祁石刚 高学双 赵宇航 薛金元 丁晓娟 李跃飞 王娟娟 盛海君 钱晓晴

摘要    设施土壤往往同时存在次生盐渍化、养分失衡等多种障碍问题，单一改良措施难以有效促进作物生长。根据土壤障碍类型，设计多用途改良剂，同步消减土壤多种障碍，有利于大幅增产提质。为了验证改良剂的应用效果及推荐用量的可靠性，在推荐用量的基础上，设置施用推荐用量的25%、50%、100%、125%和150%进行校验，观测作物生长及产量情况，采样测定土壤基本理化性状。结果表明，①在重度、中度和轻度盐渍化土壤上，适量施用土壤改良剂能提高萝卜和紫甘蓝产量，在重度盐渍化土壤上施用改良剂的增产效果大于在中度和轻度盐渍化土壤上的增产效果，随着改良剂用量的增加，萝卜肉质块根和紫甘蓝叶球中硝酸盐含量不断下降;②在中度盐渍化和养分失衡障碍土壤上施用土壤改良剂，随着土壤改良剂用量的增加，土壤容重有效降低，土壤孔隙度尤其是土壤通气孔隙度增加，土壤水稳性大团聚体含量增加;③施用土壤改良剂能有效遏制土壤酸化（推荐用量下，改良剂使土壤pH值提高0.71个单位），随着改良剂用量的增加，土壤有机质含量不断增加，土壤中过多的速效氮消减效果明显，同时土壤电导率、水溶性钙离子和硫酸根离子浓度呈下降趋势。

关键词    设施土壤;土壤改良剂;蔬菜作物;产量;品质;土壤理化性质

中图分类号    S156.2        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）22-0046-04                                                开放科学（资源服务）标识码（OSID）

蔬菜作物具有生长速度快、生产周期短、复种茬口多、需肥量高等特点，在实际生产中，往往借助于大量增施化肥来获得高产。蔬菜生产中养分高投入、高积累、高浪费、高污染已经成为目前社会普遍关注的问题之一。虽然自然条件和经济水平各地不一，但化肥和有机肥投入水平均远远高于作物对相关养分的需求数量。根据早在10年前就发表的对规模化蔬菜生产基地的调查结果，其保护地氮素养分的投入量早已严重超过实际需求量。大棚黄瓜平均化肥施用氮量达到1 782 kg/hm2，是推荐用肥量的2～6倍[1]。芹菜越冬栽培一般施用腐熟有机肥75 t/hm2、尿素1 500～2 250 kg/hm2、过磷酸钙1 500 kg/hm2、复合肥750～1 500 kg/hm2，超过芹菜理论需肥量的50%～70%[2-3]。试验证明，酰胺态和铵态氮肥在通气性良好的旱地土壤上施用转化为硝态氮的速度很快，整个作物生育期主要以硝态氮的形式累积于土壤不同层次，如果在高温雨季揭棚或人为大量灌溉时，硝酸根随水向土壤下层移动[4]。在旱季土壤温度高、通气性好的条件下，土壤水分大量挥发，携带底层土壤中的硝酸根向上移动，导致保护地土壤硝酸根在表层积聚[5-8]。设施蔬菜盲目施肥尤其是氮肥超量施用引起的土壤硝态氮积累、次生盐渍化、酸化、养分失衡、结构破坏、作物产量与品质下降、资源浪费与环境污染等问题非常突出，研究设施保护地不同覆盖条件下主要蔬菜（类型）适宜的硝态氮浓度、超量硝酸盐的精准削减、高氮条件下磷钾元素及中量、微量元素养分平衡等对设施土壤可持续利用具有重要意义。本文拟探讨以碳调氮实施对土壤过量硝态氮的绿色削减，以高营养环境条件下各种养分的平衡为导向，对障碍土壤实施精准改良。为了验证改良剂效果，在推荐用量的基础上，增减改良剂用量，验证相关技术、产品的可行性，以期为解决保护地栽培土壤养分管理面临的实际问题提供理论指导与技术支撑。

1    材料与方法

1.1    试验材料

作物：选择当地主栽萝卜和紫甘蓝品种作为供试作物进行试验。萝卜品种为春白玉，紫甘蓝品种为徐紫秧13。

土壤：对宿迁市宿城区、宿豫区设施土壤进行0～15 cm土层样品的采集，带回实验室破碎、风干、磨碎，过20目筛备用。测定土壤基本理化性质。在此基础上，选择不同程度障碍土壤进行改良试验。

改良剂：根据土壤基本性状测定结果，自行配制针对性土壤改良剂。

1.2    试验设计

对同时发生土壤次生盐渍化和养分失衡的土壤进行改良修复试验。本试验选择轻度、中度和重度盐渍化地块各1处作为土壤改良试验点。根据土壤次生盐渍化程度确定改良剂推荐用量，在此基础上，改良剂分别设置推荐用量的0%、25%、50%、100%、125%、150%等6个水平进行用量校验。所有改良剂均作为基肥一次性施入，各处理均以农民常规施肥为基础进行。

1.2.1    重度盐渍化土壤改良试验。在選定的重度盐渍化地块上种植当地主栽萝卜品种，根据试验设计的施肥水平，改良剂施用量分别为0（CK1）、250 kg/hm2（A1）、500 kg/hm2（A2）、1 000 kg/hm2（A3）、1 250 kg/hm2（A4）、1 500 kg/hm2（A5）。

1.2.2    中度盐渍化土壤改良试验。在选定的中度盐渍化地块上种植当地主栽紫甘蓝品种，根据试验设计的施肥水平，改良剂施用量分别为0（CK2）、125 kg/hm2（B1）、250 kg/hm2（B2）、500 kg/hm2（B3）、625 kg/hm2（B4）、750 kg/hm2（B5）。

1.2.3    轻度盐渍化土壤改良试验。在选定的轻度盐渍化地块上种植当地主栽紫甘蓝品种，根据试验设计的施肥水平，改良剂施用量分别为0（CK3）、75 kg/hm2（C1）、150 kg/hm2（C2）、300 kg/hm2（C3）、375 kg/hm2（C4）、450 kg/hm2（C5）。

1.3    测定项目

小区试验于作物产品第一批采收时，采样测产。于土壤改良试验结束后，采集中度盐渍化土壤改良试验地土壤0～15 cm根系密集层土壤样品，用于土壤理化性质测定。

1.3.1    作物产量。在各处理小区中分别随机采取10株萝卜、紫甘蓝，现场称重计产。根据移栽密度或实际收获棵数，计算小区产量。

1.3.2    土壤物理性质。土壤物理性质测定项目包括土壤容重、孔隙度、通气孔隙度和水稳性大团聚体。

土壤容重及孔隙度：采用环刀法测定容重，结合土壤饱和含水量和田间持水量测定，分别计算土壤总孔隙度和通气孔隙度。

水稳性大团聚体：采用土壤团聚体分析仪进行测定，计测粒径>0.25 mm的水稳性团聚体含量。

1.3.3    土壤化学性质。土壤化学性质测定项目包括土壤pH值、有机质、速效磷、速效钾、电导率、部分水溶性盐离子含量及土壤铵态氮、硝态氮。测定方法参考相关国家标准或行业标准。

土壤pH值：用pH计（雷磁，上海）法测定，所用的纯水提前煮沸以去除二氧化碳，水土比按国际土壤学会的推荐用2.5∶1.0（体积质量比）。

土壤有机质：采用重铬酸钾氧化-外加热法测定。

土壤速效磷：采用碳酸氢钠提取，钼蓝比色法测定。

土壤速效钾：称取20目风干土样2.5 g，置于塑料瓶内，加乙酸铵溶液浸提，振荡30 min过滤，用火焰光度计法测定。

土壤水溶性盐：纯水浸提，水土比为5∶1，总盐EC值采用电导仪直接测定，水溶性钾离子采用火焰光度计法测定、钙离子和镁离子采用原子吸收分光光度法测定，硫酸根采用硫酸钡比浊法测定。

土壤铵态氮：称取20目风干土样10.00 g，加氯化钾溶液振荡30 min过滤，吸取滤液于容量瓶内，再加入次氯酸钠和苯酚溶液，摇匀后放置1 h，加入掩蔽剂，定容后比色。

土壤硝态氮：称20目风干土壤10 g，加入氯化钾溶液浸提，振荡30 min，过滤后用紫外分光光度计测定。

2    结果与分析

2.1    改良剂对作物产量及品质的影响

在重度盐渍化土壤上，施用土壤改良剂对萝卜产量及块根硝酸盐含量的影响情况见表1。从表1可以看出，施用土壤改良剂后，萝卜的生长状况得到明显改善，单株总重和块根重都有明显增加，萝卜块根中硝酸盐含量明显降低，而对地上部重量影响较小。从各处理萝卜肉质块根平均产量来看，施用改良剂后全部都有增产效果，处理A1、A2、A3、A4、A5与对照（CK1）相比，分别增产52.7%、80.9%、105.1%、133.9%、113.7%。过量施用改良剂后，改良剂的增产效应降低。萝卜肉质块根中的硝酸盐含量随着改良剂用量的增加不断下降。

在中度盐渍化土壤上，施用土壤改良剂对紫甘蓝叶球产量及其硝酸盐含量的影响情况见表2。从表2可以看出，施用土壤改良剂后，紫甘蓝生长得到明显改善。从紫甘蓝叶球平均产量来看，除了处理B1（用量仅为推荐用量25%）外，各处理施用改良剂后单个叶球全部都有显著的增产效果。在一定用量范围内，随着改良剂用量的增加，各处理商品叶球数量呈增加趋势，以处理B3（推荐用量）为最多，超出对照（CK2）1倍以上。与对照（CK2）相比，处理B1、B2、B3、B4、B5分别增产38.9%、136.4%、192.3%、169.5%、162.7%。同样值得注意的是，过量施用改良剂降低了改良剂的增产效应。随着改良剂用量的增加，紫甘蓝叶球中硝酸盐含量不断下降。

在轻度盐渍化土壤上，施用土壤改良剂对紫甘蓝叶球产量及其硝酸盐含量的影响情况见表3。从表3可以看出，施用土壤改良剂后，紫甘蓝生长得到明显改善。从紫甘蓝叶球平均产量来看，施用改良剂后各处理都有一定的增产效果。在一定用量范围内，随着改良剂用量的增加，各处理商品叶球数量呈增加趋势，与上述试验类似，也以施用推荐用量的改良剂（处理C3）为最多，也超出了对照（CK3）的1倍以上。与对照（CK3）相比，处理C1、C2、C3、C4、C5分别增产35.1%、73.5%、115.7%、116.4%、86.9%。过量施用改良剂也会降低改良剂的增产效应。同样，随着改良剂用量的增加，紫甘蓝叶球中硝酸盐含量不断下降。

2.2    改良剂对土壤理化性质的影响

2.2.1    改良剂对土壤物理学性质的影响。对中度盐渍化土壤改良试验大棚土壤进行采样，分析不同处理对土壤物理学性质的影响，结果见表4。可以看出，随着改良剂用量的增加，土壤容重不断下降，土壤总孔隙度和通气孔隙度不断上升，尤其是通气孔隙度上升比例较大。处理B3的土壤通气孔隙度就已接近CK2的2倍，对协调土壤水气矛盾具有积极作用。

2.2.2    改良剂对土壤化学性质的影响。对中度盐渍化土壤改良试验大棚土壤进行采样，分析不同处理对土壤化学性质的影响，结果见表5。可以看出，随着改良剂用量的增加，土壤pH值和土壤有机质含量不断升高，土壤速效氮含量不断下降，土壤速效磷含量也有下降趋势，但土壤速效钾含量有上升趋势。

2.2.3    改良剂对土壤盐分含量的影响。由表6可以看出，随着改良剂用量的增加，土壤电导率、水溶性钙离子和硫酸根离子浓度呈下降趨势，而水溶性钾和水溶性镁离子浓度呈先下降后上升的趋势。

3    结论与讨论

3.1    讨论

保护地栽培快速发展对保障城乡居民蔬果供应发挥了重要作用。同时，人们也必须清醒地看到，保护地栽培土壤质量普遍快速下降，大量施用化肥和农药严重威胁了生态环境安全，保护地栽培正面临能否可持续发展的严峻挑战。在多数情况下，我国保护地栽培土壤连续种植2～3年即出现不同程度的土壤障碍现象，表现为土壤结构破坏、通透性下降、次生盐渍化、酸化、养分失衡、自毒物质积累、生物多样性下降、病虫害发生频率升高、作物产量和品质下降甚至绝收等。当土壤严重退化时，种植户一般实行弃耕，造成对土壤资源的破坏和经济上的损失[9-12]。土壤障碍对作物生长、产量和品质的危害，多归咎于土壤次生盐渍化和土传病虫害，其实盲目施肥导致土壤营养失衡才是最根本原因，任何一种土壤改良方法，都必须充分考虑土壤养分平衡问题。只有在土壤养分平衡性良好的前提下，作物才能对进入土壤中的各种营养元素乃至全部生活因子加以高效而充分的利用，各种改良剂才能真正发挥其改良土壤的潜力。

本试验中采用的改良剂，主要针对以土壤硝酸盐、硫酸盐积累为特征的次生盐渍化障碍的消除为基本前提，结合土壤养分状况进行平衡施肥，并将养分补充与盐分消减2种技术整合到同一种改良剂中，增产效果非常突出。但不足的是这种改良剂的配制必须在充分了解土壤障碍因子的前提下才能准确实施，在当今地方农业部门缺乏土壤检测手段及对检测结果开展有效评价的情况下很难大面积推广应用。因此，引入社会力量，建立类似于“土壤医院”形式的专门性企业或服务机构，在农资生产商与农业生产者之间建立一座桥梁，有望在设施土壤改良工作方面取得一些突破。

3.2    结论

（1）对作物的影响。在重度、中度和轻度盐渍化土壤上，适量施用土壤改良剂能提高萝卜和紫甘蓝的产量;随着土壤改良剂用量的增加，萝卜肉质块根和紫甘蓝叶球中硝酸盐含量不断下降。施用改良剂的增产效果以在重度盐渍化土壤上最大，在中度和轻度盐渍化土壤上增产效果依次下降。

（2）对土壤性状的影响。在次生盐渍化和养分失衡障碍土壤上，施用土壤改良剂能有效降低土壤容重，增加土壤孔隙度尤其是土壤通气孔隙度。随着土壤改良剂用量的增加，土壤水稳性大团聚体含量有所增加。在次生盐渍化和养分失衡障碍土壤上，施用土壤改良剂能有效遏制土壤酸化，施用推荐用量的改良剂可使土壤pH值较不施改良剂的对照提高0.71个单位。随着土壤改良剂用量的增加，土壤有机质含量不断升高;土壤速效氮含量显著下降;土壤速效磷含量略有下降、速效钾含量略有增加，总体上影响不大;土壤电导率、水溶性钙离子和硫酸根离子浓度呈下降趋势。说明施用土壤改良剂对土壤性状具有有益影响。

4    参考文献

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