设施土壤污染障碍与减氮增效技术研究

李跃飞，陶加乐，李 彬，靳辉勇，徐 华

(宿迁市宿豫区农业技术推广中心，江苏宿迁 223800)

近年来，我国设施栽培发展迅速，面积与产量均逐年提高，至2015年达到400 万hm以上。随着设施蔬菜专业化和规模化生产的发展，使土壤理化性状和生物学特性发生劣变，病原菌种群数量激增，以土壤次生盐渍化问题最为突出。究其原因，主要是菜农追求高产盲目施肥，尤其偏重于施氮肥而忽视中微量元素的施用，导致土壤养分失去平衡。长期过量施肥会导致土壤硝态氮在土壤表层大量积累，结果不仅影响作物的生长、降低作物产量与品质，而且会使土壤酸化，易造成养分流失、水体富营养化等，给土壤、作物、环境及人体健康等带来潜在风险。因此，科学合理指导氮肥的施用量，搭配有机肥及微生物肥等，对于设施蔬菜安全生产、提高生产效益具有重大意义。

作为江苏省发展高效设施农业先进区，设施栽培是宿豫区高效农业的主要形式，其经济效益在整个种植业中占有十分重要的地位。同样，随着集约化程度的加快，该地区设施农业出现养分失衡、次生盐渍化、酸化等问题，在一定程度上影响到设施栽培的种植效益，并对周边环境产生了一定程度的污染。为科学消除设施土壤障碍，提高土壤养分的作物利用率，减少氮素等养分对环境的污染负荷，笔者对宿豫区典型设施土壤分布区进行布点采样，测定土壤有机质含量、酸碱度、盐分、有效养分等指标，明确制约设施土壤生产力的主要肥力限制因子，提高设施土壤科学培肥与合理施肥水平，通过克服土壤限制因子，加强作物对土壤过量氮素等养分的吸收利用，并最大限度地消除设施栽培对环境的污染。

1 材料与方法

2020年1—3月对宿迁市宿豫区保护地代表性地块进行土壤农化样品的采集。取样深度为0～20 cm，共采集12个土壤样品。土样经抽湿风干后，磨细过20目筛和100目筛。

土壤基本化学性质的测定均采用常规分析方法。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤pH采用玻璃电极法测定；土壤电导率(EC)采用电导电极法测定；可溶性盐采用水∶土=5∶1提取，K、Na采用火焰分光光度法测定，Ca、Mg采用火焰原子吸收分光光度法测定，NO采用紫外分光光度法测定，SO采用硫酸钡比浊法测定，HCO采用中和滴定法测定，Cl采用硝酸银滴定法。土壤速效氮采用中性盐提取，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定，硝态氮采用紫外分光光度法测定；有效性微量元素(铁、锰、铜、锌)采用DTPA-TEA提取原子吸收分光光度法测定；土壤有效硼采用热水浸提-甲亚胺比色法测定；土壤有效钼采用草酸-草酸铵浸提-等离子质谱法测定。测定方法参照鲍士旦的《土壤农化分析》。

根据土壤分析结果，选择8个代表性大棚进行田间小区试验，供试作物为甘蓝。对土壤缺乏的钾、硼、钼、锰等养分元素肥料和磷肥进行一次性底肥补充，在消除土壤营养障碍的基础上，进行减氮增效试验。以常规施氮水平为对照(CK2)，分别设置减氮25%、50%、75%和100%(不施氮肥)处理，同时增设一个完全不施肥对照(CK1)。观测作物产量、养分吸收量，计算氮肥利用率，采样测定试验后土壤硝态氮含量。

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 19.0统计分析软件对数据进行相关性分析。

2 结果与分析

土壤酸碱度、电导率和有机质含量。从8个大棚设施土壤的酸碱度、电导率和有机质含量测定结果(表1)可以看出，宿豫区设施土壤pH为5.62～6.35，平均为6.02，标准差0.23，变异系数3.85%，土壤酸化明显，逐渐成为直接制约土壤生产力的障碍因子。土壤EC值为0.66～5.44 mS/cm，平均达2.20 mS/cm，除了2个土壤的EC值在1.00 mS/cm以下外，其他6个土壤EC值均超出了一般作物生长的适宜范围;土壤EC值的变异系数高达81.08%，可见不同大棚间差异很大。土壤有机质含量为15.71～21.95 g/kg，平均为18.29 g/kg，土壤缓冲养分的能力下降、结构变差，难以满足设施作物高产的需求。土壤有机质的补充是解决设施土壤肥力提高问题的重要途径。

土壤速效氮磷钾含量。从设施土壤的速效氮磷钾含量测定结果(表2)可以看出，宿豫区设施土壤速效氮含量为32.8～711.7 mg/kg，平均为284.7 mg/kg，总体水平偏高，与该区部分菜农过多施用氮肥或含氮肥料有密切关系；土壤速效氮含量变异系数达88.1%，说明不同农户或不同利用方式下氮肥施用并不平衡，最高的土壤速效氮含量是最低含量的21.7倍。土壤速效磷含量为30.1～100.9 mg/kg，平均为59.2 mg/kg，总体水平略高，与宿豫区菜农坚持稳定施用磷肥有关；土壤速效磷含量变异系数达42.5%，说明不同农户或不同利用方式下磷肥施用相对平衡，最高的土壤速效磷含量为最低含量的3.4倍。土壤速效钾含量为61.7～517.5 mg/kg，平均为203.4 mg/kg，总体水平丰富，钾素施用平均水平基本合适。但土壤速效钾含量变异系数达71.6%，说明不同农户或不同利用方式下钾肥施用也很不平衡，最高的土壤速效钾含量是最低含量的8.4倍。因此，宿豫区设施土壤应加大土壤氮、钾养分的诊断，对施用水平偏高的农户或环节应建议减施，对施用不足的还应提倡增施，尤其是钾素肥料。

表1 土壤酸碱度、电导率和有机质含量

表2 土壤速效氮磷钾含量

土壤水溶性养分(盐分)离子含量。从土壤水溶性养分(盐分)阳离子含量测定结果(表3)可以看出，土壤K含量为31.7～243.2 mg/kg，平均含量为100.2 mg/kg，变异系数高达76.7%。土壤Na含量为614.6～3 204.9 mg/kg，平均含量达到1 672.7 mg/kg，居4种阳离子(K、Na、Ca、Mg)之首，Na含量的变异系数为60.8%。土壤Ca含量为334.4～3 346.6 mg/kg，平均含量为1 461.9 mg/kg，仅次于Na含量，变异系数高达81.5%。土壤Mg含量为340.4～2 616.5 mg/kg，平均含量为1 204.3 mg/kg，变异系数为76.8%。4种阳离子的平均含量从高到低依次为Na、Ca、Mg、K，分别占阳离子总量的37.68%、32.93%、27.13%和2.26%，Mg、Ca、Na3种阳离子所占比例相差不大，但K所占比例太低，作物相对缺钾现象比较严重。从Mg/K质量比和电荷比也可以很容易判断出所有8个土壤相对缺钾的问题都比较突出。

表3 土壤水溶性阳离子含量

从表4可以看出，土壤NO含量为132.6～3 101.4 mg/kg，平均含量为1 223.8 mg/kg，变异系数高达90.1%；土壤SO含量为335.0～2 372.5 mg/kg，平均含量达1 252.0 mg/kg，变异系数为63.7%；土壤Cl含量为1 018.9～5 052.7 mg/kg，平均含量高达2 781.7 mg/kg，居4种阴离子(NO、SO、HCO、Cl)之首，其变异系数为54.9%；土壤HCO含量为20.7～35.8 mg/kg，平均含量为26.5 mg/kg，变异系数为19.4%。土壤阴离子中，高浓度的Cl、SO、NO和低浓度的HCO均说明土壤酸化程度十分严重，外源氮、硫、氯的输入都可能是导致土壤酸化的原因。

表4 土壤水溶性阴离子含量

土壤有效性微量元素含量。从土壤有效性微量元素含量的测定结果(表5)可以看出，宿豫区8个设施土壤样品的有效铁含量平均17.97 mg/kg，达到了土壤有效铁的丰富水平(15～20 mg/kg)；土壤有效锰含量平均6.68 mg/kg，处于土壤有效锰的中等水平(5～15 mg/kg)；土壤有效铜含量平均1.77 mg/kg，达到了土壤有效铜的丰富水平(1.0～1.8 mg/kg)；土壤有效锌含量平均2.30 mg/kg，也达到了土壤有效锌的丰富水平(1～3 mg/kg)；土壤有效硼含量平均0.37 mg/kg，处于土壤有效硼的缺乏水平(0.2～0.5 mg/kg)；土壤有效钼含量平均0.19 mg/kg，处于土壤有效钼的中等水平(0.15～0.20 mg/kg)。对于设施种植来说，处于中等水平以下的土壤有效硼、钼、锰难以满足高产作物栽培的需求，应适当补充相关微量元素肥料的施用。

表5 土壤有效性微量元素含量

减氮对作物产量的影响。从图1a可以看出，试验条件下减氮对甘蓝经济产量没有显著影响；底施平衡肥的几个处理(CK2、减氮25%、减氮50%、减氮75%、减氮100%)甘蓝的经济产量均高于完全不施肥的对照(CK1)。从图1b可以看出，试验条件下减氮对甘蓝生物学产量也没有显著影响，底施平衡肥处理有利于提高甘蓝的生物学产量。

图1 减氮对甘蓝经济产量(a)和生物学产量(b)的影响Fig.1 Effects of nitrogen reduction on economic yield (a) and biological yield (b) of cabbage

减氮对植株含氮率和累计吸氮量的影响。从图2可以看出，试验条件下减氮对甘蓝含氮率有降低的趋势。底施平衡肥的几个处理(CK2、减氮25%、减氮50%、减氮75%、减氮100%)单位面积甘蓝累计吸氮量均高于完全不施肥的对照(CK1)，底施平衡肥基础上减氮对单位面积甘蓝吸氮量有减少的趋势。

图2 减氮对植株含氮率(a)和累计吸氮量(b)的影响Fig.2 Effects of nitrogen reduction on nitrogen content (a) and cumulative nitrogen absorption (b) of plants

从减氮处理对收获后土壤电导率和硝态氮含量的影响情况(图3)可以看出，增施平衡肥和减氮处理均有利于降低土壤电导率和硝态氮含量。

图3 减氮对土壤电导率(a)和硝态氮含量(b)的影响Fig.3 Effects of nitrogen reduction on soil conductivity (a) and nitrate nitrogen content (b)

3 小结

(1)宿豫区设施土壤已发生明显酸化和次生盐渍化现象，土壤酸化程度开始影响多数作物的正常生长，部分土壤盐渍化程度可能引起严重的作物生长障碍；土壤有机质含量普遍偏低，难以满足高产作物生长对土壤综合肥力的基本要求。

(2)宿豫区设施土壤速效氮含量总体偏高，速效氮组成以硝态氮为主，极易流失损失；土壤速效磷含量较为丰富，可以满足作物高产的基本要求。由于土壤水溶性钙、镁离子含量偏高，导致土壤钾素供应强度偏低，作物相对缺钾问题严重；宿豫区设施土壤有效微量元素中，硼、钼、锰可能供应不足。

(3)根据土壤养分检测结果，底施平衡肥有利于增强作物对土壤氮素的吸收利用，提高作物产量；在底施平衡肥的基础上，减氮不影响作物产量。