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不同种植年限蔬菜大棚土壤特性的综合评估

花匠小妙招
2024-12-30 09:32

摘要:

目的

西北旱区蔬菜大棚长期连作引起的土壤健康问题不容忽视。本研究阐明不同深度土壤质量随种植年限的演变规律，对综合评估温室种植的田间效应具有重要意义。

方法

以甘肃武威市清源镇连续种植5年（Y1）、9年（Y2）和13年（Y3）的传统日光温室蔬菜大棚和大田玉米地（CK）为研究对象，分析了0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 80 cm、80 ~ 100 cm土壤物理、化学和生物特性的时空变化规律，采用模糊综合评价法量化了各种植年限的土壤健康指数。

结果

与CK相比，大棚土壤的保水性增强，0 ~ 40 cm范围内土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量显著增加，0 ~ 100 cm范围内土壤铵态氮残留量显著提高。连续种植9年的土壤容重和电导率最高、pH最低、在0 ~ 100 cm范围内土壤各养分含量最高，但土壤酶活性明显下降。综合评价结果表明，种植9年虽然对0 ~ 100 cm土壤健康能维持较好水平，但该年限0 ~ 80 cm和0 ~ 60 cm范围内土壤健康指数相比5年大幅下降。

结论

蔬菜大棚连作因灌溉施肥制度的改变在短期内土壤性质优于大田，但有盐渍化和酸化的潜在风险。连作10年左右是土壤性质转变的临界点，通过深翻措施能够缓解对土壤物理和化学性质的不利影响，但对生物学性质的改良有限。

Abstract:

Object

Soil health issues caused by long-term continuous cropping in vegetable greenhouses in northwest arid regions could not be ignored. This study aimed to clarify the evolution patterns of soil quality at different depths with planting years, which is of great significance for the comprehensive evaluation of the field effects of greenhouse planting.

Method

Traditional solar vegetable greenhouses in Qingyuan town, Wuwei, Gansu Province, which have been continuously planted for 5 years (Y1), 9 years (Y2), and 13 years (Y3), as well as maize fields (CK) were selected as the research objects. The spatio-temporal changes of soil physical, chemical, and biological characteristics of soil layers at 0 ~ 20, 20 ~ 40, 40 ~ 60, 60 ~ 80, and 80 ~ 100 cm depths were analyzed. The soil health index was quantified by fuzzy comprehensive evaluation method.

Result

Compared with CK, the water retention of greenhouse soil was enhanced, the contents of total nitrogen, available phosphorus, available potassium, and organic matter in the soil within the range of 0 ~ 40 cm were significantly increased. The residual amount of ammonium nitrogen in the soil within the range of 0 ~ 100 cm also increased significantly. The soil bulk density and electrical conductivity of Y2 were the highest, while the pH was the lowest. The soil nutrient contents within the range of 0 ~ 100 cm were the highest in Y2, but the soil enzyme activity decreased significantly. The comprehensive evaluation results showed that the soil health maintained well in the soil range of 0 ~ 100 cm after 9 years of planting, but the soil health index decreased significantly in the soil within the range of 0 ~ 80 cm or 0 ~ 60 cm compared with that of 5 years.

Conclusion

Soil properties of vegetable greenhouse continuous cropping are better than those of field soil in short term due to the change of irrigation and fertilization management, but there are potential risks of salinization and acidification. About 10-year continuous cropping is the critical point for the transformation of soil properties. The adverse effects of physical and chemical indices can be alleviated by deep tillage measures, but the improvement of soil biological indices was limited.

图 1 不同种植年限0 ~ 20 cm和20 ~ 40 cm土壤的水分特征曲线

图中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室。

Figure 1. Soil water characteristic curve in soil depths of 0 ~ 20 cm and 20 ~ 40 cm for each planting year

图 2 各种植年限不同深度土层的土壤养分残留量

各小写字母表示不同种植年限之间的显著性差异，P < 0.05。图（c）和（d）中CK从上到下依次排列的小写字母分别对应0 ~ 20 cm 、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm、60 ~ 80 cm 、80 ~ 100 cm的值与其他年限的显著性结果。横坐标中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室。

Figure 2. Residual amount of soil nutrients at different soil depth for each planting year

图 3 各种植年限土壤酶活性

横坐标中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室。

Figure 3. Soil enzyme activity for each planting year

表 1 温室大棚和大田土壤田间管理措施

Table 1 The field management measures of the greenhouse and open field in the study area

种植年限
Planting year 种植作物
Crop 灌溉方式
Irrigation method 灌水间隔 (d)
Irrigation frequency 灌水量 (mm)
Total irrigation amount 施肥方式
Fertilization method 施肥种类
Fertilizer type 施肥量 (kg hm–2)
Fertilizer amount
CK 玉米畦灌 ~ 30 ~ 50 ~ 480 底肥 + 追肥、撒施尿素 + 磷肥 + 钾肥 300 + 60 + 165 a Y1 番茄沟灌 ~ 7 ~ 350 底肥 + 追肥、撒施复合肥b + 微肥c 750 + 300 Y2 番茄沟灌 ~ 7 ~ 350 底肥 + 追肥、撒施复合肥 + 微肥 750 + 300 Y3 番茄沟灌 ~ 7 ~ 350 底肥 + 追肥、撒施复合肥 + 微肥 750 + 300 　　注：Y1为种植5年、Y2为种植9年、Y3为种植13年。a N：300 kg hm–2、P2O5：60 kg hm–2：K2O：165 kg hm–2。b复合肥含N 20%、P2O5 8%、K2O 30%。c 微肥采用青岛瀚普生物科技有限公司生产的劲牌微肥(含钙33.0%、镁4.3%、钾6%、锌0.68%、硼0.16%、硅5.5%、铁0.2‰)。表中“ ~ ”表示大约的含义。

表 2 各种植年限不同深度土层土壤容重（g cm–3）

Table 2 Soil bulk density of different soil depths for each planting year

土层深度 (cm)
Soil depth 大田土壤
CK 5年温室
Y1 9年温室
Y2 13年温室
Y3 0 ~ 20 1.58 ± 0.11 Aa 1.45 ± 0.20 Aa 1.51 ± 0.04 Aa 1.50 ± 0.00 Ba 20 ~ 40 1.63 ± 0.07 Aa 1.55 ± 0.02 Aa 1.54 ± 0.07 Aa 1.50 ± 0.08 Ba 40 ~ 60 1.64 ± 0.08 Aa 1.59 ± 0.01 Aa 1.60 ± 0.06 Aa 1.60 ± 0.04 Aa 60 ~ 80 1.59 ± 0.10 Aa 1.57 ± 0.04 Aa 1.57 ± 0.01 Aa 1.60 ± 0.04 Aa 80 ~ 100 1.63 ± 0.08 Aa 1.62 ± 0.00 Aa 1.60 ± 0.02 Aa 1.63 ± 0.03 Aa 0 ~ 100 1.62 ± 0.02 a 1.56 ± 0.05 b 1.56 ± 0.01 ab 1.57 ± 0.02 ab 　　注：表中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室；各大写字母表示同一种植年限不同土层深度之间的显著性差异，各小写字母表示不同种植年限之间的显著性差异，P < 0.05。

表 3 各种植年限不同土层深度土壤电导率和pH值

Table 3 Soil conductivity and pH of different soil depths for each planting year

指标
Factor 土层深度 (cm)
Soil depth 大田土壤
CK 5年温室
Y1 9年温室
Y2 13年温室
Y3 EC (μS cm–1) 0 ~ 20 185.83 ± 31.47 Ba 236.40 ± 9.36 Ba 449.93 ± 272.71 Aa 367.57 ± 146.62 Aa 20 ~ 40 210.83 ± 16.82 ABb 244.73 ± 15.52 ABab 365.10 ± 74.01 Aa 295.23 ± 96.29 Aab 40 ~ 60 253.67 ± 45.32 ABb 290.40 ± 21.85 ABab 373.60 ± 64.47 Aa 284.50 ± 62.78 Aab 60 ~ 80 252.47 ± 45.54 ABb 313.93 ± 34.00 Aab 411.50 ± 47.82 Aa 295.70 ± 64.14 Ab 80 ~ 100 285.30 ± 67.21 Ab 305.23 ± 55.26 ABb 435.37 ± 42.33 Aa 295.13 ± 38.40 Ab 0 ~ 100 237.62 ± 41.27 b 278.14 ± 27.20 ab 407.10 ± 100.27 a 307.63 ± 84.65 ab pH 0 ~ 20 7.99 ± 0.19 Aa 8.01 ± 0.07 Ba 7.73 ± 0.14 Ca 7.84 ± 0.12 Ba 20 ~ 40 8.10 ± 0.05 Aab 8.20 ± 0.10 Aa 7.85 ± 0.08 Bb 8.09 ± 0.19 ABab 40 ~ 60 8.10 ± 0.13 Aa 8.25 ± 0.08 Aa 8.11 ± 0.12 Aa 8.19 ± 0.16 Aa 60 ~ 80 8.22 ± 0.09 Aa 8.18 ± 0.05 Aa 8.16 ± 0.10 Aa 8.15 ± 0.13 ABa 80 ~ 100 8.12 ± 0.18 Aa 8.10 ± 0.08 ABa 8.07 ± 0.08 ABa 8.09 ± 0.07 ABa 0 ~ 100 8.11 ± 0.11 a 8.15 ± 0.04 a 7.98 ± 0.03 a 8.07 ± 0.13 a 　　注：表中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室；各大写字母表示同一种植年限不同土层深度之间的显著性差异，各小写字母表示不同种植年限之间的显著性差异，P < 0.05。

表 4 各种植年限土壤0 ~ 100 cm土层养分指标平均含量

Table 4 The average soil nutrition content for soil depth of 0 ~ 100 cm for each planting year

土壤养分指标
Soil nutrition factor 大田土壤
CK 5年温室
Y1 9年温室
Y2 13年温室
Y3 全氮 (mg kg–1) 446.07 ± 47.59 b 731.67 ± 51.95 ab 880.87 ± 180.27 a 826.47 ± 178.87 ab 硝态氮 (mg kg–1) 56.21 ± 45.52 a 26.55 ± 4.56 a 62.34 ± 13.56 a 33.70 ± 19.70 a 铵态氮 (mg kg–1) 0.05 ± 0.01 b 0.69 ± 0.06 a 0.72 ± 0.01 a 0.58 ± 0.06 a 有效磷 (mg kg–1) 10.62 ± 1.77 b 108.91 ± 32.68 a 137.05 ± 31.79 a 138.11 ± 42.74 a 速效钾 (mg kg–1) 79.00 ± 19.49 b 314.07 ± 38.47 a 359.47 ± 99.62 a 368.07 ± 142.46 a 有机质 (g kg–1) 10.08 ± 0.90 b 14.81 ± 0.82 ab 17.06 ± 2.89 a 16.18 ± 2.89 ab 　　注：表中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室；各小写字母表示不同种植年限之间的显著性差异，P < 0.05。

表 5 各种植年限土壤健康综合评价结果比较

Table 5 Comparison of comprehensive evaluation results of soil health for each planting year

种植年限
Planting year 相对优属度
Relative dominance 排名
Rank 0 ~ 100 cm 0 ~ 80 cm 0 ~ 60 cm CK 0.39 0.42 0.42 4 Y1 0.82 0.96 0.97 1 Y2 0.73 0.59 0.58 2 Y3 0.59 0.58 0.57 3 　　注：表中CK表示大田土壤，Y1表示种植5年温室，Y2表示种植9年温室，Y3表示种植13年温室 [1]

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