青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素時(shí)空累積及淋失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李本措　塔林葛娃　李月梅　李鳳桐

摘要：為研究青海省東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素的時(shí)空累積特點(diǎn)，分別分層采集互助縣、平安區(qū)、樂(lè)都區(qū)、民和回族土族自治縣4個(gè)典型設(shè)施農(nóng)業(yè)（縣）區(qū)34個(gè)1 m土體剖面樣本，研究了不同種植年限條件下土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮及全氮含量的空間分布和累積特點(diǎn)，并根據(jù)土壤中硝態(tài)氮?dú)埩暨M(jìn)行淋失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培年限的增加，土壤中氮素含量呈逐漸累積態(tài)勢(shì)，尤其在連續(xù)種植15～20年后，1 m土體中土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮及全氮含量達(dá)到最大值，分別為417.55 kg/hm2、40.98 kg/hm2、9.35 t/hm2。不同種植年限下土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全氮含量的剖面垂直分布規(guī)律相同，均隨土層深度的增加呈下降趨勢(shì)。隨著種植年限的增加，設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅繉?duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不斷增強(qiáng)，設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)連續(xù)種植10～15、15～20年，殘留風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到強(qiáng)度潛在污染等級(jí)，將會(huì)威脅地下水環(huán)境安全。

關(guān)鍵詞：青海高原;設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū);硝態(tài)氮;種植年限;風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

中圖分類(lèi)號(hào)：S153.6+1;X523? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）03-0244-05

長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)施農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)高度集約化的土地利用方式，已成為我國(guó)農(nóng)民均衡膳食結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效農(nóng)民增收以及推動(dòng)地方社會(huì)效益的主要途徑之一[1]。設(shè)施栽培的典型特點(diǎn)是“高肥高水”，其生產(chǎn)過(guò)程中超量施用化肥等化學(xué)投入品問(wèn)題非常突出，并已逐漸成為農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2]。許多學(xué)者的研究表明，設(shè)施栽培條件下超量施用化肥和有機(jī)肥造成土壤中氮素累積加重[3-4]，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)和肥力狀況發(fā)生變化[5]，引起土壤養(yǎng)分富集、次生鹽漬化、土壤酸化[6]、土壤中有效營(yíng)養(yǎng)元素比例失衡[1]等一系列問(wèn)題。這些變化直接影響了肥料利用率、蔬菜品質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，并且加劇了所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[7]。目前，青海省設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培面積達(dá)6 935 hm2，東部農(nóng)業(yè)區(qū)作為青海省的傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)，部分地區(qū)栽培歷史在20年左右，該區(qū)域設(shè)施農(nóng)業(yè)面積占全省的69%，主要集中在互助、樂(lè)都、民和、平安4個(gè)縣（區(qū)）。但至今對(duì)這一區(qū)域的設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素累積還缺乏系統(tǒng)的研究，針對(duì)這種現(xiàn)狀，研究該區(qū)域土壤氮素動(dòng)態(tài)演變，及時(shí)掌握土壤環(huán)境質(zhì)量變化對(duì)蔬菜生產(chǎn)安全具有理論和現(xiàn)實(shí)意義。陳曉群等對(duì)寧夏設(shè)施蔬菜土壤硝態(tài)氮研究發(fā)現(xiàn)，在0～30 cm土壤剖面中，硝態(tài)氮含量高于相鄰大田，且隨種植年限的增加而增加，種植8、15年設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量分別為大田的8.2、9.3倍[8]。有學(xué)者曾對(duì)青海省海東市樂(lè)都區(qū)不同種植年限的設(shè)施土壤養(yǎng)分含量開(kāi)展了部分研究[9-10]，研究發(fā)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)隨著種植年限的增加，土壤硝態(tài)氮累積明顯，不同土壤剖面硝態(tài)氮遷移現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但未從區(qū)域尺度開(kāi)展氮素累積和污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)工作。通過(guò)對(duì)設(shè)施蔬菜栽培土壤養(yǎng)分空間累積研究發(fā)現(xiàn)，大水漫灌易使硝態(tài)氮發(fā)生遷移淋溶損失[11]，對(duì)極干旱區(qū)設(shè)施菜地土壤硝態(tài)氮含量的分析表明，設(shè)施土壤硝態(tài)氮已嚴(yán)重污染地下水，地下水超標(biāo)率高達(dá) 86.36%，將會(huì)污染地下水[12]。此外，過(guò)量施氮也是設(shè)施農(nóng)業(yè)地下水污染最主要的原因之一[13]，地表水污染中，氮素化肥占50%以上[14]，通過(guò)對(duì)京郊地區(qū)設(shè)施蔬菜施肥調(diào)查發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶(hù)習(xí)慣水肥管理下表觀(guān)氮素?fù)p失量占總氮施入量的82%[15]，存在嚴(yán)重環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。隨著氮素對(duì)設(shè)施土壤環(huán)境和地下水環(huán)境污染威脅日趨凸顯，建立各種方法來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)氮素對(duì)環(huán)境的影響已成為國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注的重點(diǎn)[16-18]。有研究利用氮素平衡法對(duì)菜田氮素進(jìn)行評(píng)價(jià)得出，凡是年施氮量超過(guò)500 kg/hm2，而作物氮素吸收量與施氮量之比低于40.0%的地區(qū)，地下水硝酸鹽含量基本上全部超標(biāo)[19]。土壤氮素主要以硝態(tài)氮形式淋溶損失，進(jìn)入水體，帶來(lái)地下水飲用安全問(wèn)題，有學(xué)者通過(guò)對(duì)地下水硝態(tài)氮含量來(lái)表征氮素風(fēng)險(xiǎn)[20];同時(shí)，土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅恳部梢宰鳛樵u(píng)價(jià)氮素污染指標(biāo)。有研究認(rèn)為，硝態(tài)氮累計(jì)率超過(guò)10%適宜作為累計(jì)嚴(yán)重的界限[21]。由此可見(jiàn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素的累積與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系密切，但目前關(guān)于青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)的氮素時(shí)空累積及其淋失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，從改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、確保設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)展的角度出發(fā)，本研究以典型的東部農(nóng)業(yè)設(shè)施區(qū)不同種植年限土壤為研究對(duì)象，進(jìn)一步揭示土壤氮素的時(shí)空累積與分布特點(diǎn)，通過(guò)科學(xué)的評(píng)價(jià)方法確定其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以期為青海高原設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤合理利用和氮素科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及施肥情況

研究區(qū)位于青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)，主要包括互助縣、平安區(qū)、樂(lè)都區(qū)、民和回族土族自治縣，在北緯36°30′～37°9′和東經(jīng)102°26′～103°04′之間，平均海拔2 100～3 500 m，平均氣溫5.8～9 ℃，無(wú)霜期114～198 d，年降水量292.2～477.4 mm，年蒸發(fā)量1 235.6～1 613.8 mm，屬于高原干旱半干旱大陸性氣候，成土母質(zhì)為黃土母質(zhì)，土壤類(lèi)型為栗鈣土、灰鈣土。設(shè)施栽培的主要作物為番茄、辣椒、草莓、人參果、紅提等，該研究區(qū)內(nèi)主要施用的肥料為尿素、磷酸二銨、過(guò)磷酸鈣、復(fù)合肥，以及雞糞、豬糞和羊糞等有機(jī)肥，施用高效氯氰菊酯、吡蚜酮、石硫合劑、百菌清等殺蟲(chóng)劑和殺菌劑（表1）。

1.2 采樣與分析

2017年11月，根據(jù)青海省農(nóng)牧廳糧油處提供的百畝以上規(guī)模的設(shè)施基地信息，依據(jù)不同種植年限（表1）進(jìn)行土壤樣品采集，共采集34個(gè)樣點(diǎn)，其中互助縣、平安區(qū)、樂(lè)都區(qū)、民和回族土族自治縣采樣點(diǎn)位數(shù)分別為10、5、14、5個(gè)，采樣時(shí)用GPS進(jìn)行樣點(diǎn)定位，分別采集0～100 cm土壤剖面的分層土壤樣品和容重樣（圖1），采樣深度分別為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，共采集5層。每一采樣點(diǎn)的分層土樣由3個(gè)剖面對(duì)應(yīng)深度的土樣混合而成，用四分法混合留取1.5 kg，采集后的土樣密封保存于聚乙烯自封袋中，標(biāo)明采樣信息，帶回實(shí)驗(yàn)室4 ℃低溫保存。容重樣用100 cm3的環(huán)刀按對(duì)應(yīng)土層人工采集，帶回實(shí)驗(yàn)室用烘箱105 ℃烘干稱(chēng)質(zhì)量，計(jì)算得出土壤容重。采樣時(shí)同步記錄調(diào)查該樣點(diǎn)的當(dāng)季作物、輪作制度、施肥、田間管理等情況。

采集的新鮮土樣過(guò)2 mm篩，混勻后稱(chēng)取10.00 g，用 100 mL 2 mol/L KCL浸提，振蕩1 h后過(guò)濾，濾液用AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀（德國(guó)Bran+Luebbe公司）測(cè)定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量[22]，全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定[23]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)整理與圖表制作采用Excel 2007，土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和全氮含量各指標(biāo)數(shù)據(jù)異常值處理采用拉依達(dá)準(zhǔn)則[24]，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20.0進(jìn)行方差分析及顯著性測(cè)驗(yàn)。

1.4 評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

目前，大量的研究發(fā)現(xiàn)土壤中殘留的硝態(tài)氮影響淺層地下水的安全，土壤硝態(tài)氮已成為研究土壤質(zhì)量和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的熱點(diǎn)[25-27]。因此，本研究將土壤硝態(tài)氮作為土壤累積風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)侯彥林等提出的設(shè)施農(nóng)區(qū)硝態(tài)氮?dú)埩魳?biāo)準(zhǔn)[20，28]，對(duì)本研究中不同種植年限的設(shè)施農(nóng)區(qū)1 m土體內(nèi)的土壤進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤硝態(tài)氮

青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)20年的種植之后，土壤硝態(tài)氮隨種植年限的增加而增加。本研究1 m土體中，≤3、3～5、5～10、10～15、15～20年的硝態(tài)氮含量分別為83.25、129.90、212.73、382.85、417.55 kg/hm2（圖2）。同時(shí)可以看出，設(shè)施農(nóng)業(yè)建立初期，土壤硝態(tài)氮增加量較小，種植3～5年后，硝態(tài)氮在土壤中的累積明顯，種植5～10年后，土壤硝態(tài)氮含量迅速增加，10～15年硝態(tài)氮增加量最大，增幅為 44.43%。此外，當(dāng)種植年限達(dá)到10～15年，其增加量逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并在15～20年達(dá)到最大值，累積速率為 19.66 kg/（hm2·年）。有研究者對(duì)青海省海東市樂(lè)都區(qū)不同種植年限日光溫室土壤中氮素含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著栽培年限的增加，硝態(tài)氮含量呈增加的趨勢(shì)，且在1 m的土壤剖面中，種植22年時(shí)硝態(tài)氮含量達(dá)到最高值[10]。

不同種植年限下，土壤硝態(tài)氮含量的剖面垂直分布規(guī)律相同，硝態(tài)氮含量均隨土層深度的增加呈下降趨勢(shì)。青海高原不同年限設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤硝態(tài)氮含量具有明顯的層次性分布規(guī)律，均隨土層深度的增加不斷降低，即0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm>60～80 cm>80～100 cm。受氮素輸入量影響，硝態(tài)氮多集中分布在0～40 cm土層中，該層硝態(tài)氮含量為40.21～186.20 kg/hm2，平均含量為115.44 kg/hm2。0～40 cm土層的硝態(tài)氮含量占不同種植年限1 m土體中硝態(tài)氮總含量的48.00%、51.00%、52.00%、45.00%、45.00%。設(shè)施農(nóng)業(yè)種植5～10年與10～15、15～20年各土層之間的硝態(tài)氮含量差異顯著（P<0.05）。受灌溉和施肥條件的影響，大量氮素剩余。種植5～10年，硝態(tài)氮含量在60～80 cm土層處迅速下降，而在80～100 cm土體中，種植年限達(dá)到10～15年，土壤硝態(tài)氮含量有嚴(yán)重累積的現(xiàn)象，15～20年也有類(lèi)似現(xiàn)象。楊慧等對(duì)不同年限日光溫室土壤硝態(tài)氮和鹽分累積特性的研究發(fā)現(xiàn)，在較深的土層中存在硝態(tài)氮累積峰，隨種植年限的延長(zhǎng)，峰值逐漸增大，出現(xiàn)的深度也逐漸加深[29]。

2.2 土壤銨態(tài)氮

1 m土體中，青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤銨態(tài)氮含量依次是種植≤3年>3～5年>5～10年>10～15年>15～20年，種植年限越久，土壤銨態(tài)氮累積量越大（圖3）。設(shè)施農(nóng)業(yè)種植達(dá)到5年，土壤銨態(tài)氮含量迅速增加，1 m土體中，種植 3～5、5～10、10～15、15～20年較種植≤3年分別增加46.64、129.47、299.60、334.30 kg/hm2，增幅分別為56.03%、15552%、359.87%、401.55%。種植5～10年，1 m土體中，銨態(tài)氮總含量增加到最大值， 為40.98 kg/hm2。不同類(lèi)型的土壤中銨態(tài)氮含量變化趨勢(shì)具有差異性，潘劍玲等對(duì)西藏高寒地區(qū)設(shè)施蔬菜土壤理化性質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，溫室土壤銨態(tài)氮含量隨種植年限的增加而增加，5年達(dá)到其最大值[30]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)施蔬菜土壤銨態(tài)氮含量在土體中具有季節(jié)性變化，7—11月銨態(tài)氮含量較大，而早春1—3月較小，其最大值出現(xiàn)在9、11月[31]。本研究土樣采集于11月，銨態(tài)氮含量處于全年最高時(shí)期，1 m土體中其累積量為23.00～41.00 kg/hm2 種植15～20年，累積量達(dá)到最大值，累積速率為1.06 kg/（hm2·年），能夠更好地反映氮素時(shí)空累積特征。

青海高原不同年限設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤銨態(tài)氮含量具有較明顯的層次性分布規(guī)律，其含量均隨土壤深度的增加不斷降低，即0～20 cm>20～40 cm>40～60 cm>60～80 cm>80～100 cm;0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土壤銨態(tài)氮含量占1 m土體銨態(tài)氮總含量的比例分別是 25.00%、23.00%、21.00%、17.00%、14.00%?？梢?jiàn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)中土壤銨態(tài)氮多分布在蔬菜根系較多的0～40 cm土層中。在0～20、20～40 cm土層中，種植年限為5～10年的土壤銨態(tài)氮含量與其他4個(gè)種植年限的土壤銨態(tài)氮含量均達(dá)到顯著性差異水平（P<0.05）。在40～80 cm土層中，種植年限為5～10年的土壤銨態(tài)氮含量?jī)H與≤3、3～5年達(dá)到顯著性差異水平，且在80～100 cm土體中各年限之間的差異表現(xiàn)不明顯。有研究表明，設(shè)施蔬菜土壤銨態(tài)氮具有較大的垂直空間變異性，作物種類(lèi)、微生物種類(lèi)、數(shù)量和活性、植物殘?bào)w的分解都會(huì)影響氮素的動(dòng)態(tài)和比例;另外，低pH值和缺氧的環(huán)境條件不利于銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，因此，隨著土壤深度的增加，銨態(tài)氮呈先降低后增加的趨勢(shì)[32]。

2.3 土壤全氮

由圖4可知，青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)在長(zhǎng)期栽培條件下，設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤全氮含量逐年穩(wěn)定增加，1 m土體全氮總含量為13.50～19.35 t/hm2，平均為15.98 t/hm2。種植年限為15～20年時(shí)，全氮含量達(dá)到最大值，是種植年限為≤3年的1.43倍;由此可以看出，1 m土體中，相鄰年限之間，15～20年的土壤全氮含量比其他年限的增加量大，增加量為 2.53 t/hm2。不同農(nóng)戶(hù)的施肥和管理反映了全氮在土壤中累積的差異性，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植年限達(dá)到5～6年后，全氮含量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，增加幅度逐漸減小[6]。另外，受有機(jī)肥料與氮肥投入量、土壤生物、酶活性的影響，土壤全氮含量在種植 1～9年之間迅速增加，而后8年其含量逐漸降低[33-34]。

設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤全氮含量隨土壤深度自上而下由高到低分布，各土層占不同年限設(shè)施土壤全氮平均含量分別為 21.65%、20.86%、19.84%、19.55%、18.10%。由此可見(jiàn)，在0～40 cm土層中設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤全氮含量較高，能為淺根性蔬菜提供充足的氮源。在相同土層中，各種植年限之間存在不同的差異性，在0～20 cm土層中，15～20年的全氮含量與其他年限之間差異顯著，種植≤3年與3～5、5～10年之間沒(méi)有顯著性差異。本研究表明，隨著種植年限的增加，土壤全氮含量逐年增加，其中以耕層土壤的增幅最為明顯，這與蔡紅明的研究結(jié)果[35]較為一致。

2.4 設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅吭u(píng)價(jià)

參照土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅坑绊懙叵滤|(zhì)量的潛在風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)[20]及菜地土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅繛檗r(nóng)田的5倍標(biāo)準(zhǔn)[28]，對(duì)青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)1 m土體中硝態(tài)氮?dú)埩袅窟M(jìn)行評(píng)估、分級(jí)。由表2可知，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植3～5年，土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅繉?duì)地下水存在潛在污染風(fēng)險(xiǎn)，且隨著年限的逐漸增加，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不斷增加。設(shè)施農(nóng)業(yè)種植10年以上，土壤硝態(tài)氮?dú)埩粢褟?qiáng)度影響地下水安全。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本研究中種植10～15年，設(shè)施農(nóng)業(yè)投入總純氮量為2 340 kg/hm2，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)蔬菜所需氮素含量。肥大水勤，容易導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮大量累積，土壤硝態(tài)氮環(huán)境性風(fēng)險(xiǎn)在于硝態(tài)氮能夠通過(guò)土壤水進(jìn)入地下水體，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[36]。

3 討論

氮素非?；钴S，能夠在不同生物圈中進(jìn)行交換，且土壤中不同類(lèi)型氮素之間可以相互轉(zhuǎn)化，銨態(tài)氮和有機(jī)氮都可以轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，由于土壤膠體對(duì)硝酸根吸附性差，硝態(tài)氮易隨灌溉水發(fā)生淋溶遷移，成為氮素淋溶損失的主要組成成分[37]。設(shè)施栽培條件下種植的大多數(shù)是喜氮作物，特別是喜硝態(tài)氮的作物[38-39]，大量的氮肥使設(shè)施作物速生、高產(chǎn)，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也加劇了農(nóng)業(yè)面源污染[40]。

在青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)，隨著種植年限的增加，不同類(lèi)型土壤氮素均表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，說(shuō)明大量長(zhǎng)期地施用氮肥與土壤氮素的累積密切相關(guān)[41-43];但也有一些研究表明，當(dāng)設(shè)施農(nóng)業(yè)種植達(dá)到一定年限時(shí)，土壤氮素含量呈先增加后降低的趨勢(shì)[44]，其主要原因與土壤微生物作用、土壤酶的活性[45]以及設(shè)施農(nóng)業(yè)管理方式有關(guān)[46]。

本研究發(fā)現(xiàn)，在1 m土體中，種植年限達(dá)到15～20年，土壤氮素含量達(dá)到最大值：硝態(tài)氮含量為417.55 kg/hm2、銨態(tài)氮含量為40.98 kg/hm2、全氮含量為19.35 t/hm2。劉慶芳等通過(guò)對(duì)樂(lè)都設(shè)施蔬菜土壤養(yǎng)分研究得出，樂(lè)都區(qū)種植22年，硝態(tài)氮含量達(dá)到最高，為609.065 mg/kg[9]，由此可見(jiàn)，不合理的施肥方式仍會(huì)降低土壤質(zhì)量，造成土壤肥力障礙。與本研究結(jié)論不同，有研究指出，由田間栽培改為設(shè)施蔬菜保護(hù)地后，蔬菜生產(chǎn)高度集約化，復(fù)種指數(shù)加大，增加了氮肥的投入;因此，設(shè)施栽培初期，土壤生態(tài)環(huán)境較好，種植6～8年以后，土壤養(yǎng)分富集嚴(yán)重[47]，并且多年設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)相對(duì)于新建種植區(qū)土壤氮素污染程度較大[48]。本研究區(qū)土壤類(lèi)型為栗鈣土，種植15～20年，設(shè)施農(nóng)業(yè)硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全氮含量達(dá)到最大值。而屬黃棕壤、黃褐土的漢中地區(qū)在種植5年后，設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤全氮和硝態(tài)氮含量均出現(xiàn)最大值，分別為1.16 g/kg、246.66 mg/kg[49]。同樣，青島地區(qū)的設(shè)施菜田土壤在種植 7～9年，土壤硝態(tài)氮出現(xiàn)最大的累積值[50]。山東聊城設(shè)施菜田種植10年，硝態(tài)氮含量最大，當(dāng)種植年限達(dá)到13年，銨態(tài)氮含量達(dá)到最大值[51]，可以說(shuō)成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、蔬菜種植管理方式及施氮量的差異性[52-53]影響設(shè)施蔬菜土壤理化性質(zhì)。楊治平等對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮的累積是全剖面性的，不僅在表層的聚集含量很高，而且在土壤剖面會(huì)發(fā)生遷移，隨著灌溉次數(shù)的增加，下層土壤硝態(tài)氮比例也會(huì)增加[54-55]。有研究指出，長(zhǎng)期大量施肥情況下，在100～180 cm 土層之間具有明顯的硝態(tài)氮累積現(xiàn)象，其中140 cm處出現(xiàn)累積峰[56]。受不同土壤性質(zhì)的影響，蔬菜栽培土壤硝態(tài)氮在80～100 cm層嚴(yán)重累積，有繼續(xù)向下淋溶的可能[57]，本研究中雖未出現(xiàn)明顯累積峰，但通過(guò)對(duì)不同深度的土壤剖面硝態(tài)氮分布的研究發(fā)現(xiàn)，在80～100 cm土體中，硝態(tài)氮含量仍較高，種植10～15年其累積現(xiàn)象嚴(yán)重，15～20年也有類(lèi)似情況。

目前，有關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的研究比較少，但許多研究已表明，地下水和蔬菜中硝酸鹽超標(biāo)與土壤氮素累積及肥料施用等有關(guān)[58-59]。張維理等以施氮量作為菜田種植體系中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)凡是年施氮量超過(guò)500 kg/hm2，而作物氮素吸收量與施氮量之比低于40.0%的地區(qū)，地下水硝酸鹽含量基本上全部超標(biāo)[19]。也有研究認(rèn)為，硝態(tài)氮?dú)埩袅靠勺鲗?duì)評(píng)價(jià)施肥影響地下水質(zhì)的潛在標(biāo)準(zhǔn)[21]。因此，本研究針對(duì)青海高原東部農(nóng)業(yè)區(qū)1 m土體中硝態(tài)氮?dú)埩袅孔鳛橹笜?biāo)，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)長(zhǎng)期設(shè)施栽培對(duì)土壤生態(tài)和環(huán)境淋失風(fēng)險(xiǎn)的影響。青海高原東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)種植超過(guò)10年，1 m土層硝態(tài)氮累積量>225 kg/hm2，土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)達(dá)到強(qiáng)度潛在風(fēng)險(xiǎn)，該年氮肥施入量為 2 340 kg/hm2，已遠(yuǎn)超過(guò)500 kg/hm2;由此可見(jiàn)，東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素存在嚴(yán)重淋失風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)增加淺層地下水污染的可能性，最終影響設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用與健康發(fā)展。

4 結(jié)論

隨種植年限的增加，東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素呈顯著增加趨勢(shì)。種植10～15、15～20年，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量增加趨于穩(wěn)定狀態(tài)，土壤銨態(tài)氮含量未明顯增加。且種植年限達(dá)到15～20年時(shí)，土壤氮素含量達(dá)到最大值，這主要與蔬菜栽培過(guò)程中農(nóng)戶(hù)大量施用氮肥有關(guān)。

東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤氮素沿土壤深度自上而下由高到低分布，同一土層不同年限之間土壤氮素含量存在明顯的差異性。各土層（每層20 cm）種植5～10、10～15年之間，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量差異均達(dá)到顯著性水平，而10～15、15～20年，土壤全氮含量差異性顯著。氮素分布于整個(gè)土壤剖面中，在80～100 cm土層中土壤硝態(tài)氮含量仍較高，說(shuō)明隨著灌溉次數(shù)和施肥量的增加，設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤硝態(tài)氮已淋溶下滲至土壤深層，增加了淺層地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)土壤硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，直觀(guān)反映了東部設(shè)施農(nóng)業(yè)區(qū)土壤硝態(tài)氮對(duì)地下水潛在污染情況，種植5～10年，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中度潛在污染;當(dāng)種植10～15、15～20年，污染程度達(dá)到強(qiáng)度潛在污染。因此，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中控制氮肥使用量、改善施肥技術(shù)，既有利于滿(mǎn)足蔬菜的需要，又有利于減少硝態(tài)氮污染的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李艾芬，章明奎. 浙北平原不同種植年限蔬菜地土壤氮磷的積累及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（1）：122-127.

[2]劉 偉，武美燕，胡學(xué)玉，等. 設(shè)施栽培地土壤富營(yíng)養(yǎng)化及其潛在的環(huán)境影響[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（5）：20-23.

[3]李世清，李生秀. 半干旱地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中硝態(tài)氮的淋失[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，11（2），240-242.

[4]巨曉棠，張福鎖. 中國(guó)北方土壤硝態(tài)氮的累積及其對(duì)環(huán)境的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境，2003，12（1）：24-28.

[5]史春余，張夫道，張俊清，等. 長(zhǎng)期施肥條件下設(shè)施蔬菜地土壤養(yǎng)分變化研究[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2003，9（4）：437-441.

[6]賀小琴，張永清，閆 姣，等. 離石區(qū)不同種植年限大棚土壤養(yǎng)分累積特征[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2014，4（8）：43-47.

[7]黃東風(fēng)，邱孝煊，李衛(wèi)華，等. 福州市郊菜地氮磷面源污染現(xiàn)狀分析與評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（6）：1191-1199.

[8]陳曉群，姚 軍，朱文清，等. 設(shè)施蔬菜地土壤硝態(tài)氮的變化及其對(duì)環(huán)境的影響[J]. 寧夏農(nóng)林科技，2004（5）：4-5.

[9]劉慶芳，呂家瓏，李松齡，等. 不同種植年限蔬菜大棚土壤中硝態(tài)氮時(shí)空變異研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2011，29（2）：159-163.

[10]王艷萍，呂家瓏，劉占平，等. 不同年限日光溫室土壤中有機(jī)質(zhì)和氮素變化動(dòng)態(tài)研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（17）：3501-3502.

[11]周建斌，翟丙年，陳竹君，等. 設(shè)施栽培菜地土壤養(yǎng)分的空間累積及其潛在的環(huán)境效應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（2）：332-335.

[12]周光濤，田長(zhǎng)彥. 極度干旱區(qū)設(shè)施蔬菜地土壤硝態(tài)氮的分布特征[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（4）：189-192.

[13]王 平，田長(zhǎng)彥，趙振勇，等. 新疆新和縣郊區(qū)菜地硝態(tài)氮的淋洗調(diào)查[J]. 干旱區(qū)研究，2004，21（1）：64-66.

[14]朱蔭湄. 施肥與地面水富營(yíng)養(yǎng)化[C]//施肥與環(huán)境學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，1994：40-44.

[15]Guo R Y，Nendel C，Rahn C，et al.Tracking nitrogen losses in a greenhouse crop rotation experiment in North China using the EU-Rotate-N simulation model[J]. Environmental Pollution，2010，158（6）：2218-2229.

[16]章 衛(wèi)，石先羅，胡紅亮，等. 基于小流域農(nóng)業(yè)面源污染氮磷負(fù)荷評(píng)價(jià)方法的研究[J]. 江西科學(xué)，2016，34（3）：328-331，378.

[17]戴照福，王繼增，程 炯，等. 流溪河流域菜地土壤磷素特征及流失風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，4（32）：82-84.

[18]許麗娟. 三種數(shù)學(xué)方法在菜田土壤及水環(huán)境污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[D]. 青島.青島科技大學(xué)，2008：2-30.

[19]張維理，田哲旭，張 寧，等. 我國(guó)北方農(nóng)用氮肥造成地下水硝酸鹽污染的調(diào)查[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1995，1（2）：80-87.

[20]侯彥林，李紅英，周永娟，等. 中國(guó)農(nóng)田氮面源污染研究：Ⅱ污染評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的初步制定[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（4）：1277-1282.

[21]黨廷輝，郭勝利，郝明德. 黃土旱塬長(zhǎng)期施肥下硝態(tài)氮深層積累的定量研究[J]. 水土保持研究，2003，10（1）：58-60.

[22]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：25-110.

[23]魯如坤. 土壤農(nóng)化分析方法[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2000：90-210.

[24]張 敏，袁 輝. 拉依達(dá)（PauTa）準(zhǔn)則與異常值剔除[J]. 鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，18（1）：85-87.

[25]Kanwar R S，Kumar A，Baker D. Number of samples required for the estimation of stimation of tresidual soil nitrate-nitrogen：a risk based analysis[J]. Water，Air，and Soil Pollution，1998，107（1/2/3/4）：163-174.

[26]Molen D T V D，Breeuwsma A，Boers P C M. Agricultural nutrient losses to surface water in the Netherlands：impact，strategies，and perspectives[J]. Journal of Environmental Quality，1998，27（1）：4-11.

[27]Bechmann M，Stlnacke P，Kvrn S，et al. Integrated tool for risk assessment in agricultural management of soil erosion and losses of phosphorus and nitrogen[J]. Science of the Total Environment，2009，407（2）：749-759.

[28]王朝輝，宗志強(qiáng)，李生秀，等. 蔬菜的硝態(tài)氮累積及菜地土壤的硝態(tài)氮?dú)埩鬧J]. 環(huán)境科學(xué)，2002，23（3）：79-83.

[29]楊 慧，谷 豐，杜太生. 不同年限日光溫室土壤硝態(tài)氮和鹽分累積特性研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（2）：240-247.

[30]潘劍玲，代萬(wàn)安，王喜明，等. 西藏高寒地區(qū)不同年限設(shè)施蔬菜土壤理化性質(zhì)變化及與農(nóng)田、草地土壤的對(duì)比分析[J]. 土壤通報(bào)，2013，44（4）：912-917.

[31]趙小寧. 蔬菜大棚的土壤質(zhì)量研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2006：4-12.

[32]楊 紅，徐唱唱，曹麗花，等. 米林縣不同種植年限蔬菜大棚土壤pH和無(wú)機(jī)氮變化特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（12）：2397-2404.

[33]孫文春，賀 婧，馬曉燕. 銀川市興慶區(qū)不同種植年限設(shè)施蔬菜土壤養(yǎng)分變化規(guī)律研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：414-416.

[34]萬(wàn) 欣，董元華，王 輝，等. 不同種植年限番茄大棚土壤理化性質(zhì)的演變①——以山東海陽(yáng)地區(qū)為例[J]. 土壤，2013，45（3）：477-482.

[35]蔡紅明. 陜西日光溫室系統(tǒng)養(yǎng)分平衡與土壤養(yǎng)分累積狀況研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015：2-8.

[36]王 磊. 地下水中硝酸鹽氮污染源解析——以沈陽(yáng)渾河傍河區(qū)為例[D]. 北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2016：2-5.

[37]呂麗紅. 半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)土壤剖面中硝態(tài)氮累積的研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2004：3-9.

[38]王翠紅，黃啟為，張楊珠，等. 露天蔬菜基地蔬菜-土壤-地下水硝酸鹽污染狀況評(píng)價(jià)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，30（4）：375-376.

[39]趙英男，李博文，馬 理，等. 大棚蘿卜菜田土壤理化性質(zhì)及相關(guān)酶活性特征[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（9）：486-491.

[40]劉兆輝，江麗華，張文君，等. 山東省設(shè)施蔬菜施肥量演變及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2008，45（2）：296-303.

[41]井永蘋(píng)，李 彥，薄錄吉，等. 不同種植年限設(shè)施菜地土壤養(yǎng)分、重金屬含量變化及主導(dǎo)污染因子解析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，48（4）：66-71.

[42]高新昊，張英鵬，劉兆輝，等. 種植年限對(duì)壽光設(shè)施大棚土壤生態(tài)環(huán)境的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（5）：1452-1459.

[43]唐海濱. 山東壽光蔬菜大棚土壤性質(zhì)變化規(guī)律研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011：2-13.

[44]王 輝，董元華，李德成，等. 不同種植年限大棚蔬菜地土壤養(yǎng)分狀況研究[J]. 土壤，2005，37（4）：460-464.

[45]唐 冬，毛 亮，支月娥，等. 上海市郊設(shè)施大棚次生鹽漬化土壤鹽分含量調(diào)查及典型對(duì)應(yīng)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2014，35（12）：4705-4711.

[46]曾希柏，白玲玉，蘇世鳴，等. 山東壽光不同種植年限設(shè)施土壤的酸化與鹽漬化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（7）：1853-1859.

[47]董 艷，董 坤，魯 耀，等. 設(shè)施栽培對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)及微生物區(qū)系的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（3）：419-423.

[48]高佳佳. 新建日光溫室土壤養(yǎng)分累積特征及施肥效應(yīng)[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012：3-12.

[49]熊漢琴，王朝輝，宰松梅. 種植年限對(duì)蔬菜大棚土壤肥力的影響[J]. 水土保持研究，2007，14（3）：138-139.

[50]曹文超，張運(yùn)龍，嚴(yán)正娟，等. 種植年限對(duì)設(shè)施菜田土壤pH及養(yǎng)分積累的影響[J]. 中國(guó)蔬菜，2012（18）：134-141.

[51]張 菊，董 杰，鄧煥廣，等. 山東聊城不同種植年限蔬菜大棚土壤理化性質(zhì)的演變[J]. 土壤通報(bào)，2016，47（5）：1119-1125.

[52]焦閃閃. 基于GIS技術(shù)的福建省耕地耕層土壤氮素富集與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D]. 福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2016：2-18.

[53]王淑芳，王效科，歐陽(yáng)志云. 密云水庫(kù)上游流域土壤有機(jī)碳和全氮密度影響因素研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，2012，33（3）：946-952.

[54]楊治平，張建杰，張 強(qiáng)，等. 山西省保護(hù)地蔬菜長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（2）：667-671.

[55]葉優(yōu)良，李 隆，張福鎖，等. 灌溉對(duì)大麥/玉米帶田土壤硝態(tài)氮累積和淋失的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20（5）：105-109.

[56]樊 軍，郝明德. 旱地長(zhǎng)期定位施肥對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮分布與累積的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2000，9（1）：23-26.

[57]陸安祥，趙云龍，王紀(jì)華，等. 不同土地利用類(lèi)型下氮磷在土壤剖面中的分布特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（9）：3923-3929.

[58]寇長(zhǎng)林，巨曉棠，張福鎖. 三種集約化種植體系氮素平衡及其對(duì)地下水硝酸鹽含量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16（4）：660-667.

[59]鐘玉娟，張白鴿，羅少波，等. 菜薹硝酸鹽積累與品種、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)之間的關(guān)系[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2017（18）：49-55.湯 濤，張昌朋，吳 珉，等. 異唑草酮水解及在水中的光解[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（3）：249-252.