土壤改良劑對蔬菜作物產質量及設施土壤理化性狀的影響

祁石剛 高學雙 趙宇航 薛金元 丁曉娟 李躍飛 王娟娟 盛海君 錢曉晴

摘要 ? ?設施土壤往往同時存在次生鹽漬化、養分失衡等多種障礙問題，單一改良措施難以有效促進作物生長。根據土壤障礙類型，設計多用途改良劑，同步消減土壤多種障礙，有利于大幅增產提質。為了驗證改良劑的應用效果及推薦用量的可靠性，在推薦用量的基礎上，設置施用推薦用量的25%、50%、100%、125%和150%進行校驗，觀測作物生長及產量情況，采樣測定土壤基本理化性狀。結果表明，①在重度、中度和輕度鹽漬化土壤上，適量施用土壤改良劑能提高蘿卜和紫甘藍產量，在重度鹽漬化土壤上施用改良劑的增產效果大于在中度和輕度鹽漬化土壤上的增產效果，隨著改良劑用量的增加，蘿卜肉質塊根和紫甘藍葉球中硝酸鹽含量不斷下降;②在中度鹽漬化和養分失衡障礙土壤上施用土壤改良劑，隨著土壤改良劑用量的增加，土壤容重有效降低，土壤孔隙度尤其是土壤通氣孔隙度增加，土壤水穩性大團聚體含量增加;③施用土壤改良劑能有效遏制土壤酸化（推薦用量下，改良劑使土壤pH值提高0.71個單位），隨著改良劑用量的增加，土壤有機質含量不斷增加，土壤中過多的速效氮消減效果明顯，同時土壤電導率、水溶性鈣離子和硫酸根離子濃度呈下降趨勢。

關鍵詞 ? ?設施土壤;土壤改良劑;蔬菜作物;產量;品質;土壤理化性質

中圖分類號 ? ?S156.2 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）22-0046-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

蔬菜作物具有生長速度快、生產周期短、復種茬口多、需肥量高等特點，在實際生產中，往往借助于大量增施化肥來獲得高產。蔬菜生產中養分高投入、高積累、高浪費、高污染已經成為目前社會普遍關注的問題之一。雖然自然條件和經濟水平各地不一，但化肥和有機肥投入水平均遠遠高于作物對相關養分的需求數量。根據早在10年前就發表的對規模化蔬菜生產基地的調查結果，其保護地氮素養分的投入量早已嚴重超過實際需求量。大棚黃瓜平均化肥施用氮量達到1 782 kg/hm2，是推薦用肥量的2～6倍[1]。芹菜越冬栽培一般施用腐熟有機肥75 t/hm2、尿素1 500～2 250 kg/hm2、過磷酸鈣1 500 kg/hm2、復合肥750～1 500 kg/hm2，超過芹菜理論需肥量的50%～70%[2-3]。試驗證明，酰胺態和銨態氮肥在通氣性良好的旱地土壤上施用轉化為硝態氮的速度很快，整個作物生育期主要以硝態氮的形式累積于土壤不同層次，如果在高溫雨季揭棚或人為大量灌溉時，硝酸根隨水向土壤下層移動[4]。在旱季土壤溫度高、通氣性好的條件下，土壤水分大量揮發，攜帶底層土壤中的硝酸根向上移動，導致保護地土壤硝酸根在表層積聚[5-8]。設施蔬菜盲目施肥尤其是氮肥超量施用引起的土壤硝態氮積累、次生鹽漬化、酸化、養分失衡、結構破壞、作物產量與品質下降、資源浪費與環境污染等問題非常突出，研究設施保護地不同覆蓋條件下主要蔬菜（類型）適宜的硝態氮濃度、超量硝酸鹽的精準削減、高氮條件下磷鉀元素及中量、微量元素養分平衡等對設施土壤可持續利用具有重要意義。本文擬探討以碳調氮實施對土壤過量硝態氮的綠色削減，以高營養環境條件下各種養分的平衡為導向，對障礙土壤實施精準改良。為了驗證改良劑效果，在推薦用量的基礎上，增減改良劑用量，驗證相關技術、產品的可行性，以期為解決保護地栽培土壤養分管理面臨的實際問題提供理論指導與技術支撐。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗材料

作物：選擇當地主栽蘿卜和紫甘藍品種作為供試作物進行試驗。蘿卜品種為春白玉，紫甘藍品種為徐紫秧13。

土壤：對宿遷市宿城區、宿豫區設施土壤進行0～15 cm土層樣品的采集，帶回實驗室破碎、風干、磨碎，過20目篩備用。測定土壤基本理化性質。在此基礎上，選擇不同程度障礙土壤進行改良試驗。

改良劑：根據土壤基本性狀測定結果，自行配制針對性土壤改良劑。

1.2 ? ?試驗設計

對同時發生土壤次生鹽漬化和養分失衡的土壤進行改良修復試驗。本試驗選擇輕度、中度和重度鹽漬化地塊各1處作為土壤改良試驗點。根據土壤次生鹽漬化程度確定改良劑推薦用量，在此基礎上，改良劑分別設置推薦用量的0%、25%、50%、100%、125%、150%等6個水平進行用量校驗。所有改良劑均作為基肥一次性施入，各處理均以農民常規施肥為基礎進行。

1.2.1 ? ?重度鹽漬化土壤改良試驗。在選定的重度鹽漬化地塊上種植當地主栽蘿卜品種，根據試驗設計的施肥水平，改良劑施用量分別為0（CK1）、250 kg/hm2（A1）、500 kg/hm2（A2）、1 000 kg/hm2（A3）、1 250 kg/hm2（A4）、1 500 kg/hm2（A5）。

1.2.2 ? ?中度鹽漬化土壤改良試驗。在選定的中度鹽漬化地塊上種植當地主栽紫甘藍品種，根據試驗設計的施肥水平，改良劑施用量分別為0（CK2）、125 kg/hm2（B1）、250 kg/hm2（B2）、500 kg/hm2（B3）、625 kg/hm2（B4）、750 kg/hm2（B5）。

1.2.3 ? ?輕度鹽漬化土壤改良試驗。在選定的輕度鹽漬化地塊上種植當地主栽紫甘藍品種，根據試驗設計的施肥水平，改良劑施用量分別為0（CK3）、75 kg/hm2（C1）、150 kg/hm2（C2）、300 kg/hm2（C3）、375 kg/hm2（C4）、450 kg/hm2（C5）。

1.3 ? ?測定項目

小區試驗于作物產品第一批采收時，采樣測產。于土壤改良試驗結束后，采集中度鹽漬化土壤改良試驗地土壤0～15 cm根系密集層土壤樣品，用于土壤理化性質測定。

1.3.1 ? ?作物產量。在各處理小區中分別隨機采取10株蘿卜、紫甘藍，現場稱重計產。根據移栽密度或實際收獲棵數，計算小區產量。

1.3.2 ? ?土壤物理性質。土壤物理性質測定項目包括土壤容重、孔隙度、通氣孔隙度和水穩性大團聚體。

土壤容重及孔隙度：采用環刀法測定容重，結合土壤飽和含水量和田間持水量測定，分別計算土壤總孔隙度和通氣孔隙度。

水穩性大團聚體：采用土壤團聚體分析儀進行測定，計測粒徑>0.25 mm的水穩性團聚體含量。

1.3.3 ? ?土壤化學性質。土壤化學性質測定項目包括土壤pH值、有機質、速效磷、速效鉀、電導率、部分水溶性鹽離子含量及土壤銨態氮、硝態氮。測定方法參考相關國家標準或行業標準。

土壤pH值：用pH計（雷磁，上海）法測定，所用的純水提前煮沸以去除二氧化碳，水土比按國際土壤學會的推薦用2.5∶1.0（體積質量比）。

土壤有機質：采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定。

土壤速效磷：采用碳酸氫鈉提取，鉬藍比色法測定。

土壤速效鉀：稱取20目風干土樣2.5 g，置于塑料瓶內，加乙酸銨溶液浸提，振蕩30 min過濾，用火焰光度計法測定。

土壤水溶性鹽：純水浸提，水土比為5∶1，總鹽EC值采用電導儀直接測定，水溶性鉀離子采用火焰光度計法測定、鈣離子和鎂離子采用原子吸收分光光度法測定，硫酸根采用硫酸鋇比濁法測定。

土壤銨態氮：稱取20目風干土樣10.00 g，加氯化鉀溶液振蕩30 min過濾，吸取濾液于容量瓶內，再加入次氯酸鈉和苯酚溶液，搖勻后放置1 h，加入掩蔽劑，定容后比色。

土壤硝態氮：稱20目風干土壤10 g，加入氯化鉀溶液浸提，振蕩30 min，過濾后用紫外分光光度計測定。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?改良劑對作物產量及品質的影響

在重度鹽漬化土壤上，施用土壤改良劑對蘿卜產量及塊根硝酸鹽含量的影響情況見表1。從表1可以看出，施用土壤改良劑后，蘿卜的生長狀況得到明顯改善，單株總重和塊根重都有明顯增加，蘿卜塊根中硝酸鹽含量明顯降低，而對地上部重量影響較小。從各處理蘿卜肉質塊根平均產量來看，施用改良劑后全部都有增產效果，處理A1、A2、A3、A4、A5與對照（CK1）相比，分別增產52.7%、80.9%、105.1%、133.9%、113.7%。過量施用改良劑后，改良劑的增產效應降低。蘿卜肉質塊根中的硝酸鹽含量隨著改良劑用量的增加不斷下降。

在中度鹽漬化土壤上，施用土壤改良劑對紫甘藍葉球產量及其硝酸鹽含量的影響情況見表2。從表2可以看出，施用土壤改良劑后，紫甘藍生長得到明顯改善。從紫甘藍葉球平均產量來看，除了處理B1（用量僅為推薦用量25%）外，各處理施用改良劑后單個葉球全部都有顯著的增產效果。在一定用量范圍內，隨著改良劑用量的增加，各處理商品葉球數量呈增加趨勢，以處理B3（推薦用量）為最多，超出對照（CK2）1倍以上。與對照（CK2）相比，處理B1、B2、B3、B4、B5分別增產38.9%、136.4%、192.3%、169.5%、162.7%。同樣值得注意的是，過量施用改良劑降低了改良劑的增產效應。隨著改良劑用量的增加，紫甘藍葉球中硝酸鹽含量不斷下降。

在輕度鹽漬化土壤上，施用土壤改良劑對紫甘藍葉球產量及其硝酸鹽含量的影響情況見表3。從表3可以看出，施用土壤改良劑后，紫甘藍生長得到明顯改善。從紫甘藍葉球平均產量來看，施用改良劑后各處理都有一定的增產效果。在一定用量范圍內，隨著改良劑用量的增加，各處理商品葉球數量呈增加趨勢，與上述試驗類似，也以施用推薦用量的改良劑（處理C3）為最多，也超出了對照（CK3）的1倍以上。與對照（CK3）相比，處理C1、C2、C3、C4、C5分別增產35.1%、73.5%、115.7%、116.4%、86.9%。過量施用改良劑也會降低改良劑的增產效應。同樣，隨著改良劑用量的增加，紫甘藍葉球中硝酸鹽含量不斷下降。

2.2 ? ?改良劑對土壤理化性質的影響

2.2.1 ? ?改良劑對土壤物理學性質的影響。對中度鹽漬化土壤改良試驗大棚土壤進行采樣，分析不同處理對土壤物理學性質的影響，結果見表4。可以看出，隨著改良劑用量的增加，土壤容重不斷下降，土壤總孔隙度和通氣孔隙度不斷上升，尤其是通氣孔隙度上升比例較大。處理B3的土壤通氣孔隙度就已接近CK2的2倍，對協調土壤水氣矛盾具有積極作用。

2.2.2 ? ?改良劑對土壤化學性質的影響。對中度鹽漬化土壤改良試驗大棚土壤進行采樣，分析不同處理對土壤化學性質的影響，結果見表5。可以看出，隨著改良劑用量的增加，土壤pH值和土壤有機質含量不斷升高，土壤速效氮含量不斷下降，土壤速效磷含量也有下降趨勢，但土壤速效鉀含量有上升趨勢。

2.2.3 ? ?改良劑對土壤鹽分含量的影響。由表6可以看出，隨著改良劑用量的增加，土壤電導率、水溶性鈣離子和硫酸根離子濃度呈下降趨勢，而水溶性鉀和水溶性鎂離子濃度呈先下降后上升的趨勢。

3 ? ?結論與討論

3.1 ? ?討論

保護地栽培快速發展對保障城鄉居民蔬果供應發揮了重要作用。同時，人們也必須清醒地看到，保護地栽培土壤質量普遍快速下降，大量施用化肥和農藥嚴重威脅了生態環境安全，保護地栽培正面臨能否可持續發展的嚴峻挑戰。在多數情況下，我國保護地栽培土壤連續種植2～3年即出現不同程度的土壤障礙現象，表現為土壤結構破壞、通透性下降、次生鹽漬化、酸化、養分失衡、自毒物質積累、生物多樣性下降、病蟲害發生頻率升高、作物產量和品質下降甚至絕收等。當土壤嚴重退化時，種植戶一般實行棄耕，造成對土壤資源的破壞和經濟上的損失[9-12]。土壤障礙對作物生長、產量和品質的危害，多歸咎于土壤次生鹽漬化和土傳病蟲害，其實盲目施肥導致土壤營養失衡才是最根本原因，任何一種土壤改良方法，都必須充分考慮土壤養分平衡問題。只有在土壤養分平衡性良好的前提下，作物才能對進入土壤中的各種營養元素乃至全部生活因子加以高效而充分的利用，各種改良劑才能真正發揮其改良土壤的潛力。

本試驗中采用的改良劑，主要針對以土壤硝酸鹽、硫酸鹽積累為特征的次生鹽漬化障礙的消除為基本前提，結合土壤養分狀況進行平衡施肥，并將養分補充與鹽分消減2種技術整合到同一種改良劑中，增產效果非常突出。但不足的是這種改良劑的配制必須在充分了解土壤障礙因子的前提下才能準確實施，在當今地方農業部門缺乏土壤檢測手段及對檢測結果開展有效評價的情況下很難大面積推廣應用。因此，引入社會力量，建立類似于“土壤醫院”形式的專門性企業或服務機構，在農資生產商與農業生產者之間建立一座橋梁，有望在設施土壤改良工作方面取得一些突破。

3.2 ? ?結論

（1）對作物的影響。在重度、中度和輕度鹽漬化土壤上，適量施用土壤改良劑能提高蘿卜和紫甘藍的產量;隨著土壤改良劑用量的增加，蘿卜肉質塊根和紫甘藍葉球中硝酸鹽含量不斷下降。施用改良劑的增產效果以在重度鹽漬化土壤上最大，在中度和輕度鹽漬化土壤上增產效果依次下降。

（2）對土壤性狀的影響。在次生鹽漬化和養分失衡障礙土壤上，施用土壤改良劑能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度尤其是土壤通氣孔隙度。隨著土壤改良劑用量的增加，土壤水穩性大團聚體含量有所增加。在次生鹽漬化和養分失衡障礙土壤上，施用土壤改良劑能有效遏制土壤酸化，施用推薦用量的改良劑可使土壤pH值較不施改良劑的對照提高0.71個單位。隨著土壤改良劑用量的增加，土壤有機質含量不斷升高;土壤速效氮含量顯著下降;土壤速效磷含量略有下降、速效鉀含量略有增加，總體上影響不大;土壤電導率、水溶性鈣離子和硫酸根離子濃度呈下降趨勢。說明施用土壤改良劑對土壤性狀具有有益影響。

4 ? ?參考文獻

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