設施菜地土壤pH值與磷素變化特征研究

徐步洲，余婉霞，高和鳳，周開來，尹維文

（武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢430070）

設施菜地在我國已有幾十年發展歷史，其良好的經濟效益越來越受廣大菜農的青睞，據統計，全國設施菜地的面積達到了總菜地面積的14%[1]。但是，種植者由于缺乏專業的種植管理知識，一味追求高產，盲目且大量的施肥造成了土壤的酸化、磷素過量累積和淋溶等問題。前人研究表明：杭州市設施菜地土壤的pH值介于4.8～7.8，其中30%的pH值小于5.5[2]；哈爾濱市5、10、20 a的設施菜地土壤pH值分別降低0.01、0.16、0.44[3]；安徽10 a黃潮土設施菜地土壤表層（0～5 cm）全磷含量為1.9 g/kg，比糧田土壤增加153.85%[4]；山東壽光設施菜地土壤速效磷含量為露天菜地的13.4倍，具有明顯的累積現象，并與棚齡有顯著正相關性[5]，且土壤磷素淋失到了剖面40 cm深度以下[6]。

武漢東西湖區石榴紅村設施菜地屬于我國典型的新型特色旅游蔬菜示范基地，近年來發展迅速，但最近調查發現，其設施菜地存在施肥不合理、復種過于頻繁等問題，造成許多大棚蔬菜出現菜根壞死，減產的現象。因此，對該地區設施菜地的土壤pH值和磷素變化規律進行研究，有利于更深入地了解設施菜地的土壤質量，為合理施肥，提高磷肥的利用效率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

武漢市東西湖區石榴紅村設施菜地位于武漢城郊（30°53′N，114°09′E），靠近漢江，屬于平原地帶，地下水位較低，土壤類型為砂質土。現有大棚面積約66.67 hm2，以鋼棚為主，并有少量竹棚，種植的果蔬種類有草莓、豆角、黃瓜、茄子、辣椒、西紅柿等。設施菜地一般在9月底覆膜育種，次年3～5月揭膜。主要施用的肥料為豆餅、豬糞、碳銨、磷肥和復合肥等。

1.2 采樣方法

土樣采集時間：2011年11月。采集方法：根據區域大小，有代表性地選取露天菜地，以及1～2 a、3～5 a和10 a設施菜地各10塊；同時選取其中一塊10 a設施菜地和露天菜地在垂直剖面上按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm深度分別取樣。除剖面土樣外，其它土樣在采集時每塊地按照網格布點法選取10個點，每個點在0～20 cm深度采集約300 g土后混勻裝袋。所有新鮮土樣先全部過10目篩，然后選取過篩后的土壤的1/3放入冰箱冷藏，另外2/3讓其自然風干；隨后分別過20目和100目篩，按照4分法混勻并去掉多余土壤。統一測定其pH值、總磷、速效磷和微生物量磷等指標。

1.3 分析方法

pH值、總磷和速效磷的測定均采用鮑士旦《土壤農化分析》[7]中的方法：其中pH值采用水土比2.5:1測定；總磷采用HClO4—H2SO4消解后，鉬梯抗顯色分光光度法測定；速效磷測定用pH值為8.50，0.5mol/LNaHCO3溶液作為提取劑，在200 r/s的轉速下進行震蕩提取30 min，最后進行分光光度計分析。微生物量磷的測定采用吳金水的氯仿熏蒸提取法[8]。

2 結果與分析

2.1 不同年限設施菜地土壤pH值和磷素的變化

不同年限設施菜地的土壤pH值在6.79～7.13之間（表1），比露天菜地低0.12～0.46；1～2 a的設施菜地最低，且隨著年限增加，土壤pH值呈上升趨勢，但相互差異不顯著。設施菜地土壤總磷和速效磷含量分別為1.93～2.64 g/kg和131.33～198.18 mg/kg，分別高于露天菜地0.40～1.11 g/kg和15.53～82.38 mg/kg，且隨年限增長積累明顯，10 a設施菜地的總磷和速效磷分別為露天菜地的1.73倍和1.71倍。設施菜地土壤微生物量磷含量在30.61～46.66mg/kg之間，其中1～2 a和3～5 a設施菜地土壤微生物磷含量相近并略低于露天菜地，三者之間的差異不顯著，10 a設施菜地其含量最高，為露天菜地的1.42倍。設施菜地土壤微生物量磷/總磷在1.33%～2.75%之間，低于露天菜地的3.12%，且隨年限增加先上升后下降。

表1 不同年限設施菜地土壤pH值和磷含量

2.2 設施菜地土壤pH值和磷素含量的剖面變化

圖1 設施菜地土壤pH值的垂直變化規律

圖2～圖4顯示：設施菜地土壤總磷、速效磷和微生物量磷含量的變化基本相似，均在0～20 cm到60～80 cm層隨深度增加下降。在0～20 cm的土層中，設施菜地的總磷含量約是露天菜地的2倍以上，微生物量磷的差異也接近1倍。但這些差異隨著土層深度的增加而逐漸減小，在距地表約70 cm深處，各項磷素指標都接近0。

圖2 設施菜地土壤總磷的垂直變化規律

圖3 設施菜地土壤速效磷的垂直變化規律

圖4 設施菜地土壤微生物量磷的垂直變化規律

2.3 設施菜地土壤pH值和磷素間的相關性分析

速效磷作為磷素的有效部分，對了解土壤磷的利用效率，指導合理施肥具有重要的生產意義。如圖5所示，設施菜地土壤速效磷含量與總磷含量具有顯著的正相關性（R2=0.519 7，n=24），與微生物量磷含量無顯著相關性（圖6）。這表明，施磷肥仍可以提高當前設施菜地土壤中有效磷的含量。設施菜地土壤速效磷與pH值沒有明顯的相關性（圖7）。這可能是pH值較穩定，變化幅度不大，對速效磷含量的影響較小。

圖5 設施菜地土壤速效磷和總磷的相關性

圖6 設施菜地土壤速效磷和微生物量磷的相關性

3 小結與討論

3.1 設施菜地土壤pH值的變化規律

圖7 設施菜地土壤速效磷和pH值的相關性

不同年限設施菜地土壤pH值在6.79～7.13之間，比露天菜地低0.12～0.46，1～2 a的最低，并隨著年限增長有一定的上升，但相互之間的差異不顯著。據了解，本實驗區的設施菜地都是由露天菜地改造而成的，1～2 a的設施菜地往往會投入大量的肥料，如尿素、硫酸銨、硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀和硝酸銨等，這些肥料在土壤中溶解后生成SO42-、NO3-、Cl-，導致了土壤pH值下降[9]。但隨年限的增長，依靠單獨施用無機肥已不能明顯地增產時便采用有機肥和無機肥配施，使土壤pH值出現了一定的上升。

3.2 設施菜地土壤磷素的變化規律

設施菜地土壤總磷和速效磷含量均高于露天菜地，按照菜地土壤總磷和速效磷含量水平的分級標準[10]，研究區設施菜地土壤磷已過量，屬于較高水平，并且隨年限增加有一定的上升，其中10 a設施菜地土壤中總磷和速效磷含量分別為露天菜地的1.73和1.71倍。這與陳安磊等[11]的研究結果相似。設施菜地土壤微生物量磷含量在3～5 a內隨年限的增長變化不明顯，但10 a設施菜地有所上升，這可能與土壤微生物的適應性有關。微生物量磷在土壤中受一系列環境因素的影響，且非常敏感。有文獻報道磷肥的投入可提高速效磷的含量，還能促進更多的磷同化到微生物體內[11]。但在本研究中，設施菜地土壤微生物量磷含量并沒有因為總磷的增加而上升，對比露天菜地反而出現下降，這可能因為設施菜地在前期頻繁地翻耕和復種破壞了土壤孔隙和團聚體結構，微生物無法適應土壤新的環境而繁殖力下降。10 a設施菜地微生物量磷含量上升則由于微生物對土壤環境已經適應，但是微生物量磷/總磷卻出現下降，這說明一味地施磷并不能按比例地增加土壤微生物量磷的含量。

3.3 設施菜地土壤pH值和磷素的垂直變化規律

設施菜地土壤pH值在垂直剖面0～20 cm層到60～80 cm層隨土層深度增加而上升，從60～80 cm層到80～100 cm層趨于穩定，并且在0～100 cm層上均低于露天菜地。這與張乃明等[12]的研究結果相似。這可能是由于設施菜地中肥料在土壤表層堆積，而部分酸根離子向下遷移，因此土壤pH值呈現上低下高并且低于露天菜地的規律。設施菜地土壤不同形態的磷在不同深度剖面上均隨深度增加而其含量下降，高于露天菜地，并在剖面深層趨于穩定和露天菜地相近。這可能由于設施菜地土壤含磷肥料集中在表層，由于缺少雨水的淋洗，難以向下遷移，在高溫的環境下，水分蒸發量較大，深層土壤的磷素更容易被帶到表層，因此呈現上高下低的規律。而60～100 cm層土壤中磷素受肥料影響較小，在露天菜地和設施菜地土壤中含量都很低，幾乎接近于0，也較為穩定。

3.4 設施菜地土壤速效磷與總磷含量的關系

設施菜地土壤速效磷含量與總磷含量兩者之間存在顯著的正相關性（R2=0.519 7，n=24），但與微生物量磷和pH值無顯著相關性。可見，施磷肥仍可以提高當前設施菜地土壤中有效磷的含量。不同地區、不同類型土壤中速效磷與總磷及微生物量磷的相關性分析結果常不一致。如陜西省長武縣黃土高原土壤中速效磷和微生物量磷的相關系數達到了0.936[13]。這種不一致可能與土壤類型、作物類型以及磷的含量等有關。

東西湖區土壤系長江河流沖積物形成，土壤層堿性（露天菜地pH值為7.25±0.46），總磷、速效磷較豐富，因此，更要突出“因土種植”（選擇喜弱酸和偏堿的蔬菜種類，并合理輪作）、“因土施肥”（特別是磷肥的用量）加強該區測土配方施肥研究，可能條件下，選定有代表性的地塊，定期取樣監測，以促進該區蔬菜產業的持續發展。

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