日光溫室蔬菜地耕層土壤有機質和氮素的時空變化

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育，是在不受雨、連續施肥和連續栽培的情況下進行的。因此，與開放土壤相比，日光溫室的土壤條件和肥力指標發生了很大變化。設施農業是人為地創造適宜動植物生長發育與再生產環境,進行農業加工生產的一種特殊生產方式,是人們實現高產高效的有效途徑。隨著人們生活水平的提高和生活質量的改善,人們對蔬菜的需求已從“產量時代”跨入“質量時代”,追求無污染、優質、安全、營養的食品已逐漸成為時代潮流。青海省以日光溫室為主的設施農業已達3806.67hm2,占全省蔬菜栽培面積的13.27%,近年來菜農在設施蔬菜生產中,對營養元素缺乏非常關注,而對營養元素的過剩卻常常忽視。相當一部分農民追求高產心切,為了獲得高產和高經濟效益,在土壤養分含量已很高的情況下仍大量施肥;盲目過度施用化肥,特別是保護地蔬菜生產中氮肥的超量施用,導致蔬菜中硝酸鹽含量嚴重超標,產品品質降低,進而危害人體健康。有機質和氮素含量是土壤肥力的重要指標,在土壤肥力、環境保護、農業可持續發展等方面都有著很重要的作用和意義。設施土壤中有機質和氮素的含量與組成會直接影響到蔬菜的產量與品質。為了滿足設施無公害蔬菜生產的需要,及時開展設施土壤有機質和氮素含量、分布及變化規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大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮兩地不同種植年限(1~30年)蔬菜日光溫室耕層(0~20cm)、剖面(0~100cm)土壤及與之對應的露地土壤樣品,測定了其中有機質及氮素等養分含量;以期了解設施栽培條件下土壤有機質及氮素變化規律,為日光溫室的施肥管理、合理科學施用氮肥、降低土壤中氮素積累提供基礎資料。1材料和方法1.1調查研究土樣2008年11月,在西寧市樂都縣碾伯鎮賈灣村、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,標記密封,送往西北農林科技大學進行銨態氮(NH4+-N)和硝態氮(NO3--N)含量的測定。2009年9~12月,調查西寧市城北區大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮日光溫室中土壤管理措施(灌水、施肥量、施肥種類等),每個調查點的日光溫室盡可能為同一農戶所有或者在距離上相隔不遠,以保證耕作管理措施和土壤類型的相對一致性。在城北區大堡子鄉陶南村、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。土樣經風干研磨過篩后裝瓶備用。1.2土壤養分含量測定土壤有機質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散法測定;銨態氮和硝態氮分別采用NH4+電極法、NO3-電極法測定。2結果與分析2.1有機質含量與全氮含量由表1可知,西寧市城北區大堡子鄉日光溫室耕層土壤中有機質含量整體上呈現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,有機質含量達到最大值,為41.20g/kg。土壤全氮含量也呈現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,有機質含量與全氮含量間呈極顯著正相關(r=0.9501);有機質含量與速效氮含量間呈顯著正相關(r=0.8640);全氮含量與速效氮含量間呈極顯著正相關(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,樂都縣碾伯鎮日光溫室耕層土壤中有機質含量在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年時含量達到最大值,之后出現下降態勢。相關性分析表明,有機質與全氮、有機質與速效氮、全氮與速效氮含量間均呈極顯著正相關關系,相關系數分別為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氮的不穩定性而致;但高于80cm后,含量上升,這可能與銨態氮在土壤中嫌氣條件下比較穩定有關。硝態氮在土壤0~10cm中含量較高,從人為管理措施看,菜農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,殘留在土壤中而產生積累,而大量的含N化肥及有機物料分解產物在好氣條件下經硝化作用轉化為硝態氮累積在土壤中,導致溫室土壤中以硝態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氨的自然淋洗,而且提高了棚內和土壤的溫度,增加了土壤水分的蒸發,進一步加劇了硝態氮在土壤表層中的積累。2.3.2土壤銨態氮含量的變化由表4可知,剖面0~10cm土壤中,在種植15年時銨態氮達到最高值,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年時硝態氮達到最高值,為45.360mg/L,與最小值相差33.060mg/L,隨著種植年限的增加,總體上硝態氮含量有不同程度的積累。剖面80~100cm土壤中,土壤銨態氮含量在種植5年時達到最高值(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;硝態氮在種植15年時出現最小值(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果表明,西寧市城北區大堡子鄉和樂都縣碾伯鎮的日光溫室耕層土壤中有機質、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,樂都縣碾伯鎮剖面土壤中銨態氮含量呈現出先下降后增加的態勢;硝態氮在表層含量極高,0~60cm內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,銨態氮含量總體上變幅較小,為0.314~0.465mg/L;硝態氮含量變幅較大,為0.946~45.360mg/L。土壤有機質具有改善土壤理化性質、生物學特性及保肥、供肥等作用。土壤有機質含量變化主要取決于有機物質的年礦化量和年輸入量。隨著土壤有機質的不斷積累,礦化率也會升高。土壤全氮包括可供作物直接利用的礦質氮、易礦化有機氮、不易礦化有機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之一。西寧市城北區大堡子鄉、樂都縣碾伯鎮日光溫室耕層土壤中有機質、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的年限不同,這一現象的出現可能是由于日光溫室內常處于封閉或半封閉狀態、高溫、高濕,同時又由于溫室表土施用了較多的氮肥,據調查,日光溫室內施肥比露地多4~5倍,肥料施用量遠遠高于作物需求量,導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慣不同有關。由表3可知,剖面土壤中銨態氮含量為0.375