设施土壤污染障碍与减氮增效技术研究

摘要  为科学指导设施土壤的管理，保证土壤有足够产出的同时，对生态环境的负面影响保持在可控的范围，对宿豫区典型的设施土壤进行样品采集，测定土壤有机质、酸碱度、电导率以及部分有效性养分和水溶性盐分离子含量。结果表明，设施土壤pH为5.62～6.35，土壤发生明显的酸化现象;土壤电导率（EC）为0.66～5.44 mS/cm，多数土壤EC值均超出了一般作物生长的适宜范围;土壤有机质含量为15.71～21.95 g/kg，难以满足设施作物高产的需求。土壤速效氮含量为32.8～711.7  mg/kg，总体水平偏高，变异系数达到88.1%，氮肥施用很不平衡;土壤速效磷含量为30.1～100.9  mg/kg，基本能满足高产需求;土壤速效钾含量为61.7～517.5  mg/kg，平均为203.4  mg/kg。土壤水溶性钾、钠、钙、镁平均含量分别为100.2、1 672.7、1 461.9和1 204.3  mg/kg，镁/钾电荷比平均40.9，导致土壤相对缺钾的问题比较突出;土壤水溶性氯离子、硫酸根、硝酸根平均含量分别高达2 781.7、1 252.0和1 223.8  mg/kg，都有可能影响作物的正常生长。土壤有效硼、钼、锰平均含量分别为0.37、0.19和6.68  mg/kg，分别处于缺乏、中等、中等水平。减氮对甘蓝生物学和经济产量均没有明显影响，底施平衡肥处理有利于提高甘蓝的生物学产量和经济产量;减氮对甘蓝含氮率和累计吸氮量均有减少的趋势;底施平衡肥和减氮均在一定程度上降低土壤电导率和降低土壤硝态氮含量。

关键词  设施土壤;土壤肥力;土壤障碍;减氮增效

中图分类号  X 53   文献标识码  A    文章编号  0517-6611（2022）15-0075-04

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2022.15.020

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Pollution Barriers of Facility Soil and Technology of Reducing Nitrogen and Increasing Efficiency

LI Yue-fei，TAO Jia-le，LI Bin et al

（Suyu District Agricultural Technology Promotion Center，Suqian，Jiangsu 223800）

Abstract  In order to scientifically guide the management of facility soil，ensure sufficient output of soil，and keep the negative impact on ecological environment in controllable range，samples were collected from typical facility soils in Suyu District to determine soil organic matter，pH，electrical conductivity and contents of some available nutrients and water-soluble salt ions.The results showed that the pH of facility soil was 562-6.35，and the soil was obviously acidified;soil EC value was 0.66-5.44 mS/cm，and most soil EC values exceeded the suitable range for general crop growth.Soil organic matter content was 15.71-21.95 g/kg，which was difficult to meet the demand of high yield of protected crops.The content of available nitrogen in soil was 32.8-711.7  mg/kg，which was on the high side，with a coefficient of variation of 881%，and the application of nitrogen fertilizer was unbalanced.The content of available phosphorus in soil was 30.1-100.9  mg/kg，which could basically meet the demand of high yield.The content of soil available potassium was 61.7-517.5  mg/kg，with an average of 203.4  mg/kg.The average contents of water-soluble potassium，sodium，calcium and magnesium in soil were 100.2，1 672.7，1 461.9 and 1 204.3  mg/kg，respectively，and the average charge ratio of magnesium to potassium was 40.9，which leads to the problem of relative potassium deficiency in soil.The average content of water-soluble chloride ion，sulfate ion and nitrate ion in soil was as high as 2 781.7，1 252.0 and 1 223.8  mg/kg，respectively，which may affect the normal growth of crops.The average contents of available boron，molybdenum and manganese in soil were 037，0.19 and 6.68 mg/kg，which were in the deficient，medium and medium levels respectively.Nitrogen reduction had no obvious effect on the biological and economic yield of cabbage，but bottom application of balanced fertilizer was beneficial to improve the biological and economic yield of cabbage.Nitrogen reduction had a tendency to reduce nitrogen content and cumulative nitrogen uptake of cabbage.Applying balanced fertilizer at the bottom and reducing nitrogen could reduce soil conductivity and nitrate nitrogen content to a certain extent.

Key words  Facility soil;Soil fertility;Soil barrier;Reducing nitrogen and increasing efficiency

近年来，我国设施栽培发展迅速，面积与产量均逐年提高，至2015年达到400 万hm2以上[1]。随着设施蔬菜专业化和规模化生产的发展，使土壤理化性状和生物学特性发生劣变，病原菌种群数量激增，以土壤次生盐渍化问题最为突出[2-6]。究其原因，主要是菜农追求高产盲目施肥，尤其偏重于施氮肥而忽视中微量元素的施用，导致土壤养分失去平衡[7]。长期过量施肥会导致土壤硝态氮在土壤表层大量积累，结果不仅影响作物的生长、降低作物产量与品质，而且会使土壤酸化，易造成养分流失、水体富营养化等，给土壤、作物、环境及人体健康等带来潜在风险[8-10]。因此，科学合理指导氮肥的施用量，搭配有机肥及微生物肥等[11-14]，对于设施蔬菜安全生产、提高生产效益具有重大意义。

作为江苏省发展高效设施农业先进区，设施栽培是宿豫区高效农业的主要形式，其经济效益在整个种植业中占有十分重要的地位。同样，随着集约化程度的加快，该地区设施农业出现养分失衡、次生盐渍化、酸化等问题，在一定程度上影响到设施栽培的种植效益，并对周边环境产生了一定程度的污染。

为科学消除设施土壤障碍，提高土壤养分的作物利用率，减少氮素等养分对环境的污染负荷，笔者对宿豫区典型设施土壤分布区进行布点采样，测定土壤有机质含量、酸碱度、盐分、有效养分等指标，明确制约设施土壤生产力的主要肥力限制因子，提高设施土壤科学培肥与合理施肥水平，通过克服土壤限制因子，加强作物对土壤过量氮素等养分的吸收利用，并最大限度地消除设施栽培对环境的污染。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2020年1—3月对宿迁市宿豫区保护地代表性地块进行土壤农化样品的采集。取样深度为0～20 cm，共采集12个土壤样品。土样经抽湿风干后，磨细过20目筛和100目筛。

1.2 分析测定

土壤基本化学性质的测定均采用常规分析方法。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定;土壤pH采用玻璃电极法测定;土壤电导率（EC）采用电导电极法测定;可溶性盐采用水 ∶土=5 ∶1提取，K+、Na+采用火焰分光光度法测定，Ca2+、Mg2+采用火焰原子吸收分光光度法测定，NO3-采用紫外分光光度法测定，SO42-采用硫酸钡比浊法测定，HCO3-采用中和滴定法测定，Cl-采用硝酸银滴定法。土壤速效氮采用中性盐提取，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定，硝态氮采用紫外分光光度法测定;有效性微量元素（铁、锰、铜、锌）采用DTPA-TEA提取原子吸收分光光度法测定;土壤有效硼采用热水浸提-甲亚胺比色法测定;土壤有效钼采用草酸-草酸铵浸提-等离子质谱法测定。测定方法参照鲍士旦的《土壤农化分析》。

1.3 田间试验

根据土壤分析结果，选择8个代表性大棚进行田间小区试验，供试作物为甘蓝。对土壤缺乏的钾、硼、钼、锰等养分元素肥料和磷肥进行一次性底肥补充，在消除土壤营养障碍的基础上，进行减氮增效试验。以常规施氮水平为对照（CK2），分别设置减氮25%、50%、75%和100%（不施氮肥）处理，同时增设一个完全不施肥对照（CK1）。观测作物产量、养分吸收量，计算氮肥利用率，采样测定试验后土壤硝态氮含量。

1.4 数据处理与分析    采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 19.0统计分析软件对数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤基本化学性质分析

2.1.1    土壤酸碱度、电导率和有机质含量。从8个大棚设施土壤的酸碱度、电导率和有机质含量测定结果（表1）可以看出，宿豫区设施土壤pH为5.62～6.35，平均为6.02，标准差0.23，变异系数3.85%，土壤酸化明显，逐渐成为直接制约土壤生产力的障碍因子。土壤EC值为0.66～5.44 mS/cm，平均达2.20 mS/cm，除了2个土壤的EC值在1.00 mS/cm以下外，其他6个土壤EC值均超出了一般作物生长的适宜范围;土壤EC值的变异系数高达81.08%，可见不同大棚间差异很大。土壤有机质含量为15.71～21.95 g/kg，平均为18.29 g/kg，土壤缓冲养分的能力下降、结构变差，难以满足设施作物高产的需求。土壤有机质的补充是解决设施土壤肥力提高问题的重要途径。

2.1.2    土壤速效氮磷钾含量。从设施土壤的速效氮磷钾含量测定结果（表2）可以看出，宿豫区设施土壤速效氮含量为32.8～711.7 mg/kg，平均为284.7 mg/kg，总体水平偏高，与该区部分菜农过多施用氮肥或含氮肥料有密切关系;土壤速效氮含量变异系数达88.1%，说明不同农户或不同利用方式下氮肥施用并不平衡，最高的土壤速效氮含量是最低含量的21.7倍。土壤速效磷含量为30.1～100.9 mg/kg，平均为592 mg/kg，总体水平略高，与宿豫区菜农坚持稳定施用磷肥有关;土壤速效磷含量变异系数达42.5%，说明不同农户或不同利用方式下磷肥施用相对平衡，最高的土壤速效磷含量为最低含量的3.4倍。土壤速效钾含量为61.7～517.5 mg/kg，平均为203.4 mg/kg，总体水平丰富，钾素施用平均水平基本合适。但土壤速效钾含量变异系数达71.6%，说明不同农户或不同利用方式下钾肥施用也很不平衡，最高的土壤速效钾含量是最低含量的8.4倍。因此，宿豫区设施土壤应加大土壤氮、钾养分的诊断，对施用水平偏高的农户或环节应建议减施，对施用不足的还应提倡增施，尤其是钾素肥料。