广西设施栽培土壤主要养分积累特征

陈桂芬 黄雁飞 庞媚 刘斌 黄玉溢 赵秀河

（1. 广西农业科学院农业资源与环境研究所 广西南宁 530007；2. 北海市农业科学研究所 广西北海 536000）

设施栽培作为一项现代农业技术，通过可调控的技术手段对农业资源进行合理配置、高效利用，易于实现作物高产稳产优质，经济效益、社会效益和生态效益显著，是促进农民增产增收的重要产业之一[1]。随着现代农业发展的要求、农业产业结构调整以及供给侧改革的需求，近年来在我国发展迅速。目前，我国设施栽培面积及农产品的总产量均位居世界首位[2]，广西设施栽培面积达4万hm2。设施栽培生产中有机肥、化肥投入量远远高于当地的露地生产。此外，由于设施栽培土壤复种指数高，长期处于高温高湿环境，且缺少降水淋洗，使得设施栽培土壤更容易发生养分富集、土壤酸化和盐渍化[3-6]，随着栽培年限的增加，土壤次生盐渍化、酸化、养分不平衡、板结、病虫害频发等问题愈发严重[7-8]。近年来，已有学者对设施栽培土壤存在的退化问题,如养分大量累积、次生盐渍化、水溶性盐分离子的组成等方面进行了研究[9-14]。但是，由于设施农业生态系统具有地域差异性，关于广西设施栽培土壤养分状况的研究还鲜见报道，且缺乏针对性的研究。本研究以广西区内设施栽培土壤为研究对象，探讨不同大棚年限的设施栽培土壤pH、水溶性盐含量的变化及主要养分积累特征，以期为广西设施栽培的施肥管理提供科学依据，促进设施栽培产业可持续性健康发展。

1 材料与方法

1.1 材料

土壤样品，采自广西设施栽培比较发达的地区；采样工具：不锈钢铲或不锈钢土钻、聚乙烯塑料袋；实验仪器：电子天平，pH计，火焰光度计，紫外-可见光分光光度计，恒温箱等；实验试剂：用于土壤农化常规分析的各种试剂。

1.2 方法

1.2.1 土样采集设施栽培调查与土样采集于2019年1月至2021年3月期间进行，根据设施栽培面积和种植年限确定采样点，于作物收获期或收获后，采集不同年限(1~5年、6~10年及11年以上)的大棚和连栋大棚内的土壤样品，采样深度为0~20 cm，1个土壤样品代表1栋大棚或连栋大棚面积为667~2 000 m2的混合样，每个大棚土壤样品多点采集，按“S”形布采样点，使用不锈钢铲或不锈钢土钻，随机采集5~10个耕层土样点，充分混匀后，四分法留取1 kg左右，装入聚乙烯塑料袋，标记、密封。同时在大棚附近采用相同方法采集露地栽培的土壤样品作为对照。样品带回实验室风干处理，按分析项目要求磨细过筛，装瓶备用。共采集土壤样品77个，其中大棚年限1~5年的样品23个、6~10年的样品17个以及11年以上的样品17个，露地栽培的样品20个。

1.2.2 项目检测土壤pH采用酸度计法(土水比1︰5)；水溶性盐采用质量法(土水比1︰5)；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用0.5 mol/L Na-HCO3浸提–钼锑抗比色法；速效钾采用NH4OAc浸提–火焰光度计法；有机质采用重铬酸钾容量法。全氮采用凯氏法；全磷采用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法；全钾采用氢氧化钠熔融‒火焰光度计法。

1.2.3 数据统计分析采用Excel 2007进行统计处理检测数据，采用SPSS 22.0分析检测数据。

2 结果与分析

2.1 不同年限的设施栽培土壤pH和水溶性盐含量变化特征

土壤pH是一个重要的土壤基本性质指标，pH大小对土壤养分存在的形态和有效性、土壤理化性质、微生物活性以及植物生长有很大影响。土壤盐分积累到一定浓度会影响植物生长发育。如表1所示，不同年限的设施栽培土壤pH平均值均低于露地土壤，随着大棚使用年限的增加呈逐渐下降趋势，且酸性土壤所占样品比例也呈增加趋势；大棚种植10年后，pH下降了0.34个单位，pH小于5.5的土壤样品占比由50%增加到58.82%，说明随着大棚使用年限的增加，广西设施栽培土壤pH随之增加，土壤显示出酸化的趋势。设施栽培土壤的水溶性盐含量均显著高于露地土壤，并随着大棚年限的增加呈不断上升趋势；大棚年限1~5、6~10及11年以上的设施土壤水溶性盐含量分别是露地土壤的3.11、3.34和3.63倍，且盐渍化土壤占比也呈不断提高的趋势，说明设施栽培土壤的次生盐渍化程度随着大棚年限的增加而不断加重，以中、轻度盐渍化为主。

表1 不同年限土壤pH和水溶性盐含量

2.2 不同年限的设施栽培土壤有机质含量变化特征

土壤有机质是评价土壤肥力的重要指标之一，是影响土壤结构、土壤缓冲性能、保水保肥供肥性能、养分有效性和土壤通气性等理化性状的关键因子。表2结果表明，设施栽培土壤有机质含量均高于露地栽培土壤，且随着大棚年限的增加而不断积累，大棚年限1~5、6~10及11年以上的土壤有机质含量分别比露地土壤的土壤有机质含量提高34.38%、76.51%和86.94%，处在极丰富水平的样品占比也不断提高，由露地的15.0%分别提高到17.39%、23.53%和47.06%。

表2 不同年限土壤有机质含量

2.3 不同年限的设施栽培土壤速效养分含量变化特征

土壤速效养分能被作物直接吸收，其含量高低可反映出当季作物营养的丰缺程度。由表3 可知，设施栽培土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均显著高于露地。碱解氮随着大棚年限的增长无明显变化，年限1~5、6~10及11年以上的土壤碱解氮含量分别是露地土壤的2.04、1.98和2.08倍，处于极高含量水平的样品占比最高是6~10年，占94.12%；其次是11年以上，占88.24%，1~5年的占78.26%。速效磷含量随着大棚年限的增加而不断积累，1~5、6~10及11年以上的土壤速效磷含量分别是露地土壤的2.58、4.04和4.53倍，绝大部分样品都处于极高含量水平。速效钾含量也随着大棚年限的增加而增加，1~5、6~10及11年以上的土壤速效钾含量分别是露地土壤的2.24、2.42和2.97倍，处在极高含量水平的样品占比也随着大棚年限增加而不断提高。

表3 不同年限土壤的速效养分含量

2.4 不同年限的设施栽培土壤全量养分含量变化特征

土壤全氮、全磷、全钾含量高低可反映土壤供给氮、磷、钾营养的潜在能力。表4结果表明，不同年限的设施栽培土壤全氮含量均高于露地土壤，且随着大棚年限的增加而不断增加，1~5、6~10及11年以上全氮含量分别比露地提高44.75%、67.83%和75.52%。不同年限的设施栽培土壤全磷含量的变化趋势与全氮含量的变化趋势基本一致，随着大棚年限的增加而不断增加，由于磷素更容易在土壤中被吸附固定，因而其积累增长幅度更大，1~5、6~10及11年以上的全磷含量分别比露地提高67.59%、164.81%和231.48%。不同年限的设施栽培土壤全钾含量变化则没有明显的规律，1~5年的全钾含量比露地增加38.75%，而6~10和11年以上的设施栽培土壤全钾含量则低于露地土壤。可能设施栽培土壤全钾含量的高低主要取决于土壤母质中钾含量，而与大棚年限关系不大。

表4 不同年限土壤全量养分含量

3 讨论

设施栽培土壤酸化和盐渍化会随着种植年限的延长越来越严重，主要是由于设施栽培土壤在生产环境的封闭性、高温、高湿、少雨的条件下，淋洗程度低，导致盐分向表土积聚，再加上人为管理措施导致设施土壤H+、盐基离子残留于土壤中逐年累积，造成设施栽培土壤盐分含量较高[12]。随着大棚使用年限的延长，广西设施栽培土壤酸化越明显，连续种植10年后土壤pH下降了0.34个单位，pH降低的主要原因，可能是随着种植年限的延长，施用大量肥料，未被作物吸收利用的肥料富集在土壤中，导致NO3‒、SO42‒、Cl‒等离子在土壤中残留促进土壤酸化和土壤盐渍化。本研究结果表明，设施栽培土壤的水溶性盐含量显著高于露地栽培，是露地土壤的3倍以上。说明在调查区的设施栽培条件下，随着大棚年限的延长，土壤出现次生盐渍化的程度也呈随之加重趋势。

设施栽培土壤有机质和土壤养分（全钾除外）含量总体上均高于露地土壤。蒋龙刚等[15]、于淼等[16]、Hu等[17]认为设施表层土壤有机质、速效氮、磷、钾含量均显著高于露地土壤。土壤有机质含量较高，主要是由于长期施用有机肥以及作物秸秆还田使有机质积累在土壤表层，且降解速率低于施用速率，导致有机质含量逐年增加。碱解氮含量的高低可反映出设施栽培土壤对作物供氮能力的强弱，整体来看，设施栽培土壤碱解氮含量高于露地土壤，但随着大棚年限的增长无明显变化；全氮含量则随着大棚年限的延长呈不断增加的趋势，可能是由于种植户为了追求高产而长期盲目施用氮肥，造成土壤表层氮素积累，其降解速率低于施肥速率。设施栽培土壤速效磷和全磷含量较丰富并逐年积累，张大庚等[18]研究结果也表明，设施栽培年限显著影响土壤中磷的累积，主要是由于种植户施用过量的磷肥，致使磷元素积累于土壤表层，同时磷可能与有机质形成较稳定的络合物残留于土壤中，使磷在土壤中富集，土壤磷素含量过高，造成作物养分不均衡、肥料利用率低等后果，磷还可能会随径流和淋洗进入水体后使水体富营养化，造成生态环境恶化的后果[19]。生产中应当采取一定措施控制磷肥的施用量，防止土壤中磷含量过高导致磷富集而影响作物的产量和品质。大多数设施栽培土壤速效钾含量过高，主要是因为近年来我国倡导“补钾工程”，种植户过量施用钾肥而使土壤中所含钾离子浓度升高[20]。虽然一些作物生长过程中需钾量较大，但大部分种植户不了解也不会考虑大棚土壤中实际的有效钾含量而盲目施用大量钾肥，不仅造成土壤中钾元素的富集，也造成了资源的浪费。本研究结果表明，采样区大部分设施土壤的速效磷和速效钾含量均超过丰富水平，有的土壤有效磷含量高达 1 471 mg/kg、有效钾含量高达1 520 mg/kg，应严格控制磷肥的施用量，合理调节钾肥的施用量，避免养分不均衡对作物产生不利影响。目前，我国设施栽培中存在的主要问题就是施肥不合理，大量元素肥的施用过量而微量元素肥施用不足，最重要的原因是因为种植户不能根据大棚土壤的养分状况和栽培的作物来确定所施肥料的品种和数量，不能做到科学合理施肥，不仅增加了生产成本，还导致土壤养分不均衡，作物的生长发育受到影响，作物产量和品质降低。