延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分資源特征及科學(xué)管理

劉 慧

（延慶區(qū)種植業(yè)服務(wù)中心，北京 延慶 102100）

自20世紀(jì)50年代溫室設(shè)施和栽培技術(shù)在中國北方大中城市迅速推廣應(yīng)用以來，北京市延慶區(qū)設(shè)施栽培也得到迅速發(fā)展。特別是近幾年，延慶區(qū)設(shè)施菜田面積逐年大幅增加。據(jù)統(tǒng)計，延慶區(qū)設(shè)施菜田面積占菜田總面積的百分比也呈逐年上升的趨勢，截至2015年12月，設(shè)施蔬菜面積達(dá)440.8 hm2，設(shè)施蔬菜年產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例于2011年后一直保持在30%以上，因此也帶來了設(shè)施蔬菜年收入的逐年增加。數(shù)據(jù)顯示，2015年設(shè)施蔬菜的年收入金額達(dá)到6 750萬元，占延慶區(qū)全年蔬菜總收入的40.68%。

設(shè)施菜田常年處在半封閉條件下，具有獨特的水、肥、氣、熱環(huán)境。因此，設(shè)施菜田在種植幾年以后，土壤肥力狀況將發(fā)生顯著變化，形成具有設(shè)施菜田特色的土壤養(yǎng)分特點。近幾年，國內(nèi)一些研究單位對設(shè)施菜田土壤肥力狀況進行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜保護地化肥和有機肥施用量過大，土壤堿解氮和有效磷含量成倍增加；隨著棚齡的增長，耕層的鹽分含量已達(dá)到或超過限制蔬菜生長發(fā)育的臨界值，微生物組成也發(fā)生了明顯變化，而這些變化直接導(dǎo)致蔬菜病蟲害加重、產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低。因此，了解設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分資源特征，掌握其土壤養(yǎng)分變化規(guī)律是設(shè)施菜田合理施肥的基礎(chǔ)，是蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的基本保證。

為進一步了解延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分特征，優(yōu)化設(shè)施菜田土壤培肥措施，有效控制設(shè)施菜田面源污染源頭，本研究擬探討延慶區(qū)13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)現(xiàn)有設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分資源情況和不同棚齡設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分資源特征，為采取相應(yīng)農(nóng)業(yè)施肥措施、提高蔬菜產(chǎn)量和改善蔬菜品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 布點取樣

截止到2015年底，延慶區(qū)設(shè)施蔬菜用地主要分布在康莊鎮(zhèn)、延慶鎮(zhèn)、大榆樹鎮(zhèn)等11個鎮(zhèn)2個鄉(xiāng)68個村。實際生產(chǎn)過程中，考慮到栽培蔬菜種類、施肥習(xí)慣等因素，結(jié)合網(wǎng)格法和農(nóng)戶歸屬分布情況布點取樣，共設(shè)144個取樣點。調(diào)查取樣布點圖見圖1。

1.2 土壤樣品采集

為避免施肥的影響，土壤樣品統(tǒng)一在作物收獲后采集。采樣地點避開設(shè)施邊角，靠近路邊、溝邊和特殊地形的部位，以及堆放過肥料的地方。使用木鏟，采用“X”法，均勻隨機采集5個土樣，充分混合后，四分法留取2 kg。1袋土樣寫2張標(biāo)簽，內(nèi)外各具。標(biāo)簽主要內(nèi)容為：樣品編號，采樣深度、采樣地點、采樣時間、采樣人等。

試驗室內(nèi)將采回的土樣放在塑料布上，攤薄，置于室內(nèi)通風(fēng)避光晾干。在土樣半干時，須將大土塊捏碎，以免完全干燥后結(jié)成硬塊，難以磨細(xì)。完全風(fēng)干后測定土壤養(yǎng)分含量。

1.3 土壤養(yǎng)分測定方法

土壤樣品有機質(zhì)、大量元素（全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀）和有效銅、有效鋅、有效鐵和有效錳等微量元素測定方法見表1。

表1 土壤樣品檢測方法

2 結(jié)果與分析

2.1 延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤有機質(zhì)及大量元素含量特征

圖1 2015年延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分和環(huán)境因子調(diào)查點位置分布

2015年延慶區(qū)設(shè)施菜田有機質(zhì)含量平均為46.4 g/kg、全氮2.0 g/kg、堿解氮260.1 mg/kg、有效磷81.0 mg/kg、速效鉀373 mg/kg（表2）。參照北京市土壤養(yǎng)分指標(biāo)評分規(guī)則，總體上延慶區(qū)土壤養(yǎng)分處于極高含量水平。此外，由表2可知，延慶區(qū)張山營鎮(zhèn)設(shè)施菜田土壤有機質(zhì)、土壤全氮、堿解氮和速效鉀的含量都明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其有效磷的含量在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中也屬于較高水平。這可能是由于德青源養(yǎng)殖場位于其境內(nèi)，菜農(nóng)為降低肥料成本長期使用雞糞、沼液的原因。長期雞糞基肥以及沼液滴灌追肥，使得該地全氮、堿解氮以及速效鉀的含量明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

考慮到張山營鎮(zhèn)特殊的施肥習(xí)慣，對該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤環(huán)境狀況進行了測評。張山營鎮(zhèn)設(shè)施菜田土壤砷、汞、鉛、鎘、鉻和鎳等環(huán)境指標(biāo)分別為9.6、0.1、17.9、0.15、51.4 mg/kg和19.1 mg/kg。各項土壤環(huán)境因素指標(biāo)均在中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（修訂），GB 15618-2008》和《溫室蔬菜產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，HJ 333-2006》中規(guī)定的菜地土壤重金屬土壤閾值以下。

延慶區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)設(shè)施菜田土壤堿解氮含量差異很大（表2）。延慶鎮(zhèn)廣積屯村張東起農(nóng)戶的菜地（棚齡5年）堿解氮含量最高，達(dá)1 108.8 mg/kg。堿解氮含量高是由于大量施用化肥，伴隨棚齡增加，造成堿解氮的積累。舊縣鎮(zhèn)東龍灣村朱敬明農(nóng)戶的菜地（棚齡6年）堿解氮含量最低，僅為77.6 mg/kg。堿解氮含量低的原因可能是此地塊為有機認(rèn)證基地，6年以來一直使用有機肥，含氮量相對較低，因此沒有出現(xiàn)堿解氮累積的現(xiàn)象。

表2列舉了延慶區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)1980年第2次全國土壤普查時的有機質(zhì)和大量元素含量情況。因當(dāng)時還沒有大面積的農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)，因此，土壤理化性質(zhì)的測定對象為露地蔬菜土壤和露地糧食作物土壤。1980年延慶區(qū)土壤有機質(zhì)含量平均為14.2 g/kg、全氮0.90 g/kg、堿解氮60.0 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效鉀133 mg/kg。參照北京市土壤養(yǎng)分指標(biāo)評分規(guī)則，總體上1980年延慶區(qū)土壤養(yǎng)分含量處于低等水平。

由表2可得，延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤在35年間有機質(zhì)含量增長了2.27倍，土壤全氮增長了1.2倍，堿解氮增加了3.3倍，有效磷是1980年的8.1倍，速效鉀為1980年的2.8倍。原因可能是大量化肥投入可能導(dǎo)致了延慶區(qū)土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀發(fā)生了嚴(yán)重的積累現(xiàn)象，其中有效磷的積累最為嚴(yán)重。

表2 1980年和2015年延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤有機質(zhì)和大量元素含量

2.2 延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤微量元素含量特征

2015年延慶區(qū)設(shè)施蔬菜土壤有效銅含量平均為5.60 mg/kg、有效鋅8.60 mg/kg、有效鐵26.2 mg/kg、有效錳21.1 mg/kg（表3）。德青源養(yǎng)殖場所在地張山營鎮(zhèn)與其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)相比，上述微量元素表現(xiàn)出較高含量。1980年延慶區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有效銅含量平均為1.32 mg/kg、有效鋅0.42 mg/kg、有效鐵10.5 mg/kg、有效錳11.1 mg/kg（表3）。對比發(fā)現(xiàn)，2015年延慶區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)有效銅、鋅、鐵、錳的含量比1980年分別增加了324%、1948%、60%和90%。在2015年土壤養(yǎng)分普查中，千家店有效銅的含量在調(diào)查各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最高，達(dá)42.7 mg/kg；四海鎮(zhèn)的有效鐵含量最高達(dá)到57.9 mg/kg。1980年，千家店有效銅含量和四海鎮(zhèn)有效鐵含量分別為1.15 mg/kg和14.3 mg/kg。這可能是由于長期的施肥和種植習(xí)慣導(dǎo)致了兩鎮(zhèn)有極高的微量元素含量。

2.3 不同棚齡土壤有機質(zhì)和大量元素狀況

將本次調(diào)查取樣點按照棚齡長短劃分為0～1年棚齡、2～5年棚齡、6～10年棚齡和＞10年棚齡，共4個階段。各個棚齡段在此次調(diào)查中所占的比例如圖2。由圖可見，6～10年棚齡的蔬菜大棚所占比例最大，達(dá)到72%。

圖2 2015年延慶區(qū)設(shè)施菜田養(yǎng)分調(diào)查不同棚齡所占比例

圖3 ～圖7顯示了不同棚齡設(shè)施土壤有機質(zhì)和大量元素變化情況。由圖可以看出，不論是土壤有機質(zhì)還是土壤全氮、堿解氮、速效鉀、有效磷等大量元素，隨著設(shè)施棚齡的增加，并沒有表現(xiàn)出逐年上升的趨勢。通過統(tǒng)計分析，設(shè)施土壤有機質(zhì)含量組間差異均大于0.05，說明不同棚齡間有機質(zhì)含量差異不明顯。堿解氮的含量變化在棚齡0～1年和棚齡2～5年、6～10年、＞10年之間均表現(xiàn)出差異性顯著，而后3個棚齡組間差異都不顯著。該結(jié)果表明，設(shè)施土壤在0～1年的蔬菜種植之后，堿解氮的含量出現(xiàn)了一定程度的累積效應(yīng)，說明生產(chǎn)過程中氮肥施用量大。不同設(shè)施棚齡土壤全氮、有效磷和有效鉀的統(tǒng)計分析表明，其并未隨棚齡增加而呈現(xiàn)明顯增加的趨勢，組間差異均不顯著。但通過對比，延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分已明顯高于山西、山東、天津等地土壤養(yǎng)分含量[1-3]。

表3 1980年和2015年延慶區(qū)土壤微量元素含量 mg/kg

圖3 不同棚齡土壤有機質(zhì)含量

圖4 不同棚齡土壤全氮含量

圖5 不同棚齡土壤堿解氮含量

圖6 不同棚齡土壤速效鉀含量

圖7 不同棚齡土壤有效磷含量

3 討論與結(jié)論

3.1 延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分含量總體水平極高

了解設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分狀況及其變化規(guī)律是設(shè)施蔬菜合理施肥、安全優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)。對比1980年全國第2次土壤普查中延慶區(qū)土壤有機質(zhì)和大量、微量元素數(shù)據(jù)，以及華北地區(qū)山西、山東、天津等地設(shè)施菜田有機質(zhì)和大量元素數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，2015年延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分含量均高于對比值[1-3]。根據(jù)北京市土壤養(yǎng)分指標(biāo)評分規(guī)則評價延慶設(shè)施菜田養(yǎng)分狀況屬于養(yǎng)分極高水平。設(shè)施菜地比露地單位面積施肥量大，且因無雨水淋失，致使其剩余的肥料大部分殘留于土壤中，大量化肥投入可能導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量極高。土壤中大量有效磷、硝酸鹽以及游離鉀離子的積累很容易導(dǎo)致土壤鹽漬化。濃度過高的土壤溶液阻礙根系吸收養(yǎng)分，影響蔬菜產(chǎn)量進一步提升，降低蔬菜品質(zhì)。此外，硝酸鹽很容易隨灌溉水淋洗，從而污染地下水，加劇面源污染的程度。

部分地區(qū)由于不合理施肥可能導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量異常升高。如張山營鎮(zhèn)長期較單一地施用雞糞和沼液，已經(jīng)造成該地區(qū)設(shè)施土壤養(yǎng)分明顯的累積效應(yīng)。雖然較高的土壤有機質(zhì)含量在一定程度上緩沖了土壤對鹽害、次生鹽堿化的發(fā)生，但長期不合理的肥料投入很有可能在一定范圍內(nèi)造成土壤環(huán)境污染，甚至是更深層次的面源污染。

3.2 設(shè)施菜田養(yǎng)分隨棚齡增加的變化情況不明顯

土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀隨著棚齡增加并沒有表現(xiàn)出明顯的增加，這里需要強調(diào)的是沒有顯著增加并非表示其絕對含量不高。隨棚齡增加沒有表現(xiàn)出顯著增加，原因很可能是由于在設(shè)施建造之前，土壤已經(jīng)含有極高的大量元素和微量元素造成的。微量元素含量目前雖未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的閾值，但在相當(dāng)一段時間內(nèi)還是存在土壤環(huán)境污染的潛在風(fēng)險。土壤堿解氮含量在0～1年棚齡和2～5年棚齡存在差異的顯著性，說明大量水溶性的氮（主要為硝態(tài)氮）存在于多年棚齡的設(shè)施菜田。過高的硝態(tài)鹽在土壤中很可能造成其在蔬菜體內(nèi)的累積，同時伴隨土壤酸化，將引起地下水污染。

3.3 土壤養(yǎng)分科學(xué)管理對策

基于以上研究結(jié)果，并參照農(nóng)業(yè)部2015年2月下發(fā)的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，建議針對延慶區(qū)設(shè)施菜田土壤養(yǎng)分狀況，采取“一減兩增三平衡”的養(yǎng)分管理對策。

“一減”是減少和嚴(yán)控氮肥施用量，特別是硝態(tài)氮肥用量?？刂葡跛徕?、硝酸鈣和硝酸銨等硝態(tài)氮肥的施用量，防止過高的硝態(tài)鹽在土壤中的進一步累積，避免土壤酸化和面源污染的發(fā)生。

“兩增”一是增施微生物肥，增強活力，釋放養(yǎng)分。微生物肥料可在蔬菜種植過程作為基肥、追肥和育苗肥，它有助于分解釋放土壤中極高的養(yǎng)分，從而增加土壤中有效養(yǎng)分含量；而且能夠促進各種維生素、酶及其他有利于作物生長物質(zhì)的合成，刺激蔬菜的生長，協(xié)助作物吸收營養(yǎng)，避免因鹽類積聚而使蔬菜受害。二是增施有機肥，培肥地力，種養(yǎng)結(jié)合。對設(shè)施菜地充分考慮前茬肥料的后效，適當(dāng)增施商品有機肥、廄肥、餅肥及秸稈肥等有機肥作為基肥，培肥土壤地力，增加土壤有機質(zhì)，以改善土壤的通透狀況，增加土壤的團粒結(jié)構(gòu)，提高土壤對作物的供肥能力。此外，由于有機肥具有良好的陽離子代換能力，可以吸收更多的鉀、銨、鎂、鋅等營養(yǎng)元素，防止淋失，提高土壤的保肥能力。在每年的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，有意識地邊種地、邊養(yǎng)地，種養(yǎng)結(jié)合，提高設(shè)施菜田可持續(xù)利用效率。

“三平衡”是指有機-無機，大量-微量相結(jié)合，適時適法平衡施肥。長期局部施用畜禽糞便量一旦超出土壤的消納能力，勢必造成重金屬污染土壤環(huán)境的問題。因此建議肥料施用種類的多元化，施用時間和方式方法的科學(xué)化，做到平衡施肥。有機-無機配合使用，不但可以在短期提高土壤中無機磷和速效鉀的利用率；從長期來看，還有利于培肥地力，提高土壤養(yǎng)分利用率，可謂一舉多得。此外，注重施用氮、磷、鉀等大量肥料的同時，需兼顧鈣、鎂、硼等微量元素的施用。這就需要依據(jù)土壤質(zhì)地、肥力水平、蔬菜需肥規(guī)律和目標(biāo)產(chǎn)量等因素，加大推廣測土配方平衡施肥力度。三是要根據(jù)蔬菜茬口、生育期的長短以及各生育期的需肥特性，適時適法施用肥料。大多數(shù)蔬菜在生長發(fā)育的中后期，尤其是瓜類、豆類、茄果類蔬菜進入結(jié)瓜結(jié)莢結(jié)果期，對鉀肥的吸收量明顯增加。在這一時段，施肥應(yīng)增加鉀肥的比例，這不僅是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，也是提升品質(zhì)的要求。在蔬菜生長的關(guān)鍵時期，采用葉面噴肥的方法也有利于提高蔬菜的產(chǎn)量。此外，設(shè)施蔬菜施肥多為水肥一體化方式，沖施水溶肥料時建議采取“先配母液后均分沖施”的方法，防止局部濃度過大，保證施肥均勻一致。

由于資金和時間條件的限制，該研究并未調(diào)查土壤pH、陽離子交換量、中量元素和部分微量元素，這些因素一定程度上也影響著土壤大量元素特征和蔬菜對養(yǎng)分的吸收能力，這些數(shù)據(jù)的測定和分析需在今后的工作中彌補和完善。