廣西設施栽培土壤主要養分積累特征

陳桂芬 黃雁飛 龐媚 劉斌 黃玉溢 趙秀河

（1. 廣西農業科學院農業資源與環境研究所 廣西南寧 530007；2. 北海市農業科學研究所 廣西北海 536000）

設施栽培作為一項現代農業技術，通過可調控的技術手段對農業資源進行合理配置、高效利用，易于實現作物高產穩產優質，經濟效益、社會效益和生態效益顯著，是促進農民增產增收的重要產業之一[1]。隨著現代農業發展的要求、農業產業結構調整以及供給側改革的需求，近年來在我國發展迅速。目前，我國設施栽培面積及農產品的總產量均位居世界首位[2]，廣西設施栽培面積達4萬hm2。設施栽培生產中有機肥、化肥投入量遠遠高于當地的露地生產。此外，由于設施栽培土壤復種指數高，長期處于高溫高濕環境，且缺少降水淋洗，使得設施栽培土壤更容易發生養分富集、土壤酸化和鹽漬化[3-6]，隨著栽培年限的增加，土壤次生鹽漬化、酸化、養分不平衡、板結、病蟲害頻發等問題愈發嚴重[7-8]。近年來，已有學者對設施栽培土壤存在的退化問題,如養分大量累積、次生鹽漬化、水溶性鹽分離子的組成等方面進行了研究[9-14]。但是，由于設施農業生態系統具有地域差異性，關于廣西設施栽培土壤養分狀況的研究還鮮見報道，且缺乏針對性的研究。本研究以廣西區內設施栽培土壤為研究對象，探討不同大棚年限的設施栽培土壤pH、水溶性鹽含量的變化及主要養分積累特征，以期為廣西設施栽培的施肥管理提供科學依據，促進設施栽培產業可持續性健康發展。

1 材料與方法

1.1 材料

土壤樣品，采自廣西設施栽培比較發達的地區；采樣工具：不銹鋼鏟或不銹鋼土鉆、聚乙烯塑料袋；實驗儀器：電子天平，pH計，火焰光度計，紫外-可見光分光光度計，恒溫箱等；實驗試劑：用于土壤農化常規分析的各種試劑。

1.2 方法

1.2.1 土樣采集設施栽培調查與土樣采集于2019年1月至2021年3月期間進行，根據設施栽培面積和種植年限確定采樣點，于作物收獲期或收獲后，采集不同年限(1~5年、6~10年及11年以上)的大棚和連棟大棚內的土壤樣品，采樣深度為0~20 cm，1個土壤樣品代表1棟大棚或連棟大棚面積為667~2 000 m2的混合樣，每個大棚土壤樣品多點采集，按“S”形布采樣點，使用不銹鋼鏟或不銹鋼土鉆，隨機采集5~10個耕層土樣點，充分混勻后，四分法留取1 kg左右，裝入聚乙烯塑料袋，標記、密封。同時在大棚附近采用相同方法采集露地栽培的土壤樣品作為對照。樣品帶回實驗室風干處理，按分析項目要求磨細過篩，裝瓶備用。共采集土壤樣品77個，其中大棚年限1~5年的樣品23個、6~10年的樣品17個以及11年以上的樣品17個，露地栽培的樣品20個。

1.2.2 項目檢測土壤pH采用酸度計法(土水比1︰5)；水溶性鹽采用質量法(土水比1︰5)；堿解氮采用堿解擴散法；速效磷采用0.5 mol/L Na-HCO3浸提–鉬銻抗比色法；速效鉀采用NH4OAc浸提–火焰光度計法；有機質采用重鉻酸鉀容量法。全氮采用凱氏法；全磷采用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法；全鉀采用氫氧化鈉熔融?火焰光度計法。

1.2.3 數據統計分析采用Excel 2007進行統計處理檢測數據，采用SPSS 22.0分析檢測數據。

2 結果與分析

2.1 不同年限的設施栽培土壤pH和水溶性鹽含量變化特征

土壤pH是一個重要的土壤基本性質指標，pH大小對土壤養分存在的形態和有效性、土壤理化性質、微生物活性以及植物生長有很大影響。土壤鹽分積累到一定濃度會影響植物生長發育。如表1所示，不同年限的設施栽培土壤pH平均值均低于露地土壤，隨著大棚使用年限的增加呈逐漸下降趨勢，且酸性土壤所占樣品比例也呈增加趨勢；大棚種植10年后，pH下降了0.34個單位，pH小于5.5的土壤樣品占比由50%增加到58.82%，說明隨著大棚使用年限的增加，廣西設施栽培土壤pH隨之增加，土壤顯示出酸化的趨勢。設施栽培土壤的水溶性鹽含量均顯著高于露地土壤，并隨著大棚年限的增加呈不斷上升趨勢；大棚年限1~5、6~10及11年以上的設施土壤水溶性鹽含量分別是露地土壤的3.11、3.34和3.63倍，且鹽漬化土壤占比也呈不斷提高的趨勢，說明設施栽培土壤的次生鹽漬化程度隨著大棚年限的增加而不斷加重，以中、輕度鹽漬化為主。

表1 不同年限土壤pH和水溶性鹽含量

2.2 不同年限的設施栽培土壤有機質含量變化特征

土壤有機質是評價土壤肥力的重要指標之一，是影響土壤結構、土壤緩沖性能、保水保肥供肥性能、養分有效性和土壤通氣性等理化性狀的關鍵因子。表2結果表明，設施栽培土壤有機質含量均高于露地栽培土壤，且隨著大棚年限的增加而不斷積累，大棚年限1~5、6~10及11年以上的土壤有機質含量分別比露地土壤的土壤有機質含量提高34.38%、76.51%和86.94%，處在極豐富水平的樣品占比也不斷提高，由露地的15.0%分別提高到17.39%、23.53%和47.06%。

表2 不同年限土壤有機質含量

2.3 不同年限的設施栽培土壤速效養分含量變化特征

土壤速效養分能被作物直接吸收，其含量高低可反映出當季作物營養的豐缺程度。由表3 可知，設施栽培土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量均顯著高于露地。堿解氮隨著大棚年限的增長無明顯變化，年限1~5、6~10及11年以上的土壤堿解氮含量分別是露地土壤的2.04、1.98和2.08倍，處于極高含量水平的樣品占比最高是6~10年，占94.12%；其次是11年以上，占88.24%，1~5年的占78.26%。速效磷含量隨著大棚年限的增加而不斷積累，1~5、6~10及11年以上的土壤速效磷含量分別是露地土壤的2.58、4.04和4.53倍，絕大部分樣品都處于極高含量水平。速效鉀含量也隨著大棚年限的增加而增加，1~5、6~10及11年以上的土壤速效鉀含量分別是露地土壤的2.24、2.42和2.97倍，處在極高含量水平的樣品占比也隨著大棚年限增加而不斷提高。

表3 不同年限土壤的速效養分含量

2.4 不同年限的設施栽培土壤全量養分含量變化特征

土壤全氮、全磷、全鉀含量高低可反映土壤供給氮、磷、鉀營養的潛在能力。表4結果表明，不同年限的設施栽培土壤全氮含量均高于露地土壤，且隨著大棚年限的增加而不斷增加，1~5、6~10及11年以上全氮含量分別比露地提高44.75%、67.83%和75.52%。不同年限的設施栽培土壤全磷含量的變化趨勢與全氮含量的變化趨勢基本一致，隨著大棚年限的增加而不斷增加，由于磷素更容易在土壤中被吸附固定，因而其積累增長幅度更大，1~5、6~10及11年以上的全磷含量分別比露地提高67.59%、164.81%和231.48%。不同年限的設施栽培土壤全鉀含量變化則沒有明顯的規律，1~5年的全鉀含量比露地增加38.75%，而6~10和11年以上的設施栽培土壤全鉀含量則低于露地土壤?？赡茉O施栽培土壤全鉀含量的高低主要取決于土壤母質中鉀含量，而與大棚年限關系不大。

表4 不同年限土壤全量養分含量

3 討論

設施栽培土壤酸化和鹽漬化會隨著種植年限的延長越來越嚴重，主要是由于設施栽培土壤在生產環境的封閉性、高溫、高濕、少雨的條件下，淋洗程度低，導致鹽分向表土積聚，再加上人為管理措施導致設施土壤H+、鹽基離子殘留于土壤中逐年累積，造成設施栽培土壤鹽分含量較高[12]。隨著大棚使用年限的延長，廣西設施栽培土壤酸化越明顯，連續種植10年后土壤pH下降了0.34個單位，pH降低的主要原因，可能是隨著種植年限的延長，施用大量肥料，未被作物吸收利用的肥料富集在土壤中，導致NO3?、SO42?、Cl?等離子在土壤中殘留促進土壤酸化和土壤鹽漬化。本研究結果表明，設施栽培土壤的水溶性鹽含量顯著高于露地栽培，是露地土壤的3倍以上。說明在調查區的設施栽培條件下，隨著大棚年限的延長，土壤出現次生鹽漬化的程度也呈隨之加重趨勢。

設施栽培土壤有機質和土壤養分（全鉀除外）含量總體上均高于露地土壤。蔣龍剛等[15]、于淼等[16]、Hu等[17]認為設施表層土壤有機質、速效氮、磷、鉀含量均顯著高于露地土壤。土壤有機質含量較高，主要是由于長期施用有機肥以及作物秸稈還田使有機質積累在土壤表層，且降解速率低于施用速率，導致有機質含量逐年增加。堿解氮含量的高低可反映出設施栽培土壤對作物供氮能力的強弱，整體來看，設施栽培土壤堿解氮含量高于露地土壤，但隨著大棚年限的增長無明顯變化；全氮含量則隨著大棚年限的延長呈不斷增加的趨勢，可能是由于種植戶為了追求高產而長期盲目施用氮肥，造成土壤表層氮素積累，其降解速率低于施肥速率。設施栽培土壤速效磷和全磷含量較豐富并逐年積累，張大庚等[18]研究結果也表明，設施栽培年限顯著影響土壤中磷的累積，主要是由于種植戶施用過量的磷肥，致使磷元素積累于土壤表層，同時磷可能與有機質形成較穩定的絡合物殘留于土壤中，使磷在土壤中富集，土壤磷素含量過高，造成作物養分不均衡、肥料利用率低等后果，磷還可能會隨徑流和淋洗進入水體后使水體富營養化，造成生態環境惡化的后果[19]。生產中應當采取一定措施控制磷肥的施用量，防止土壤中磷含量過高導致磷富集而影響作物的產量和品質。大多數設施栽培土壤速效鉀含量過高，主要是因為近年來我國倡導“補鉀工程”，種植戶過量施用鉀肥而使土壤中所含鉀離子濃度升高[20]。雖然一些作物生長過程中需鉀量較大，但大部分種植戶不了解也不會考慮大棚土壤中實際的有效鉀含量而盲目施用大量鉀肥，不僅造成土壤中鉀元素的富集，也造成了資源的浪費。本研究結果表明，采樣區大部分設施土壤的速效磷和速效鉀含量均超過豐富水平，有的土壤有效磷含量高達 1 471 mg/kg、有效鉀含量高達1 520 mg/kg，應嚴格控制磷肥的施用量，合理調節鉀肥的施用量，避免養分不均衡對作物產生不利影響。目前，我國設施栽培中存在的主要問題就是施肥不合理，大量元素肥的施用過量而微量元素肥施用不足，最重要的原因是因為種植戶不能根據大棚土壤的養分狀況和栽培的作物來確定所施肥料的品種和數量，不能做到科學合理施肥，不僅增加了生產成本，還導致土壤養分不均衡，作物的生長發育受到影響，作物產量和品質降低。