扬州市郊区设施土壤障碍因子调查分析_陈凡.pdf

扬州市郊区设施土壤障碍因子调查分析陈 凡（农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室/扬州大学，江苏扬州 225127）摘要为摸清扬州市郊区设施土壤障碍因子，更好地指导耕地质量提升与作物科学施肥，在扬州市郊区设施农业园采集具有代表性的土壤样品，对采集到的 70 个设施土壤样品进行基本理化性状的测定。结果表明，土壤 pH 值较低、部分有效态微量元素含量过低、大棚连作等是影响扬州市郊区设施土壤生产功能的主要障碍因子。为提高土壤肥力，可以增施有机肥、微生物肥料和中量元素肥料来补充土壤缺乏元素，使土壤元素平衡，以此促进作物生长。关键词设施土壤；障碍因子；施肥；连作；江苏扬州中图分类号S316；S147文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）07-0159-05DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.07.044开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Investigation and Analysis of Obstacle Factors of Facility Soil in the Suburb of YangzhouCHEN Fan(Key Laboratory of Arable Land Quality Monitoring and Evaluation,Ministry of Agriculture and Rural Affairs/YangzhouUniversity,Yangzhou Jiangsu 225127)AbstractIn order to clarify obstacle factors of facility soil in the suburbs of Yangzhou City,and better guide theimprovement of arable land quality and scientific fertilization of crops,representative soil samples were collected in thefacility agricultural park in the suburb of Yangzhou City,and the basic physical and chemical properties of 70 collectedfacility soil samples were determined.The results showed that the low pH value of soil,the low content of some availabletrace elements,and the continuous cropping in greenhouse were the main obstacle factors affecting the productionfunction of the facility soil in the suburb of Yangzhou City.In order to improve soil fertility,organic fertilizer,microbialfertilizer and medium element fertilizer can be added to supplement soil elements lacking in the soil,and balance soilelements,so as to promote crop growth.Keywordsfacility soil;obstacle factor;fertilization;continuous cropping;Yangzhou Jiangsu自 2008 年以来，蔬菜产业一直是江苏省种植业第一大产业，也是增加农民收入第一产业。其中，扬州市蔬菜尤其是保护地蔬菜一直面临着不少问题和挑战。扬州市位于江苏中部，长江与京杭大运河交汇处，气候温和，雨量充沛，农业资源丰富，是国家重要的商品粮基地。扬州市结合区域优势主导产业，全力打造了一批特色明显、技术先进、投入集约、规模适度、产出高效的产业示范基地，培养了 10 个 10 亿元优势主导产业。如江都区蔬菜产业，有固定蔬菜面积1.53 万 hm2，其中设施栽培面积 0.48 万 hm2。目前，扬州市农业土壤多有退化现象和耕地污染现象。土壤障碍因子是指影响设施植物在土壤中正常生长的理化性质或形态特征。本研究以扬州市郊区设施土壤为研究对象，通过对 2022 年扬州市郊区设施土壤化学指标、养分指标、物理指标等进行分析，诊断出土壤障碍因子，为后期提出相应改良技术措施提供参考。1材料与方法1.1土壤样品采集本试验以扬州市郊区设施土壤为研究对象。选取扬州市 18 个地点的设施大棚、揭棚和露天情况下的土壤，共采集了 70 个土壤样品。其中大棚选择了新棚、2 年大棚、4 年大棚、5 年以上大棚等，以确保试验数据具有普遍性。采用五点采样法采样，采样深度20 cm。采集的新鲜土样风干后粉碎，分别过 20 目、收稿日期 2022-07-21现代农业科技2023 年第 7 期资源与环境科学159现代农业科技2023 年第 7 期资源与环境科学100 目筛，制成样品待测。1.2土壤基本理化性状的测定土壤 pH 值按照 土壤中 pH 值的测定（NY/T13772007）测定。土壤硝酸盐含量按照 土壤氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的测定 氯化钾溶液提取-分光光度法（HJ 6342012）测定。土壤水溶性盐含量按照 森林土壤水溶性盐分分析（LY/T 12511999）测定。土壤交换性 Ca2+和 Mg2+含量按照 土壤检测 第14 部分：土壤有效硫的测定（NY/T 1121.142006）测定。土壤有效态铁、锰、铜、锌含量按照 土壤有效铜、锌、铁、锰、硼含量分析（DB21/T 14372006）测定。2结果与分析2.1土壤基本理化性状由表 1 可以看出，扬州市郊区设施土壤 pH 值平均值为 5.68，最小值为 4.58，最大值为 6.68，变异系数为 1 614.16%，属于强变异；硝态氮含量平均值为187.85 mg/kg，最小值 7.93 mg/kg，最大值 686.95 mg/kg，变异系数为 156.34%，属于强变异；交换态钙离子含量平均值为 443.28 mg/kg，最小值为 19.00 mg/kg，最大值为 3 260.46 mg/kg，变异系数为 127.39%，属于强变异；交换态镁离子含量平均值为 452.79 mg/kg，最小值为 65.65 mg/kg，最大值为 2 489.10 mg/kg，变异系数为119.22%，属于强变异；有效铁含量平均值 85.06 mg/kg最小值为 3.96 mg/kg，最大值为 322.61 mg/kg，变异系数为 93.26%，属于中等变异；有效锰含量平均值为37.42 mg/kg，最小值 2.52 mg/kg，最大值 169.70 mg/kg，变异系数为 91.63%，属于中等变异；有效铜含量平均值为 3.38 mg/kg，最小值为 1.42 mg/kg，最大值为5.43 mg/kg，变异系数为 24.85%，属于中等变异；有效锌含量平均值为 4.62 mg/kg，最小值为 0.02 mg/kg，表 1扬州市郊区设施土壤基本理化性状项目平均值标准差最小值最大值变异系数pH 值5.680.484.586.681 614.16EC/（mScm-1）0.730.840.103.99114.78硝态氮/（mgkg-1）187.85293.707.93686.95156.34交换态钙离子/（mgkg-1）443.28564.7119.003 260.46127.39交换态镁离子/（mgkg-1）452.79539.8265.652 489.10119.22有效铁/（mgkg-1）85.0679.323.96322.6193.26有效锰/（mgkg-1）37.4234.292.52169.7091.63有效铜/（mgkg-1）3.380.841.425.4324.85有效锌/（mgkg-1）4.627.170.0254.79155.19注：变异系数的单位为%。最大值为 54.79 mg/kg，变异系数为 155.19%，属于强变异。2.1.1土壤 pH 值。土壤 pH 值即土壤酸碱度，主要由氢离子和氢氧根离子在土壤溶液中的浓度决定，以pH 的数值大小表示。pH 值在 6.57.5 之间为中性土壤，pH 值在 6.5 以下为酸性土壤，pH 值在 7.5 以上为碱性土壤。pH 值过高或者过低，作物生长都会受阻，一般在中性土壤中作物生长最好。根据测量可得，本研究中所采集的土壤样品 pH 值范围为 4.486.68，平均值为 5.68，整体偏酸性，其中有 34.29%的土壤是pH 值小于 5 的强酸性土壤（表 2）。同时，土壤 pH 值换算成氢离子浓度以后计算所得的变异系数大于100%，属于强变异。说明扬州市各地土壤 pH 值变化较大。土壤酸化会造成土壤结构破坏、土壤板结、物理性状变差，降低氮、磷肥的有效性。同时土壤中氢离子增多，铝和锰的溶解度增大，有效性提高，从而对经济作物造成毒害1。2.1.2土壤硝态氮含量。由表 3 可知，在 18 个采样点中，相比于广陵区，邗江区采样点土壤硝态氮含量表 2扬州市郊区设施土壤酸碱性分布情况pH 值5.55.56.56.57.5酸碱性酸性微酸性中性样本数量/个24451频率分布/%34.2964.291.43表 3扬州市郊区各采样点硝态氮含量地区广陵区邗江区采样点潮龙村花园组沙头镇小虹桥村沙头镇育新蔬菜产业园沙头镇蔬菜大棚董庄青菜棚董庄蔬菜棚平均方巷镇付庄方巷镇老姚庄方巷镇如意组方巷镇先进村扬天路槐泗镇凤来村新生组娄庄钱家巷施桥镇耿管村桥庄组时巷新甘泉施桥镇汪家村居东组平均硝态氮含量/（mgkg-1）236.396.9314.9814.2215.2823.4751.8823.4714.28689.97686.958.137.93681.957.9223.4714.287.7323.47182.46160更高。其中：硝态氮含量最高的地点是邗江区方巷镇如意组，含量高达 689.97 mg/kg；含量最低的是地点广陵区沙头镇小虹桥村，仅 6.93 mg/kg。由此可看出，土壤中硝态氮含量变化较大。有研究表明，与农田土壤相比，各种植年限设施蔬菜土壤的硝态氮含量及累积量均较高，且随种植年限增加，设施菜田各土层中土壤硝态氮含量及累积量均呈增加的趋势2。这可能是由于设施农业为了追求高产一般会施用大量肥料，导致过量的氮素转化为硝态氮残留于土壤中，因大棚长期处于封闭高温状态，加上排水不佳，盐分会随水分蒸发一起上升到地表发生聚集，而随着大棚连作年数的增加，土壤中的硝酸盐越积越多。同时，耕作方式也会对土壤硝态氮残留量造成影响。比如，深松较翻耕可改善小麦氮素积累转运特性，提高小麦氮效率，最终显著提高小麦产量、稳定蛋白质含量、降低土壤硝态氮残留量。增加氮肥用量能提高小麦蛋白质含量，但会降低氮效率，增加硝态氮残留量3。因此，肥料施用时要综合考虑，不仅要考虑作物质量，还要考虑后续可能造成的问题。如果土壤中硝态氮过多，会造成土壤硝酸盐污染，对环境和人体的危害将是巨大的4。2.1.3土壤有效态微量元素含量。根据采集的 70 份土壤样品的测量数据可知，土壤中有效态微量元素含量部分存在缺乏现象。其中，有效锌含量缺乏最明显，平均为 4.62 mg/kg。70 个设施土壤样品中，有效锌的含量低于 长江中下游区耕地质量监测指标分级标准 中 5 级标准的样品占总样品数的 8.87%。总体设施土壤有效锌含量较低。土壤中有效铜含量平均为 3.38 mg/kg，土壤中有效锰含量平均为 37.42 mg/kg。各采样点土壤有效态微量元素含量见表 4。表 4扬州市郊区各采样点土壤有效态微量元素含量地区广陵区邗江区采样地点潮龙村花园组沙头镇小虹桥村沙头镇育新蔬菜产业园董庄青菜棚组董庄蔬菜棚组沙头镇蔬菜大棚组施桥镇汪家村居东组方巷镇付庄组方巷镇老姚庄组方巷镇如意组方巷镇先进村组扬天路组槐泗镇凤来村新生组娄庄组钱家巷组施桥镇耿管村桥庄组时巷组新甘泉组有效铁92.7123.9114.1060.83199.2619.7769.26200.37207.89185.21133.00140.33183.36243.1313.8677.6778.3194.34有效锰34.8421.6426.0028.3331.248.7121.9190.7247.5451.30105.5350.7986.9461.5728.2925.60109.7073.06有效铜3.013.943.034.144.362.903.804.193.844.484.183.463.113.001.945.043.383.46有效锌3.624.392.538.896.301.596.421.661.101.302.595.561.743.967.3427.231.502.192.1.4土壤交换态钙离子和镁离子含量。根据 长江中下游区耕地质量监测指标分级标准，土壤中交换态钙离子含量在 20050 mg/kg 之间才可归类到第四类土壤，本研究中仅 45.83%的设施土壤样品达到这个标准。相比于钙离子，设施土壤中的镁离子含量较高，仅有 15%的设施土壤达不到二级以上标准，50%的设施土壤都达到了一级耕地质量标准。其中，扬州市方巷镇的 4 个采样区交换态钙、镁离子含量均较低，该地区交换态钙、镁离子匮乏问题较严重。各采样点土壤交换态钙离子和镁离子含量见表 5。2.1.5大棚连作对土壤养分含量的影响。由表 6 可知，大棚连作对土壤的影响并不大。随着大棚年限的增加，除了硝态氮、有效铜以外的其他养分含量都在增加，且没有造成过量污染的问题。可能是由于大棚管理者采用科学的施肥耕作技术，较多施用有机肥，平衡施肥，作物没有从土壤中吸取大量养分造成土壤养分不足。施肥不仅能满足作物正常生长需求，也向土壤补充了足够的养分，符合养分归还学说。2.1.6土壤盐离子状况。土壤电导率（EC 值）可以反映土壤盐分的实际状况5。由表 6 可知，相比于大田，大棚内土壤电导率较高，即盐离子含量更高，部分土壤已发生明显的次生盐渍化，生产中应注意合理施肥与灌溉。总体采样点土壤 EC 值的变化范围为 0.103.99 mS/cm，平均值为 0.73 mS/cm，变异系数为 114.78%，陈 凡：扬州市郊区设施土壤障碍因子调查分析单位：（mgkg-1）161现代农业科技2023 年第 7 期资源与环境科学属于强变异，这意味着扬州市郊区设施土壤各采样点的 EC 值变化幅度很大。由表 7 可知，广陵区董庄青菜棚和蔬菜棚 2 个采样点电导率较高，分别为 2.91、0.54 mS/cm，平均为1.73 mS/cm，由此可以推断出该地土壤含盐量最高。其次是邗江区施桥镇耿管村桥庄组和汪家村居东组采样点，2 个采样点电导率分别为 2.44、0.51 mS/cm，平均为 1.48 mS/cm。2.2土壤障碍因子产生原因2.2.1中微量元素含量低。交换态钙、镁离子是土壤中主要的交换性盐基，为植物可利用的钙、镁，同时钙和镁既是作物营养元素又是品质元素6。由 长江中下游耕地指标监测标准 可知，采样点交换态钙离子含量仅达到 4 级耕地标准，属于肥力较低的土壤。表 5扬州市郊区各采样点土壤交换态钙离子和镁离子含量地区广陵区邗江区采样点潮龙村花园组沙头镇小虹桥村沙头镇育新蔬菜产业园董庄青菜棚组董庄蔬菜棚组沙头镇蔬菜大棚组施桥镇汪家村居东组方巷镇付庄组方巷镇老姚庄组方巷镇如意组方巷镇先进村组扬天路组槐泗镇凤来村新生组娄庄组钱家巷组施桥镇耿管村桥庄组时巷组新甘泉组交换态钙离子/（mgkg-1）542.80305.81584.961 430.24295.55398.03162.1671.3646.3339.78448.51197.94341.97376.671 851.37180.48141.78128.95交换态镁离子/（mgkg-1）798.93232.87456.331 112.18345.59285.03194.52135.1281.7466.40716.74383.30499.07468.331 701.40174.69282.78259.49表 6不同种植年限土壤养分含量情况土样来源大田35 年大棚510 年大棚样品数/个6267EC/（mScm-1）0.100.500.50硝态氮/（mgkg-1）351.0221.9112.1有效钙/（mgkg-1）342.6403.1418.2有效镁/（mgkg-1）293.5358.4655.7有效铁/（mgkg-1）45.354.477.0有效锰/（mgkg-1）22.024.641.1有效铜/（mgkg-1）3.63.03.6土壤中交换态钙离子不足可能与氮肥施用过多有关。虽然使用氮肥补给了土壤氮素供应，满足了作物氮素营养要求，但是大量施用氮肥，加剧了土壤胶体铵离子与钙离子的交换过程，导致土壤脱钙，影响土壤钙饱和度7。钙离子在长期积水的地块和酸性土壤容易随水流失，故补充土壤中钙元素可以通过施入足量的有机肥、生石灰和碱性肥料，逐步改变土壤酸碱度，维持土壤中适宜的有效态钙离子含量水平。扬州市郊区设施土壤还存在部分微量元素有效含量不足问题，特别是锌元素。锌元素能促进植物体内生长素的合成，对于植物的物质水解以及氧化还原反应都有着重要的作用。缺乏锌元素会导致植株生长发育缓慢，植物叶片畸形，茎干短小8；严重缺锌时，叶片坏死斑点覆盖面积较大，会导致植物枝叶枯死。微量元素对植物生长有重要作用，它们在植物体内参与激素合成、生理代谢等。人类如果长期食用缺乏重要微量元素的食材，会给身体健康带来潜在威胁9。有研究表明，减量施肥会增加土壤微量元素含量及有效性。代雪宾等10研究发现，化肥减施处理土壤中的有效态锰含量增加，并表明化肥减施会改变土壤的某些特性，从而在提高微量元素有效性方面发挥着重要作用。对土壤中相对缺乏的营养元素进行适当的施肥补充，减少连作次数，比如利用不同蔬菜的特性，种植不同种类的蔬菜，均衡吸收土壤中各种养分。其次，增施微生物肥料也会改善土壤肥力问题。连作后的土壤微生物活性下降，与微生物相关的土壤中量元素转换反应也将减慢。在今后生产中要注意土壤中的表 7扬州市郊区各采样点土壤电导率地区名广陵区邗江区采样点潮龙村花园组沙头镇小虹桥村沙头镇育新蔬菜产业园沙头镇蔬菜大棚董庄青菜棚董庄蔬菜棚方巷镇付庄方巷镇老姚庄方巷镇如意组方巷镇先进村施桥镇耿管村桥庄组施桥镇汪家村居东组扬天路槐泗镇凤来村新生组娄庄钱家巷时巷新甘泉EC/（mScm-1）0.650.620.270.452.910.540.330.220.101.382.440.510.621.011.250.310.550.13162中、微量元素的监测、分析，对缺乏的养分进行施肥补充，适当增加有机肥的施用，使土壤养分达到平衡状态，更利于作物生长。2.2.2土壤酸化。土壤酸碱性对土壤结构、有害物质的形成、微生物的活动等都有影响11，其在土壤研究中占有非常重要的地位，过酸和过碱土壤均会影响植物的生长发育。土壤酸化会导致土壤贫瘠、质量下降、土壤保肥供肥能力降低12。扬州市郊区设施土壤普遍偏酸，可能是由于施用氮素肥料以及生理酸性肥料如硫酸铵、氯化铵等偏多。土壤酸化与氮肥的施用密切相关。不合理的施肥结构与方式可导致土壤理化性质改变。与露地栽培土壤相比，不管是季节性覆盖还是全年性覆盖的温室和大棚，随着种植年限的增加，土壤 pH 值有下降趋势。除了施肥不当对土壤酸化有影响外，灌溉、连作以及酸沉降等因素也对土壤酸化有较大影响。由于土壤中氢离子来源于不同途径，再加上设施土壤具有高温高湿、高蒸发、高复种指数、肥料施用量大、无雨水淋洗等特点，因而设施土壤的酸化原因也不尽相同。其可能的发生机理包括：不同灌溉方式影响设施土壤水分运动过程，进而加剧土壤酸化程度；连作作物根系分泌有机酸，并对土壤养分偏好，从而致使酸离子累积，导致土壤 pH 值下降；过量施用氮肥和酸性、生理酸性肥料，导致土壤 pH 值下降；农业生产活动定期收获作物导致植物与土壤间养分和有机酸的吸收、分泌不平衡，也是土壤酸化的原因之一。综上，长年连作和过量施肥是设施农业生产中土壤酸化的主要影响因素。要防治土壤酸化，从农业措施上说，最主要的是减少化肥特别是氮肥的施用量，通过增加有机肥和生物肥料的施用，防止土壤进一步酸化；对于已经酸化的土壤，可以通过适量施用生石灰来提高土壤 pH 值。另外，使用土壤调理剂也是一种高效调节土壤 pH 值的措施13。合理施用生石灰、生理碱性肥料，严格控制氮肥及酸性、生理酸性肥料的施用量可缓解土壤酸化问题14。3结论与讨论本次调查分析结果表明，扬州市郊区设施土壤生产功能的主要障碍因子是土壤 pH 值偏低、部分有效态微量元素不足和大棚连作等。因此，可通过增施有机肥、微生物肥和中量元素肥料、减少连作次数等措施，使土壤养分达到平衡状态，促进作物生长；定向消减制约设施耕地质量的障碍因子，对于提高土壤肥力和作物产量有极其重要的作用。设施农业是扬州市农业的重要组成部分，调查设施土壤障碍因子，可为后续改进耕地质量，打造设施蔬菜绿色高效生产技术体系提供参考。4参考文献1 马建宏，孔国顺.南京设施蔬菜土壤障碍因子防治研究J.农业环境与发展，2013，30（2）：47-50.2 潘飞飞，宋俊杰，李庆飞.不同种植年限设施菜田土壤硝态氮的累积与空间分布特性J.中国瓜菜，2022，35（1）：70-75.3 黄明，吴金芝，李友军，等.耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响J.中国农业科学，2021，54（24）：5206-5219.4 何文涛.设施农业中存在的土壤障碍及其对策研究进展J.土壤，2004，36（3）：235-242.5 吴月娟，王维真，王海兵，等.采用新电导率指标法分析土壤盐分变化规律J.土壤学报，2011，48（4）：869-873.6 何刚，袁大刚，赵燕，等.茶多酚与低分子有机酸活化土壤矿质元素的差异研究J.土壤学报，2014，51（6）：1378-1387.7 徐海，王益权，王浩，等.氮肥施用对石灰性土壤交换性钙含量的影响J.干旱地区农业研究，2011，29（5）：174-177.8 雷威，谢少亮，薛晓艳.浅析植物缺素症的危害及防治措施J.农业与技术，2016，36（18）：19.9 袁永年，刘云生，王河银，等.阿拉善左旗耕地土壤养分现状及变化规律J.内蒙古农业科技，2011，39（6）：64-65.10 代雪宾，李晓衡，田秀平，等.化肥减施对设施蔬菜土壤微量元素有效性的影响J.天津农学院学报，2021，28（3）：1-5.11 肖蒙，秋新选，何忠俊，等.云南省森林土壤酸碱度现状及影响因素分析J.甘肃农业大学学报，2021，56（1）：142-148.12 ALEKSEEVA T，ALEKSEEV A，XU R K，et al.Effect ofsoil acidification induced by a tea plantation on chemicaland mineralogical properties of Alfisols in Eastern ChinaJ.Environmental Geochemistry and Health，2011，33（2）：137-148.13 曾勇军，周庆红，吕伟生，等.土壤酸化对双季早、晚稻产量的影响J.作物学报，2014，40（5）：899-907.14 王瑞雪，徐智，汤利，等.设施菜地土壤质量主要障碍因子及其修复措施研究进展J.浙江农业科学，2015，56（8）：1300-1305.陈 凡：扬州市郊区设施土壤障碍因子调查分析163