黄土高原不同年限日光温室土壤养分供应特性

发布时间：2016-10-08 07:10

第一章  文献综述

我国设施农业起步较晚，直到 20 世纪 80 年代日光温室和塑料大棚才逐渐应用和推广。2000 年以后，我国设施农业面积迅速增加。到 2011 年底，设施农业面积已超过 400×104 hm2(李俊等  2013)，是世界上设施面积最大的国家(毛罕平  2007)，其中设施蔬菜的面积大于 95%(张志斌  2008)，并仍以每年 10%的速度迅速增加(喻景权  2011)。西北地区设施农业面积占全国的 8%(李俊等  2013)，是我国设施蔬菜的主要产区之一。近年来，日光温室迅速增加，是我国蔬菜栽培的主要形式(闵炬等  2009)，成功解决了北方冬春低温制约蔬菜生产的问题，使蔬菜可以实现周年生产。对设施蔬菜的研究，我国取得了大量成果，主要涉及蔬菜栽培技术、育种和设备等方面，对设施蔬菜合理水肥管理方面的研究也取得了一定进展。设施农业已成为我国农业的支柱产业，蔬菜年均总产值超过了 7000 亿元(张真和等  2010;  张真和等  2005)，随着设施蔬菜栽培面积的不断增加，技术水平不断提高。 我国设施农业主要采用的模式有：拱棚、塑料大棚、日光温室等，以日光温室和塑料大棚最为普遍，发展速度也最快(李亚敏等  2008)。然而，我国温室水肥管理技术水平相对较低，配套设备质量差，多数菜农根据经验确定水肥用量。

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第二章  选题依据和研究思路 

2.1 选题依据 

近年来日光温室蔬菜在西北地区栽培面积不断增加，蔬菜栽培给农民带来的经济效益十分可观。目前，农民多采用“大水大肥”的粗放式管理方法，这不仅增加了投入成本，降低了经济效益，而且造成了土壤退化、环境污染、蔬菜产量和品质下降等一系列问题。因此，查明日光温室蔬菜栽培系统土壤养分的累积和平衡状况，可为进一步研究不同栽培年限土壤供氮能力和制订合理的施肥方案提供理论依据。 在蔬菜生长发育过程氮素的作用不容忽视。与其他经济作物相比，蔬菜对氮素的需求量相当高。然而，温室氮素的投入量是蔬菜需求量的 5~10 倍。过量施氮并未给菜带来高效益，反而降低了蔬菜品质和氮肥利用效率。一些地区氮肥利用率甚至不足10%。 植物吸收的氮素同时来源于肥料氮和土壤氮素，来源于土壤的氮素可达 50%，甚至高达 70%。然而，土壤中的氮素 95%以上以有机态氮形式存在，只有经过微生物矿化过用转化成无机态氮才能被植物直接吸收利用，作物吸收的氮约有 40%来源于可矿化氮。因此，土壤供氮能力是蔬菜高产的重要保障。目前，土壤氮素矿化特性的研究主要集中于农田土壤、林地和草地，日光温室土壤尚缺乏研究。研究不同栽培年限日光温室土壤供氮能力对提高氮肥利用效率和确定合理的施氮量尤为重要。

2.2 研究方法、内容和技术路线 

本研究以陕西杨凌示范区 13 个新建日光温室为研究对象，自日光温室建棚开始（2009 年），连续四年调查了温室施肥状况，评价了不同栽培年限日光温室系统养分平衡状况；采集了土壤样品，测定了土壤养分含量，评价了土壤养分累积特性；进一步采用长期间歇好气培养法及生物耗竭试验等方法研究了栽培年限、温度及水分等对土壤氮矿化特性的影响；最后通过田间试验比较了减量施肥及灌水对番茄产量、土壤养分累积和氮素平衡状况的影响。具体研究内容包括： （1）不同年限日光温室土壤养分平衡与累积特性研究 自建棚开始连续四年定点调查陕西杨凌新建日光温室的蔬菜产量、施肥种类和数量。并于年番茄收获后测定土壤速效磷、速效钾、有机质、全氮及矿质氮含量等指标，以定量评价土壤养分平衡和累积状况。 （2）不同年限日光温室土壤氮素矿化特性研究 以连续定点监测试验结果为依据，从中随机抽取不同年限温室土壤样品。采用长期好气间歇淋洗法研究了不同年限和不同土层温室土壤氮矿化累积量，并建立矿化势模型，以评价不同年限土壤供氮能力的变化。

第三章   不同年限日光温室土壤养分平衡与累积特性研究............. 15 

3.1  前言 ...................... 15 
3.2  材料与方法 ............. 16
3.3  结果与讨论 ......... 17
3.4  结论 ........... 22 
第四章   不同年限日光温室土壤氮素矿化特征研究 ......................... 23 
4.1  前言 ............. 23 
4.2  材料与方法 ........... 24
第五章   温度对不同年限日光温室土壤氮素矿化特性的影响 .................... 30 
5.1  前言 ......... 30 
5.2  材料与方法 .................... 30

第八章  水肥减量对日光温室番茄产量及土壤养分累积的影响 

8.1 前言

近年来我国设施农业发展迅速，2011 年底全国设施农业面积已超过 400×104 hm-2(李俊等  2013)，居世界首位。日光温室蔬菜栽培是我国北方地区发展新型农业产业的主要模式，虽然日光温室面积仅为全国设施农业面积的 20%，却生产了全国近 40%的蔬菜，且 90%以上由冬季日光温室提供(李天来  2004)。然而，蔬菜给农户带来可观经济效益(张雪艳等  2011)的同时，由于缺乏完善的养分管理技术支撑，过量施肥问题日益突出。 日光温室栽培是具有中国特色的设施栽培方式，集约化程度高，水肥过量问题尤为突出(Gao et al. 2012;  徐福利等  2003)。尤其在 4~8 月份，温室内温度高、集中大量施用氮肥且频繁灌溉，造成氮素大量损失。Ju 等(2006)发现温室 0~180  cm 土层土壤硝态氮累积量为 494~8311 kg ha-1，显著高于农田（148~1790 kg hm-2）和果园（260~4836 kg hm-2）。我们在研究区域连续两年监测日光温室土壤养分的变化特征发现，建棚时移去表层（0~90  cm）土，温室内耕层土壤养分含量较低，而在大量有施用有机肥和化肥后土壤养分迅速累积。温室栽培两年后，  0~20 cm 土壤速效磷含量种植前为 11 mg kg-1，第一年和第二年分别增加到 65 mg kg-1和 121 mg kg-1(Gao et al. 2012).

8.2 材料与方法

试验在黄土高原南部陕西杨凌的设施蔬菜栽培基地进行，研究区概况见 3.2.1。2011年 10 月选择位于杨凌区大寨镇龙鑫合作社的第 59 号日光温室进行田间试验，该温室建于2010 年，温室长 90 m，宽 6.5 m。试验前温室 0~20 cm 土层土壤有机质含量为 10.7 g kg-1，土壤矿质氮、速效磷和速效钾含量分别为 20.2、70.3 和 198.2 mg kg-1。 试验设置 3 个处理，即常规水肥（FW）、配方水肥 1（FW1）、配方水肥 2（FW2），其中 FW 处理施肥量为调查的当地 260 个日光温室番茄肥料用量的平均值，配方水肥处理施肥量根据土壤养分测定结果及作物产量水平计算；FW 处理灌水量为农户习惯用量，配方水肥处理灌水量依据番茄的需水规律以及番茄生长期间土壤水分状而况确定。2011 年及 2012 年各处理肥料及灌水量见表 8-1。同时，在该温室选择农民管理区域作为对照，即农户区（FP）。
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第九章  主要结论、创新点及进一步研究问题

（1）连续 4 年定点监测试验发现，黄土高原南部新建日光温室土壤每年氮、磷和钾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氮、磷、钾分别占相应养分投入总量的 64%、58%和 53%；氮、磷、钾的表观盈余量为 1275、1437和 930 kg hm-2；  随温室栽培年限的延长，耕层土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量随之明显增加，其中栽培 2 年后土壤速效磷及速效钾含量已达到了较高或极高水平，说明研究区域温室过量施用磷、钾肥问题突出。建议研究地区温室在适量施用有机肥条件下，应适当降低化肥用量，以缓解土壤速效养分和盐分等的大量累积；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。虽然研究地区井水的硝酸盐含量平均值低于 GB5749—2006 标准限值，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）长期矿化培养试验发现，随着新建日光温室栽培年限的增加，，不仅增加了0~20cm 土壤可矿化氮数量，同时也使 20～40 cm 土层土壤氮矿化量明显增加；不同土层土壤氮矿化势与相应土层土壤有机质和全氮含量间存在显著的线性关系，土壤有机质含量每增加 1g  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8.41mg  kg-1。随着栽培年限的增加，温室土壤供氮能力显著提高，因此，在研究地区日光温室氮素管理中应适当降低化学氮肥用量，以避免过量施用氮素问题。

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参考文献（略）

本文编号：133348