不同施肥类型下设施农业土壤质量的累积特征
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摘要：以江苏省南京地区设施农业土壤为对象，研究了施化肥为主和施有机肥2种施肥类型下，设施农业土壤的基本性质和养分含量在纵向剖面的累积特征。结果表明：设施农业中，施化肥为主表层土壤酸化现象明显，施有机肥表层土壤盐渍化现象明显。2种施肥类型下表层土壤各养分含量均显著高于露天土，施有机肥耕作方式在提高土壤养分方面整体优于施化肥为主。设施农业土壤在纵向剖面累积特征明显，施化肥为主的酸化现象在0～20 cm土层明显，盐分含量在各土层中稳定，土壤全氮、全磷含量同时出现表层聚集和向下迁移的特征，其中底层累积更为明显；施有机肥耕作方式下土壤酸化主要集中在20～60 cm，土壤盐分、全氮、全磷含量变化均在0～20 cm土层累积较多。设施农业中长期高投入的施肥，无论施化肥为主或有机肥为主，土壤均出现不同程度的酸化、盐渍化和养分累积现象，因此设施农业中应采取合理施肥措施，减少持续施肥时间较长区域的有机肥、氮肥、磷肥的施用量，以改善土壤质量恶化状况。
关键词：设施农业；有机肥；化肥；养分；累积
中图分类号： S158文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0465-05
收稿日期：2015-04-30
基金项目：公益性行业（环保）科研专项（编号：20110918）。
作者简介：曾艳（1989—），女，贵州德江人，硕士研究生，从事湿地生态多样性研究。E-mail：zengyan2206@163.com。
通信作者：李宁，博士后，从事群落生态学研究方向。E-mail：lining196@126.com。设施农业是通过现代农业工程和技术改变自然环境，使植物获取生长所需的温度、湿度、光照、水肥等条件，进而达到有效生产并获得较高产出的农业[1]。设施农业因其单产高、受季节影响小等优点，可大幅提高土地利用效率，有效解决人多地少地区的农业持续发展问题，是我国蔬菜生产的重要方式之一[2]。在设施农业高投入、高产出的生产模式下，人们往往忽视了由此产生的环境问题，尤其是土壤环境质量恶化，它不仅影响了设施农业可持续发展，也对农产品安全及生态环境造成了不利影响[3]。设施农业高温、高湿、高蒸发、无雨水淋溶的特性容易诱发土壤质量问题的产生，土壤酸碱性变化、盐分积累、养分富集、蔬菜品质下降甚至导致部分种植年限较长的大棚不适宜蔬菜生产[4-6]。不同类型肥料合理施用对于保障设施农业土壤环境健康具有重要意义。化肥是采用化学或物理方法制成，含有农作物生长需要的一种或几种营养元素，施用见效快，但容易造成土壤质量下降、营养失调，加剧土壤磷、钾的耗竭，导致硝态氮累积[7]。有机肥通常是指农牧业的废弃物（包括动植物的残体、粪便等）经过发酵、腐熟等过程制成的肥料，不仅含有植物所必需的大量元素、微量元素，还含有丰富的有机养分，能促进土壤中微生物的繁殖，是改善土壤理化性质的重要物质，对提高土壤肥力、作物产量和品质及增强作物抗逆性具有重要作用，其缺点是肥效慢[8-10]。李吉进等研究表明，施用适量有机肥可以提高蔬菜产量，降低蔬菜硝酸盐含量[11]。刘朴方等研究表明，有机肥更有利于改善土壤性质[12]。基于有机肥在保肥养地等方面的良好作用，设施菜地有机肥的施用量不断增加[13]。本研究通过比较不同施肥类型下设施农业土壤质量状况，分析长期施用化肥为主或有机肥条件下土壤化学性质和养分的纵向剖面累积特征，以期为设施农业土壤肥料的合理利用提供理论依据。
1材料与方法
1.1研究区概况
江苏省南京市地处我国东南部长江下游，属于北亚热带季风气候区，四季分明，降水充沛，年平均温度16.2 ℃，年平均降水量1 298.4 mm，市域面积6 587 km2，行政区划包括11 区2 县。其中，江宁区试验区是长期种植水稻而形成的水耕人为土，经营方式主要为公司经营和分散式农户承包，设施种植年限集中在7～8年，底肥以化肥为主，辅以少量农家肥，每年施2～5次，各种化肥的季总施用量为2 000 kg/hm2。追肥以复合肥、尿素为主，追肥1～2次，追肥中复合肥的季施用量为600 kg/hm2，尿素的季施用量为450 kg/hm2。溧水区试验区以黄泥土为主，是一个成立于2002年的有机蔬菜生产公司，底肥与追肥均施用生物有机肥，每季施用量达3 300 kg/hm2。
1.2样品采集
供试土壤样品采集于2011年12月，根据每个大棚的实际大小，在均匀分布点原则基础上，通过多点法（3～5点）采集表层土壤（0～20 cm），将混匀的鲜土用四分法留取1 kg 左右，装入聚乙烯塑料袋，标记密封，带回实验室。共采集表层土壤样品90个，其中设施菜地78个，露天菜地（种植过程中不使用塑料大棚和地膜覆盖的区域）样本12个。设施菜地土壤样品中以化肥为主54个，有机肥24个。同时，为了进一步研究设施农业土壤纵向剖面的化学性质以及氮、磷累积特征，在表层土壤取土附近，对可能产生污染来源的区域随机选取27个不同施肥类型样点。利用土钻多点钻取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm深5层土样，分别将同一大棚同一土层土样混匀装袋，密封保存，带回实验室进行测定。设施农业不同剖面土壤样品中以化肥为主15个，有机肥7个，露天土5个。
1.3样品分析
野外采集的土壤样品经风干后，在室内剔除石块、植物根茎等杂质，研磨后分别过10、60、100目筛，供土壤样品分析。其中，表层（0～20 cm）土壤测定pH值、EC值、有机质含量、全氮含量、全磷含量、有效磷含量、速效钾含量等指标；剖面（0～100 cm）土壤测定不同土层土壤样品的pH值、EC值、全氮、全磷含量。采用常规方法[14] 测定所有指标。采用玻璃电极法测定pH值；采用电导率仪法测定电导率（EC）；采用重铬酸钾氧化-外加热法测定有机质含量；采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定土壤有机质含量；采用高氯酸-硫酸消化-凯氏定氮法测定全氮含量；采用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法测定全磷含量；采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定速效磷含量；采用乙酸铵提取-火焰光度法测定有效钾含量。
