不同轮作模式对太湖地区大棚菜地土壤氮淋失的影响

陆扣萍， 闵 炬， 施卫明， 王海龙

(1 浙江农林大学环境与资源学院，浙江临安 311300;2 中国科学院南京土壤研究所，面源污染治理技术研发中心，江苏南京 210008)

不同轮作模式对太湖地区大棚菜地土壤氮淋失的影响

陆扣萍1,2， 闵 炬2， 施卫明2， 王海龙1*

(1 浙江农林大学环境与资源学院，浙江临安 311300;2 中国科学院南京土壤研究所，面源污染治理技术研发中心，江苏南京 210008)

太湖地区; 设施菜地; 氮淋洗; 轮作模式

Keywords: Taihu Lake region; protected vegetable production; nitrogen leaching; rotation pattern

本文以太湖地区设施菜地为研究对象，对比研究芹菜-番茄-莴苣轮作和优化轮作模式金花菜—番茄—莴苣2种轮作模式下设施菜地土壤硝态氮含量的变化及氮素淋洗特征，以期为控制我国南方设施蔬菜种植区硝态氮淋失和减轻地下水污染提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

1.2 试验处理及田间管理

试验设2种轮作制度: 1)轮作模式1(芹菜-番茄-莴苣); 2)轮作模式2(金花菜—番茄—莴苣)。供试芹菜(Apiumgraveolens)为四季西芹，于2009年10月3日播种育苗，11月24日移栽定植，2010年3月30日收获完毕。供试金花菜(MedicagohispidaGaertn)为大叶金花菜，于2009年11月24日播种，2010年1月5日采收第一刀，2月20日采收第二刀，3月30日收获完毕。供试番茄(LycopersicumesculentumMill)为浦粉一号，于2010年2月25日播种育苗，4月15日移栽定植，2010年7月25日收获完毕。供试莴苣(LactucasatiuaL)品种为大青叶莴笋，适宜秋延后大棚种植，于2010年8月18日播种育苗，9月17日移栽定植，12月20日收获完毕。2010年7月26日至9月16日试验地裸地休闲。

每种轮作模式下设 2 种施氮水平: 1)N1为农民习惯施氮，根据试验所在地农户的平均施氮水平，芹菜、 金花菜、 番茄、 莴苣的施氮量分别为 N 620、 190、 370、 490 kg/hm2; 2)N2为减量施氮，芹菜、 金花菜、 番茄、 莴苣的施氮量分别为 N 500、 150、 280、 420 kg/hm2。每个处理重复3次，小区面积为2.5 m × 7.5 m，共12个小区，随机区组排列。各小区之间用PVC板隔开，PVC板埋入深度为0.8 m，以防各小区间的养分流动。

表1 不同蔬菜肥料投入量(kg/hm2)

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品的采集与测定[18]第一茬作物(芹菜/金花菜)种植前，取0—20 cm土层土样，采取“S”混合采样法，共采集6个土壤样品。土壤有机质用重铬酸钾氧化-容量法测定; 全氮用浓H2SO4-H2O2消煮，自动定氮仪(BüCHI 399)测定; 硝态氮用1 mol/L KCl溶液浸提—紫外分光光度计测定; 有效磷用0.5 mol/L的NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定; 速效钾用1.0 mol/L的NH4OAc 浸提—火焰分光光度法测定。pH值用pH计(pH 211型)测定，水土比为2.5 ∶1; 电导率(EC)用DDS-320型电导仪测定，水土比为5 ∶1。每季蔬菜收获后，每个小区分别取0—20 cm土壤样品，测定土壤硝态氮含量、 pH和EC。

1.3.2 植物样品的采集与测定 每个小区取芹菜、 金花菜、 番茄和莴苣可食部分全部称重计产。

淋失总量的计算公式为:

式中:ω(待测物)为待研究物质淋失总量(kg/hm2);ρ为淋洗液中待研究物质含量(mg/L);v为淋洗液总体积(L);s为收集表面积(m2);t为待研究时间段的天数(d); 10-6为将mg换算成kg的系数; 10-4为将m2换算成hm2的系数。

试验数据用Excel 2003和SPSS 13.0等软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同轮作模式下的氮淋失特征

图1 不同轮作模式下淋洗液中的动态变化Fig.1 Dynamic of N-N concentration under different rotation patterns

2.1.3 不同轮作模式下总氮淋失量 由表3可以看出，三季作物收获后，无论是轮作模式1还是轮作模式2，农民习惯施氮处理(N1)下总氮淋失量均显著高于减量施氮处理(N2)，减氮处理可使模式1、 模式2全年总氮淋失量分别减少23.4%和19.3%。从时间上来看，一年三季作物生长期总氮淋失量表现为第三茬(秋季)>第二茬(春季)>第一茬(冬季)，其中以莴苣季总氮淋失量达到最高，分别占全年淋失量的39.5%、 39.6%、 46.9%和49.0%。不同蔬菜生长期均以轮作模式1下N1处理的总氮淋失量达到最高，分别为38.1、 42.3、 52.4 kg/hm2。与轮作模式1相比，轮作模式2下的N1和N2处理的全年总氮淋失量分别减少了41%、 38%。与减量施氮措施相比，改变轮作模式对总氮淋失量的阻控效果更加显著。

表2 淋洗液体积和降水量

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表3 不同蔬菜生长季全氮淋失量(kg/hm2)

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.2 不同轮作模式对土壤理化性质的影响

表4 不同轮作模式下土壤硝态氮含量(mg/kg)

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.2.2 不同轮作模式下土壤pH 从表5可以看出，经过第一季作物种植后，两种轮作模式下土壤pH均呈现不同程度的降低，且轮作模式1下的土壤pH均显著低于轮作模式2。随着种植茬数的增加，土壤pH不断下降，第三季作物收获后，N1处理下轮作模式1的土壤pH最低降为5.31，与第一季作物相比，下降了0.63个单位，降幅达到10.6%; 而模式2下土壤pH由6.17下降到5.61，pH降低了9.1%。对于同一种轮作模式，不同施氮处理下一年三季作物收获后土壤pH无显著差异(P<0.05)。

表5 不同轮作模式对土壤pH的影响

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

表6 不同轮作模式对土壤电导率(EC)的影响 (mS/cm)

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level.

2.3 不同轮作模式对蔬菜产量的影响

从表7可以看出，与农民习惯施氮处理(N1)相比，减量施氮处理(N2)可显著提高轮作模式1下一年三季作物产量，增产幅度分别为10.4%、 9.6%和3.6%; 轮作模式2也表现出同样的增产趋势，三季作物可分别增产13.5%、 3.2%和5.5% 。从全年经济效益来看，在相同施氮处理下，轮作模式2的经济效益显著高于轮作模式1，其中以轮作模式2+减量施氮处理最高，达51.9×104Yuan/hm2，与轮作模式1习惯施氮处理相比，可直接增加经济效益11.7Yuan/hm2，最大经济效益提高29%。

表7 不同生长季的蔬菜产量及经济效益

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatment at the 5% level. 芹菜1.5 Yuan/kg、 金花菜3.0 Yuan/kg、 番茄1.6 Yuan/kg、 莴苣1.2 Yuan/kg Prices of celery, burclover, tomato and lettuce are 1.5, 3.0, 1.6 and 1.2 Yuan/kg, respectively.

3 讨论

3.1 不同轮作模式对设施菜地氮素淋洗的影响

太湖地区设施蔬菜主要种植模式为芹菜(冬季)—番茄(春季)—莴苣(秋季)轮作模式，常年氮肥用量超标，氮素淋失严重。不仅造成氮肥利用率降低，农业生产成本上升，还对水环境造成污染，引起水体富营养化。 赵营等[21]通过田间定位实验，对宁夏引黄灌区番茄—黄瓜轮作体系氮淋洗研究表明，在同一施肥处理下，黄瓜季(秋季)氮素淋失量高于番茄季(春季)。与北方设施菜地淋洗特征相比，本试验结果表明，在氮淋失发生的作物茬口上，南方太湖地区设施菜地与北方设施菜地氮淋洗特征相似，也是莴苣季(秋季)氮素淋失量显著高于番茄季和芹菜季，农民习惯施肥下莴苣季总氮淋失量达到52.4 kg/hm2，占全年氮淋失的40.4%。与北方设施菜地一年两季作物轮作不同的是，南方地区通常为一年三季作物轮作，短期的蔬菜生长期加之大量的肥料施用量导致土壤硝态氮迅速累积，土壤硝态氮淋失风险更加严重。

3.2 不同轮作模式对土壤理化性质的影响

4 结论

2)不同轮作模式下土壤硝态氮累积效果存在差异。经过一年三季作物种植后，与芹菜-番茄-莴苣轮作模式相比，金花菜—番茄—莴苣轮作模式下的土壤硝态氮累积较低，其N1、 N2处理下土壤硝态氮含量分别减少了29.7%和25.6%，pH和土壤电导率(P<0.05)也显著降低。

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EffectofrotationpatternsonnitrogenleachinglossfromprotectedvegetablesoilinTaiLakeregion

LU Kou-ping1,2， MIN Ju2， SHI Wei-ming2， WANG Hai-long1*

(1CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an,Zhejiang311300,China; 2ResearchCenterofNon-pointSourcePollutionControl,InstituteofSoilScience,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China)

S153.6+1; S344.1

A

1008-505X(2013)03-0689-09

2012-09-11接受日期2013-01-12

公益性行业(农业)科研专项(201003014-1); 国家自然科学基金项目(41271337); 浙江农林大学科研发展基金(人才引进)(2010FR097)资助。

陆扣萍(1985—)，女，江苏扬州人，硕士，助理实验师，主要从事蔬菜氮素营养生理与环境效应的研究。 E-mail: koupinglu@zafu.edu.cn。 *通信作者 E-mail: nzhailongwang@gmail.com