第三章苏南大棚土壤养分周年动态变化研究.docx
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第三章苏南大棚土壤养分周年动态变化研究
第二章苏南大棚土壤养分周年动态变化研究
前言
塑料大棚是我国保护地栽培的一种形式,以种植蔬菜和花卉为主。
一般大多数植物都是直接种植于土壤中,虽然无土栽培已成为设施农业的主要发展方向,但是由于成本较高,因此在我国还没有普遍采用。
在冬春季节,进行反季节栽培给农民所带来的经济效益是相当可观的(Lietal,1996),成为我国农民的主要经济来源之一。
最近十几年,设施栽培面积迅猛发展,从1985年的4291公顷发展到了2001年的2.1百万公顷(中国农业部统计结果)。
与大田经济作物相比,蔬菜作物需要更多的水分和养分,并且需要精细管理(Stigteretal.1998),加上管理者为了追求高产施入大量的化肥,因此在世界范围内,过量施肥导致养分过剩、土壤盐渍化的现象非常普遍。
在设施栽培条件下,由于温室、大棚等设施内部的土壤缺少雨水淋洗,且温度、湿度、通气状况和水肥管理等均与露地栽培有较大的差别,加之设施栽培又长期处于高集约化、高复种指数、高肥料施用量的生产状态下,其特殊的生态环境与不合理的水肥管理措施常导致土壤的次生盐渍化,这不仅影响了农产品产量和品质,而且也易引发其它相关生产问题。
以上问题引起了许多人对设施土壤盐分、养分累积规律、土壤酸化、微生物和土壤酶活性变化的研究(Chengetal1990;Lietal,2005;Wangetal.2005;Yuetal.2005)。
此外,养分N、P在土壤表层积累引起的潜在的环境风险也得到越来越多的人关注(HamiltonandHelsel,1995;KacarogluandGunay,1997,Wangetal.2005)。
在中国东部,东春季节气温非常低,塑料大棚只有覆上薄膜,才能有利于提高气温,从而满足作物生长的需求。
但是到了夏季由于温度过高,农民只能揭掉薄膜,使温室土壤处于裸露状态。
据气象站统计江苏省大约59.2%降雨量发生在夏季,因此温室揭棚后土壤充分受到雨水的淋洗,随之造成土壤养分和盐分也发生一定变化。
然而近几年的研究却忽视了温室土壤养分、盐分和土壤酸化的季节性动态变化,因此到目前为止,什么时候发生温室土壤养分、盐分累积,什么时候才出现土壤酸化,什么时候土壤养分和盐分发生淋溶造成潜在的环境污染尚不很清楚。
了解这些发生规律对合理适时的科学施肥和减少环境污染都具有非常重要意义。
众所周知,土壤酶参与土壤许多生化过程,如土壤中腐殖质的合成与分解,营养物质的转化速度等都与土壤酶活性的大小密切相关,而且还与作物生产有密切关系(Dick,1994;Tabatabai,1994)。
脲酶能提高植物吸收的氮的有效利用率(Dicketal.,1988a,b),是土壤质量的指示剂之一。
Meleroetal.(2005)报道土壤温度和土壤含水量是脲酶活性的主要影响因子。
因此,在设施栽培这个特殊的生态环境中,调查不同种植年限温室土壤脲酶活性的季节性变化,对提高土壤氮的利用率提供科学的理论基础具有重要的意义。
Xueetal.(1994)和Lietal.(2001)研究发现硝态氮是温室土壤中主要的盐分之一。
Zhouetal.(2006)显示在种植年限长的温室中土壤硝态氮、有效磷和有效钾与电导率有显著的正相关性。
然而随着种植年限的不同,土壤盐分和养分含量也随之变化(Lietal.,2005;Zhouetal.,2006),其相关性是否会随之发生变化,还不得而知。
因此对不同种植年限的温室中养分与电导率的相关性关系是值得进一步研究的。
总之,本研究目标是为了了解苏南塑料大棚土壤的养分、盐分、脲酶、pH季节变化规律;并且揭示有效氮、磷、钾与电导率的相关性;另外初步了解硝态氮对地下水的潜在环境污染;以期为苏南大棚土壤的可持续利用、科学水肥管理和提高养分利用率提供理论依据。
2.材料与方法
2.1调查区域生产概况
调查在江苏省宜兴市(31º22ˊNand119º57ˊE)进行。
选择两个代表性的日光温室和一个露地菜田作为研究对象。
两个大棚栽培管理一致(表1,2)在2005年一月底移栽的番茄在六月收获结束,此后大棚薄膜被揭掉,并且准备种植叶菜,种植叶菜之前施入鸡粪36t/ha,复合肥1.2t/ha尿素1.2t/ha和碳酸氢铵2.4t/ha。
2005年8月种植青菜后到9月底收获,其间没有肥料施入,青菜收获后,又种植一茬菠菜,基肥施入量同青菜,生长期间无肥料施入,具体种植和收获时间见表。
2005年12月份温度降低,不能满足作物生长需要,大棚被覆盖薄膜。
菠菜收获后,种植番茄,其基肥施入量见表。
露地菜田具有6年的种植历史,一年种植白菜、青菜和菠菜,12月到第二年的2月处于休闲期。
每茬叶菜肥料施入情况同大棚叶菜类。
宜兴位于江苏省的南部,为亚热带季风气候,年平均降雨量1048mm,年平均温度15-16℃。
大棚覆盖期(12月-6月),大棚内平均空气温度17.2℃,最高温度35.5℃,最低2.9℃,大田平均空气温度是12.1℃,最低-5.7℃,最高35℃。
整个调查期间的降雨量见表3。
供试土样
土壤采样时期是2005年6月至2007年5月。
每月月底采样。
露地菜田土样从2005年9月开始采取。
取表层0-20cm土样,每个棚有三个重复样,每个重复样均采用多点(6-9个)个点混合而成,土样一部分储存于4℃冰箱,剩余部分风干后磨碎过筛。
地下水取样
种植半年和2年的大棚周围分别分布有2和20口井,井深13m。
水样分别在2月、四月和五月采取。
水样装在50ml塑料瓶中,并且储存于4℃冰箱直到测定为止。
测定项目及方法
新鲜土样硝态氮测定用1mol·L的KCl浸提(水、土比为5:
1),连续流动分析仪(Holland,SkalarCorp)测定。
土壤电导率采用DDS-11A型电导仪测定,水、土比为5:
1。
土壤pH值采用pH计测定(Italy,Hanna),水土比为2.5:
1。
土壤有机质采用重铬酸钾-硫酸加热消化法;土壤速效磷采用0.5mol/LNaHCO3浸提-硫酸钼锑抗比色法;土壤速效钾采用lmol/LNH4OAc浸提-火焰光度计法。
总氮测定采用凯氏定氮法。
脲酶活性测定方法见«土壤肥力研究法»。
地下水样硝态氮测定采用紫外分光光度法,水样在220和260nm波长直接测定A220和A275。
用校正吸光度A=A220-A275查得硝酸根浓度。
表1:
2005年6月至2006年6月不同种植区蔬菜作物的施肥、采样和收获时期.
时间
植物种类
施肥时间
采样时间
种植时间
收获时间
Jun-05
22
Jul-05
pokchoi
15
22
18
Aug-05
17
Sep-05
17
28
Oct-05
菠菜
8
20
10
Nov-05
19
Dec-05
30
10
26
Jan-06
番茄
19
2
Feb-06
3
21
Mar-06
25
Apr-06
25
May-06
23
Jun-06
27
表2:
种植作物的肥料类型和施肥量.
肥料种类
施肥总量
(Mgha-1)
总氮量
(kgNha-1)
总磷量
(kgPha-1)
总钾量
(kgKha-1)
forpokchoiandspinach
鸡粪
18
396
274
179
复合肥
0.6
96
42
80
尿素
0.6
276
-
-
碳铵
1.2
204
-
-
fortomato
鸡粪
22.5
495
320
225
复合肥
4.2
672
293
558
尿素
0.6
276
-
-
碳铵
1.2
204
-
-
3.结果与分析
3.1不同种植年限大棚土壤养分,EC和pH总变化趋势
根据表4可以看出,除了0.5年棚龄的大棚土壤速效钾含量外,两个种植年限的大棚土壤有效养分含量和电导率在揭棚期显著降低,但是pH明显高于扣棚期(p<0.05)。
而且与0.5年棚龄的大棚土壤相比,在扣棚期种植2年的大棚土壤养分盐分显著累积,而且土壤pH较低,有明显的酸化现象。
在揭棚期,2年棚龄的土壤只有有效磷的含量显著高于0.5年棚龄的土壤。
3.2大棚土壤养分含量的季节动态变化
3.2.1氮
大棚土样从2005年6月到2006年5月每月取一次。
2005年一月份移栽的番茄在6月份收获后,大棚被揭掉薄膜,两个种植年限不同的大棚土壤在2005年6月份硝态氮含量差别不大,约100mgNkg-1(Fig.1a)。
2005年7月15日种植叶菜类之前两个大棚土壤施入有机肥复合肥和尿素碳酸氢铵作为基肥。
7月22日取样后,0.5-年棚龄的土样硝态氮含量显著高于两年棚龄的含量,在8月差异降低,9月份养分含量趋于相同而且达到整个调查时期的最低值。
为了了解大棚土壤和露地土壤之间养分季节性变化的差异,在2005年9月,种植年限6年的露地菜田土壤被取样调查,通过研究发现,9月份露地菜田土壤的硝态氮含量低于两个不同棚龄的大棚土壤(Fig.1a)。
2005年10月份菠菜种植之前施入基肥,与九月相比,3个不同的种植方式的土样硝态氮含量在10份显著升高,通过图1显示,0.5年的大棚土壤硝态氮含量最高,而2年的硝态氮含量最低。
2年棚龄土壤硝态氮含量10月到11月之间从20mgNkg-1增加到80mgNkg-1,0.5年的大棚土壤和露地菜田在这一时期显著降低。
此后到12月三个处理的土壤硝态氮含量没有明显变化。
12月中下旬两个不同种植年限的大棚口上薄膜,并且一月份硝态氮含量显著增加,可能是由于这个月取样之前施入番茄基肥的缘故,而且通过结果发现2年棚龄的土壤含量高于0.5年的大棚。
从一月份到3月份05年棚龄的土壤含量连续增加,而2年棚龄的变化趋势正好相反。
在这一时期,两个不同种植年限的大棚土壤硝态氮含量没有显著性差异。
而从3月到5月0.5年大棚土壤硝态氮含量有降低的趋势,2年的土壤含量大大增加,在5月底,2年大棚土壤的硝态氮含量达到250mgNkg-1,0.5年硝态氮含量只有80mgNkg-1,1月到5月露地土壤的硝态氮含量一直低于大棚土壤的含量。
从表5表明大棚土壤总氮含量无季节性动态变化,并且不同种植年限的大棚土壤总氮含量无显著差异。
2年大棚土壤在种植蔬菜一年后,总氮含量显著增加。
表3:
不同采样时间大棚土壤脲酶活性和总氮浓度
2005
2006
6月
9月
12月
3月
5月
脲酶活性
(µmolNH4+g-1h-1)
open-plot
―
0.95±0.04b
0.86±0.01a
1.35±0.03b
1.22±0.07a
0.5-y-plot
0.71±0.08a
0.45±0.1a
0.73±0.09a
1.01±0.01a
0.83±0.07a
2-y-plot
0.99±0.02a
0.73±0.04ab
0.80±0.01a
1.73±0.1b
1.22±0.2a
总氮(gNkg-1)
open-plot
―
1.29±0.0a
1.40±0.09a
1.16±0.03a
1.30±0.02a
0.5-y-plot
1.25±0.08a
1.27±0.07a
1.45±0.4a
1.27±0.08a
1.32±0.07a
2-y-plot
1.63±0.2a
1.27±0.2a
1.28±0.1a
1.34±0.09a
2.01±0.1b
aSignificantdifference(P<0.05)withinacolumnisindicatedbydifferentletters.
表4:
不同种植年限温室周围地下水硝酸盐浓度
位置
井数
样本数
NO3-浓度
(mgL-1)
样本浓度范围
(mgL-1)
>50mgL-1
百分数(%)
0.5-y-plot
2-y-plot
2
20
6
50
0.93
56.71
0.22-1.89
0.46-337.1
0
32.00
Fig.1.
Fig.2.
Fig.3.
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- 第三 苏南 大棚 土壤 养分 周年 动态 变化 研究