设施韭菜氮肥投入与土壤氮素状况研究分析 土壤学专业

设施韭菜氮肥投入与土壤氮素状况研究摘要韭菜是人们餐桌上经常食用的蔬菜之一，在整个生长周期中，最适温度约在18~25℃，食用部分形成期喜爱弱光，喜湿耐涝，因此，在如今，设施栽培逐渐的应用到到韭菜种植业来。保持土壤肥力的重要组成部分就是氮素，蛋白质的主要构成元素是氮，同时细胞原生质基本物质是蛋白质。氮肥用量过高或过低都会影响韭菜的产量和品质，因此本项目选择典型的设施韭菜生产农户，调查设施韭菜土壤氮肥投入状况和韭菜产量，并到田间实地调查采集土壤样品。基于肥料投入调查和产量调查数据及土壤碱解氮分析结果，综合分析设施韭菜土壤氮素投入特征与土壤碱解氮含量状况，以期为韭菜生产中科学施用氮肥提供科学依据。由本次试验测得的数据，基本可推知本次土壤样品大多存在氮肥的施入量过多导致土壤过度酸化影响韭菜作物产量的现象。关键词氮肥；韭菜；土壤氮素含量AbstractLeekisoneofthevegetablesthatpeopleofteneatatthetable.Inthewholegrowthcycle,theoptimumtemperatureisabout18-25℃.Duringtheformationperiodoftheediblepart,itlikesweaklight,wetandwaterloggingtolerance.Therefore,nowadays,facilitycultivationhasbeenmoreandmoreappliedtothecultivationofleek.Nitrogenisanimportantcomponentofsoilfertility.Nitrogenisthemainelementofprotein,andproteinisthebasicsubstanceofcellprotoplasm.Excessiveorlownitrogenfertilizerusewillaffecttheyieldandqualityofleek.Therefore,thisprojectchoosestypicalfacilitiesleekfarmerstoconductfieldresearch,toinvestigatethestatusofnitrogenfertilizerinputandleekyieldinfacilitiesleeksoil,andtocollectsoilsamplesinthefield.Basedonthedataoffertilizerinputandyieldsurveyandtheresultsofsoilalkali-hydrolyzednitrogenanalysis,thecharacteristicsofsoilnitrogeninputandthecontentofsoilalkali-hydrolyzednitrogeninleekwerecomprehensivelyanalyzedinordertoprovidescientificbasisforthescientificapplicationofnitrogenfertilizerinleekproduction.Fromthedatameasuredinthisexperiment,itcanbeconcludedthattheexcessiveapplicationofnitrogenfertilizerinmostsoilsamplesresultedinexcessivesoilacidificationaffectingtheyieldofleekcrops.KeyWords:

NitrogenFertilizer;Leek;SoilNitrogenContent目录1选题背景 -1-1.1国内外研究背景 -1-1.1.1土壤氮肥相关研究 -1-1.1.2氮肥对蔬菜产量的影响 -1-1.2意义与目的 -3-1.2.1研究意义 -3-1.2.2试验目的 -3-1.2.3试验需解决的主要问题 -3-2材料与方法 -4-2.1试验材料 -4-2.1.1土样 -4-2.1.2试验器材 -4-2.2试验方法 -4-2.2.1设计调查问卷 -4-2.2.2农户调查及调查取样方法 -4-2.2.3土壤碱解氮的测定 -4-2.2.4结果计算 -5-3试验结果与数据分析 -6-3.1试验结果 -6-3.2试验数据处理与分析 -7-3.2.1直观数据 -7-3.2.2施氮量与有效氮含量的关系 -7-3.2.3氮肥投入量与产量的关系 -8-3.2.4有效氮含量与韭菜产量的关系 -8-3.2.5PH与有效氮含量的关系 -9-4结论与反思 -10-4.1试验结论 -10-4.2总结反思 -10-致谢 -11-附录1设施韭菜土壤肥料使用情况调查表 -12-附录2设施韭菜土壤施氮量有效氮含量、PH与产量 -14-1选题背景选题目的与意义韭菜是百姓日常食用的重要绿色蔬菜之一，我国是原产国家，韭菜能够适应恶劣环境，比如寒冷、炎热环境等。在全国的栽培广泛，在历史上已经有上千年的种植史。因此其种植培养的科学性也受到广泛重视，韭菜产量提高和品质的提升的重要举措就是合理施肥，其中氮肥是肥料中重要的一种元素，合理施用对提升现代农业生产的发展起到了不可估量的作用，但过多的施肥量对人类赖以生存的环境以及食品安全造成了严重威胁，因此以韭菜为例研究氮肥的投入和土壤的氮肥状况也显得很有必要。土壤肥力的保持主要来源于氮素，氮素是反映土壤肥力的重要指标和衡量标准，因为它的组成相对复杂，由许多化合物组成，同时也是人类蛋白质重要的组成元素，因此氮可称作是生命元素。蛋白质的形成和叶绿素的形成主要依靠氮素的增施，氮素能够促进韭菜绿叶的变绿，绿色变深，韭菜叶面积增大，同时促进碳的同化，有利于增加农作物的产量，改善农作物的品质。韭菜生产中氮素是需要量最大的元素之一，氮肥合理科学的增施对韭菜产量和品质均有有益的影响，但是如果氮肥用量不足，就会出现不同程度的质量下降，韭菜的生长受到限制，植株变得矮小，叶色变浅，易早衰；但是氮肥用量也不能过高，植物细胞增长大于正常的细胞，细胞壁相对较薄薄，细胞汁液过多，植株变的柔软，这样一来，韭菜就同意受到机械损伤，病菌侵染情况就会增加，营养生长过旺，另外氮素过多要消耗很多的碳水化合物，影响产品质量。因此，氮肥科学地施用，合理地施用，不但能减少肥料的施用，防止环境的污染，同时也能够使肥料的高效利用，提高产品的产量，改善产品的品质。氮在植物生命活动具有重要的作用，作物生长所需要的养分来源于土壤，土壤是作物的营养库，为土壤施肥是增加氮素的主要措施，但长期过量施肥可能会导致施肥经济效益下降和加大土壤氮向水土流失从而产生环境生态问题。于此，一方面要加强韭菜园土壤养分的分区管理，设置高氮控制区，另一方面为生态隔离带的设置提供依据，从而进一步提升氮肥利用率、降低成本，从而放大经济效益、降低污染，促进区域协调发展。本项目选择典型的设施韭菜生产农户，以农户的某一个具体地块为单位进行实地调研和访谈，调查设施韭菜土壤氮肥投入状况和韭菜产量，并到田间实地调查采集土壤样品。基于肥料投入调查和产量调查数据及土壤碱解氮分析结果，综合分析设施韭菜土壤氮素投入特征与土壤碱解氮含量状况，以期为韭菜生产中科学施用氮肥提供科学依据。2国内外研究现状2.1土壤氮素相关研究土壤氮素矿化是土壤提供植物氮养分的重要过程，刘海林等采用了海南五种不同母质土样，通过测定在室内的恒温（25℃，35℃）好气培养70天试验前后的土壤铵态氮、硝态氮含量，并结合有效积温方程的方法，来模拟土壤氮素矿化与试验时间的关系，从而研究土壤氮素的矿化特征[1]。氮沉降对土壤氮素矿化也有一定的影响，为了对此做出研究，莫治新等以泽普县荒漠河岸土壤为研究对象，采用室内模拟的方法，研究氮沉降对不同含水量土壤氮素矿化的影响[2]。结果表明，在经过氮沉降处理后土壤矿质氮含量高于不添加外源氮素的处理；土壤含水量为20％时，氮沉降处理土壤净矿化速率最大；培养7d时，氮沉降处理土壤净矿化速率最大。在农户日常种植过程中，有些人会选择使用氯化苦熏蒸剂，王前、黄斌等人对此进行了研究。他们选择了农药市场上被广泛选择的氯化苦熏蒸剂，利用室内培养试验，检测其对土壤氮素的转化有何影响[3]。研究结果显示，经过高中低三种浓度的氯化苦熏蒸剂处理后，土壤中的无机氮素含量均显著增加，因此，得出结论，氯化苦熏蒸剂处理后，短期内的确会增加土壤中无机氮素含量，使之出现“肥料效应”。随着近些年来人类社会的不断发展，人为制造的活性氮数量不断增加，虽然是人类社会生产发展带来的必然影响，也给生态坏境和气候变化带来了巨大的压力。由于土壤的转化过程及土壤转化速率对氮素循环意义重大，所以张金波等人进行了土壤氮转化速率的深入研究，综合叙述了土壤氮转化速率的研究方法，指出了土壤氮转化过程影响土壤氮去向的作用机理，阐述了土壤中氮的转化特点以及植物对于氮素的形态喜好，为深入研究土壤氮转化以及土壤氮肥的管理提供依据[4]。同时，作为生态系统重要的组成成分，森林也在氮素的循环过程中起到不可忽视的作用，为了了解森林生态系统的氮循环，赵婷等人利用随机森林模型分析了全球范围内三十多篇相关文献，来研究决定土壤保氮固氮能力的土壤氮素总转化速率，发现了影响土壤氮素转化速率的关键因素，并为其排序，建立了全球范围内森林土壤氮素转化率的随机模型，为森林土壤氮素相关研究提供了重要方向[5]。为了研究探讨我国大兴安岭地球主要树种生长季节根际土壤氮素的富集程度和根际与非根际土壤氮素含量的差异性，丁令智、满秀玲等人通过抖落法采集了土壤样品对其全氮、硝态氮、铵态氮含量进行研究[6]。结果表明，取样区域中无机氮以铵态氮为主，占95％以上；根际土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量均显著高于非根际土壤。1.1.2氮肥对蔬菜产量和品质的影响为了研究不同的氮肥施用量与蔬菜体内硝态氮累计量的关系，王朝辉、李生秀等人利用盆栽实验，用实验数据证明了施用氮肥会显著提高蔬菜的生长，然而蔬菜的生长量并不与氮肥施用量同步。氮肥用量过高时，蔬菜的生长被抑制，生长量的增长低于预期值；硝态氮的含量与氮肥施用量呈正比例函数，成正比例关系。试验结果表明，硝态氮的还原作用小于从土壤中的吸收值，从而证明硝态氮会在植物体内产生积累。为了探究施用不同量的氮肥对白菜生长及产量的影响，李月霞等额进行了大田试验。保持磷肥与钾肥的施入量一致，分别施用适宜氮肥用量的0.6，0.8，1.0，1.2倍，精确记录白菜产量，并作出散点图。数据显示，在适宜用量水平以下，产量随氮肥施入量的增加而增加，在适宜用量以上，产量会显著下降。证明过度施肥将有可能造成大白菜减产。盆栽方法的使用同时有学者毕兆东等，其研究不同氮的施肥，以及不同氮肥的施肥比例对韭菜产量及品质的作用，相对具体研究了以下结果方面：不同浓度的硝态氮肥、氨态氮肥（如硝酸钙、尿素、硫酸铵等）以及不同氮肥配比对韭菜产量和品质的影响。结果表明，在三种氮肥少量施用的情况下，每一种肥料均会对韭菜的产量提升以及和品提高质产生有益作用：维生素C含量在硝酸钙的存在下有一定的增加，尿素对提高韭菜产量以及可溶性蛋白含量提高有一定作用，硝酸盐含量的降低可以通过添加硫酸铵，与此同时，硫酸铵提高可溶性糖含量。而在浓度高于0.8%时，韭菜产量不但没有提高反而有所下降，这一结果与王朝辉等的试验结论相似。分别施用比例为0.6%硝酸钙、0.6%尿素和0.4%硝酸铵的肥料对提高韭菜产量和品质效果最佳。齐树杰、李颖等人也进行了对尿素及韭菜的研究。他们的研究中指出，在只施用尿素的情况下，一开始随着施用尿素的增加，韭菜的品质与产量也随之增加，然而当尿素的施用量过大，反而会造成韭菜品质与产量的下降。这一结论与胡承孝等人在氮肥施用水平对蔬菜品质的影响的研究中结论一致[7]。为了对水培营养液中的不同形态的氮素对菠菜生长及品质的影响张春兰等人进行了水培试验。研究结果表明水培营养素中，氮素的存在形态对菠菜产量及品质影响很大：经硝态氮处理后的菠菜生长量比铵态氮、尿素氮处理的高，而水溶性糖和维生素C含量比铵态氮、尿素氮处理的低。同时得出结论，为了取得比较高的菠菜产量，最好配合施用硝态氮：铵态氮为7:3的氮肥。朱祝军、蒋有条也做了相似的研究，两人研究了营养液中不同形态的氮对不结球白菜生长的影响，研究结果表明当铵态氮与硝态氮的比例为5:5时，最适合不结球白菜的生长[8]。为了进一步研究营养液中氮素形态对菠菜植物体内的具体影响，孙园园等人采用了基质培养，使用不同氮素形态比例的营养液处理菠菜，研究其对菠菜中抗坏血酸含量的作用。试验结果显示，总抗坏血酸含量随着铵态氮与硝态氮的比例升高而升高，这为研究硝铵比的具体影响提供数据。金容、李兰等人利用大田试验，在控制氮肥施肥量一致的情况下，调整普通尿素与控释尿素的比例，从而研究不同控释氮肥比例对土壤含氮量的影响。结果显示施用一定量的控释尿素与普通尿素均能增加表层土壤含氮量，施用3:1的控释尿素与普通尿素时，可使玉米产量达到最高值。2材料与方法2.1试验材料2.1.1土样3月12日从十一户韭菜种植农户的15处种植地块用取土器取15份土样，摊开，在阴凉干燥处风干，用镊子挑出石子等杂物，取10-20g过1mm筛，置于广口瓶备用。2.1.2试验器材分析天平（0.0001g），漏斗，扩散皿，恒温箱，半微量酸式滴定管，三角瓶（250ml），玻璃棒，移液管（2ml），移液管（10ml），吸耳球、药匙等。2.2试验方法2.2.1设计调查问卷以烟台市韭菜种植土壤作为该项研究的试验对象，设计关于施用化肥有机肥情况及韭菜作物产量的调查问卷。2.2.2韭菜施肥情况调查及调查取样方法农户调查，选择有代表性的15块地块，当面询问每位农户关于调查问卷的相关内容并如实记录，计算出每亩地韭菜产量。取样方法，考虑当地土质为沙壤土，使用带有“T”形把手并加装50cm延长杆的取土器土钻，遵循随机取样的原则，“S形”五点取样，去除3cm左右的表层土壤，取至地下20cm，混合均匀，每组土样约1kg。将每组土样置于实验室阴凉干燥处的塑料盘上平铺均匀，使其自然风干，后挑去石子及根系。将土样过1mm筛，用四分法取出土样，标好序号，放于硫酸纸袋备用。2.2.3土壤碱解氮的测定方法使用碱解扩散法。在扩散皿中，在硫酸亚铁存在和碱性坏境下，土壤中的易水解态氮与硝态氮易被水解还原，释放出氨，被硼酸吸收。这时，可用硫酸标准溶液滴定，硼酸指示剂颜色变化时，可确定滴定终点。取过筛后的2.00g土样与0.2g硫酸亚铁粉末一同置于扩散皿外室，轻轻摇动扩散皿使之均匀铺平铺满外室。向内室中加入2ml硼酸指示剂。在扩散皿外边缘均匀涂抹凡士林，盖上毛玻璃并旋转，使之密封。轻轻旋开毛玻璃，使外室边缘留一狭缝，快速向内室加入10.0ml氢氧化钠溶液，立即将其盖严，用皮筋固定并轻轻摇动扩散皿。将其放入40±1℃的恒温箱，碱解扩散24±0.5h后取出。用硫酸标准溶液滴定内室，当溶液由蓝色变为微红色时为滴定终点，记录数据。设置空白试验，每组土样平行重复三次。结果计算式中，为土壤碱解性氮的质量分数，即土壤有效氮含量，单位为mg·kg-1；c为硫酸（1/2H2SO4）标准溶液浓度，经标定为0.01037mol·L-1；V为滴定消耗硫酸标准溶液体积，单位为ml；V0为空白样品消耗硫酸标准溶液的体积，经过三次平行试验，测得该值为0.06ml；M为氮的摩尔质量14g·mol-1；m为称取的土样质量，在本实验中为2.00g。将肥料投入量与测得的土壤有效氮含量、肥料投入量与产量、土壤有效氮含量与产量、PH与土壤有效氮含量做成散点图，并求得其R方，研究其相关性。2.2.4土壤PH值测定方法将过1mm筛的土样10g，将其置于烧杯中，加入25ml蒸馏水，用玻璃棒剧烈搅拌，然后静置30分钟。用PH计测量每份土样的PH并记录。

3结果与分析3.1设施韭菜土壤施氮量有效、氮含量、PH与产量 本项研究调查和测得的所有数据见表2。1号，4号，5-②号农户不能准确给出氮肥的施入量，因此，在研究与氮肥施入量相关数学关系时，不将其列入数据分析范围。由附录2图表可直接看出，给出了施氮量的农户对于氮肥的施用量较为平均，除5-①号土样未额外增施氮肥外，其余多施用40-50kg氮肥。证明农户都非常了解氮肥的施用对韭菜生产的重大作用。试验测得的有效氮含量相差较大，最低仅有51.3mg/kg，最高可达175.55mg/kg。且与同学测得的土壤有效磷与有效钾含量一同分析，可知5-①号土样数据整体偏高，原因未知，有待探究。试验测得土样PH均处于约4.5-7之间，可知土样均为酸性土壤，而据部分资料显示，韭菜种植所需土壤最适PH约为6，由数据可得多数土样偏酸，并不位于最适PH附近，可能会导致韭菜最终产量偏低。而表中产量更是差异巨大，这是由于韭菜产量受温度湿度施肥量等诸多因素影响，不易由某一方面推知。表1设施韭菜土壤施氮量有效、氮含量、PH与产量情况姓名地块编号施氮量（kg）土壤碱解氮含量（mg/kg）pH产量（kg/亩）成宝奎1-①/92.436.4430001-②/94.374.713000成冲2-①4551.36.6528572-②4555.416.142857成世普346.875119.054.783750成世学4/68.725.313250成世亮5-①/175.555.9925005-②/92.436.952500成宝禄642.52192.435.22750成世国7-①48.69193.645.0861147-②47.07185.174.594764成世师849.087120.024.452887成世庆953.3684.455.662223成世伟103256.865.914000成世钱1145.737112.274.784764平均值范围-3.2氮肥的施用量对土壤碱解氮含量的影响表3-SEQ表\*ARABIC\s12是根据试验所测得的土样有效含氮量与施氮量之间的数学关系散点图，经计算可得R2=0.2066。由此可知，施氮量与土壤有效氮含量并无明显数学相关性。但由表中大体走向可知，总体上，两者呈现出施氮量越多，有效氮含量越多的趋势。这符合我们日常生活中的基本逻辑。而根据具体情况分析可知，由于采集土样时，每户种植情况与收割情况不同，土样中的有效氮含量会随之改变。因此只能从表3-2中得知大体趋势。表3-2施氮量与有效氮含量关系散点图3.3设施韭菜氮肥的施用量对韭菜产量的影响表3-3是根据调查的数据所制作的氮肥投入量与产量之间关系的散点图，计算可得R2=0.0072，由此可知氮肥投入量与韭菜产量之间在这段区间之内无明显数据相关性。但由图表看出，随着施用氮肥的增多，产量有略微下降的趋势。因此，基本确定一种可能导致此种结果。可能是氮肥的施入量已超过韭菜所能吸收利用的最大限度，因此施入再多氮肥并不能被韭菜利用，反而因过量施用影响土壤理化性质，影响韭菜的正常生长，造成阻碍[9]。如果要探索韭菜种植的最佳氮肥施入量，应该在本实验所知的施入量左侧取点进行实验研究。表3-SEQ表\*ARABIC\s13氮肥投入量与产量的关系散点图3.4土壤碱解氮含量对韭菜产量的影响表3-SEQ表\*ARABIC\s14是根据测得的土样有效氮含量和调查所得的韭菜产量做出的散点图，由数据可算得R2=0.003，可知有效氮含量与产量无明显相关性。由关系直线可观察出有效氮含量越多产量越低。结合3.2.3的结论，基本确定是氮肥的施入量超过了韭菜种植的最适值，超过了土壤的氮素承受限度，在某种程度上抑制了韭菜的生长，导致产量与有效氮含量总体呈现负相关[7]。表3-4有效氮含量与韭菜产量的关系散点图3.5土壤PH与土壤碱解氮含量表3-SEQ表\*ARABIC\s15为试验测得的土壤PH与有效氮含量之前的关系散点图，计算可得R2=0.0795，可知PH与有效氮含量也无明显关联性。由图可知，基本有土壤中有效氮含量越多，PH越小的规律。是因为土壤有效氮含量越高，代表NO3-等酸根离子越多，导致土壤酸化现象严重。在如今的作物种植过程中，农户施用过多的氮磷钾肥，而对一些中微量元素投入量不足，导致土壤元素比例失衡，使土壤胶体中的镁、钙等碱基元素轻易被氢离子置换，导致土壤酸化现象严重，PH值下降。表3-SEQ表\*ARABIC\s16PH与有效氮含量的关系散点图

4结论与讨论4.1结论由所测得的土壤有效氮含量、PH，与所调查的土壤氮肥施入量、韭菜产量综合分析，可得出以下结论：氮肥投入量与有效氮含量、氮肥投入量与产量、有效氮含量与产量、有效氮含量与PH之间均无明显关联性；且根据两两做出的散点图可推测出，在采集的农户中，均了解氮元素对韭菜生长的重要性，有意识的为韭菜种植增施氮肥，然而，由试验得出的数据来看，农户施用的氮肥已超过最适施加量，一旦超过这个数字，氮肥施用越多，反而会造成韭菜产量随之下降。因此，在今后的韭菜种植生产过程中，应注意适量施用，同时可合理施用肥料，增加土壤中植物所需中微量元素的含量，这样就不会破坏土壤养分比例，达到为韭菜增产的目的。4.2讨论由本次试验测得的数据，基本可推知，烟台市龙口市的11户农户的15块地块，大多存在氮肥的施入量过多，使土壤中NO3-等酸性离子过多使多余部分大量堆积和土壤养分比例失调，土壤胶体中的镁、钙属于碱基元素，这些物质容易发生被氢离子置换的状况，造成土壤pH降低，土壤就会变得酸化，韭菜作物产量就会受到影响。这次的毕业设计同样也存在一些不及之处。例如，在调查问卷设计过程中，未能考虑到农户是否对这一年来的施肥状况记忆清晰，也未能考虑到农户对韭菜产量大多只能给出估数的情况；未能排除土壤中少量细小的植物根系，掺杂在土壤中，对试验结果的影响；在测定PH时未能精确的测定当时的空气温度，可能会对结果造成的影响。

参考文献刘海林,雷菲,贝美容,等.胶园土壤氮素矿化特性研究[J].西南农业学报,2018,31(12):2604-2609.DOI:10.16213/ki.scjas.2018.12.025.莫治新,闫莎,金慧,等.模拟氮沉降对不同含水量土壤氮素矿化的影响[J].河南农业科学,2018,47(10):64-68.DOI:10.15933/ki.1004-3268.2018.10.011.王前,黄斌,颜冬冬,等.氯化苦熏蒸处理对土壤氮素和微量元素转化的影