日光温室蔬菜地耕层土壤有机质和氮素的时空变化

日光温室蔬菜地耕层土壤有机质和氮素的时空变化

日光温室的栽培主要依靠人工控制和控制，以满足蔬菜的正常生长发育，是在不受雨、连续施肥和连续栽培的情况下进行的。因此，与开放土壤相比，日光温室的土壤条件和肥力指标发生了很大变化。设施农业是人为地创造适宜动植物生长发育与再生产环境,进行农业加工生产的一种特殊生产方式,是人们实现高产高效的有效途径。随着人们生活水平的提高和生活质量的改善,人们对蔬菜的需求已从“产量时代”跨入“质量时代”,追求无污染、优质、安全、营养的食品已逐渐成为时代潮流。青海省以日光温室为主的设施农业已达3806.67hm2,占全省蔬菜栽培面积的13.27%,近年来菜农在设施蔬菜生产中,对营养元素缺乏非常关注,而对营养元素的过剩却常常忽视。相当一部分农民追求高产心切,为了获得高产和高经济效益,在土壤养分含量已很高的情况下仍大量施肥;盲目过度施用化肥,特别是保护地蔬菜生产中氮肥的超量施用,导致蔬菜中硝酸盐含量严重超标,产品品质降低,进而危害人体健康。有机质和氮素含量是土壤肥力的重要指标,在土壤肥力、环境保护、农业可持续发展等方面都有着很重要的作用和意义。设施土壤中有机质和氮素的含量与组成会直接影响到蔬菜的产量与品质。为了满足设施无公害蔬菜生产的需要,及时开展设施土壤有机质和氮素含量、分布及变化规律的研究是十分必要的。本研究采集了青海省西宁市城北区大堡子乡、乐都县碾伯镇两地不同种植年限(1~30年)蔬菜日光温室耕层(0~20cm)、剖面(0~100cm)土壤及与之对应的露地土壤样品,测定了其中有机质及氮素等养分含量;以期了解设施栽培条件下土壤有机质及氮素变化规律,为日光温室的施肥管理、合理科学施用氮肥、降低土壤中氮素积累提供基础资料。1材料和方法1.1调查研究土样2008年11月,在西宁市乐都县碾伯镇贾湾村、北门村采集不同种植年限(2、5、10、15、22、27年)日光温室剖面土壤(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm)。采好的土样按层次装入聚乙烯自封袋,标记密封,送往西北农林科技大学进行铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量的测定。2009年9~12月,调查西宁市城北区大堡子乡、乐都县碾伯镇日光温室中土壤管理措施(灌水、施肥量、施肥种类等),每个调查点的日光温室尽可能为同一农户所有或者在距离上相隔不远,以保证耕作管理措施和土壤类型的相对一致性。在城北区大堡子乡陶南村、沈家寨、魏家庄采集不同种植年限(1、3~4、6、8、15~18、21、30年)日光温室耕层土壤及与温室土壤类型相同的露地土壤共14个土样;在乐都县碾伯镇贾湾村、城中村、邓家庄、北门村采集不同种植年限(1、2、5、8、10、15、22、25~27年)日光温室耕层土壤及与温室土壤类型相同的露地土壤共32个土样。土样经风干研磨过筛后装瓶备用。1.2土壤养分含量测定土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定;全氮用凯氏定氮法测定;土壤速效氮用碱解扩散法测定;铵态氮和硝态氮分别采用NH4+电极法、NO3-电极法测定。2结果与分析2.1有机质含量与全氮含量由表1可知,西宁市城北区大堡子乡日光温室耕层土壤中有机质含量整体上呈现随种植年限的延长而有不同程度的增加,为18.70~41.20g/kg,较露地土壤增加11.31%~145.24%;种植8年时,有机质含量达到最大值,为41.20g/kg。土壤全氮含量也呈现随种植年限的延长而有不同程度的增加;最低值(1年)较露地土壤含量增加44.60%,最高值(8年)较露地土壤含量增加172.47%。速效氮含量为118.66~219.97mg/kg,较露地土壤中增加19.91%~122.28%。分析表明,有机质含量与全氮含量间呈极显著正相关(r=0.9501);有机质含量与速效氮含量间呈显著正相关(r=0.8640);全氮含量与速效氮含量间呈极显著正相关(r=0.9236)。2.2不同种植年限、种植期间土壤全氮含量的变化由表2可知,在种植1~27年的日光温室内,乐都县碾伯镇日光温室耕层土壤中有机质含量在18.20~31.00g/kg,较露地土壤增加83.84%~213.13%;在种植15年时达到最大值,种植25~27年时,含量最低。土壤全氮含量整体上呈现随种植年限的增加而有不同程度的增加的趋势,为1.41~2.35g/kg,较露地土壤增加58.45%~164.86%;在种植22年时达到最大值。土壤速效氮含量为105.53~180.83mg/kg,较露地土壤增加39.70%~139.38%;在种植22年时含量达到最大值,之后出现下降态势。相关性分析表明,有机质与全氮、有机质与速效氮、全氮与速效氮含量间均呈极显著正相关关系,相关系数分别为0.9416、0.9477、0.9653。2.3不同年生日光温室土壤中氮和硝氮的积累和变化分析2.3.1土壤中硝化物元素含量的影响0~100cm的剖面中,铵态氮含量变化最大幅度为0.06mg/L,0~80cm深度时含量逐渐降低,这可能是因植物的吸收利用和铵态氮的不稳定性而致;但高于80cm后,含量上升,这可能与铵态氮在土壤中嫌气条件下比较稳定有关。硝态氮在土壤0~10cm中含量较高,从人为管理措施看,菜农一般比较重视温室氮肥的施用,日光温室施肥量高,每年投入化肥量平均在7500kg/hm2以上,作物对肥料均存在选择吸收,不能被吸收的成分不受雨水直接冲刷,残留在土壤中而产生积累,而大量的含N化肥及有机物料分解产物在好气条件下经硝化作用转化为硝态氮累积在土壤中,导致温室土壤中以硝态氮为主的盐分含量急剧上升。同时日光温室薄膜的覆盖不仅阻挡了降水对土壤硝态氨的自然淋洗,而且提高了棚内和土壤的温度,增加了土壤水分的蒸发,进一步加剧了硝态氮在土壤表层中的积累。2.3.2土壤铵态氮含量的变化由表4可知,剖面0~10cm土壤中,在种植15年时铵态氮达到最高值,为0.465mg/L,与最小值相差0.09mg/L,总体上变化趋势比较平缓;在种植22年时硝态氮达到最高值,为45.360mg/L,与最小值相差33.060mg/L,随着种植年限的增加,总体上硝态氮含量有不同程度的积累。剖面80~100cm土壤中,土壤铵态氮含量在种植5年时达到最高值(0.432mg/L),与22年时相差0.016mg/L,但与27年时相差0.118mg/L,在2~22年中,随着种植年限的增加总体上变化趋势比较平缓;硝态氮在种植15年时出现最小值(0.946mg/L),与5年时(8.112mg/L)相差7.166mg/L。3土壤肥力及土壤全氮含量试验结果表明,西宁市城北区大堡子乡和乐都县碾伯镇的日光温室耕层土壤中有机质、全氮和速效氮含量明显高于露地土壤。随着土层深度的增加,乐都县碾伯镇剖面土壤中铵态氮含量呈现出先下降后增加的态势;硝态氮在表层含量极高,0~60cm内含量随深度的增加而急剧下降;在种植2~27年的日光温室内,铵态氮含量总体上变幅较小,为0.314~0.465mg/L;硝态氮含量变幅较大,为0.946~45.360mg/L。土壤有机质具有改善土壤理化性质、生物学特性及保肥、供肥等作用。土壤有机质含量变化主要取决于有机物质的年矿化量和年输入量。随着土壤有机质的不断积累,矿化率也会升高。土壤全氮包括可供作物直接利用的矿质氮、易矿化有机氮、不易矿化有机氮及黏土矿物晶格固定的铵,是作物从土壤获得氮素的氮库。土壤全氮含量的增减是土壤肥力高低的指标之一。西宁市城北区大堡子乡、乐都县碾伯镇日光温室耕层土壤中有机质、全氮、速效氮含量均高于露地土壤含量,且最高值与最低值出现的年限不同,这一现象的出现可能是由于日光温室内常处于封闭或半封闭状态、高温、高湿,同时又由于温室表土施用了较多的氮肥,据调查,日光温室内施肥比露地多4~5倍,肥料施用量远远高于作物需求量,导致肥料在土壤中累积;从人为因素看,这可能与两地人的种植积极性和施肥管理习惯不同有关。由表3可知,剖面土壤中铵态氮含量为0.375