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黄土高原不同年限日光温室土壤养分供应特性

王士超  
【摘要】:日光温室作为我国北方地区一种高强度集约化蔬菜栽培形式,过量施肥问题尤为突出,由此带来的土壤和环境问题突出,严重制约了我国日光温室产业的可持续发展。关于日光温室系统土壤养分累积状况和优化水肥管理已开展了不少研究,但关于栽培年限对日光温室土壤养分累积特性影响的研究多采用了“空间代替时间”的研究方法,即同一时期采集不同年限土壤样品评价土壤养分累积特性,由于不同温室间管理与施肥水平存在一定的差异,难以准确的反映土壤养分含量的变化规律。另外,温室土壤大量施用有机肥,提高了土壤有机质含量,加上日光温室土壤良好的水热状况,无疑会促进土壤供氮状况的改善,但关于随日光温室栽培年限的变化日光温室土壤供氮状况的定量研究相对较少。因此,查明随着日光温室栽培年限的增加,土壤养分累积特别是供氮特性的变化,对于揭示日光温室养分供应特性的变化,制订合理水肥管理方案,提高氮肥利用效率、减少环境污染等具有重要的理论及实践意义。为此,本研究以位于黄土高原南部的陕西杨凌新建日光温室为研究对象,自2009年起连续4年定点监测了十余个日光温室养分投入、携出和土壤养分累积状况,进一步采用室内好气培养和盆栽生物耗竭法评价了不同栽培年限温室土壤供氮状况,以及温度和水分对不同年限土壤氮矿化的影响,并采用连续两年的田间试验研究了不同水肥用量对土壤养分含量和番茄产量的影响,得到以下主要结论:(1)为查明随栽培年限的增加新建日光温室土壤养分平衡状况和累积特性的动态变化,以黄土高原南部的陕西杨凌13个新建日光温室为研究对象,连续4年监测其养分投入量、蔬菜产量及土壤养分含量等。结果表明,日光温室土壤每年N、P2O5、K2O的平均投入量分别为1804、1565和1779 kg hm-2,其中来源于有机肥的N、P2O5、K2O分别占各养分投入总量的64%、58%及53%,氮、磷、钾投入过量问题突出。耕层土壤有机质、全氮、矿质氮、速效磷和速效钾含量均随栽培年限的延长而不断增加;与种植前土壤相比,栽培第一年和第二年温室土壤各养分含量增幅迅速,第三年和第四年养分累积速度相对减慢。随着温室栽培年限的延长,土壤剖面硝态氮累积量显著增加;虽然测定的研究地区井水的硝酸盐含量平均值低于我国饮用水硝酸盐含量标准,但随着温室栽培年限的增加,硝酸盐向深层土壤淋溶及进入地下水的风险值得关注。(2)采用Standford和Smith间歇淋洗好气培养法研究了陕西杨凌不同栽培年限(种植前及种植1a、2a和3a)日光温室0~20 cm及20~40cm土层土壤氮素矿化特性。结果表明:随着日光温室栽培年限的增加,土壤氮素矿化量逐渐增加;相同年限不同土层累积氮矿化量表现为:0~20cm20~40cm。采用一级动力学方程拟合的日光温室土壤氮矿化势(N0)随栽培年限的增加而增大,栽培第三年土壤0~20 cm土层氮素矿化势N0达290.0 mg kg-1;随着栽培年限的增加,不仅提高了日光温室土壤0~20 cm土壤矿化氮量,同时显著提高了20~40 cm土层土壤氮矿化量。回归分析表明,土壤有机质含量每增加1 g kg-1,0~20 cm及20~40 cm土层土壤氮矿化势N0分别增加22.63及8.41 mg kg-1。因此,随着研究地区日光温室栽培年限的增加,显著提高了土壤供氮能力,应适当降低化学氮肥的用量。(3)采用室内好气培养法(84天)测定不同培养温度(20℃和30℃)对不同年限温室(0~3年)土壤0~20 cm及20~40 cm土层氮素矿化量,采用一级动力学方程拟合了土壤氮素矿化曲线,根据土壤氮矿化势(N0)评价不同栽培年限温室土壤氮素矿化特性。结果表明,随着日光温室栽培年限的增加,土壤有机质及全氮含量以及累积矿化氮量随之显著增加;30℃的土壤累积矿化氮量高于20℃的矿化累积量;栽培年限长的日光温室矿化作用对温度的敏感程度高于年限短的温室;若温度和栽培年限同时增加,土壤累积矿化氮量随之增加,说明温度和栽培年限对土壤氮素净矿化量有一定的交互作用,但差异未达到显著水平(P0.05);日光温室栽培年限越长,土壤氮矿化势(N0)越大;与种植前相比,第2a和3a温室土壤氮矿化势增加了5.59和11.48倍;回归分析表明,0~20 cm土层土壤有机质含量每增加1 g kg-1,20℃和30℃条件下土壤氮矿化势(N0)分别增加2.70及3.18 mg kg-1;土壤全氮含量每增加1g kg-1,N0分别增加37.28及43.12 mg kg-1。(4)采用室内好气培养法(84天)评价了不同水分供应水平对(田间持水量的60%、80%及100%,分别用60FC、80FC和100FC表示)陕西杨凌地区不同栽培年限(种植前、第二年及第三年)日光温室土壤(0~20 cm及20~40 cm)氮素矿化特性的影响。结果表明;随着日光温室栽培年限的延长,0~20 cm土层氮素净矿化累积量显著增加;同时,随栽培年限的增加,20~40 cm土层土壤氮矿化势也呈增加的趋势。土壤水分含量由60FC增加到80FC,土壤累积矿化氮量呈增加趋势,但当含水量达到100FC时,土壤累积矿化氮量反而降低。土壤含水量和栽培年限对净氮矿化累积量的交互作用未达到显著水平。因此,日光温室蔬菜栽培中应综合考虑温室年限及灌溉量对土壤氮素矿化过程的影响。(5)采用盆栽生物耗竭试验和室内好气培养法研究了陕西杨凌不同年限日光温室(建棚时、第2年及3年,分别用0a、2a和3a表示)耕层(0~20 cm)土壤栽培番茄生物量和土壤供氮能力的变化。结果表明:随着温室栽培年限的增加,番茄生物量和吸氮量与种植前相比均显著增加,其中第2a和3a温室番茄吸氮量分别是种植前(0a)的2.53和3.01倍;第2a和3a处理土壤可矿化氮量分别是0a的2.84和2.96倍,说明随栽培年限的增加,日光温室土壤供氮能力显著增强。相关分析表明,土壤有机质、全氮、初始矿质氮及累积矿化氮量与番茄吸氮量间呈极显著正相关关系,其中以土壤矿化氮量与番茄吸氮量间的相关系数最大,说明长期间歇好气淋洗法是评价土壤供氮能力的有效方法。可见随栽培年限的增加,日光温室土壤供氮能力显著提高。(6)采用连续两年的田间试验研究了水肥减量对陕西杨凌日光温室番茄产量和土壤养分累积状况的影响。结果表明,降低施肥和灌溉量对两季番茄产量无显著影响。与常规水肥处理(FW)相比,配方水肥处理N、P2O5、K2O的施用量分别降低了35~46%、40~54%、19~35%,灌溉量降低了15~21%;而配方水肥处理的经济效益高于FW和FP处理;配方水肥处理降低了土壤电导率和硝态氮、速效磷及速效钾的含量,但温室土壤速效养分含量仍处于较高水平,且各处理氮素表观盈余量均较高,说明日光温室养分过量投入问题突出,减量施肥潜力大;忽视有机肥提供养分的数量是过量施肥的原因之一。


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