趙天鑫，俄勝哲，*，王玉忠，袁金華，姚佳璇，王鈺軒

（1．甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2．甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；3．武威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 武威 733000）

設(shè)施農(nóng)業(yè)是我國調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要方向之一，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)戶的增產(chǎn)、增收和農(nóng)業(yè)的增效。近年來，以高技術(shù)、高投入、高產(chǎn)出為特征的高度集約化設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國得到快速的發(fā)展和大面積推廣應(yīng)用［1］。目前，日光溫室、玻璃溫室、塑料大棚是我國設(shè)施栽培的3種主要類型，其中在北方最常見的栽培方式是日光溫室，其已成為不少地區(qū)農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的主要來源［1-2］。在日光溫室特殊的環(huán)境條件下，農(nóng)戶在蔬菜栽培過程中不合理施肥造成蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量下降、土壤養(yǎng)分累積以及一系列土壤肥力和環(huán)境問題備受人們關(guān)注［3-5］。大量研究表明，農(nóng)戶的盲目施肥使溫室內(nèi)土壤養(yǎng)分累積日趨嚴(yán)重，土壤鹽漬化和蔬菜硝酸鹽大量累積，導(dǎo)致設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中增肥不增產(chǎn)，產(chǎn)量和品質(zhì)下降已經(jīng)影響了溫室蔬菜的發(fā)展和銷售，制約了設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［3，5-7］。

近些年，很多學(xué)者開始關(guān)注日光溫室土壤養(yǎng)分含量狀況，已對不同地區(qū)的溫室土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行了測定研究。不同地區(qū)的土壤理化性質(zhì)、溫室栽培管理方式不同，其研究結(jié)果不盡相同。曹齊衛(wèi)等［8］對山東濟(jì)南地區(qū)日光溫室土壤養(yǎng)分變化的研究表明，溫室土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量顯著高于露地土壤，增幅分別為77.0%、66.7%、472.0%、173.4%，而pH低 于 露 地 土 壤0.23；溫室土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮無明顯累積規(guī)律，但是有效磷、速效鉀、pH與棚齡間有明顯的累積規(guī)律；溫室土壤有明顯的酸化和鹽漬化現(xiàn)象，各種養(yǎng)分大量累積。劉曉軍等［9］的研究表明，日光溫室土壤中有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀等養(yǎng)分含量隨著溫室年限的增加而增加；有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量在土壤耕層隨溫室年限的增幅分別達(dá)56.2%、254.1%和36.5%，同時，0～20 cm土壤耕層的鹽分積累量隨著日光溫室年限的延長而顯著增加。杜新民等［10］的研究表明，日光溫室土壤可溶性鹽含量是大田土壤的1.22～3.19倍，且隨著種植年限的增加而增加，可溶性鹽與種植年限呈極顯著正相關(guān)；溫室土壤pH低于大田土壤，且隨種植年限的增加逐漸下降，二者呈極顯著負(fù)相關(guān)，r=-0.9967；溫室土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量高于大田土壤，且隨種植年限的增加逐年增加。

武威市位于甘肅省河西走廊東部，深居大陸腹地，屬于溫帶大陸性干旱氣候，太陽輻射強(qiáng)、日照時間長，溫差大、降水少，有利于日光溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展［11］。石羊河是河西走廊三大內(nèi)陸河之一，由此形成了重要的綠洲生態(tài)區(qū)，所以石羊河流域的問題關(guān)系到國家生態(tài)安全的整體問題［12］。武威市作為石羊河流域的主屬區(qū)，把日光溫室建設(shè)作為石羊河流域綜合治理的一項(xiàng)重要措施［11-12］。近年來，涼州區(qū)日光溫室生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)區(qū)域從城郊擴(kuò)展到了偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，日光溫室生產(chǎn)已經(jīng)成為農(nóng)民增加經(jīng)濟(jì)收入的支柱產(chǎn)業(yè)之一［13］。長期設(shè)施栽培土壤肥力質(zhì)量演變規(guī)律研究對武威市農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和綜合治理尤為重要，而目前鮮見有關(guān)研究報(bào)道。為此，以武威市涼州區(qū)為研究區(qū)域，通過測定不同種植年限日光溫室土壤養(yǎng)分常規(guī)指標(biāo)，以期明確土壤肥力質(zhì)量演變規(guī)律，為該地區(qū)日光溫室可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

涼州區(qū)位于河西走廊東部，其地勢東北低西南高，東北部為騰格里沙漠，西南部為祁連山地，中部為走廊平原，屬溫帶干旱區(qū)。年平均降水量210 mm，年均蒸發(fā)量2020 mm，年平均氣溫8℃，晝夜溫差大，全年無霜期為150 d，是典型的溫帶大陸性氣候；海拔為1450～2100 m，地勢平坦，土地肥沃。研究區(qū)域的土壤類型為灌漠土，露地土壤全氮、有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀的平均含量分別為1.15 g/kg、20.08 g/kg、35.46 mg/kg和152.6 mg/kg，根據(jù)全國第二次土壤普查技術(shù)規(guī)程規(guī)定的養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)，全氮含量處于中等水平，有效磷和速效鉀含量都處于高水平［14］。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇近年來武威市涼州區(qū)日光溫室快速發(fā)展和種植面積較大的柏樹鄉(xiāng)、長城鄉(xiāng)、大柳鄉(xiāng)、發(fā)放鎮(zhèn)、高壩鎮(zhèn)、和平鎮(zhèn)、中壩鎮(zhèn)、雙城鎮(zhèn)、四壩鄉(xiāng)、張義鎮(zhèn)、金羊鄉(xiāng)、黃羊鎮(zhèn)、懷安鄉(xiāng)和清水鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同種植年限的日光溫室土壤和附近露地土壤為研究對象。將其劃分為露地（n=26），日光溫室種植1～5年（n=23）、6～10年（n=25）、11～15年（n=19）和16～20年（n=11）4個階段，分別采集土壤樣品，測定土壤pH、可溶性鹽、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀。

1.3 栽培管理措施

涼州區(qū)日光溫室多為干打壘土溫室，建棚前普遍為小麥-玉米輪作露地大田，一年一熟制。氮磷鉀肥配施的比例一般為 N∶P2O5∶K2O=1∶1∶0.5。小麥?zhǔn)┑∟）量為120～150 kg/hm2，玉米的施肥量是小麥的2倍。小麥于每年3月中旬播種，播量為300 kg/hm2，氮肥、磷肥及鉀肥均作基肥，播種前一次施入。玉米于每年4月中旬或下旬播種，密度為75000株/hm2。氮肥采用尿素或硝酸銨，磷肥采用普通過磷酸鈣、重過磷酸鈣或磷酸二銨，鉀肥采用硫酸鉀。溫室內(nèi)種植的蔬菜種類多為西紅柿、辣椒、黃瓜和茄子，其茬口一般為每年2月底到7月底，8月到翌年1月，每年2茬。日光溫室施用的化肥多為尿素、磷酸二銨和硫酸鉀。年N素施用量為252～1059 kg/hm2，平均為650 kg/hm2；年P(guān)2O5施用量為207～1068 kg/hm2，平均為709 kg/hm2；年K2O施用量為177～852 kg/hm2，平均為650 kg/hm2。有機(jī)肥為腐熟純動物糞便，施用量為30000～105000 kg/hm2，平均為87000 kg/hm2。

1.4 樣品采集與處理

于2012年6月中下旬蔬菜拉秧歇棚期在涼州區(qū)柏樹鄉(xiāng)、長城鄉(xiāng)、大柳鄉(xiāng)、發(fā)放鎮(zhèn)、高壩鎮(zhèn)、和平鎮(zhèn)、中壩鎮(zhèn)、雙城鎮(zhèn)、四壩鄉(xiāng)、張義鎮(zhèn)、金羊鄉(xiāng)、黃羊鎮(zhèn)、懷安鄉(xiāng)、清水鄉(xiāng)、金塔鄉(xiāng)、金沙鄉(xiāng)，根據(jù)建棚時間將1992～2011年搭建種植的設(shè)施二代日光溫室按1992～1996、1997～2001、2002～2006、2007～2011年分為4個發(fā)展階段采樣。用不銹鋼土鉆采集0～20 cm耕層土壤，采樣時采用“梅花”形布點(diǎn)取樣。每個棚取5個樣，同時在每個日光溫室周邊采集大田土壤樣品，采樣方法同日光溫室。土壤樣品裝入聚乙烯塑料自封袋，標(biāo)記密封，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。去掉植物根系、落葉、石塊等雜物，過土壤篩后，用于分析測定。

1.5 分析測定

土壤pH采用電位法（水∶土為2.5∶1）測定；可溶性鹽總量采用電導(dǎo)法（水∶土為5∶1）測定；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定；有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀含量采用1 mol/L乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)測定。

1.6 統(tǒng)計(jì)與分析

應(yīng)用Excel 2007和SPSS 19.0對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH和可溶性鹽

圖1 是日光溫室種植年限對土壤pH和可溶性鹽的影響，可以看出，露地土壤pH為8.21（n=26），而不同種植年限的日光溫室土壤pH為7.16～7.19。長期的設(shè)施種植顯著降低了土壤的pH，但不同種植年限間土壤的pH差異不顯著。土壤可溶性鹽含量與土壤pH變化趨勢相反，露地土壤可溶性鹽含量為0.69 g/kg，而不同種植年限土壤可溶性鹽平均含量1.41 g/kg，顯著高于露地土壤，但不同年限間土壤可溶性鹽含量差異不顯著。長期日光溫室種植，且連續(xù)超量施用肥料，但未引起不同種植年限間土壤pH和土壤可溶性鹽的顯著差異。

圖2 是土壤pH和可溶性鹽含量關(guān)系，可以看出，隨著土壤pH逐漸降低，土壤可溶性鹽含量逐漸增加，兩者呈負(fù)相關(guān)，土壤pH增加一個單位，土壤可溶性鹽的含量將降低1.35 g/kg，說明長期的日光溫室種植、大量的施用化肥在引起土壤酸化的同時也導(dǎo)致了土壤次生鹽漬化。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

圖3 是日光溫室種植年限對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響，露地土壤有機(jī)質(zhì)含量為20.61 g/kg，長期種植日光溫室顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，1～5、6～10、11～15和16～20年4個種植年限日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)平均含量分別為44.36、49.56、45.26和50.45 g/kg，分別是露地土壤的2.15、2.40、2.19和2.44倍，但不同年限間日光溫室土壤的有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。

2.3 土壤速效氮磷鉀

表1 是日光溫室種植年限對土壤速效氮磷鉀含量的影響，表明土壤速效氮磷鉀含量隨種植年限的變化趨勢與土壤有機(jī)質(zhì)相似，日光溫室種植后，土壤速效氮磷鉀含量都顯著增加，與相鄰露地土壤差異顯著，但不同種植年限之間沒有顯著差異。不同種植年限日光溫室有效磷平均含量為353.67 mg/kg，增幅最大，是露地土壤的21.42倍左右。不同種植年限日光溫室堿解氮和速效鉀的平均含量分別是208.44和627.33 mg/kg，分別是露地土壤的1.85和5.54倍。

表1 日光溫室種植年限對土壤速效氮磷鉀含量的影響 （mg/kg）

3 討論

3.1 設(shè)施栽培對土壤pH和可溶性鹽的影響

有研究表明，溫室土壤pH低于大田，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量均高于大田，且隨種植年限的增加逐年增加［10，15］。在本研究中，溫室土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量均高于大田土壤，溫室土壤pH小于大田土壤，這與有關(guān)研究結(jié)論一致，但不同種植年限間的變化不顯著。

長期日光溫室種植造成土壤pH下降，這是由于大量施用氮素肥料，形成的NO3-不能被完全吸收，在不受雨水淋洗的條件下發(fā)生積聚，同時施用硫酸鉀等生理酸性肥料，SO42-、Cl-等強(qiáng)酸性陰離子大部分殘留在土壤中，使得土壤酸化［7，10，16］；其次，NH4+硝化導(dǎo)致土壤中H+增加，并且大量施用有機(jī)肥，有機(jī)肥腐解和微生物代謝產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，使土壤pH下降［17］。因涼州區(qū)土壤屬石灰性土壤，土壤pH呈微堿性，而土壤pH的適度降低有利于提高石灰性土壤P、Fe、Mn、Cu、Zn等營養(yǎng)元素的活性［10，18］。溫室土壤表層積鹽明顯，原因一是施肥量大；二是溫室內(nèi)溫度高，土壤水分上升，使鹽分表聚［10］。有研究表明，在鹽分離子的作用下，設(shè)施土壤pH有不同程度的降低［1，17］。本研究中，土壤pH和可溶性鹽含量呈負(fù)相關(guān)，這與有關(guān)研究結(jié)果一致，原因可能是土壤鹽基陽離子與土壤膠體上的H+或Al3+發(fā)生了交換［1］。

3.2 設(shè)施栽培對土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀含量的影響

有研究者提出理想菜地的土壤有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)達(dá)30 g/kg以上［5］，本研究中溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量較大田土壤顯著提高，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)卦谠耘噙^程中大量施用有機(jī)肥，但是不同種植年限溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量穩(wěn)定在40～50 g/kg，很有可能是土壤有機(jī)碳數(shù)量達(dá)到了平衡點(diǎn)，掩蓋了不同種植年限間的差異。

根據(jù)全國第二次土壤普查及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，大田土壤堿解氮含量處于中等水平（90～120 mg/kg），溫室土壤堿解氮含量極豐富（>150 mg/kg）［19］。溫室土壤堿解氮含量較大田土壤顯著增加，這是大量施用氮肥的原因。溫室種植1～5年后，堿解氮含量達(dá)到最高，隨著種植年限延長其含量趨于穩(wěn)定，有可能是土壤中堿解氮含量達(dá)到飽和。

有研究者提出菜地土壤有效磷含量的豐缺指標(biāo)：小于33 mg/kg為嚴(yán)重缺乏，33～60 mg/kg為缺乏，60～90 mg/kg為適宜，大于90 mg/kg為偏高［5］。按這一標(biāo)準(zhǔn)，溫室土壤有效磷含量均偏高，與之對應(yīng)的大田土壤嚴(yán)重缺乏。土壤中有效磷大幅度上升趨勢的主要原因是農(nóng)戶施用了大量的磷肥，而蔬菜作物大多需磷又較少，導(dǎo)致土壤磷素富集［3，20］。溫室種植1～5年后，有效磷含量達(dá)到最高，隨著種植年限延長其含量趨于穩(wěn)定。不同種植年限溫室土壤有效磷含量差異不顯著，很有可能是因?yàn)榇罅苛追实耐度胧沟猛寥乐杏行Я自?～5年迅速達(dá)到了飽和狀態(tài)，后期施入的磷素不能被土壤固定而隨灌溉水淋失。

有學(xué)者指出，菜地土壤速效鉀含量適宜范圍是150～250 mg/kg，大于350 mg/kg為過量［5］。若按這一標(biāo)準(zhǔn)衡量，溫室土壤速效鉀含量嚴(yán)重過量，發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因是由施肥引起的，農(nóng)戶為了提高產(chǎn)量大量施用鉀肥，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了作物的吸收量。劉曉軍等［9］研究表明，0～40 cm土層速效鉀含量隨年限的變化未達(dá)顯著水平，而40～60 cm土層速效鉀含量隨年限的變化達(dá)顯著水平。研究地溫室種植1～5年后，速效鉀含量達(dá)到最高，后期雖然也投入了大量的鉀肥，其含量不但沒有增加反而有下降的趨勢，這與有關(guān)研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)橥寥乐兴傩р浺纂S灌溉水向土層深處淋溶［9］。

4 結(jié)論

（1）長期日光溫室種植顯著降低了土壤的pH，顯著增加了土壤可溶性鹽含量，土壤的pH和可溶性鹽含量呈負(fù)相關(guān)，土壤pH增加一個單位，土壤可溶性鹽的含量將降低1.35 g/kg。

（2）4個種植年限日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)平均含量分別為44.36、49.56、45.26和50.45 g/kg，分別是露地土壤的2.15、2.4、2.19和2.44倍，不同種植年限日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)較露地土壤有顯著變化，但是不同年限間日光溫室土壤的有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著。

（3）日光溫室有效磷、堿解氮和速效鉀平均含量分別為353.67、208.44和627.33 mg/kg，分別是露地土壤的21.42、1.85和5.54倍，不同種植年限日光溫室土壤速效氮磷鉀較露地土壤均有顯著變化，但是各種植年限間差異不顯著。

（4）盲目施肥是造成溫室土壤養(yǎng)分積聚的主要原因。溫室耕層土壤速效氮磷鉀含量達(dá)到飽和狀態(tài)后，施入肥料中的養(yǎng)分元素不能被土壤固定，易隨灌溉水向下淋溶，污染地下水。因此，要改變栽培管理方式、合理施肥，改善土壤環(huán)境，以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。