上海地產綠葉菜種植土壤養分評價及改良建議

諸海燾,蔡樹美*,徐四新,高德時,張德閃**

(1上海市農業科學院生態環境保護研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,農業農村部上海農業環境與耕地保育科學觀測實驗站,上海 201403;2上?；轄柪r資有限公司,上海 201419)

據統計,2019年上海地產蔬菜菜田面積736.05萬hm2,播種面積1 873.5萬hm2,地產蔬菜上市量246.5萬t,地產蔬菜總產值達55.8億元人民幣,地產蔬菜中以綠葉菜為主,2019年綠葉菜上市量131.4萬t,占全市綠葉菜總消費量的82.5%[1],說明綠葉菜是上海市蔬菜產業重點發展的種類,在均衡蔬菜市場供應中發揮了重要作用。

農業綠色發展是農業現代化的必由之路,而土壤健康是農業綠色發展的重要基礎和核心內容。為滿足人民群眾綠色健康的消費需求,除了需要先進的生產技術和生產理念外,更離不開健康的土壤[2]。上海蔬菜復種指數達3[3],部分周年葉菜茬口合作社一年可種植6—7茬,設施菜田土壤鹽漬化和連作障礙問題嚴重,影響上海市蔬菜綠色農業的可持續發展[4-5]。

為了解上海地區設施綠葉蔬菜肥料投入情況和土壤質量現狀,本研究在上海崇明區、浦東區、松江區、金山區、嘉定區等綠葉菜主產區選取代表性蔬菜合作社,對綠葉菜為主茬口的設施大棚,按種植年限和茬口分為若干采樣單元,采集耕作層土壤樣品,對土壤中的各項物理化學性狀指標(有機質、氮、磷、鉀、鹽分含量及pH等)進行分析,明確土壤中各元素含量的豐缺程度,并對各基地的土壤肥力和土壤質量作出評價,以期為上海市地產蔬菜的綠色生產和土壤健康發展提供合理依據。

1 材料與方法

1.1 肥料投入情況調查

于2016年對上海市崇明區、嘉定區、奉賢區、金山區、浦東新區各合作社含葉菜茬口(包括全程葉菜茬口、葉菜-茄果類茬口、葉菜-其他蔬菜等)的種植戶發放調查表,進行肥料周年投入情況調查,調查內容包括該大棚的茬口類型、每茬蔬菜的品種、有機肥用量、基肥用量和次數、追肥用量和次數、產量等。共收到有效調查表100份,涉及全市10家蔬菜合作社,每家合作社選取10個種植戶進行統計。

1.2 土壤樣品采集

于2016年12月—2017年2月,根據不同合作社蔬菜種植模式和茬口類型,劃分為若干個采樣單元,調查大棚蔬菜生產基地的肥料投入情況。采樣時間為葉菜收獲時至下茬施肥前,采用S型或網格法采樣,各采樣單元采集15—20個耕作層(0—20 cm)土壤樣品,混合后用四分法取1個土樣(約1 kg),并做好標簽記錄,帶回實驗室風干磨樣。在上海崇明區、嘉定區、奉賢區、浦東新區、金山區共采集150個葉菜茬口土壤樣品(涉及全市10家蔬菜合作社,每家合作社取15個土樣),土樣風干、磨碎,過0.2 mm篩后保存待測。

1.3 測定方法

土樣分析方法參見《土壤農業化學分析方法》[6],其中,有機質含量用重鉻酸鉀氧化法測定;鹽分含量用烘干殘渣法測定;電導率(EC)用1∶5的土水比浸提,電導率儀測定;酸堿度(pH)用1∶2.5的土水比浸提,pH計測定;堿解氮含量用堿解擴散法測定;有效磷含量用鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量用火焰光度計測定。

1.4 數據分析

用Excel 2007軟件進行數據統計分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 設施葉菜茬口肥料投入情況調查

調查表明,當前上海地區生產茬口模式很多,主要茬口包括周年全程葉菜、葉菜-茄果類、葉菜-十字花科、葉菜-瓜類、葉菜-豆類等,本研究主要對含葉菜茬口蔬菜的生產模式下肥料使用情況進行調查。由表1可知,上海地區各區全程葉菜茬口生產模式平均為4.8茬,最高5.5茬,最低3.8茬,年化肥純養分(N+P2O5+K2O)投入量為1 180.5 kg/hm2,最高1 243.5 kg/hm2,最低1 117.5 kg/hm2,有機肥平均用量為34.05 t/hm2;含葉菜茬口蔬菜生產模式平均為4.2茬,最高5.2茬,最低3.7茬,年化肥純養分(N+P2O5+K2O)投入量為1 206.0 kg/hm2,最高1 377.0 kg/hm2,最低1 093.5 kg/hm2,有機肥平均用量為36.45 t/hm2?；势贩N中基肥以三元復合肥為主,追肥品種有三元復合肥、尿素、水溶肥等,有機肥以商品有機肥為主。

表1 2016年上海市設施葉菜茬口周年肥料投入量Table 1 Average fertilizer application amounts of leaf vegetables in Shanghai in 2016

2.2 設施葉菜化肥氮、磷、鉀施用比例特征

上海地區地產蔬菜中基肥和追肥氮磷鉀施用比例有所差異,其中綠葉菜基肥和追肥N、P2O5、K2O施用比例分別為1∶0.7∶0.8和1∶0.4∶0.43;茄果類基肥和追肥N、P2O5、K2O施用比例分別為1∶1∶1和1∶0.83∶1.29,化肥總量中N、P2O5、K2O施用比例綠葉菜和茄果類分別為1∶0.54∶0.6和1∶0.9∶1.17。

2.3 設施葉菜土壤有效態氮、磷、鉀的分級與評價

土壤有效態氮磷鉀的含量按低、中、高和過量分為4級(圖1)。土壤堿解氮含量平均值為163.5 mg/kg,最大值為450 mg/kg,最小值為11.4 mg/kg,土壤堿解氮含量低于100 mg/kg的土壤占到34%,處于100—200 mg/kg的土壤占到40.7%,處于200—300 mg/kg的土壤占到7.3%,300 mg/kg以上的占到18%。土壤有效磷含量平均值為136.3 mg/kg,最大值為525 mg/kg,最小值為42.68 mg/kg。土壤有效磷含量低于30 mg/kg土壤占15.3%,處于中高含量(30—150 mg/kg)水平田塊占53.3%,超過150 mg/kg的過量水平田塊占31.4%。土壤速效鉀含量均值為313.6 mg/kg,最大值960 mg/kg,最小值20 mg/kg。其中速效鉀含量小于150 mg/kg的土壤占22%,中高含量(150—450 mg/kg)田塊占54.7%,超過450 mg/kg的田塊占23.3%。

圖1 設施葉菜土壤速效養分含量分級Fig.1 The nutrient classification of greenhouse soil available nutrients

2.4 設施葉菜土壤有機質含量的分級與評價

有機質是土壤的重要組成成分,也是決定土壤質量的基本指標。上海地區設施葉菜土壤有機質含量均值為25.21 g/kg,最大值為37.51 g/kg,最小值11.22 g/kg。其中,土壤有機質含量低于15 g/kg的數量占8.7%,在15—25 g/kg的占36.6%,25—35 g/kg的占48%,大于35 g/kg的肥沃菜田土壤僅占6.7%(圖2)。

2.5 設施葉菜土壤pH的分級與評價

設施葉菜土壤pH均值為6.06,最大值為8.09,最小值4.23。其中,土壤pH低于5.5的酸性土壤占到36%,pH 5.5—6.5的微酸性土壤占22.6%,pH 6.5—7.5的中性土壤占30%,pH大于7.5的堿性土壤只占11.4%(圖2)。說明目前的設施栽培管理方式使得土壤正在發生酸化,pH低于6.5的酸化土壤占比已達到58.6%。

2.6 設施葉菜土壤鹽分的分級與評價

土壤鹽分含量最大值為11.8 g/kg,最小值為0.41 g/kg,平均值為3.36 g/kg,根據設施菜田土壤鹽分分級標準,鹽分含量小于2 g/kg為正常土壤,占比22.9%,50%為輕度鹽漬化土壤,18.1%為中度鹽漬化土壤,另有9%土壤屬于重度鹽漬化(圖2)。一般而言,土壤鹽分含量超過2 g/kg,蔬菜正常生長會受到影響,上海地區設施葉菜茬口土壤存在次生鹽漬化比例已達到77.1%。

圖2 設施葉菜土壤有機質含量、p H、鹽分含量分級Fig.2 The nutrient classification of greenhouse soil properties

3 討論

3.1 設施葉菜施肥中氮、磷、鉀比例

依據設施蔬菜生長特點,一般認為其對養分需求為多鉀少磷,N∶P2O5∶K2O的吸收比例為1∶(0.3—0.5)∶(1.0—1.9)[7-8],本研究中,綠葉菜基施化肥氮磷鉀比例為1∶0.7∶0.8,磷肥有較大的減施空間。與氮、鉀肥相比,蔬菜所需要的磷資源最少,磷肥的大量施用不但浪費資源、增加生產成本,還易引發磷素向水體遷移,進而影響水環境安全。此外,高磷狀況會導致植物體內養分失衡,影響蔬菜的產量和品質,以及其他營養元素的形態和生物有效性。葉菜追肥中氮磷鉀比例為1∶0.40∶0.43,追肥中磷的比例較適宜,但K2O比例偏低,在供鉀偏低土壤上需合理追施鉀肥,提高葉菜的品質。

3.2 設施葉菜土壤養分評價

長期過量施肥導致土壤中氮磷鉀養分過剩,土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量達到過量水平的土壤占比分別為18%、31.4%和23.3%。土壤中氮、磷的大量累積和不合理的耕作方式(周年單一茬口連作)可造成土壤次生鹽漬化和土壤酸化,一般認為土壤鹽分含量超過2 g/kg即為輕度鹽漬化土壤[9-10],會影響蔬菜對養分的正常吸收,且易造成水體富營養化和溫室氣體排放,污染環境。本市設施土壤中鹽分含量大于2 g/kg的比例達到了77.1%。土壤pH低于6.5的土壤占比達58.6%,造成設施土壤酸化的原因有:大量鹽基離子隨蔬菜收獲被移出土壤;過量施用化肥(特別是偏施氮肥),氮肥分解形成的硝酸鹽積累在土壤中;有些未完全腐熟的農家肥發酵過程中產生有機酸。和土壤質量密切相關的土壤有機質含量總體在中等偏低水平,肥沃土壤僅占6.7%,雖然每年有2—3 t的有機肥投入,但設施土壤中有機質含量普遍不高,原因可能是:部分有機肥為農家肥,有機肥質量差;高強度集約化種植、葉菜復種指數高,造成土壤肥力下降;設施高溫環境也會加快有機質的分解和消耗。

3.3 對設施葉菜土壤改良的建議

實施化肥源頭減量,實現因土因作物施肥。充分利用菜田地力調查與質量評價成果,根據作物需求和土壤肥力維持相結合的原則,在中高肥力土壤上,適當減施肥料。按土壤肥力高低分為若干等級,低肥力土壤上參照習慣施肥,中等肥力土壤上減施15%化肥,高肥力土壤上減施30%。

施用蔬菜專用配方肥,優化養分配比,活化土壤養分。推廣應用適合葉菜生長特點和養分需求的低磷品種化肥,設施蔬菜專用肥/水溶性肥料養分配比更趨合理(如葉菜上基肥選用15-6-9或21-6-18低磷蔬菜肥,追肥選用高氮或高鉀水溶肥),與農戶習慣用的15-15-15復合肥相比,可減少磷的投入,對調節土壤磷素、促進土壤養分均衡供應有重大作用。另外,具改良功能肥料(如生物刺激素、海藻肥、調理劑等)可提高肥料利用率,活化土壤自身養分,改善土壤結構,保持土壤健康,增產改質。

有機肥/生物肥/炭基肥部分替代化肥,培肥土壤。本地區土壤有機質總體水平為中等偏低,肥沃土壤占比不到10%,通過不同來源有機肥/生物肥/炭基肥/高碳有機物料與化肥優化配施,能穩定提升土壤功能,加速養分循環利用,減施化肥,協調土壤養分與能量(碳)之間的平衡,提高土壤有機質,以保持設施菜田土壤高效生產和可持續利用。

推廣水肥一體化技術,節水節肥,克服土壤鹽漬化。水肥一體化又稱微灌施肥,是借助微灌系統,將微灌和施肥結合,以微灌系統中的水為載體,在灌溉的同時進行施肥,在用量上建議實行“總量控制、分期調控”,施用方法上掌握“近根施用、水肥耦合”的原則。該技術可最大限度提高水肥利用效率,轉盲目施肥為科學施肥,有效防止土壤鹽漬化,改善農田生態環境。

合理安排輪作茬口,種地養地結合,恢復土壤健康。改變單一的周年葉菜連作茬口,合理安排輪作或間套作,減少蔬菜復種指數,適當休棚養地,在休棚期結合土壤消毒、灌水洗鹽或蚯蚓養殖改土技術[11]等,減輕土壤鹽漬化和酸化,恢復土壤健康。

4 結論

上海地區全程葉菜茬口年化肥純養分(N+P2O5+K2O)投入量為1 180.5 kg/hm2,含葉菜茬口年化肥純養分(N+P2O5+K2O)投入量為1 206.0 kg/hm2,葉菜類化肥總量中N、P2O5、K2O施用比例為1∶0.54∶0.6,茄果類為1∶0.9∶1.17。

設施葉菜土壤堿解氮、有效磷和速效鉀平均含量分別為163.5 mg/kg、136.3 mg/kg和313.6 mg/kg,土壤有機質平均含量為25.21 g/kg,大于35 g/kg的肥沃土壤僅占6.7%,土壤輕度鹽漬化及以上(鹽分含量大于2 g/kg)比例達到了77.1%,土壤pH低于6.5的酸化土壤占比達58.6%。

在當前都市農業綠色發展的要求下,提出了上海地區設施葉菜因土因作物專用肥精準施肥技術、土壤培肥技術、水肥一體化技術、輪作養地技術、土壤調理劑改良技術等。