施肥模式对设施蔬菜产量和土壤性状及生态化学计量学特征的影响

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近年来,随着我国蔬菜生产的发展,设施蔬菜栽培面积不断增加。由于土壤的高强度利用,致使设施大棚土壤出现大面积的质量退化,具体表现在设施土壤理化性状恶化、土壤养分失调、土传病害严重发生、蔬菜产量变低、品质下降,并且还伴随着环境污染,这已成为设施蔬菜生产亟待解决的一大难题。生态化学计量学的发展为研究施肥和土壤养分关系提供了新的思路和研究手段。目前,针对设施栽培的连作土壤生态化学计量学特征的研究鲜有报道。因此,本研究运用生态化学计量学理论并结合土壤酶的研究,测定不同施肥模式下,两种连作蔬菜(六茬小青菜和三茬生菜)的产量及品质、土壤酶活性、土壤养分及其生态化学计量学特征,以期从营养生态调控角度为设施蔬菜土壤的健康保持和可持续利用提供理论依据。  本研究设置了5个施肥处理模式:1)无肥对照(CK,不施肥);2)当地施肥(T1,施肥量为N166.6 kg/hm2、P2O541.6 kg/hm2、K2O166.6 kg/hm2);3)当地施肥减量20%(T2,施肥量N133.3 kg/hm2、P2O533.3 kg/hm2、K2O133.3 kg/hm2);4)当地施肥减量50%(T3,施肥量N83.3 kg/hm2、P2O520.8 kg/hm2、K2O83.3 kg/hm2);5)有机施肥(M,施肥量N351.6 kg/hm2、P2O5314.9 kg/hm2、K2O266.6 kg/hm2)。主要获得以下研究结果:  (1)不同施肥模式下土壤速效养分及其生态化学计量学特征  小青菜和生菜连作期间,施用有机肥处理的土壤碱解氮、速效磷均呈增加趋势,但土壤碱解氮含量虽呈增加的趋势平缓。施用化肥的三个处理,土壤碱解氮、速效磷未达到显著差异水平(P<0.05)。和无肥对照(CK)相比较,施用有机肥的处理小青菜和生菜的土壤活性有机质分别增加了54.25%和81.08%。相关分析表明,小青菜和生菜种植过程中,土壤中活性有机C、速效N和P具有极显著的相关关系(P<0.01)。有机肥处理的土壤pH值呈稍微上升趋势,总体提高了1.12个单位。但是单施化肥的处理,土壤的pH值下降了0.89个单位。小青菜和生菜生长期间,土壤速效氮和磷比值以施用有机肥的处理最低,无肥对照(CK)处理最高,比值变化范围较大;化肥处理之间没有显著差异性(P<0.05)。六茬小青菜和生菜种植中,五种施肥模式下,土壤中土壤活性有机碳与速效氮的比值以无肥对照(CK)处理最大,当地施肥处理比值最小。六茬小青菜和生菜生长期间,无肥对照(CK)处理的土壤活性有机碳与速效磷比值最高,有机肥处理比值最低,比值变化较大。因此,在设施蔬菜施肥管理措施中,平衡施肥及合理施肥较为重要。  (2)不同施肥模式对小青菜和生菜产量、生菜硝酸盐含量及小青菜Vc含量的影响  本试验中,小青菜和生菜产量以施用有机施肥处理最高,当地施肥和当地减量施肥处理小青菜和生菜产量无显著性差异(P<0.05);相同处理不同茬之间,产量存在较大差异性。不同施肥处理对生菜硝酸盐的累积效果,各个施肥处理之间差异性显著,且施用化肥的处理极显著高于施用有机肥的处理和无肥对照CK处理(P<0.05)。本试验中生菜的硝酸盐含量随着化肥施肥量的增加而增高,当地施肥处理下硝酸盐含量最高,比对照增加了210.2%,达到了1147.42mg/kg。在五个施肥处理中,小青菜Vc含量随着化肥施用量的增加而呈下降趋势,除当地施肥和当地施肥减量20%外,其他施肥处理之间差异均达到了显著水平。小青菜Vc含量与土壤硝态氮含量呈极显著的负相关(P<0.01)。试验结果表明,该试验小区当地施肥减量50%,可有效的降低成本,并能显著改善小青菜和生菜的品质。  (3)不同施肥模式对土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶活性的影响  不同施肥处理土壤酶活性变化较大,有机肥施用处理的土壤脲酶、酸性磷酸酶及蔗糖酶活性最高,与无肥处理(CK)相比,三种酶活性分别提高了11.4%-87.8%、4.2-.48.6%和2.3-66.8%,说明施有机肥能够显著提高土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶的活性。无肥对照(CK)处理土壤脲酶、酸性磷酸酶和蔗糖酶活性大于或与化肥处理相近。土壤酸性磷酸酶活性随化肥施用量的增加活性降低。这些结果说明,当地施肥减量50%和施用有机肥有利于改善土壤的生物学性质,提高土壤肥力。  (4)不同施肥模式下各因素间的相关性研究  小青菜和生菜种植中,土壤中速效N∶P比值与活性有机C∶速效P比值间呈极显著的正相关关系(P<0.01);土壤速效磷与速效N∶P及活性有机C∶速效N比值之间呈极显著的负相关关系,与碱解氮呈显著的正相关关系(P<0.05);小青菜和生菜产量与土壤活性有机C∶速效N比值、活性有机质之间呈显著的正相关关系(P<0.05);土壤活性有机质与土壤活性有机C∶速效N及活性有机C∶速效P比值、速效磷及碱解氮间呈显著的正相关关系(P<0.05);土壤pH值与活性有机质、速效磷、酸性磷酸酶活性间呈显著的正相关关系(P<0.05);蔗糖酶活性与活性有机质呈显著的正相关关系(P<0.05)。相关分析结果表明,可以这些指标来表征施肥及连作后土壤的肥力状况。  综上所述,蔬菜连作中施用有机肥能够提高土壤的酶活性,在产量提高和蔬菜中硝酸盐降低方面比施用化肥的效果要好,同时也防止了土壤酸化。本试验条件下,在养分投入比例不变的情况下,当地施肥减量50%与当地施肥和当地施肥减量20%的施肥模式,无论是土壤酶活性还是生菜产量上没有显著差异性,且生菜植株内硝酸盐显著下降而小青菜植株内Vc含量显著增加。所以,在以后的设施蔬菜施肥管理中,不能为了获得高产而一味的通过增施肥料的量来实现,还要考虑到养分元素比例的投入,因为如果养分投入比例不平衡,产量不仅不会增加,过高的化肥施用量反而还会导致蔬菜产量降低。本试验条件下,从既保证食用安全又能获得较高的生产效益和降低成本考虑,在设施蔬菜施肥中应减少化肥施用量、控制适宜的养分比例、对于增产增效、减少资源浪费、降低污染均有重要意义。
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