土壤有机碳含量是露地的1.1 倍[10]；樊德祥等研究表明，沈阳市郊蔬菜栽培15年左右的温室土壤有机碳含量是对照露地土壤的1.76 倍，并且其归结原因为日光温室有机肥的投入量远高于露地栽培的用量，为露地栽培的几十倍[11]。王艳研究认为，露地蔬菜种植系统转变为温室蔬菜种植后，表层（0～20 cm）土壤有机碳在40 年内，平均增幅为41%，但各地区变化幅度差异较大[12]。我国北部处于温带的干旱、半干旱、半湿润及青藏高原高寒地区，土壤有机碳增加幅度显著高于南部湿热地区。Qiu 等认为，传统农业转化为温室农业后，土壤碳库总碳降低[13]。可见，栽培年限和栽培地区的不同，温室栽培对土壤有机碳的影响也有所不同。

温室土壤因常年栽植，且施入了大量有机肥、化肥，导致土壤养分不同程度地积累[14]。因此，温室土壤养分含量一般高于相邻露地菜田土壤，并随着种植年限延长而增加[15]。陈碧华等研究了新乡市郊温室土壤，发现有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等含量均随着种植年限延长而增加，且均高于相邻露天菜地土壤，其中有机质、碱解氮含量在0～5 年间0～20 cm土层低于20～40 cm 土层，而10 年后则相反；速效磷和速效钾含量均是上层高于下层[16]。马琳等研究表明，吉林省温室土壤中碱解氮、速效磷平均含量分别是露地土壤的3倍、4倍，随着种植年限延长，温室土壤中全氮、全磷、速效磷含量有明显增加趋势，全钾含量只是略提高，而速效钾含量有下降趋势[17]。熊汉琴等对陕西汉中市郊温室土壤研究表明，温室土壤全氮、硝态氮、铵态氮、速效磷含量均值与相邻露地相比分别增加了68.06%、318.9%、66.5%、386.1%；速效钾含量均值较相邻露地却下降了3.7%，随着种植年限延长，温室土壤中磷含量呈严重富集状态，氮含量也超过作物的需求量，但钾含量却偏低，氮、磷、钾比例明显失调[18]。王士超等认为，温室栽培中，氮、磷、钾投入过量问题突出，表层土壤有机质、矿质氮、速效磷和速效钾含量均随栽培年限延长而不断增加[19]。由于地区土壤类型差异及施肥种类、比例等问题，导致温室土壤中微量元素丰缺程度不同。张敬敏研究表明，温室耕层土壤速效磷、速效钾、水溶性钾和水溶性钙与种植年限之间都存在极显著线性正相关关系，且随种植年限延长，温室土壤钾、钙、镁三者比例严重失衡[20]。朱荣杰以西藏拉萨国家农业科技园区温室连续种植12 年的温室土壤为研究对象，全磷、速效磷和全钾含量随着种植年限增加而增加，但全氮含量随着种植时间增加而呈下降趋势，速效钾含量变化并不明显[21]。本研究基于北方平原灌区，以内蒙古农业大学的中国·敕勒川农业产业园（内蒙古包头市土右旗）温室和露地为研究对象，研究其环境条件、土壤性质变化趋势及差异。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

在内蒙古农业大学的中国·敕勒川农业博览园和实训基地，选取使用5年、20年的10个典型温室，并选取相应的露地土壤作对照，前茬为玉米，每个样地设置3个样点，每个样地尽可能具有均一性。取土时用土钻在每个样点以20 cm深度取3层土壤，即0～20 cm、20～40 cm 和40～60 cm 的土层。每份土取500 g 并记录样品采集温室的基本信息，如种植年限、种植作物等，标记密封，带回实验室。土样风干、研磨后过筛保存，用于土壤碱解氮、速效磷、速效钾、pH值、有机碳指标的测定。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 环境条件

应用土壤水分温度测定仪（TZS-2X-G）、温湿度记录仪（TPJ-20）、总辐射照度仪（TPJ-24-G）仪器测定露地、使用5 年的温室和使用20 年的温室空气（温度、湿度和CO2浓度）、光照（光照度、光合有效辐射）和土壤（温度、湿度）环境条件。土壤含水量测定：使用铝盒烘干法，称取5.00 g 土样于洁净铝盒中，105 ℃烘8 h，置于干燥器中冷却30 min，称干重后计算土壤含水量。

1.2.2 土壤有机碳含量和pH值

应用重铬酸钾容量法—外加热法测定样品土壤中有机碳含量；应用PHS-25 酸度计电位测定法（水土比为2.5∶1）测定样品土壤pH值。

1.2.3 土壤养分

土壤碱解氮：1.0 mol·L-1NaOH碱解扩散吸收法。

土壤速效磷：0.5 mol·L-1NaHCO3（pH 值8.5）浸提，钼锑抗比色法，721G-100型分光光度计测定。

土壤速效钾：1.0 mol·L-1中性NH4OAC 浸提，火焰光度法，TAS-986型原子吸收分光光度计测定。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS19.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 温室与露地环境条件差异

对露地、使用5 年温室和20 年温室的空气、光照和土壤环境条件进行测定分析结果见表1。从表1 可知，温室与露地的空气温度、湿度、CO2浓度等空气环境条件差异不显著，光照度、光合有效辐射、土壤温度、土壤湿度等光照和土壤环境条件存在显著差异；建设使用5 年与20 年的温室空气、光照和土壤环境条件差异不显著。露地的光照度、光合有效辐射、土壤温度均显著高于5 年温室、20 年温室，分别比5年温室高89.80%、98.97%、42.70%，比20 年温室高109.61%、104.06%、44.92%。5 年温室、20 年温室土壤湿度显著高于露地，分别比露地高87.93%、62.30%，这可能与5 年温室种植蔬菜过程中地表覆盖地膜密切相关。

表1 露地与温室环境条件差异

2.2 温室与露地土壤的有机碳、土壤pH值差异

2.2.1 有机碳含量

对露地、使用5 年和20 年的温室栽培土壤的有机碳含量测定结果见表2。可以看出，露地改建为温室后，随着连年种植，土壤有机碳含量有增加趋势。建设使用20 年的温室0～60 cm 土壤有机碳含量略高于5 年温室土壤，但与露地土壤差异达显著水平。从各土层有机碳的分布来看，均是0～20 cm 土层的有机碳含量较高；随着土层加深，有机碳含量呈现逐渐减少趋势，露地、5 年温室、20 年温室40～60 cm 土层的有机碳含量比0～20 cm 土层减少了51.19%、30.66%、52.74%。从有机碳的分布来看，使用20年的温室土壤全层和0～20 cm、20～40 cm 土层有机碳含量均显著高于露地，分别高出39.96%、17.58%、25.03%；使用20 年的温室土壤0～20 cm、20～40 cm 土层有机碳含量均显著高于5年温室，分别高出16.80%、17.15%。

表2 露地与温室土壤有机碳含量比较 单位：g·kg-1

2.2.2 土壤pH值

对使用5 年和20 年的温室栽培土壤0～60 cm 土层pH 进行研究，并与之相邻露地土壤对比结果见表3。可以看出，温室土壤pH 值较露地有所下降，使用20年的温室土壤pH 值比露地土壤下降了1.22 个单位，使用5 年的温室pH 值较露地土壤下降了0.65 个单位。露地改建为温室使用后，温室栽培措施会不同程度地影响土壤酸碱度，由于连年多茬种植，每年多次施肥，土壤pH值会明显下降。

表3 露地与温室土壤pH值比较

各个土层的pH 表现也有变化，随着土层加深，pH 值有增大趋势，温室土壤pH 值在土壤中的垂直分布趋势与相邻露地相比，均表现垂直增大趋势，但增大幅度不同。从土壤表层延伸到60 cm土层，40～60 cm土层与0～20 cm 表层相比，露地、5 年温室、20 年温室pH 值分别增加0.20、0.14、0.50 个单位。温室土壤pH 值随着使用年限增加呈现下降趋势，使用20 年温室土壤pH 值与露地、5 年温室差异达到显著水平，特别是在0～20 cm 表层土壤差异显著，但随着土层深度的增加，pH变化量逐渐降低。这可能是由于温室栽培中长期大量施用过磷酸钙、硫酸钾等生理酸性肥料，导致土壤逐渐酸化，造成温室土壤pH 值降低，而露地以尿素、磷酸二铵复合肥等中性肥料为主，使土壤pH值略偏碱性。

2.3 温室与露地土壤养分的差异

2.3.1 碱解氮含量

土壤碱解氮、铵态氮、硝态氮均可作为土壤速效氮含量的指标，测定露地、使用5年和20年温室从表层到下层碱解氮含量结果见表4。可以看出，露地、5年温室和20年温室土壤从表层到下层碱解氮含量逐渐下降，露地改建温室后栽培土壤碱解氮含量呈增加趋势。20 年温室0～60 cm 土层碱解氮含量为96.02 mg·kg-1，显著高于使用5 年温室和露地，分别高出25.70、44.10 g·kg-1。分析0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm的3个土层的碱解氮含量，20年温室土壤从表层到下层碱解氮含量较高，分别为115.78.5、95.84、76.43 g·kg-1，比5 年温室分别增加43.92%、25.64%、39.32%，比露地分别增加106.27%、109.39%、41.93%。结果表明温室用地土壤碱解氮含量较高，显著高于露地。

表4 露地与温室土壤碱解氮含量比较 单位：mg·kg-1

按照我国第二次土壤普查土壤速效养分等级标准（见表5），该地区露地、5年温室、20年温室0～60 cm土壤碱解氮含量分别处于五级、四级、三级的中低水平，0～20 cm 土层碱解氮含量相对丰富，温室栽培条件下土壤碱解氮有不同程度的积累。

表5 全国第二次土壤普查土壤速效养分等级划分单位：mg·kg-1

2.3.2 速效磷含量

测定分析露地、使用5 年和20 年温室土壤从表层到下层的速效磷含量结果见表6。可以看出，露地改建温室后栽培土壤的速效磷含量呈增加趋势，且露地、5 年温室、20 年温室土壤从表层到下层速效磷含量均呈逐渐下降。从0～60 cm土层看，20年温室土壤速效磷含量为24.77 mg·kg-1，与5 年温室的土壤速效磷含量差异不显著，但显著高于露地土壤的速效磷含量（高出22.19 mg·kg-1）。

表6 露地与温室土壤速效磷含量比较 单位：mg·kg-1

分析0～20 cm、20～40 cm 和40～60 cm 的3 个土层的速效磷含量，20年温室土壤从表层到下层速效磷含量较高，分别为42.13、21.35、10.85 mg·kg-1；0～20 cm、20～40 cm 土层显著高于5 年温室土壤，分别高18.11%、15.16%，比露地分别增加37.87、19.43、9.32 mg·kg-1。表明温室用地土壤速效磷含量积累较多，显著高于露地，尤其是0～20 cm 土层。3 个土壤层的速效磷含量较相邻露地都有不同程度的增加，但随着土层深度的增加，速效磷含量呈降低趋势。

按照我国第二次土壤普查土壤速效养分等级标准（见表5），该地区露地土壤速效磷含量处于六级低水平，5 年温室、20 年温室均处于二级高水平，0～20 cm 土层相对丰富，分别处于五级、二级和一级水平，温室土壤表层处于高富集状态。

2.3.3 速效钾含量

测定分析露地、使用5 年和20 年温室土壤从表层到下层的速效钾含量结果见表7。可以看出，露地改建温室后栽培土壤速效钾含量呈增加趋势，且露地、5 年温室、20 年温室土壤从表层到下层的速效钾含量逐渐下降。从0～60 cm土壤层看，20年温室土壤速效钾含量为141.26 mg·kg-1，与5 年温室差异不显著，但显著高于露地（高出55.33 mg·kg-1）。

表7 露地与温室土壤速效钾含量化较 单位：mg·kg-1

分析0～20 cm、20～40 cm 和40～60 cm 的3 个土层速效钾含量，20年温室土壤从表层到下层速效钾含量较高，分别为187.49、146.82、89.47 mg·kg-1。20年温室与5年温室0～20 cm、40～60 cm土层速效钾含量差异不显著，但与20～40 cm 土层速效钾差异显著。20 年温室的0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 土壤速效钾含量显著高于露地，显著增加69.85、77.99、18.16 mg·kg-1，增加比例为59.37%、113.31%、25.47%。结果表明，温室用地土壤速效钾含量积累较多，显著高于露地。3 个土壤层较相邻露地都有不同程度的增加，但随着土层深度的增加，速效钾含量呈降低趋势。

按照我国第二次土壤普查土壤速效养分等级标准（表5），该地区露地速效钾含量处于四级中等水平，5年温室、20年温室均处于三级中等水平，0～20 cm 土层相对丰富，分别处于三级、二级、二级中高级水平，温室表层土壤呈高富集状态。

3 结论与讨论

3.1 讨论

温室栽培与露地相比，由于种植方式、耕作管理措施、生产环境、内部气候条件的不同，易导致土壤酸化、次生盐渍化及养分过度累积等问题。温室栽培条件下土壤施肥量较露地农田普遍偏高，且连年多茬种植，长期大量施用有机肥、化肥，导致部分土壤养分过度累积。由于长期偏施某些肥料（如氮肥、磷肥）会导致土壤某些养分含量出现严重富集现象的发生，不科学的施肥比例则会导致养分失调、土壤板结、保肥力降低等问题[7，18]。

3.2 结论

露地改建为温室使用后，能促进土壤养分的积累，按照我国第二次土壤普查土壤速效养分等级标准，露地、5 年温室、20 年温室0～60 cm、0～20 cm土层碱解氮含量分别处于五级、四级、三级的中低水平，碱解氮含量相对贫乏；露地速效磷含量处于六级低水平，5年温室、20年温室均处于二级高水平，0～20 cm 土层相对丰富，分别处于五级、二级和一级水平，温室土壤表层处于高富集状态；露地速效钾含量处于四级中等水平，5 年温室、20 年温室均处于三级中等水平，0～20 cm 土层相对丰富，其分别处于三级、二级、二级中高级水平，温室表层土壤呈高富集状态。这体现了温室土壤“氮适中磷钾有余”，露地土壤“缺氮少磷钾适中”。因此，温室作物栽培过程中，应注意氮、磷、钾肥料的合理施用，避免过量，露地施肥适当控制钾肥施用，以施氮、磷肥为主。