西安市設施菜地土壤養分狀況分析

高 瑩，孫喜軍，呂 爽，張 榮，鄧 睿

(1.咸陽職業技術學院，陜西 咸陽 712000；2.西安市農業技術推廣中心，陜西 西安 710061；3.西安市高陵區農業技術推廣中心，陜西 西安 710200)

0 引言

設施栽培能在一定程度上突破氣候對作物生長的限制，為作物生長營造適宜的小氣候環境，其具有可生產期長、作物產量高、經濟和社會效益顯著等優點[1～2]。但在高產和經濟利益的雙重驅動下，全國設施蔬菜偏大過量施肥問題突出，由此導致的養分盈余及失衡問題極為普遍[3～5]。徐曉鋒等[6]對洛陽市郊蔬菜基地日光溫室的土壤養分研究后發現，隨著栽植年限的增加，土壤氮、磷不斷積累。余海英等[7]對山東壽光18個日光溫室的土壤養分研究后發現，土壤有機質、全氮、硝態氮、速效磷、速效鉀的含量分別為露地土壤的1.4、1.9、21.2、5.4和3.7倍，日光溫室土壤養分富集明顯。黃紹文等[8]對全國東北、黃淮海、西北、華中、西南、華東、華南等7個區域共計1 201個典型菜田耕層土壤樣品分析后發現，土壤速效養分大量積累，其中速效磷富集最為明顯。總體看來，雖然不同區域設施菜地土壤養分特征具有一定的相似性，但由于自然因素(如土壤類型、質地、pH等)和人為因素(耕作措施、施肥方式、種植制度等)影響，不同區域設施菜地土壤養分狀況又具有一定的個性特征，由此導致此類研究結果往往帶有明顯的地域性和不可替代性[8]。為此，針對特定區域設施菜地土壤養分狀況開展調查研究兼具現實必要性和迫切性。

近年來，隨著西安市農業產業結構的逐步調整和都市型現代農業的發展，城市近郊以塑料大棚和日光溫室為主的設施菜地面積不斷擴大。設施蔬菜在促進農民增收和保證城鄉居民蔬菜供應方面發揮了重要作用，但目前對全市設施蔬菜施肥情況和土壤養分狀況還缺乏系統全面的分析研究。研究在施肥情況調查和土樣測試基礎上，研究探討了設施蔬菜化肥施用情況，深入分析了設施菜地土壤養分狀況，以期能為西安市設施蔬菜施肥管理以及設施農業可持續性發展提供一定的決策依據。

1 研究區概況

西安市地處關中盆地中部，北瀕渭河，南依秦嶺，地勢相對較為平坦，土層較為深厚。轄區土壤類型主要包括土、褐土和潮土等10余種，耕地土壤基本理化性質如表1所示。2018年底，全市設施蔬菜播種面積1.65×104hm2，設施蔬菜產量128.62×104t[9]。設施蔬菜主要以芹菜、番茄、黃瓜、菠菜為主，其中芹菜面積最大，面積占比達到38.31%[9]。

表1 西安市耕地土壤養分統計特征值[10]

2 調查與取樣

對西安市8個區縣(灞橋區、閻良區、臨潼區、長安區、高陵區、鄠邑區、周至縣、藍田縣)蔬菜主產區共計195個(124個塑料大棚，71個日光溫室)設施蔬菜樣點進行了施肥情況調查，并對設施土壤(0～20 cm)進行了取樣和化驗分析(采樣點如圖1所示)。土壤風干、前處理后測定土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH等5個指標。有機質測定采用重鉻酸鉀-容量法；電導率測定使用電導率儀測定；堿解氮測定采用堿解擴散法；有效磷測定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-礬鉬藍比色法；速效鉀測定采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度計法；土壤pH值測定使用酸度計(土水比1∶5)。

3 土壤養分含量分級標準

菜地土壤養分含量分級標準如表2所示，菜地土壤酸堿度分級標準如表3所示。

表2 菜地土壤養分含量分級標準[9]

表3 菜地土壤酸堿度分級標準

4 結果與分析

4.1 西安市設施蔬菜施肥現狀

從表4中可以看出，西安市設施菜地氮肥施用量平均為883.05 kg·hm-2，為糧食作物磷肥施用量(200.10 kg·hm-2)[11]的2.99倍；磷肥施用量平均為601.50 kg·hm-2，為糧食作物氮肥施用量(366.30 kg·hm-2)[11]的2.41倍；鉀肥施用量平均為598.05 kg·hm-2,為糧食作物鉀肥施用量(34.05 kg·hm-2)[11]的17.56倍。另外，全市設施菜地氮肥、磷肥、鉀肥投入比例為1∶0.68∶0.68，與大多數蔬菜對氮磷鉀的吸收比例1∶0.3∶1.4[7]相比，氮肥投入比例稍顯偏高，磷肥比例明顯偏高，鉀肥比例明顯偏低。就區縣層面而言，不同區縣設施菜地化肥施用量差異較大，其中閻良區氮肥和磷肥施用量為全市最高水平，高陵區鉀肥施用量為全市最高水平；長安區氮肥和鉀肥施用量均為全市最低水平，周至縣磷肥施用量為全市最低水平。

表4 西安市設施菜地化肥施用量 (kg·hm-2)

張福鎖等[12]提出的設施蔬菜氮肥施用推薦量150～900 kg·hm-2，磷肥施用推薦量54～450 kg·hm-2，鉀肥施用推薦量300～960 kg·hm-2。按此標準，西安市設施蔬菜施肥量頻率分布情況如表5。分析看出，西安市氮肥施用量高于推薦施肥區間最大值的樣點數占比達到38.97%，而且施用上限值為推薦上限值的2.8倍之多，施用平均值幾乎與推薦上限值相差無幾，西安市設施菜地氮肥施肥量整體偏高；磷肥施用量高于施肥區間最大值的樣點數占比達到38.97%，施用偏大過量極為明顯，施用平均值為推薦上限值的1.3倍之多；鉀肥施用平均值雖處在施肥推薦區間的中間位置，但低于鉀肥施肥推薦區間和高于鉀肥施肥推薦區間的樣點數分別占到30%左右和45%左右，說明西安市設施菜地鉀肥施用過量和不足問題并存。

表5 西安市設施菜地施肥量頻率分布 (%)

4.2 西安市設施菜地土壤養分狀況

4.2.1 設施菜地土壤養分狀況 分析結果顯示(表6)，西安市設施菜地土壤有機質平均含量為17.63 g·kg-1，堿解氮平均含量為77.47 mg·kg-1，有效磷平均含量為108.42 mg·kg-1，速效鉀平均含量為238.80 mg·kg-1，土壤pH平均為8.06。根據分級標準，西安市設施菜地有機質和堿解氮含量均屬“中等”水平，有效磷和速效鉀含量屬“極高”水平，土壤酸堿性總體表現為堿性。進一步分析發現，全市設施菜地土壤有機質和堿解氮含量分別高出耕地的2.86%和1.07%，土壤有效磷和速效鉀分別高出耕地的389.92%和46.49%，土壤pH高于耕地0.47個單位(上升5.63%)。綜合來看，與耕地相比，西安市設施菜地土壤有機質和堿解氮富集不明顯；設施菜地土壤有效磷和速效鉀富集極為明顯，同時設施菜地土壤pH也出現了一定程度的上升。

表6 西安市不同種植類型土壤養分統計特征值

表7為西安市設施菜地土壤養分不同等級頻率分布。就有機質而言，低于有機質含量臨界值的樣品數占40%左右，居于中等水平的樣品數量占20%左右，高含量水平(“高”等級和“極高”等級，下同)的樣品數量占40%左右，這說明設施菜地土壤有機質豐富和缺乏現象并存；設施菜地土壤堿解氮低于臨界值的樣品數、居于中等水平的樣品數以及高含量水平的樣品數分別約占1/3，說明設施菜地堿解氮盈余與不足并存。土壤有效磷、速效鉀高含量水平的樣品數分別達到90.26%和76.92%，說明設施菜地土壤有效磷、速效鉀主要表現為盈余。

表7 西安市設施菜地土壤養分不同等級頻率分布 (%)

4.2.2 設施菜地土壤養分狀況區域分異 圖2～圖6為設施菜地土壤養分狀況區域分布情況。分析發現，灞橋區、藍田縣、閻良區、高陵區設施菜地土壤有機質含量分別高出轄區耕地對應數值的15.39%、20.05%、7.52%、3.89%，而鄠邑區、周至縣、臨潼區、長安區設施菜地有機質含量較耕地分別低0.83%、1.88%、2.57%、4.54%。臨潼區、鄠邑區、周至縣設施菜地土壤堿解氮分別低于耕地的1.64%、9.02%、11.24%，其余區縣設施菜地土壤堿解氮含量均高于耕地。就有效磷而言，各區縣設施菜地土壤有效磷含量均高于耕地，其中灞橋區設施菜地土壤有效磷含量高于耕地922.94%，其余依次為高陵區、藍田縣、臨潼區、鄠邑區、長安區、閻良區、周至縣，設施菜地土壤有效磷含量分別高于耕地的723.11%、488.19%、292.06%、211.21%、205.81%、189.69%、89.60%。就速效鉀而言，各區縣設施菜地土壤速效鉀含量均高于耕地，但臨潼區、周至縣設施菜地土壤速效鉀含量與耕地差異較小，其余區縣設施菜地土壤速效鉀含量與耕地差異均在30%以上。就pH而言，只有灞橋區、高陵區、鄠邑區設施菜地土壤數值小于耕地，其余區縣設施菜地土壤pH均大于耕地。總體來看，西安市各區縣設施菜地土壤養分狀況區域分異較為明顯，其中灞橋區設施菜地土壤養分富集最為明顯，設施菜地土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀不僅高于本行政區耕地土壤和全市水平，更高于其他區縣設施菜地對應數值。

4.2.3 不同種植年限對設施菜地土壤養分的影響 表8為不同種植年限對設施菜地土壤養分的影響。從中可以看出，隨著種植年限的增加，設施菜地土壤有機質和pH呈現出先降低后升高的趨勢，而堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈現出逐漸增加的趨勢，這說明隨種植年限的增加，土壤速效養分出現明顯累積趨勢。

表8 不同種植年限對設施菜地土壤養分的影響

4.2.4 不同養分指標之間的相關性 相關分析表明(見表9)，有機質與堿解氮、有效磷、速效鉀呈極顯著的正相關性，與pH呈顯著負相關性；堿解氮與有效磷、速效鉀呈極顯著正相關性，與pH無相關性；速效鉀與pH無相關性。

表9 設施菜地土壤不同養分指標間的相關性

5 討論

土壤有機質是作物生長的“養分庫”和土壤微生物代謝的“能量源”，是評價土壤質量和土壤肥力的重要指標[13～14]。曹齊衛等[15]對山東濟南日光溫室菜地土壤(0～20 cm)和棚外露地表層土壤進行對比后發現，日光溫室菜地土壤有機質含量顯著高于棚外露地表層土壤有機質含量，且增幅達到77.0%。本研究也發現，設施菜地土壤有機質含量達到17.63 g·kg-1，高于大田土壤，但增幅僅有2.86%，其仍屬“中等”含量等級。根據陳倫壽等[16]的觀點，理想菜地土壤有機質含量應在30 g·kg-1以上。照此標準，西安市設施菜地土壤有機質含量仍然較低，需繼續加大有機肥施用量。在調查中發現，目前西安市設施菜地施用的有機肥主要為雞糞，用量15～75 t·hm-2。但由于雞糞在土壤中分解周期較短，不利于土壤有機質的積累[15]。所以，西安市設施菜地有機肥施用應由雞糞轉向為優質牛糞、豬糞或其它優質商品有機肥。

與有機質規律類似，西安市設施菜地土壤堿解氮含量達到77.47 mg·kg-1，略高于大田土壤(76.65 mg·kg-1)。根據菜地土壤養分含量分級標準，其屬“中等”含量等級。這說明設施菜地土壤堿解氮含量適中。但根據前述分析，設施菜地氮肥施用量仍然偏高。分析認為，這可能源于菜農在施肥過程中對硝酸鉀的偏愛，進一步對設施菜地土壤硝態氮含量的研究分析有助于明晰此問題。

研究發現，西安市設施菜地土壤有效磷和速效鉀富集極為明顯。這與唐莉莉[17]、古巧珍[18]等人的研究結果具有一致性。結合具體施肥情況，分析認為有效磷和速效鉀富集主要與高量施肥有關。另外，筆者研究還發現，設施菜地土壤pH(8.06)高于大田土壤0.5個單位，這與古巧珍[18]、高新昊[19]、蔡彥明[20]等人得出的種植設施蔬菜后土壤pH降低的結論不一致，具體原因尚需進一步的分析。

設施菜地土壤由于長期處于高集約化栽培、高復種指數和高肥料施用量的生產狀態，隨著種植年限的增加，菜地土壤理化性狀和生物學特性會發生很大變化[21～22]。分析發現，隨種植年限的增加，西安市設施菜地土壤有機質呈現出先降低后升高的趨勢，這與前人研究得出的隨種植年限增加土壤有機質持續升高的結論向佐，具體原因有待進一步分析。王學霞[6]、周德平[23]等人在研究設施菜地土壤pH與種植年限的關系時指出，隨種植年限增加，設施菜地土壤pH呈現逐漸降低的趨勢。但筆者研究發現，隨種植年限的增加，設施菜地土壤有機質和pH呈現出先降低后升高的趨勢，這與曾希柏等[24]的研究結果一致。同時還發現，堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈現出逐漸增加的趨勢，這說明隨種植年限的增加，土壤速效養分出現不斷累積的現象，這與前人大多數研究結果相一致[25～26]。

針對西安市設施菜地施肥和土壤養分存在的問題，應首先重視優質有機肥的投入。有機肥、化肥的合理配合施用，不僅能獲得高產、優質的蔬菜，還能減少設施菜地面化肥源污染潛在風險，在設施蔬菜生產者中值得推廣應用[7,27]。同時，在具體的施肥管理過程中，應結合土壤養分診斷，針對具體作物不同生長階段選用合理養分配比的化肥，以達到節肥增效的目的。筆者前期開展的設施番茄“套餐肥”肥效試驗[28]充分說明，根據作物不同生長期養分需求特點生產的系列配方肥料，不僅化肥施用量下降，而且作物產量和品質均優于農戶常規管理，設施農業生產過程中值得進一步推廣。

6 結論

西安市氮肥施用量偏高，磷肥偏大過量施用現象極為明顯，鉀肥過量施用和施用不足問題并存。與耕地相比，西安市設施菜地土壤有機質和堿解氮富集不明顯，設施菜地土壤有效磷和速效鉀富集極為明顯，同時設施菜地土壤pH出現了一定程度上升。實際設施蔬菜生產過程中，應在重視優質有機肥投入基礎上，注重平衡施肥，以切實降低設施菜地面源污染環境風險，并達到節本、增效和增收目的。