不同年限日光溫室土壤中有機質和氮素變化動態

摘要：采集青海省西寧市城北區大堡子鄉和樂都縣碾伯鎮種植１～３０年日光溫室蔬菜地耕層土壤及剖面土壤（１～１００ ｃｍ），分析了土壤中有機質和氮素含量。結果表明，日光溫室耕層土壤有機質、全氮和速效氮含量明顯高于露地土壤，其有機質、全氮、速效氮含量最低值比露地（ＣＫ）土壤分別增加１．９００ ｇ／ｋｇ、０．４０５ ｇ／ｋｇ、１９．７００ ｍｇ／ｋｇ。隨著土層深度的增加，土壤中銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）在０．３７５ １～０．４３５ １ ｍｇ／kg范圍內變化，變化最大幅度為０．０６0 0 ｍｇ／Ｌ；硝態氮在表層含量極高，６０ ｃｍ以下硝態氮含量變化趨于穩定。隨著種植年限的增加，硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）含量在０．９４６～４５．４００ ｍｇ／kg內變化；銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）含量總體上變化趨勢比較平緩。

關鍵詞：有機質；全氮；速效氮；不同年限；日光溫室

中圖分類號：Ｓ１５３．６ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）20－4156-04

Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ Ｓｏｉｌ ｏｆ Ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｙｅａｒｓ

ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ｐｉｎｇ１，ＬＩ Ｓｏｎｇ－ｌｉｎｇ２，Ｌ?譈 Ｊｉａ－ｌｏｎｇ３，ＬＩＵ Ｚｈａｎ－ｐｉｎｇ１，ＣＨＥＮＧ Ｌｏｎｇ－ｗｅｉ１

（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ａｎｄ Ａｎｉｍａｌ Ｈｕｓｂａｎｄｒｙ，Ｑｉｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００１６，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｑｉｎｇｈａｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Forestry Sｃｉｅｎｃｅs， Institute of Soil and Fertilizer，Ｑｉｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００１６，Ｃｈｉｎａ；

３． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００，Ｓｈａaｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏｐ ｓｏｉｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｏｉｌｓ （１～１００ｃｍ） ｉｎ ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｙｅａｒｓ （１~３０ｙｅａｒｓ） ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｉｎ Ｎｉａｎｂｏ ｔｏｗｎ ｏｆ Ｌｅｄｕ ｃｏｕｎｔｙ ａｎｄ Ｄａｐｕｚｉ ｖｉｌｌａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｘｉｎｉｎｇ． Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ， ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｆ Ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｓｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｐｅｎ ｓｏｉｌ． Ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ， ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓ ｓｏｉｌｓ ｗｅｒｅ １．９００ｇ／ｋｇ， ０．４０５ｇ／ｋｇ ａｎｄ １９．７００ ｍｇ／ｋｇ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｐｅｎ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＮＨ４＋－Ｎ ｗｅｒｅ ０．３７５ １～０．４３５ １ ｍｇ／kg ｉｎ １～１００ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＮＯ３－-Ｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ， ｗｈｉｌｅ ｂｅｃａｍｅ ｓｔａｂｌｅ ｂｅｌｏｗ ６０ｃｍ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｙｅａｒｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＮＯ３－-Ｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ０．９４６ ｍｇ／Ｌ ｔｏ ４５．４00 ｍｇ／kg， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＮＨ４＋－Ｎ ｃｈａｎｇｅｄ slowly．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： organic matter； ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ａｖａｉｌａｂｌｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｙｅａｒｓ； ｈｅｌｉｏｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ

日光溫室栽培主要靠人工進行調節及控制，以滿足蔬菜的正常生長發育，而且是在不受雨淋、連續施肥、連作的方式下種植，因此與露地土壤相比，日光溫室土壤條件、肥力指標發生了很大的變化［１］。設施農業人為地創造適宜動植物生長發育與再生產環境，是進行農業生產的一種特殊生產方式，也是實現高產高效的有效途徑［２］。隨著人們生活水平的提高和生活質量的改善，人們對蔬菜的需求已從“產量時代”跨入“質量時代”，追求無污染、優質、安全營養的食品已逐漸成為時代潮流。

青海省以日光溫室為主的設施農業已達

３ ８０６．６７ ｈｍ２，占全省蔬菜栽培面積２８ ６９３．３３ ｈｍ２的１３．２７％，近年來菜農在設施蔬菜生產中，十分注意營養元素缺乏癥，而對營養元素過剩癥狀卻常常忽視。相當一部分農民追求高產心切，為了獲得高產和高經濟效益，在土壤養分含量已很高的情況下仍大量施肥。盲目過度施用化肥，特別是保護地蔬菜生產中氮肥的超量施用，導致蔬菜硝酸鹽含量嚴重超標，產品品質下降，土壤質量嚴重降低，進而危害人體健康。有機質和氮素含量是土壤肥力的重要指標，盡管它們只占土壤總量的很小一部分，但在土壤肥力、環境保護、農業可持續發展等方面都有著很重要的作用和意義［３］。設施土壤有機質和氮素的含量與組成會直接影響蔬菜的產量與品質［４］。為了滿足設施無公害蔬菜生產的需要，及時開展設施土壤有機質和氮素含量、分布及變化規律的研究是十分必要的。鑒于此，采集了青海省西寧市城北區大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮兩地不同種植年限（１~３０年）蔬菜日光溫室耕層、剖面（０~１００ ｃｍ）土壤及與之對應的露地土壤樣品，測定了其中有機質及氮素等養分含量，以期了解設施栽培條件下土壤有機質及氮素變化規律，為日光溫室的施肥管理、合理科學施用氮肥、降低土壤中硝態氮積累提供基礎資料。

１材料與方法

１．１土樣采集

２００９年９－１２月，調查西寧市城北區大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮日光溫室中土壤管理措施（灌水、施肥量、施肥種類等），每個調查點的日光溫室盡可能為同一農戶所有或者在距離上相隔不遠，以保證耕作管理措施和土壤類型的相對一致性，在城北區大堡子鄉陶南村、沈家寨、魏家莊采集不同種植年限（１、３～４、６、８、15、18、21~３０年）日光溫室耕層土壤以及與溫室土壤類型相同的露地土壤共１４個農化混合樣；在樂都縣碾伯鎮賈灣村、城中村、鄧家莊、北門村采集不同種植年限（１、２、５、８、１０、１５、22、25~２７年）日光溫室耕層土壤以及與溫室土壤類型相同的露地土壤共３２個農化混合樣。土樣經風干研磨過篩后裝瓶備用。２００８年１１月，在樂都縣碾伯鎮賈灣村、北門村采集不同種植年限（２、５、１０、１５、２２、２７年）日光溫室剖面土壤（０～１０ ｃｍ，１０～２０ ｃｍ，２０～４０ ｃｍ，４０～６０ ｃｍ，６０～８０ ｃｍ，８０～１００ ｃｍ），采好的土樣按層次裝入聚乙烯自封袋，標記密封，送往西北農林科技大學進行銨態氮和硝態氮含量的測定。

１．２測定方法

土壤有機質用重鉻酸鉀容量法測定；全氮用凱氏定氮法測定；土壤速效氮用堿解擴散法測定；銨態氮和硝態氮分別采用ＮＨ４＋離子電極法、ＮＯ３－離子電極法測定［５］。

２結果與分析

土壤有機質具有改善土壤理化性質、生物學特性以及保肥供肥等方面的作用。土壤有機質含量變化主要取決于有機物質的年礦化量和年輸入量。隨著土壤有機質的不斷積累，礦化率也會升高，因為土壤有機質的礦化量和礦化率均隨土壤有機質含量的升高而增大。土壤全氮包括可供作物直接利用的礦質氮、易礦化有機氮、不易礦化有機氮及粘土礦物晶格固定的銨，是作物從土壤獲得氮素的氮庫，其含量的增減是評價土壤肥力高低的指標之一。

２．１西寧城北區大堡子鄉不同種植年限（１～３０年）日光溫室耕層土壤有機質、全氮、速效氮含量的變化分析

從表１及圖１可以看出，西寧市城北區大堡子鄉日光溫室耕層土壤中有機質含量隨著種植年限的增加而增加，在８年時有機質含量達到最大值４１．２０ ｇ／ｋｇ，比露地（ＣＫ）土壤增加２４．４０ ｇ／ｋｇ 1~30年有機質較ＣＫ增１１．３１％～１４５．２４％；全氮含量隨著種植年限的增加而增加，在８年時達到最大值，之后逐漸降低，最低值（１年）比露地土壤含量增加０．４０５ ｇ／ｋｇ，最高值（８年）比露地土壤含量增加１．５６６ ｇ／ｋｇ，1~30年全氮較ＣＫ增４４．６０％～１７２．４７％；速效氮含量隨著種植年限的增加而增加，最低值（１年）比露地土壤含量增加１９．７０ ｍｇ／ｋｇ，最高值（3~4年）比露地土壤含量增加１２１．０１ ｍｇ／ｋｇ，較ＣＫ增１９．９０％～１２２．２８％。且有機質、全氮較ＣＫ增加百分比之間呈極顯著的正相關關系（ｒ＝０．９５０ １）；有機質、速效氮較ＣＫ增加百分比之間呈顯著的正相關關系（ｒ＝０．８６４ ０）；全氮、速效氮較ＣＫ增加百分比之間呈極顯著的正相關關系（ｒ＝０．９２３ ６）。

２．２樂都縣碾伯鎮不同種植年限日光溫室耕層土壤有機質、全氮、速效氮含量的變化分析

從表２及圖２可以看出，樂都縣碾伯鎮日光溫室耕層土壤中有機質含量的變化趨勢是隨著種植年限的增加而增加，但在１５年達到最大值３１．００ ｇ／ｋｇ，而后下降，最低值（25~27年）比露地土壤含量增加8．３０ ｇ／ｋｇ，較ＣＫ增8３．8４％～２１３．１３％；全氮含量隨著種植年限的增加而增加，且在２２年處達到最大值２．３５２ ｇ／ｋｇ，２２年之后逐漸降低，最低值（1年）比露地土壤含量增加０．５１９ ｇ／ｋｇ，較ＣＫ增５８．４５％～１6４．８６％；速效氮含量隨著種植年限的增加而增加，在２２年處含量達到最大值，之后逐漸降低，最低值（25~27年）比露地土壤含量增加29．99 ｍｇ／ｋｇ，較ＣＫ增39．70％～１３９．３８％。且有機質、全氮較ＣＫ增加百分比間呈極顯著的正相關關系（ｒ＝０．９４１ ６），有機質、速效氮較ＣＫ增加百分比呈極顯著的正相關關系（ｒ＝０．９４７ ７），全氮、速效氮較ＣＫ增加百分比呈極顯著的正相關關系（ｒ＝０．９６５ ３）。

樂都縣碾伯鎮日光溫室耕層土壤中有機質、全氮、速效氮含量隨著種植年限的增加而增加，但超過一定年限后土壤有機質、全氮不再積累。全氮、速效氮在２２年處含量達到最大值，之后逐漸降低。3種養分含量變化趨勢表現出一定的相似性。

２．３樂都縣碾伯鎮不同種植年限（２～２７年）日光溫室剖面土壤（０～１００ ｃｍ）中銨態氮和硝態氮積累變化情況分析

２．３．１不同深度（０～１００ ｃｍ）日光溫室土壤中銨態氮和硝態氮積累變化

由表３、圖３可看出，剖面（０～１００ ｃｍ）中銨態氮在０~１０ ｃｍ土層含量最高為０．４３５ １ ｍｇ／kg，０～８０ ｃｍ隨著深度增加銨態氮含量降低，在６０～８０ ｃｍ處出現最小值０．３７５ １ ｍｇ／kg，８０～１００ ｃｍ銨態氮含量升高，土壤中銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）為０．３７５ 1～０．４３５ 1 ｍｇ／kg，變化最大幅度為０．０６０ 0 ｍｇ／kg；硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）在土壤表層０～１０ ｃｍ積累，０～６０ ｃｍ隨著深度的增加硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）急劇下降，在４０～６０ ｃｍ處出現最小值４．５８１ ｍｇ／kg，６０ ｃｍ以下含量變化趨于穩定；剖面（０～１００ ｃｍ）中，銨態氮含量變化最大幅度為０．０６０ 0 ｍｇ／kg，０～８０ ｃｍ含量的降低可能是由于種植植物的吸收利用和銨態氮的不穩定性導致；但是８０ ｃｍ后含量逐漸上升，這可能是由于銨態氮在土壤嫌氣條件下比較穩定有關。硝態氮在０～１０ ｃｍ土壤層含量特高，從人為管理措施看，菜農一般比較重視溫室氮肥的施用，日光溫室施肥量高，每公頃每年投入化肥量平均都在７ ５００ ｋｇ以上，作物對肥料均存在選擇吸收，不能被吸收的成分不受雨水直接沖刷，則會殘留在土壤中而產生積累，而大量的含Ｎ化肥及有機物料分解產物在好氣條件下經硝化作用轉化為ＮＯ３－－Ｎ累積在土壤中，導致溫室土壤中以ＮＯ３－－Ｎ為主的鹽分含量急劇上升。同時日光溫室薄膜的覆蓋不僅阻擋了降水對土壤鹽分的自然淋洗，而且提高了棚內和土壤的溫度，增加了土壤水分的蒸發，進一步加劇了硝態氮ＮＯ３－－Ｎ在土壤表層的累積。

２．３．２不同種植年限日光溫室剖面土壤中銨態氮和硝態氮變化情況

由表４、圖４可以看出，剖面０～１０ ｃｍ土壤中，在種植１５年時銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）達到最高值０．４６５ ｍｇ／kg，與最小值相差０．０９０ ｍｇ／kg，總體上變化趨勢比較平緩；在種植２２年時硝態氮達到最高值４５．３６０ ｍｇ／kg與最小值（１２．３００ ｍｇ／kg）相差３３．０６０ ｍｇ／kg，硝態氮隨著種植年限增加總體都有不同程度的積累。剖面８０～１００ ｃｍ，土壤中銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）含量在種植５年時含量達到最高值０．４３２ ｍｇ／kg，且最高值與２２年時相差０．０１６ ｍｇ／kg，但在２７年時與最高值相差０．１１８ ｍｇ／kg，從圖４中可以看出，８０～１００ ｃｍ銨態氮含量在２～２２年中，隨著種植年限的增加總體上變化趨勢比較平緩；硝態氮在種植１５年時出現最小值０．９４６ ｍｇ／kg，與５年時最高值（８．１１２ ｍｇ／kg）相差７．１６６ ｍｇ／kg，按照種植年限變化趨勢從５年開始降低在１５年時達到最小值，而后慢慢升高。

３結論與討論

１）西寧市城北區大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮日光溫室耕層土壤中有機質、全氮、速效氮含量均高于露地土壤含量，而且最高值與最低值出現的年限不同，這一現象的出現可能是由于日光溫室內常處于封閉或半封閉狀態，高溫、高濕，同時又由于溫室表土施用了較多的氮肥。據調查，日光溫室內施肥比露地多４～５倍，肥料施用量遠遠高于作物需求量，導致肥料在土壤中累積［６-８］；從人為因素看，可能與兩地人的種植積極性和施肥管理習慣有關。

２）種植１～３０年日光溫室土壤中有機質、全氮和速效氮含量顯著高于露地土壤。隨著種植年限增加，有機質較ＣＫ增１１．３１％～２１３．１３％；全氮較ＣＫ增４４．６０％～１７４．８６％；速效氮較ＣＫ增１９．９０％～１３９．３８％。

３）硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）含量在０～１０ ｃｍ土層隨著種植年限的增加而逐漸升高，在８０～１００ ｃｍ土層隨著種植年限的增加硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）含量先降低，而后升高。硝態氮（ＮＯ３－－Ｎ）隨著深度的增加逐漸降低，達到一定深度（６０ ｃｍ）后變化不明顯；０～１０ ｃｍ硝態氮積累明顯，可能成為蔬菜栽培的障礙因子之一。

４）銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）隨著土壤深度的增加而逐漸降低，８０ ｃｍ后逐漸升高；隨著種植年限的增加銨態氮（ＮＨ４＋－Ｎ）含量變化比較平緩。

參考文獻：

［１］ 汪建飛，于群英，李孝良，等．設施栽培條件下土壤有機質和氮素變化規律研究［Ｊ］．安徽農業科學，２００３，３１（２）：１９１－１９３．

［２］ 劉艷軍，姜勇，梁文舉，等．蔬菜溫室土壤某些化學性質的演變特征［Ｊ］．應用生態學報，２００５，１６（１６）：２２１８－２２２０．

［３］ 秦巧燕，賈陳忠，曲東，等． 我國設施農業發展現狀及施肥特點［Ｊ］．湖北農學院學報，２００２，２２（４）：３７３－３７６．

［４］ 李潤，李絮花，袁亮，等． 設施栽培土壤有機質和氮素含量的積累規律［Ｊ］．山東農業科學，２００６（２）：１５－１８．

［５］ 南京農學院．土壤農化分析［Ｍ］．北京：中國農業出版社，１９８１．

［６］ 黃憲成．自控溫室內土壤鹽漬化防治措施［Ｊ］．中國生態農業學報，２００２，１０（４）：７５－７６．

［７］ 徐益章，陸建忠．設施栽培的土壤鹽漬化初探［Ｊ］．上海蔬菜，２００４（５）：６０－６１

［８］ 楊建軍，沈根祥，姚政，等．灌水洗鹽對設施農業中土壤養分的影響［Ｊ］．上海農業學報，２００４，２０（２）：６３－６６．