日光溫室蔬菜地耕層土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的時空變化

日光溫室蔬菜地耕層土壤有機(jī)質(zhì)和氮素的時空變化

日光溫室的栽培主要依靠人工控制和控制，以滿足蔬菜的正常生長發(fā)育，是在不受雨、連續(xù)施肥和連續(xù)栽培的情況下進(jìn)行的。因此，與開放土壤相比，日光溫室的土壤條件和肥力指標(biāo)發(fā)生了很大變化。設(shè)施農(nóng)業(yè)是人為地創(chuàng)造適宜動植物生長發(fā)育與再生產(chǎn)環(huán)境,進(jìn)行農(nóng)業(yè)加工生產(chǎn)的一種特殊生產(chǎn)方式,是人們實現(xiàn)高產(chǎn)高效的有效途徑。隨著人們生活水平的提高和生活質(zhì)量的改善,人們對蔬菜的需求已從“產(chǎn)量時代”跨入“質(zhì)量時代”,追求無污染、優(yōu)質(zhì)、安全、營養(yǎng)的食品已逐漸成為時代潮流。青海省以日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè)已達(dá)3806.67hm2,占全省蔬菜栽培面積的13.27%,近年來菜農(nóng)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中,對營養(yǎng)元素缺乏非常關(guān)注,而對營養(yǎng)元素的過剩卻常常忽視。相當(dāng)一部分農(nóng)民追求高產(chǎn)心切,為了獲得高產(chǎn)和高經(jīng)濟(jì)效益,在土壤養(yǎng)分含量已很高的情況下仍大量施肥;盲目過度施用化肥,特別是保護(hù)地蔬菜生產(chǎn)中氮肥的超量施用,導(dǎo)致蔬菜中硝酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo),產(chǎn)品品質(zhì)降低,進(jìn)而危害人體健康。有機(jī)質(zhì)和氮素含量是土壤肥力的重要指標(biāo),在土壤肥力、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面都有著很重要的作用和意義。設(shè)施土壤中有機(jī)質(zhì)和氮素的含量與組成會直接影響到蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)。為了滿足設(shè)施無公害蔬菜生產(chǎn)的需要,及時開展設(shè)施土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量、分布及變化規(guī)律的研究是十分必要的。本研究采集了青海省西寧市城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)、樂都縣碾伯鎮(zhèn)兩地不同種植年限(1~30年)蔬菜日光溫室耕層(0~20cm)、剖面(0~100cm)土壤及與之對應(yīng)的露地土壤樣品,測定了其中有機(jī)質(zhì)及氮素等養(yǎng)分含量;以期了解設(shè)施栽培條件下土壤有機(jī)質(zhì)及氮素變化規(guī)律,為日光溫室的施肥管理、合理科學(xué)施用氮肥、降低土壤中氮素積累提供基礎(chǔ)資料。1材料和方法1.1調(diào)查研究土樣2008年11月,在西寧市樂都縣碾伯鎮(zhèn)賈灣村、北門村采集不同種植年限(2、5、10、15、22、27年)日光溫室剖面土壤(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm)。采好的土樣按層次裝入聚乙烯自封袋,標(biāo)記密封,送往西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)含量的測定。2009年9~12月,調(diào)查西寧市城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)、樂都縣碾伯鎮(zhèn)日光溫室中土壤管理措施(灌水、施肥量、施肥種類等),每個調(diào)查點的日光溫室盡可能為同一農(nóng)戶所有或者在距離上相隔不遠(yuǎn),以保證耕作管理措施和土壤類型的相對一致性。在城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)陶南村、沈家寨、魏家莊采集不同種植年限(1、3~4、6、8、15~18、21、30年)日光溫室耕層土壤及與溫室土壤類型相同的露地土壤共14個土樣;在樂都縣碾伯鎮(zhèn)賈灣村、城中村、鄧家莊、北門村采集不同種植年限(1、2、5、8、10、15、22、25~27年)日光溫室耕層土壤及與溫室土壤類型相同的露地土壤共32個土樣。土樣經(jīng)風(fēng)干研磨過篩后裝瓶備用。1.2土壤養(yǎng)分含量測定土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定;全氮用凱氏定氮法測定;土壤速效氮用堿解擴(kuò)散法測定;銨態(tài)氮和硝態(tài)氮分別采用NH4+電極法、NO3-電極法測定。2結(jié)果與分析2.1有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量由表1可知,西寧市城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)日光溫室耕層土壤中有機(jī)質(zhì)含量整體上呈現(xiàn)隨種植年限的延長而有不同程度的增加,為18.70~41.20g/kg,較露地土壤增加11.31%~145.24%;種植8年時,有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最大值,為41.20g/kg。土壤全氮含量也呈現(xiàn)隨種植年限的延長而有不同程度的增加;最低值(1年)較露地土壤含量增加44.60%,最高值(8年)較露地土壤含量增加172.47%。速效氮含量為118.66~219.97mg/kg,較露地土壤中增加19.91%~122.28%。分析表明,有機(jī)質(zhì)含量與全氮含量間呈極顯著正相關(guān)(r=0.9501);有機(jī)質(zhì)含量與速效氮含量間呈顯著正相關(guān)(r=0.8640);全氮含量與速效氮含量間呈極顯著正相關(guān)(r=0.9236)。2.2不同種植年限、種植期間土壤全氮含量的變化由表2可知,在種植1~27年的日光溫室內(nèi),樂都縣碾伯鎮(zhèn)日光溫室耕層土壤中有機(jī)質(zhì)含量在18.20~31.00g/kg,較露地土壤增加83.84%~213.13%;在種植15年時達(dá)到最大值,種植25~27年時,含量最低。土壤全氮含量整體上呈現(xiàn)隨種植年限的增加而有不同程度的增加的趨勢,為1.41~2.35g/kg,較露地土壤增加58.45%~164.86%;在種植22年時達(dá)到最大值。土壤速效氮含量為105.53~180.83mg/kg,較露地土壤增加39.70%~139.38%;在種植22年時含量達(dá)到最大值,之后出現(xiàn)下降態(tài)勢。相關(guān)性分析表明,有機(jī)質(zhì)與全氮、有機(jī)質(zhì)與速效氮、全氮與速效氮含量間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.9416、0.9477、0.9653。2.3不同年生日光溫室土壤中氮和硝氮的積累和變化分析2.3.1土壤中硝化物元素含量的影響0~100cm的剖面中,銨態(tài)氮含量變化最大幅度為0.06mg/L,0~80cm深度時含量逐漸降低,這可能是因植物的吸收利用和銨態(tài)氮的不穩(wěn)定性而致;但高于80cm后,含量上升,這可能與銨態(tài)氮在土壤中嫌氣條件下比較穩(wěn)定有關(guān)。硝態(tài)氮在土壤0~10cm中含量較高,從人為管理措施看,菜農(nóng)一般比較重視溫室氮肥的施用,日光溫室施肥量高,每年投入化肥量平均在7500kg/hm2以上,作物對肥料均存在選擇吸收,不能被吸收的成分不受雨水直接沖刷,殘留在土壤中而產(chǎn)生積累,而大量的含N化肥及有機(jī)物料分解產(chǎn)物在好氣條件下經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮累積在土壤中,導(dǎo)致溫室土壤中以硝態(tài)氮為主的鹽分含量急劇上升。同時日光溫室薄膜的覆蓋不僅阻擋了降水對土壤硝態(tài)氨的自然淋洗,而且提高了棚內(nèi)和土壤的溫度,增加了土壤水分的蒸發(fā),進(jìn)一步加劇了硝態(tài)氮在土壤表層中的積累。2.3.2土壤銨態(tài)氮含量的變化由表4可知,剖面0~10cm土壤中,在種植15年時銨態(tài)氮達(dá)到最高值,為0.465mg/L,與最小值相差0.09mg/L,總體上變化趨勢比較平緩;在種植22年時硝態(tài)氮達(dá)到最高值,為45.360mg/L,與最小值相差33.060mg/L,隨著種植年限的增加,總體上硝態(tài)氮含量有不同程度的積累。剖面80~100cm土壤中,土壤銨態(tài)氮含量在種植5年時達(dá)到最高值(0.432mg/L),與22年時相差0.016mg/L,但與27年時相差0.118mg/L,在2~22年中,隨著種植年限的增加總體上變化趨勢比較平緩;硝態(tài)氮在種植15年時出現(xiàn)最小值(0.946mg/L),與5年時(8.112mg/L)相差7.166mg/L。3土壤肥力及土壤全氮含量試驗結(jié)果表明,西寧市城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)和樂都縣碾伯鎮(zhèn)的日光溫室耕層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮和速效氮含量明顯高于露地土壤。隨著土層深度的增加,樂都縣碾伯鎮(zhèn)剖面土壤中銨態(tài)氮含量呈現(xiàn)出先下降后增加的態(tài)勢;硝態(tài)氮在表層含量極高,0~60cm內(nèi)含量隨深度的增加而急劇下降;在種植2~27年的日光溫室內(nèi),銨態(tài)氮含量總體上變幅較小,為0.314~0.465mg/L;硝態(tài)氮含量變幅較大,為0.946~45.360mg/L。土壤有機(jī)質(zhì)具有改善土壤理化性質(zhì)、生物學(xué)特性及保肥、供肥等作用。土壤有機(jī)質(zhì)含量變化主要取決于有機(jī)物質(zhì)的年礦化量和年輸入量。隨著土壤有機(jī)質(zhì)的不斷積累,礦化率也會升高。土壤全氮包括可供作物直接利用的礦質(zhì)氮、易礦化有機(jī)氮、不易礦化有機(jī)氮及黏土礦物晶格固定的銨,是作物從土壤獲得氮素的氮庫。土壤全氮含量的增減是土壤肥力高低的指標(biāo)之一。西寧市城北區(qū)大堡子鄉(xiāng)、樂都縣碾伯鎮(zhèn)日光溫室耕層土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮含量均高于露地土壤含量,且最高值與最低值出現(xiàn)的年限不同,這一現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是由于日光溫室內(nèi)常處于封閉或半封閉狀態(tài)、高溫、高濕,同時又由于溫室表土施用了較多的氮肥,據(jù)調(diào)查,日光溫室內(nèi)施肥比露地多4~5倍,肥料施用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于作物需求量,導(dǎo)致肥料在土壤中累積;從人為因素看,這可能與兩地人的種植積極性和施肥管理習(xí)慣不同有關(guān)。由表3可知,剖面土壤中銨態(tài)氮含量為0.375