長期施肥對設(shè)施菜田土壤氮、磷時空變化及流失風(fēng)險的影響

石 寧 ，李 彥 ，3*，井永蘋 ，3，薄錄吉 ，3，張英鵬 ，3，孫 明 ，3，仲子文 ，3

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟(jì)南 250100；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，濟(jì)南 250100；3.山東省農(nóng)業(yè)面源污染防控重點實驗室，濟(jì)南 250100）

設(shè)施蔬菜合理施用肥料是獲得高產(chǎn)高質(zhì)蔬菜、維持土壤地力和減少過量氮磷引起環(huán)境污染的關(guān)鍵。早在2000年的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山東省蔬菜大棚由于過量施用化肥，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的養(yǎng)分累積，P2O5的累積量在4000 kg·hm-2以上，N和K2O的含量也在1500 kg·hm-2以上[1]。2006年，山東壽光設(shè)施菜田表層土壤硝態(tài)氮的含量是露地土壤的6.5倍，氮淋溶深度已經(jīng)達(dá)到土壤5～6 m處，對地下水構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2]。2016年我國設(shè)施蔬菜面積已經(jīng)高達(dá)5872萬hm2，是世界第一，并且還以每年10%的速度在增長。而農(nóng)民為了追求高產(chǎn)，不惜大量投入化肥和有機(jī)肥，這種高水、肥投入的管理模式給土壤以及地下水環(huán)境帶來了巨大的風(fēng)險[3]。蔬菜作物對養(yǎng)分需求雖然較高，但實際生產(chǎn)中，農(nóng)民在施用化肥的基礎(chǔ)上會投入有機(jī)肥以期提升土壤質(zhì)量保證作物品質(zhì)，但是卻忽略了有機(jī)肥中含有大量有效養(yǎng)分，導(dǎo)致養(yǎng)分投入量遠(yuǎn)超作物需求[3-4]。據(jù)調(diào)查，有機(jī)肥提供的氮養(yǎng)分會占到總施氮量的一半以上，并且以畜禽糞便為主[5]，容易造成土壤酸化、鹽堿化，地下水污染。連續(xù)5年施用沼肥導(dǎo)致0～180 cm土層土壤中磷素盈余隨著沼肥使用比例的增加而顯著增加，從而增加了菜田土壤磷素累積和淋失的風(fēng)險[6]。土壤硝態(tài)氮含量變化在作物不同生育階段具有一定規(guī)律性，且在0～60 cm土層中的變化最為明顯[7]。山東是設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，常年過量施肥導(dǎo)致的土壤質(zhì)量下降、養(yǎng)分流失等環(huán)境問題逐漸成為蔬菜清潔生產(chǎn)、生態(tài)發(fā)展的瓶頸，設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分含量分布特征如何，也是未來設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系進(jìn)一步優(yōu)化施肥的關(guān)鍵。

本研究于2016年在山東省全省范圍內(nèi)開展了設(shè)施蔬菜黃瓜和番茄施肥情況的調(diào)查，同時選取不同種植年限的設(shè)施大棚，采集土樣進(jìn)行養(yǎng)分測定分析，揭示目前山東設(shè)施菜田養(yǎng)分施用情況以及土壤氮磷養(yǎng)分累積和遷移變化的特征，為未來設(shè)施蔬菜綠色清潔生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查方法及內(nèi)容

本研究采用農(nóng)戶抽樣調(diào)查的方法，對山東省2015—2016年設(shè)施黃瓜和番茄的種植農(nóng)戶進(jìn)行了實地調(diào)查。根據(jù)設(shè)施蔬菜種植面積和生產(chǎn)水平的高低，結(jié)合地理位置，在山東省抽取3個縣（市、區(qū)），分別是膠州市、壽光市和東阿市。抽樣調(diào)查采用概率抽樣抽取樣本，在每個縣（市、區(qū)）隨機(jī)抽取2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)抽取2個村，每個村按戶主名冊等距抽取20戶。各縣（市、區(qū)）的被調(diào)查農(nóng)戶在地理位置、產(chǎn)量和管理水平等方面均具有代表性。實際調(diào)查戶數(shù)為207戶，設(shè)施大棚種植模式主要有2種：冬春茬種植黃瓜（n=59）或者番茄（n=27），秋茬種植黃瓜（n=79）和番茄（n=42）。調(diào)查內(nèi)容主要包括肥料種類、肥料養(yǎng)分含量、施肥量、大棚面積蔬菜產(chǎn)量等指標(biāo)。農(nóng)戶施用的氮、磷、鉀肥養(yǎng)分含量的計算：化肥采用包裝袋上標(biāo)識的量；有機(jī)肥養(yǎng)分含量采用文獻(xiàn)《中國有機(jī)肥料養(yǎng)分志》提供的數(shù)值計算[8-9]。單位面積大棚一年內(nèi)使用的化肥和有機(jī)肥的質(zhì)量乘以各自養(yǎng)分含量，再相加后得出肥料年施用折純量。黃瓜和番茄所需養(yǎng)分比例數(shù)據(jù)采用文獻(xiàn)[10-11]計算。

1.2 試驗分析

1.2.1 土壤樣品采集

山東省淄博市臨淄區(qū)淄博東科蔬菜專業(yè)合作社自2012年被山東省土壤肥料總站任命為“山東設(shè)施蔬菜測土配方施肥”推廣的試點企業(yè)之一，其施肥管理模式在山東省具有很強(qiáng)的代表性。該社大棚統(tǒng)一采用有機(jī)肥和化肥配施的施肥方案，有機(jī)肥主要采用干鴨糞和牛糞，本研究選擇了施用鴨糞的4個不同種植年限的大棚，分別為5、10、15年和20年，同時選擇大棚周邊的糧田（小麥）土壤（褐土）作為對照。種植作物為西葫蘆-番茄輪作，土壤為褐土，每個大棚取5鉆土壤制備混合樣，按照20 cm一層分別采集0～100 cm的土壤。取樣時間為2017年5月25日，設(shè)施中前季冬春茬西葫蘆剛收獲。所有大棚統(tǒng)一使用膜下滴灌灌水方式。

1.2.2 測定方法

采集的鮮土用2 mol·L-1KCl溶液（土水比1∶5）浸提，并通過氮素連續(xù)流動分析儀（TRAACS 2000，Bran and Luebbe，Norderstedt，Germany）測定硝態(tài)氮；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸氧化（外加熱法），硫酸亞鐵溶液滴定法測定；速效磷采用0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用1 mol·L-1乙酸銨浸提-火焰光度計測定。

1.3 統(tǒng)計及分析方法

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，多重比較采用Duncan分析，顯著性差異水平為0.05。采用Excel和Sigmaplot 12.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省設(shè)施菜田養(yǎng)分投入量

在養(yǎng)分投入中，有機(jī)肥作為基肥一次性投入，從圖1中結(jié)果可見，黃瓜、番茄的有機(jī)肥和無機(jī)肥氮、磷、鉀投入量相當(dāng)。黃瓜氮、磷、鉀的總投入量分別為1033、765 kg·hm-2和 1068 kg·hm-2，番茄分別為 710、503 kg·hm-2和 755 kg·hm-2，番茄中養(yǎng)分總投入量略低于黃瓜。

在臨淄選取的設(shè)施西葫蘆養(yǎng)分投入見表1，氮、磷、鉀養(yǎng)分總投入量分別是1065、1020 kg·hm-2和1395 kg·hm-2。氮總養(yǎng)分投入量和調(diào)查結(jié)果相當(dāng)，磷的總投入量高出調(diào)查結(jié)果的37%～50%，鉀的總投入量高出26%～48%。其中有機(jī)肥氮、磷的投入分別是化肥投入的2倍和5倍，化肥氮、磷的投入大幅減少。

圖1 黃瓜和番茄的無機(jī)肥和有機(jī)肥養(yǎng)分投入量Figure1 The nutrient input from chemical fertilizer and organic fertilizer for cucumber and tomato

表1 設(shè)施西葫蘆養(yǎng)分投入量Table1 The nutrient input for marrow

2.2 設(shè)施菜田果實產(chǎn)量及氮磷輸出比例

調(diào)查的設(shè)施菜田秋茬種植的時間較短，平均3～4個月，冬春茬蔬菜生長期長，平均6～7個月。不同設(shè)施菜田蔬菜產(chǎn)量差異明顯，黃瓜平均產(chǎn)量為66 t·hm-2（CV%=55.68），番茄平均為57 t·hm-2（CV%=52），黃瓜和番茄均根據(jù)吸收參數(shù)計算其養(yǎng)分吸收量。從表2中可見，黃瓜和番茄氮、磷養(yǎng)分輸出占總投入比例較低，分別為25%和10%。

種植5年和10年的設(shè)施西葫蘆產(chǎn)量分別為317 t·hm-2和312 t·hm-2，15年和20年的設(shè)施西葫蘆產(chǎn)量分別為 224 t·hm-2和222 t·hm-2，顯著低于種植年限較短的菜田（表3）。從果實養(yǎng)分輸出比例來看，5年和10年設(shè)施菜田氮輸出占養(yǎng)分投入的比例達(dá)到了59%以上，磷輸出比例均在18%以上，而15年和20年設(shè)施菜田氮輸出比例均為42%，磷為13%，均低于較短年限菜田養(yǎng)分輸出（表3）。

表2 黃瓜和番茄的氮、磷輸出占總養(yǎng)分投入量的比例（%）Table2 The vegetable nutrient output/input ratios for cucumber and tomato（%）

表3 不同年限設(shè)施大棚產(chǎn)量和果實氮、磷輸出比例Table3 The greenhouse vegetable yields and the fruit nutrient output/input ratios as affected by different cultivation years

2.3 不同年限設(shè)施菜田土壤氮、磷空間分布特征

由圖2a可知，糧田土壤0～100 cm不同土層中的硝態(tài)氮含量相當(dāng)，平均為3.5 mg·kg-1，設(shè)施菜田不同土層中硝態(tài)氮含量均顯著高于糧田土壤。在整個0～100 cm土層中，設(shè)施菜田硝態(tài)氮含量在0～20 cm含量較高，平均為15.85 mg·kg-1，其次是60～80 cm和80～100 cm，硝態(tài)氮平均含量分別為13 mg·kg-1和16 mg·kg-1，20～60 cm土壤中硝態(tài)氮含量較低，平均為11 mg·kg-1。說明硝態(tài)氮在土層中發(fā)生了遷移。除40～60 cm土層外，其余土層中土壤硝態(tài)氮含量隨著設(shè)施菜田種植年限的增加而增加，尤其在80～100 cm深層土壤中更明顯，種植5年的硝態(tài)氮含量和糧田土壤沒有顯著差異，而20年和15年設(shè)施菜田中硝態(tài)氮含量顯著高于10年和5年的菜田土壤。

由圖2b可知，設(shè)施菜田土壤速效磷含量在0～100 cm土層中均顯著高于糧田土壤，菜田土壤速效磷在0～20 cm和20～40 cm中大量累積，顯著高于深層土壤，并且隨著種植年限的增加而增加。在0～20 cm土層中種植20年的設(shè)施菜田的速效磷含量達(dá)到345 mg·kg-1，較周圍糧田土壤提高436%，相較于5年的設(shè)施菜田土壤提高37%，在20～40 cm土層中速效磷平均含量達(dá)到190 mg·kg-1。隨著土層的加深土壤速效磷含量逐漸降低，在80～100 cm土層中平均達(dá)到57.68 mg·kg-1。在20～100 cm土層中，15年設(shè)施菜田的速效磷含量顯著高于其他種植年限的菜田。

圖2 不同年限設(shè)施菜田土壤硝態(tài)氮和速效磷在土層中的累積量Figure2 The accumulation of soil nitrate-N，soil Olsen-P in 0～100 cm soil depths with different cultivation years of greenhouse vegetables

2.4 設(shè)施菜田不同土層氮、磷含量的累積速率

隨著年限的延長，土層中硝態(tài)氮和速效磷在不同種植時間段中的累積速率也存在差異（圖3）。由圖3a可知，種植5年的設(shè)施菜田和糧田土壤相比，0～100 cm土層中硝態(tài)氮均處于累積狀態(tài)，土層之間沒有差異，平均累積速率為238%；5～10年的累積率在0～20 cm為負(fù)值，20～100 cm為正值，說明在表層硝態(tài)氮以向下層遷移為主，深層土壤仍然呈累積狀態(tài)，且不同土層間累積速率沒有顯著差異；10～15年間，硝態(tài)氮向下遷移主要發(fā)生在40～60 cm，且顯著高于20～40 cm和60～80 cm。15～20年間硝態(tài)氮在不同土層中又呈現(xiàn)累積狀態(tài)。

由圖3b可知，土壤速效磷在0～5年間主要呈累積狀態(tài)，0～60 cm中的累積速率顯著高于深層60～100 cm；5～10年間速效磷在40～100 cm土層中累積速率為負(fù)值，說明以向下遷移為主；在10～15年間，速效磷在0～100 cm土層中的累積速率都是正值，深層60～80 cm和80～100 cm的累積速率顯著高于其他土層；15～20年間，20～100 cm中速效磷的累積速率都是負(fù)值，且60～80 cm和80～100 cm顯著低于淺層土壤，說明在15～20年間土壤速效磷在深層土壤中的累積含量過高，并發(fā)生了嚴(yán)重的遷移。

圖3 不同年限段設(shè)施菜田土壤硝態(tài)氮和速效磷在0～100 cm土層中的累積率變化Figure3 The accumulation ratios of soil nitrate-N，soil olsen-Pin 0～100 cm soil depths with indifferent cultivation years of greenhouse vegetables

圖4 不同年限設(shè)施菜田土壤pH值和土壤有機(jī)質(zhì)含量Figure4 The soil pH and organic matter contents in 0～40 cm soil depths with different cultivation years of greenhouse vegetables

2.5 不同年限設(shè)施菜田土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量變化

由圖4a可知，和糧田土壤相比，設(shè)施菜田0～20 cm和20～40 cm土壤pH值均顯著降低，并且隨著種植年限的延長，降低的幅度增大。20年設(shè)施菜田0～20 cm土壤pH值僅為6.85，比糧田土壤降低1.33個單位，即使只種植了5年的設(shè)施菜田，pH值也降低1.05個單位。在20～40 cm的根層土壤中，糧田土壤pH值為8.52，不同年限設(shè)施菜田土壤pH降低幅度為0.49～0.89個單位，平均為0.73個單位。

由圖4b可知，土壤有機(jī)質(zhì)主要集中在表層0～20 cm土層中，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于糧田土壤，且隨著種植年限的增加不斷增加，但在10年種植年限的設(shè)施菜田表層土壤有機(jī)質(zhì)含量卻有降低。土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化分解取決于土壤中微生物的作用，根據(jù)土壤微生物對外源有機(jī)質(zhì)礦化能力的反映而產(chǎn)生的正負(fù)激發(fā)效應(yīng)，將微生物分為受碳源限制的土著性微生物和受氮源限制的發(fā)酵性微生物[12]。在本試驗中，10年種植年限的設(shè)施菜田表層土壤硝態(tài)氮含量較低，此時土壤有機(jī)質(zhì)含量也較低，這可能是因為土壤微生物活性數(shù)量以及其群落組成發(fā)生了變化。20年設(shè)施菜田土壤0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量為34.32 g·kg-1，相對糧田土壤增加82%，比種植5年的設(shè)施菜田土壤增加29%。在20～40 cm土層中，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量均減少，不同年限之間沒有顯著差異，平均含量為13.58 g·kg-1，相較于糧田土壤增加28%。

2.6 不同年限設(shè)施菜田土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分含量相關(guān)性

設(shè)施菜田土壤pH和土壤速效磷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.935，土壤pH與土壤硝態(tài)氮含量沒有顯著相關(guān)關(guān)系（圖5）。從圖6可以看出，設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤速效磷呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.827，和土壤硝態(tài)氮也沒有顯著相關(guān)性。土壤pH和土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.758（圖7）。

圖5 不同年限設(shè)施菜田土壤pH與土壤硝態(tài)氮、速效磷含量的相關(guān)性Figure5 Correlation between soil pH and NO3--N，Olsen-P in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

圖6 不同年限設(shè)施菜田土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤硝態(tài)氮、速效磷含量的相關(guān)性Figure6 Correlation between soil organic matter and NO3--N，Olsen-P in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

圖7 不同年限設(shè)施菜田土壤pH與土壤有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性Figure7 Correlation between soil pH and organic matter contents in the soil with different cultivation years of greenhouse vegetables

3 討論

3.1 山東設(shè)施蔬菜化肥投入量減少，養(yǎng)分投入比例更合理

20世紀(jì)90年代我國蔬菜大棚肥料氮的施用量為1828 kg·hm-2，磷和鉀分別為2590 kg·hm-2和730 kg·hm-2，有機(jī)肥施入的氮、磷、鉀分別是659、688 kg·hm-2和442 kg·hm-2[2]。到2011年每季化肥氮的平均投入量為1169 kg·hm-2[13]，和90年代相比降低36%。從對山東兩種主要蔬菜的施肥情況進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前設(shè)施菜田的化肥投入量已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢，和90年代相比，化肥氮、磷、鉀的平均投入量分別減少71%、85%和16%（圖1）。設(shè)施黃瓜和番茄果實養(yǎng)分輸出占總養(yǎng)分投入比例平均達(dá)到了25%（N）、10%（P2O5）和29%（K2O）（表2），顯著高于十幾年前的調(diào)研結(jié)果[1]，而臨淄大棚合作社設(shè)施西葫蘆中果實養(yǎng)分輸出比例更高，種植5年和10年的菜田果實氮輸出達(dá)到了59%以上，是調(diào)研結(jié)果的2倍多，磷輸出比例也提高了0.8倍，說明近年來設(shè)施菜田養(yǎng)分利用率也在逐漸提高。臨淄設(shè)施菜田氮肥的投入量為375 kg·hm-2，也更接近設(shè)施蔬菜的優(yōu)化推薦施氮量341.7 kg·hm-2[14]，但是總量仍然超過了蔬菜的實際需求（圖1、表1），反而更易造成土壤氮磷過量累積和淋溶風(fēng)險。從養(yǎng)分投入量與蔬菜產(chǎn)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，鉀肥的用量和蔬菜產(chǎn)量有顯著的正相關(guān)性[15]，從鉀肥施用不足[4]到鉀肥過量，說明農(nóng)戶越來越重視鉀肥的施用效果。

3.2 土壤酸化和養(yǎng)分累積加劇

設(shè)施條件高溫高濕，土壤有機(jī)質(zhì)礦化率高于其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系[16]，有機(jī)肥的投入是補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)非常重要的形式，是維持土壤肥力的關(guān)鍵[17]。從調(diào)研結(jié)果以及臨淄設(shè)施大棚的化肥、有機(jī)肥投入量可以看出，化肥的投入量開始呈現(xiàn)下降趨勢并逐漸降低到推薦施肥量的范圍內(nèi)[14]，但是有機(jī)肥的投入量卻在逐漸增加。化肥和有機(jī)肥配施會明顯提高表層土壤易氧化有機(jī)質(zhì)含量[16，18]，但長期施用較高水平的有機(jī)肥會造成土壤中氮、磷養(yǎng)分盈余量增加，進(jìn)一步導(dǎo)致投入水平不平衡及造成面源污染的風(fēng)險[19-21]。雖然施用有機(jī)肥對土壤pH變化有一定的緩沖作用[22-23]，施用經(jīng)過高溫發(fā)酵的堆肥或者廄肥等堿度有機(jī)肥，能夠有效地控制土壤酸化[24]，但是施用過量、施用年限過長以及設(shè)施菜田單種類型不同品種作物的輪作（菜-菜）模式下，土壤有機(jī)肥對土壤pH的緩沖效果并不明顯[25]，仍然容易導(dǎo)致酸化。本研究也印證了這一點，土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)性，說明有機(jī)質(zhì)的增加反而會進(jìn)一步導(dǎo)致土壤酸化，而酸化土壤更利于速效養(yǎng)分的釋放（圖5和圖7）。尤其磷在有機(jī)肥中的形態(tài)主要是無機(jī)磷[26]，對土壤速效磷的累積貢獻(xiàn)更大。本研究中土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤速效磷含量呈顯著正相關(guān)（圖6），20年設(shè)施菜田土壤表層土壤有機(jī)質(zhì)含量相對種植5年的土壤有機(jī)質(zhì)含量增幅為29%，而速效磷含量的增幅達(dá)到37%（圖2b和圖4a）。所以，應(yīng)合理控制有機(jī)肥種類選擇和數(shù)量投入，例如當(dāng)土壤殘留的養(yǎng)分含量過高且足以滿足后茬作物對養(yǎng)分的需求[27-28]時，在下一茬作物種植前可以減少有機(jī)肥的施用，或者選用不同種類有機(jī)肥。

3.3 設(shè)施菜田土壤氮、磷累積與遷移的時空變化

農(nóng)田土壤養(yǎng)分的收支平衡是決定土壤質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵[29]。設(shè)施大棚中氮揮發(fā)所占氮損失的比例較小[30]，在氮平衡的計算中可以忽略不計。在本研究中，臨淄設(shè)施菜田果實氮輸出占總氮投入比例在5年和10年的大棚中高達(dá)59%，且隨施肥年限的延長，土壤地力不斷降低，15年以上大棚果實氮輸出只有40%左右（表3）。但是從土壤0～100 cm剖面中硝態(tài)氮分布特征可以看到，隨著土層加深，菜田土壤硝態(tài)氮含量整體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，尤其是15年和20年的菜田表現(xiàn)尤為明顯，20年菜田硝態(tài)氮含量分別是5、10年和15年菜田的2.4、1.45倍和1.12倍（圖2a）。這說明菜田土壤中硝態(tài)氮發(fā)生了嚴(yán)重的累積和淋洗，并且隨著年限的延長在不斷加重。從不同年限土壤硝態(tài)氮累積速率的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，0～5、5～10年以及15～20年間，硝態(tài)氮在0～100 cm土層中都是累積狀態(tài)，深層土壤中發(fā)生累積充分說明上層土壤中的硝態(tài)氮同時發(fā)生了大量遷移，此時土層中硝態(tài)氮的累積量大于遷移量，而在10～15年間，20～40、40～60 cm以及60～80 cm土層中硝態(tài)氮向下遷移明顯，尤其在40～60 cm（圖3a），說明在這段時間內(nèi)40～60 cm的含量達(dá)到飽和，硝態(tài)氮主要向下層遷移，此時10年的大棚在40～60 cm土層中的硝態(tài)氮含量顯著高于其他年限且和表層土壤硝態(tài)氮含量相當(dāng)（圖2a）。40～60 cm土層是養(yǎng)分向深層土壤遷移速率變化的關(guān)鍵土層[31-32]，這說明10年左右的種植年限可能是設(shè)施菜田土壤中硝態(tài)氮遷移速率轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。

張經(jīng)緯等[26]的研究結(jié)果表明，種植4～6年的設(shè)施菜田土壤速效磷含量為183 mg·kg-1，種植7～9年的就已經(jīng)達(dá)到319 mg·kg-1。在本研究中，即使是剛種植5年的設(shè)施菜田其表層土壤中的速效磷含量也達(dá)到250 mg·kg-1（圖2b）。李若楠等[33]在河北省設(shè)施蔬菜大棚中進(jìn)行試驗發(fā)現(xiàn)，對于種植年限大于3年以上的設(shè)施大棚，施磷量在300 kg·hm-2時可顯著改善土壤磷素盈余的狀況，同時保證產(chǎn)量不降低。Yan等[34]研究明確了在中國基于瓜果菜產(chǎn)量的土壤速效磷閾值為58.0 mg·kg-1。《中國主要作物施肥指南》中給出適宜黃瓜、番茄生長的根層土壤速效磷含量為60～100 mg·kg-1[9]。從本研究調(diào)研的結(jié)果可以看到，即使是種植5年的設(shè)施菜田表層土壤速效磷含量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過閾值范圍，雖然磷在土壤中的移動性很小，過量的速效磷遇到澆灌仍存在很大的淋洗風(fēng)險[35]。隨著年限的延長速效磷在不同時段出現(xiàn)不同的累積和遷移狀態(tài)（圖3b）。種植5年的設(shè)施菜田0～100 cm土層中速效磷以累積為主，淺層0～60 cm最強(qiáng)烈；在5～10年間20 cm以下的土層中速效磷均以向下層土壤遷移為主；在10～15年間0～100 cm土層中速效磷又以累積為主，此時在深層60～80 cm和80～100 cm中最強(qiáng)烈（圖3b）。和硝態(tài)氮含量變化相反，在40～100 cm土層中種植10年的設(shè)施菜田速效磷含量均顯著低于其他種植年限，這就說明速效磷在土壤中從淺層到深層的累積和遷移變化在時間和空間上存在差異。5～10年間，速效磷主要向深層土壤遷移，而10～15年間，速效磷主要在深層土壤中累積，而15～20年間以及20年以后，速效磷會向更深層的土壤遷移，進(jìn)一步對深層土壤以及地下水造成污染。

4 結(jié)論

山東設(shè)施蔬菜化肥施用量顯著降低，但是總養(yǎng)分投入仍然過量；設(shè)施菜田種植年限越長，土壤中硝態(tài)氮、速效磷含量越高，且發(fā)生淋洗的潛力越大；土壤中速效磷的累積和土壤有機(jī)質(zhì)相關(guān)，有機(jī)肥施用量增加，加劇了環(huán)境污染的風(fēng)險；硝態(tài)氮和速效磷在設(shè)施菜田中從淺層到深層土壤中的累積和遷移存在時空差異，10年左右的種植年限是設(shè)施菜田0～100 cm土層中養(yǎng)分累積和遷移速率轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。