西安市設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況分析

高 瑩，孫喜軍，呂 爽，張 榮，鄧 睿

(1.咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710061；3.西安市高陵區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，陜西 西安 710200)

0 引言

設(shè)施栽培能在一定程度上突破氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的限制，為作物生長(zhǎng)營(yíng)造適宜的小氣候環(huán)境，其具有可生產(chǎn)期長(zhǎng)、作物產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)[1～2]。但在高產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)利益的雙重驅(qū)動(dòng)下，全國(guó)設(shè)施蔬菜偏大過(guò)量施肥問(wèn)題突出，由此導(dǎo)致的養(yǎng)分盈余及失衡問(wèn)題極為普遍[3～5]。徐曉鋒等[6]對(duì)洛陽(yáng)市郊蔬菜基地日光溫室的土壤養(yǎng)分研究后發(fā)現(xiàn)，隨著栽植年限的增加，土壤氮、磷不斷積累。余海英等[7]對(duì)山東壽光18個(gè)日光溫室的土壤養(yǎng)分研究后發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)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(yǎng)分富集明顯。黃紹文等[8]對(duì)全國(guó)東北、黃淮海、西北、華中、西南、華東、華南等7個(gè)區(qū)域共計(jì)1 201個(gè)典型菜田耕層土壤樣品分析后發(fā)現(xiàn)，土壤速效養(yǎng)分大量積累，其中速效磷富集最為明顯。總體看來(lái)，雖然不同區(qū)域設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分特征具有一定的相似性，但由于自然因素(如土壤類型、質(zhì)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(qū)域設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況又具有一定的個(gè)性特征，由此導(dǎo)致此類研究結(jié)果往往帶有明顯的地域性和不可替代性[8]。為此，針對(duì)特定區(qū)域設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況開(kāi)展調(diào)查研究兼具現(xiàn)實(shí)必要性和迫切性。

近年來(lái)，隨著西安市農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整和都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，城市近郊以塑料大棚和日光溫室為主的設(shè)施菜地面積不斷擴(kuò)大。設(shè)施蔬菜在促進(jìn)農(nóng)民增收和保證城鄉(xiāng)居民蔬菜供應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用，但目前對(duì)全市設(shè)施蔬菜施肥情況和土壤養(yǎng)分狀況還缺乏系統(tǒng)全面的分析研究。研究在施肥情況調(diào)查和土樣測(cè)試基礎(chǔ)上，研究探討了設(shè)施蔬菜化肥施用情況，深入分析了設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況，以期能為西安市設(shè)施蔬菜施肥管理以及設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展提供一定的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

西安市地處關(guān)中盆地中部，北瀕渭河，南依秦嶺，地勢(shì)相對(duì)較為平坦，土層較為深厚。轄區(qū)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(zhì)如表1所示。2018年底，全市設(shè)施蔬菜播種面積1.65×104hm2，設(shè)施蔬菜產(chǎn)量128.62×104t[9]。設(shè)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(dá)到38.31%[9]。

表1 西安市耕地土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)特征值[10]

2 調(diào)查與取樣

對(duì)西安市8個(gè)區(qū)縣(灞橋區(qū)、閻良區(qū)、臨潼區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、高陵區(qū)、鄠邑區(qū)、周至縣、藍(lán)田縣)蔬菜主產(chǎn)區(qū)共計(jì)195個(gè)(124個(gè)塑料大棚，71個(gè)日光溫室)設(shè)施蔬菜樣點(diǎn)進(jìn)行了施肥情況調(diào)查，并對(duì)設(shè)施土壤(0～20 cm)進(jìn)行了取樣和化驗(yàn)分析(采樣點(diǎn)如圖1所示)。土壤風(fēng)干、前處理后測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH等5個(gè)指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀-容量法；電導(dǎo)率測(cè)定使用電導(dǎo)率儀測(cè)定；堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；有效磷測(cè)定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-礬鉬藍(lán)比色法；速效鉀測(cè)定采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度計(jì)法；土壤pH值測(cè)定使用酸度計(jì)(土水比1∶5)。

3 土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

菜地土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，菜地土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表2 菜地土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]

表3 菜地土壤酸堿度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)果與分析

4.1 西安市設(shè)施蔬菜施肥現(xiàn)狀

從表4中可以看出，西安市設(shè)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(shè)施菜地氮肥、磷肥、鉀肥投入比例為1∶0.68∶0.68，與大多數(shù)蔬菜對(duì)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(qū)縣層面而言，不同區(qū)縣設(shè)施菜地化肥施用量差異較大，其中閻良區(qū)氮肥和磷肥施用量為全市最高水平，高陵區(qū)鉀肥施用量為全市最高水平；長(zhǎng)安區(qū)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(shè)施菜地化肥施用量 (kg·hm-2)

張福鎖等[12]提出的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，西安市設(shè)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(qū)間最大值的樣點(diǎn)數(shù)占比達(dá)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(wú)幾，西安市設(shè)施菜地氮肥施肥量整體偏高；磷肥施用量高于施肥區(qū)間最大值的樣點(diǎn)數(shù)占比達(dá)到38.97%，施用偏大過(guò)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(qū)間的中間位置，但低于鉀肥施肥推薦區(qū)間和高于鉀肥施肥推薦區(qū)間的樣點(diǎn)數(shù)分別占到30%左右和45%左右，說(shuō)明西安市設(shè)施菜地鉀肥施用過(guò)量和不足問(wèn)題并存。

表5 西安市設(shè)施菜地施肥量頻率分布 (%)

4.2 西安市設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況

4.2.1 設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況 分析結(jié)果顯示(表6)，西安市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)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(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，西安市設(shè)施菜地有機(jī)質(zhì)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(xiàn)為堿性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，全市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)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(gè)單位(上升5.63%)。綜合來(lái)看，與耕地相比，西安市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮富集不明顯；設(shè)施菜地土壤有效磷和速效鉀富集極為明顯，同時(shí)設(shè)施菜地土壤pH也出現(xiàn)了一定程度的上升。

表6 西安市不同種植類型土壤養(yǎng)分統(tǒng)計(jì)特征值

表7為西安市設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分不同等級(jí)頻率分布。就有機(jī)質(zhì)而言，低于有機(jī)質(zhì)含量臨界值的樣品數(shù)占40%左右，居于中等水平的樣品數(shù)量占20%左右，高含量水平(“高”等級(jí)和“極高”等級(jí)，下同)的樣品數(shù)量占40%左右，這說(shuō)明設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)豐富和缺乏現(xiàn)象并存；設(shè)施菜地土壤堿解氮低于臨界值的樣品數(shù)、居于中等水平的樣品數(shù)以及高含量水平的樣品數(shù)分別約占1/3，說(shuō)明設(shè)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(shù)分別達(dá)到90.26%和76.92%，說(shuō)明設(shè)施菜地土壤有效磷、速效鉀主要表現(xiàn)為盈余。

表7 西安市設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分不同等級(jí)頻率分布 (%)

4.2.2 設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況區(qū)域分異 圖2～圖6為設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況區(qū)域分布情況。分析發(fā)現(xiàn)，灞橋區(qū)、藍(lán)田縣、閻良區(qū)、高陵區(qū)設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量分別高出轄區(qū)耕地對(duì)應(yīng)數(shù)值的15.39%、20.05%、7.52%、3.89%，而鄠邑區(qū)、周至縣、臨潼區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)設(shè)施菜地有機(jī)質(zhì)含量較耕地分別低0.83%、1.88%、2.57%、4.54%。臨潼區(qū)、鄠邑區(qū)、周至縣設(shè)施菜地土壤堿解氮分別低于耕地的1.64%、9.02%、11.24%，其余區(qū)縣設(shè)施菜地土壤堿解氮含量均高于耕地。就有效磷而言，各區(qū)縣設(shè)施菜地土壤有效磷含量均高于耕地，其中灞橋區(qū)設(shè)施菜地土壤有效磷含量高于耕地922.94%，其余依次為高陵區(qū)、藍(lán)田縣、臨潼區(qū)、鄠邑區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、閻良區(qū)、周至縣，設(shè)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(qū)縣設(shè)施菜地土壤速效鉀含量均高于耕地，但臨潼區(qū)、周至縣設(shè)施菜地土壤速效鉀含量與耕地差異較小，其余區(qū)縣設(shè)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(qū)、高陵區(qū)、鄠邑區(qū)設(shè)施菜地土壤數(shù)值小于耕地，其余區(qū)縣設(shè)施菜地土壤pH均大于耕地。總體來(lái)看，西安市各區(qū)縣設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分狀況區(qū)域分異較為明顯，其中灞橋區(qū)設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分富集最為明顯，設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀不僅高于本行政區(qū)耕地土壤和全市水平，更高于其他區(qū)縣設(shè)施菜地對(duì)應(yīng)數(shù)值。

4.2.3 不同種植年限對(duì)設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分的影響 表8為不同種植年限對(duì)設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分的影響。從中可以看出，隨著種植年限的增加，設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)和pH呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，而堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，這說(shuō)明隨種植年限的增加，土壤速效養(yǎng)分出現(xiàn)明顯累積趨勢(shì)。

表8 不同種植年限對(duì)設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分的影響

4.2.4 不同養(yǎng)分指標(biāo)之間的相關(guān)性 相關(guān)分析表明(見(jiàn)表9)，有機(jī)質(zhì)與堿解氮、有效磷、速效鉀呈極顯著的正相關(guān)性，與pH呈顯著負(fù)相關(guān)性；堿解氮與有效磷、速效鉀呈極顯著正相關(guān)性，與pH無(wú)相關(guān)性；速效鉀與pH無(wú)相關(guān)性。

表9 設(shè)施菜地土壤不同養(yǎng)分指標(biāo)間的相關(guān)性

5 討論

土壤有機(jī)質(zhì)是作物生長(zhǎng)的“養(yǎng)分庫(kù)”和土壤微生物代謝的“能量源”，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)[13～14]。曹齊衛(wèi)等[15]對(duì)山東濟(jì)南日光溫室菜地土壤(0～20 cm)和棚外露地表層土壤進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，日光溫室菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于棚外露地表層土壤有機(jī)質(zhì)含量，且增幅達(dá)到77.0%。本研究也發(fā)現(xiàn)，設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)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(jí)。根據(jù)陳倫壽等[16]的觀點(diǎn)，理想菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)在30 g·kg-1以上。照此標(biāo)準(zhǔn)，西安市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)含量仍然較低，需繼續(xù)加大有機(jī)肥施用量。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前西安市設(shè)施菜地施用的有機(jī)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(jī)質(zhì)的積累[15]。所以，西安市設(shè)施菜地有機(jī)肥施用應(yīng)由雞糞轉(zhuǎn)向?yàn)閮?yōu)質(zhì)牛糞、豬糞或其它優(yōu)質(zhì)商品有機(jī)肥。

與有機(jī)質(zhì)規(guī)律類似，西安市設(shè)施菜地土壤堿解氮含量達(dá)到77.47 mg·kg-1，略高于大田土壤(76.65 mg·kg-1)。根據(jù)菜地土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其屬“中等”含量等級(jí)。這說(shuō)明設(shè)施菜地土壤堿解氮含量適中。但根據(jù)前述分析，設(shè)施菜地氮肥施用量仍然偏高。分析認(rèn)為，這可能源于菜農(nóng)在施肥過(guò)程中對(duì)硝酸鉀的偏愛(ài)，進(jìn)一步對(duì)設(shè)施菜地土壤硝態(tài)氮含量的研究分析有助于明晰此問(wèn)題。

研究發(fā)現(xiàn)，西安市設(shè)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(jié)果具有一致性。結(jié)合具體施肥情況，分析認(rèn)為有效磷和速效鉀富集主要與高量施肥有關(guān)。另外，筆者研究還發(fā)現(xiàn)，設(shè)施菜地土壤pH(8.06)高于大田土壤0.5個(gè)單位，這與古巧珍[18]、高新昊[19]、蔡彥明[20]等人得出的種植設(shè)施蔬菜后土壤pH降低的結(jié)論不一致，具體原因尚需進(jìn)一步的分析。

設(shè)施菜地土壤由于長(zhǎng)期處于高集約化栽培、高復(fù)種指數(shù)和高肥料施用量的生產(chǎn)狀態(tài)，隨著種植年限的增加，菜地土壤理化性狀和生物學(xué)特性會(huì)發(fā)生很大變化[21～22]。分析發(fā)現(xiàn)，隨種植年限的增加，西安市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，這與前人研究得出的隨種植年限增加土壤有機(jī)質(zhì)持續(xù)升高的結(jié)論向佐，具體原因有待進(jìn)一步分析。王學(xué)霞[6]、周德平[23]等人在研究設(shè)施菜地土壤pH與種植年限的關(guān)系時(shí)指出，隨種植年限增加，設(shè)施菜地土壤pH呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。但筆者研究發(fā)現(xiàn)，隨種植年限的增加，設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)和pH呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，這與曾希柏等[24]的研究結(jié)果一致。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，堿解氮、有效磷、速效鉀含量均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，這說(shuō)明隨種植年限的增加，土壤速效養(yǎng)分出現(xiàn)不斷累積的現(xiàn)象，這與前人大多數(shù)研究結(jié)果相一致[25～26]。

針對(duì)西安市設(shè)施菜地施肥和土壤養(yǎng)分存在的問(wèn)題，應(yīng)首先重視優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的投入。有機(jī)肥、化肥的合理配合施用，不僅能獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的蔬菜，還能減少設(shè)施菜地面化肥源污染潛在風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)者中值得推廣應(yīng)用[7,27]。同時(shí)，在具體的施肥管理過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合土壤養(yǎng)分診斷，針對(duì)具體作物不同生長(zhǎng)階段選用合理養(yǎng)分配比的化肥，以達(dá)到節(jié)肥增效的目的。筆者前期開(kāi)展的設(shè)施番茄“套餐肥”肥效試驗(yàn)[28]充分說(shuō)明，根據(jù)作物不同生長(zhǎng)期養(yǎng)分需求特點(diǎn)生產(chǎn)的系列配方肥料，不僅化肥施用量下降，而且作物產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)于農(nóng)戶常規(guī)管理，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中值得進(jìn)一步推廣。

6 結(jié)論

西安市氮肥施用量偏高，磷肥偏大過(guò)量施用現(xiàn)象極為明顯，鉀肥過(guò)量施用和施用不足問(wèn)題并存。與耕地相比，西安市設(shè)施菜地土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮富集不明顯，設(shè)施菜地土壤有效磷和速效鉀富集極為明顯，同時(shí)設(shè)施菜地土壤pH出現(xiàn)了一定程度上升。實(shí)際設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)在重視優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥投入基礎(chǔ)上，注重平衡施肥，以切實(shí)降低設(shè)施菜地面源污染環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并達(dá)到節(jié)本、增效和增收目的。