【毕业学位论文】保护地蔬菜氮肥利用、土壤养分和盐分累积特征研究博士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 保护地蔬菜氮肥利用、土壤养分和 盐分累积特征研究 on of in 士研究生：杜会英 指导教师：孙忠富 研究员 申请学位类别：农学博士 专 业：作物气象学 研 究 方 向：施肥与环境 培养单位： 农业环境与可持续发展研究所 研究生院 提交日期 2007 年 6 月 on of in 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业科学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的声明 本人完全了解中国农业科学院有关保留、使用学位论文的规定，即：中国农业科学院有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业科学院可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议 ) 论文作者签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 要 随着种植业结构调整，保护地蔬菜在全国各地迅速发展。然而为追求生产效益菜农大量施用化肥和有机肥，往往造成土壤养分失衡、生态环境恶化等后果。目前保护地蔬菜氮肥利用率方面的大田试验数据不足，尚难以得出可靠的结论，有迹象显示，保护地种植年限越长，对土壤养分和盐分的累积影响越大，而不同区域保护地土壤养分和盐分需要进一步研究。 本研究采用多点田间原位的试验方法，依保护地种植年限设低龄保护地（种植 5 年以下）和高龄保护地（ 10 年以上）两个处理，每个处理设置 7 10 个点位作重复，并以 4 个点位大田为对照。示踪试验和常规试验相结合研究嘉兴和昆明水网地区保护地蔬菜氮肥的利用。同时，对浙江嘉兴、云南昆明、山东寿光和辽宁沈阳 16 个点位大田、 46 个点位保护地土壤中不同深度的养分和盐分累积特征进行研究，主要结论如下： （ 1）浙江嘉兴和云南昆明 17 个点位保护地蔬菜15N 示踪试验研究表明，氮肥当季利用率平均为 随着种植年限的增加，利用率显著降低，低龄保护地蔬菜氮肥利用率为 高龄保护地蔬菜氮肥利用率降至 作为对照的大田作物氮肥利用率为 （ 2）15N 示踪试验表明， 蔬菜保护地土壤中， 肥氮的残留量较高， 在施氮量为 300 450 kg/0 80层中氮肥的残留量为 250 286 kg/肥残留量随着土壤深度的增加而降低，其中 0 20层残留量显著高于其下各土层，占总残留量的 蔬菜保护地土壤氮残留率显著高于大田。 （ 3）对浙江嘉兴、云南昆明、山东寿光和辽宁沈阳四个地区 62 个点位土壤氮磷养分分析表明，在高龄保护地耕层土壤全氮、全磷含量是大田的 和 3 倍的情况下，其 0 5壤速效养分含量远高于大田，硝态氮、铵态氮和速效磷含量是大田的 8 倍、 6 倍和 11 倍，随着土壤深度增加而显著降低。 （ 4）对浙江嘉兴、云南昆明、山东寿光和辽宁沈阳四个地区 62 个点位土壤 析表明，高龄保护地 0 55 20 20 40壤 显著低于大田和低龄保护地， 40层以下 化不明显，表层（ 05显低于其下各土层。保护菜地土壤 土壤硝态氮、速效磷含量呈极显著的负相关，长期大量施用氮磷肥引起土壤硝酸盐和磷酸盐累积是土壤酸化的关键因子。 （ 5）在不同地区 62 个点位保护地耕层全盐量显著高于大田条件下， 0 80土层全盐量均显著高于大田，保护地和大田全盐量均随土层增加而降低，不同种植年限保护地各土层之间差异不显著。 不同地区保护地土壤盐分离子表聚现象明显， 0 5层中 K+子浓度较大田显著增加。 关键词： 保护地 蔬菜 氮肥利用率 土壤养分 土壤盐分 of of is in a in A of or by in of in to to of so At we of of It to of on We of in On of 0K ( 5N 410 we of of as of 7 5N of of in in of in 15N in 80cm 50286 kg/00450 kg/in 20of of of 020on .4 3 of 6 1 of pH 5520cm 040cm of no 0cm pH 5cm pH of in in 020of of of no of K+Na+in 05of 录 第一章 文献综述 . 1 究意义 . 1 内外研究进展 . 1 菜保护地养分投入状况 . 蔬菜保护地氮肥去向及对环境的影响 . 保护地磷累积及对环境的影响 . 保护地土壤盐分研究现状 .护地研究中存在的主要问题 . 12 第二章 研究思路与主要研究内容 . 13 究思路 . 13 究内容 . 14 第三章 材料与方法 . 15 肥控制试验 . 15 验区概况 . 试验设计 . 试验方法 .位监测试验 . 18 测区基本情况 . 试验方案 . 测定项目及分析方法 . 统计方法 .四章 保护地蔬菜对氮肥的吸收利用 . 21 兴氮肥控制试验 . 21 菜对肥料氮的吸收利用 . 不同类型菜地氮肥的去向 . 不同类型土壤氮素的表观矿化 .明氮肥控制试验 . 28 菜对肥料氮的吸收利用 . 不同类型菜地氮肥的去向 . 差减法计算不同种植类型氮肥表观矿化量 .护地蔬菜对氮肥吸收与利用的综合分析 . 34 低氮素损失提高氮肥利用率的措施 . 35 理施肥 . 合理轮作 . 硝化抑制剂和脲酶抑制剂 .小结 . 36 第五章 保护地土壤养分特征 . 37 同地区土壤有机质变化特征 . 37 同地区保护地土壤氮素的累积变化特征 . 38 同地区土壤剖面全氮的变化特点 . 不同地区土壤无机氮的变化 .同地区保护地土壤磷素变化 . 44 同地区土壤全磷的变化 . 不同地区土壤速效磷含量的变化 .同地区保护地土壤剖面速效钾素变化 . 49 兴不同时期土壤速效钾的含量变化 . 昆明土壤速效钾含量的变化 . 寿光土壤速效钾含量变化 . 沈阳土壤速效钾含量的变化 . 综合分析不同地区土壤速效钾含量的变化 .同地区保护地土壤剖面 化 . 52 兴不同时期土壤 动态变化 . 昆明土壤 变化 . 寿光土壤 变化 . 沈阳土壤 变化 . 综合分析不同地区土壤 化及酸化原因 .结 . 56 第六章 保护地土壤盐分与离子组成变化特征 . 57 护地 0 5层全盐含量 . 57 6. 2 嘉兴不同时期保护菜地土壤剖面盐分变化 . 59 同蔬菜种植年限土壤剖面盐分含量的变化特点 . 60 兴不同蔬菜种植年限土壤剖面盐分的变化 . 昆明不同蔬菜种植年限土壤剖面盐分的变化 . 寿光不同蔬菜种植年限土壤剖面盐分的变化 . 沈阳不同蔬菜种植年限土壤剖面盐分的变化 . 综合分析不同地区土壤剖面全盐的变化 .壤盐分离子的含量及组成变化特点 . 63 同地区土壤 0 5壤盐分离子含量及组成 . 不同蔬菜种植年限土壤剖面盐分离子的变化 .护地次生盐渍化的治理方法 . 71 用合理的水分调控措施 . 地表覆盖 . 合理施肥和耕作栽培措施 .结 . 72 第七章 主要结论与展望 . 74 要结论 . 74 新点 . 75 究展望 . 75 . 76 致 谢 . 84 作 者 简 历 . 85 英文缩写 英文全称 中文名称 F 田 田油菜 田蚕豆 田小麦 田玉米 ew 龄保护地 ld 龄保护地 自肥料氮 自土壤氮 中国农业科学院博士学位论文 第一章 文献综述 1第一章 文献综述 究意义 自 20 世纪 70 年代中期我国引进保护地蔬菜栽培技术以来，蔬菜生产取得了显著的经济和社会效益，实现了蔬菜的周年均衡供应，保护地蔬菜栽培在农业及农村经济发展中的作用和地位越来越突出。 2004 年全国蔬菜种植面积为 公顷，为农作物总种植面积的 其中长江三角洲地区蔬菜种植面积占该区农作物总播种面积的 ,滇池流域 2004 年蔬菜播种面积已达全流域作物总播种面积的 山东蔬菜播种面积占全省农作物播种面积的 辽宁蔬菜播种面积占该省农作物总播种面积的 中国农业统计年鉴， 2005） 。蔬菜保护地栽培是我国现代农业生产的重要组成部分之一， 但值得注意的是， 在保护地蔬菜大量栽培发展同时，由于其特殊的建造结构、高集约化生产程度、高复种指数、肥料施用量大、高温高湿等特点，使得保护地土壤化学性状及蔬菜对肥料吸收利用均发生了很大变化。 化肥在农业生产中一直起着举足轻重的作用，在农业增产的诸多因素中，化肥对农田的贡献率占 50%左右（曹志洪， 1998） 。氮肥在我国粮食生产方面具有重要的地位，但是长期以来保护地蔬菜栽培中大量施用化肥和有机肥，造成我国氮肥利用率普遍较低，对尿素和碳铵来说，国内许多单位用差减法在稻麦的田间小区试验中测定的结果表明， 利用率平均值在 30% 41%之间 （朱兆良， 2000） ，在高氮菜地土壤上，氮肥利用率小于 10（杜连凤， 2005） 。氮素是非常活跃的元素，除了被作物吸收、残留于土壤外，还可以向下淋洗以至于污染地下水、通过径流损失造成地表水富营养化和通过气态损失的途径污染大气，引起了一系列的环境问题。保护地蔬菜栽培中氮肥的施用更为值得关注，提高氮肥利用率、减少氮素损失是我国乃至全世界过去、现在和将来一直关注的重要问题。 菜农为了得到更高的经济效益，不断增加化肥或有机肥施用量，大量速效养分不为作物吸收而累积在土壤中，成为土壤硝酸盐和盐分的主要来源（郭文忠， 2004；程美廷， 1990） ，畜禽粪便等有机肥中含有一定量的盐分，多年大量使用，土壤含盐量也会大大提高，而土壤盐分阴离子中 土壤环境产生直接的危害，影响蔬菜生长 (余海英，2006)。由此可见，过量施肥造成的一系列环境问题己广泛引起世界范围内的密切关注。因此，深入了解保护地蔬菜氮肥吸收利用、土壤养分和盐分的迁移及对环境产生的影响，在农业生产管理和可持续发展上都有重大的理论和实践意义。 内外研究进展 菜保护地养分投入状况 蔬菜作物具有生长期短，复种茬口多，需肥量高等特点，在实际生产中，往往通过大量增施氮肥来获得高产，蔬菜生产中高氮投入已经是当前人们普遍关注的问题。 20 世纪 80 年代以来，我国的化肥消费在不断增加， 2005 年我国农用化肥施用总量为 吨（折纯量） ，施氮量在中国农业科学院博士学位论文 第一章 文献综述 2施用总量中占 中国农业统计年鉴， 2006） ，投入到蔬菜生产中的肥料量增加的更是惊人。对不同蔬菜生产区施肥调查结果表明，虽然各个地区的自然条件和经济水平不同，但总体上化肥和有机肥投入量都相当大，都高于当地大田作物用量水平。 31 个省 20 余种作物的调查显示，菜果花上单季作物氮化肥纯养分用量平均为 569 2000 kg/为普通大田作物的数倍甚至数十倍，而作物吸收总量一般不超过 400 kg/维理等， 2004；陆轶峰等， 2003） 。 2005 年长江三角洲地区化肥施用纯量达到 吨， 占全国农用化肥施用总量的 （中国农业统计年鉴， 2006） 。 据报道有相当部分农户一季作物施用进口复合肥 900 1500 kg/ 再加磷肥 300 750 kg/ 有的农户还追施尿素 150 300 kg/碳铵 600 kg/然 , 氮素、磷素比例过高，不仅造成浪费，而且产生土壤障害（黄锦法等， 2002） 。 根据 2000 年的调查结果，位于滇池流域呈贡县大渔乡湖滨带的个村，蔬菜、花卉种植面积约 666 公顷，占农作物播种面积的 100，单季作物纯用量平均为 800 kg/化肥用量（ 430 kg/远高于滇池流域化肥平均用量 401 kg/48 kg/年大量施用高氮磷含量的化肥和鸡、猪粪，每季作物氮素盈余为 225 1000 kg/素盈余 150 600 kg/维理等， 2004） 。 山东寿光调查结果表明，大棚蔬菜的氮素养分投入严重超量，以大棚黄瓜为例，平均化肥施用量氮为 1782 kg/推荐用量的 2 6 倍（马文奇等， 2000；李俊良， 2002） ，芹菜越冬栽培一般施用腐熟的有机肥 75000 kg/素 1500 2250 kg/磷酸钙 1500 kg/合肥 750 1500 kg/过芹菜对养分理论需求的 50 70（吴松， 2001） ，对山东惠民县 30块保护菜地及相应农田施肥量调查结果显示， 保护地蔬菜每年化肥氮、 磷、 钾平均投入量分别 2823 kg/928 kg/925 kg/机肥每年氮磷钾平均投入量分别为 1847 kg/481 kg/91 kg/按照山东省对大棚蔬菜的推荐施肥量 N 为 750 1030 kg/P 为 180 300 kg/ 为 225 375 kg/际施肥量极大地超过了推荐量（寇长林等， 2004） 。 沈阳市郊区保护地栽培每年施用尿素 1200 2250 kg/酸二按 450 600 kg/酸钾 150 300 kg/成华等， 1998） 。对河北永年县设施栽培调查表明，黄瓜一般追施硝铵10500 12000 kg/美廷， 1900） ，京郊露地蔬菜生产中，施氮量为 782 kg/达 615 kg/为 393 kg/新平等， 1996） ，王平等报道，甘肃兰州安宁区设施蔬菜年有机肥施用量高达 14080 kg/350 kg/平等， 1998） 。 受我国传统“庄稼一枝花，全靠粪当家” 、 “粪大水勤，不用问人”等施肥方法的影响，大量施用有机肥是我国蔬菜生产的重要特征，尤其是随着无公害和有机农业的呼声越来越高，有机肥在蔬菜生产中的作用日益突出，以鸡粪、猪粪、牛粪等粪肥为主的有机肥不仅含有丰富的各种营养元素和有机质，还可改善土壤的结构、耕性和持水性，在提高土壤保水、保肥能力上发挥重要作用。近些年来，随着有机农业的推广和畜牧业的发展，蔬菜生产中有机肥的用量和比例都有了显著的增加，然而，大多数菜农在大量施用有机肥的情况下并没有相应减少化学肥料的投入，蔬菜生产中有机无机养分比例的改变主要是由于有机肥投入量增加造成的（江丽华等， 2004） 。 菜保护地氮肥去向及对环境的影响 氮素施入保护菜地后的去向可以分为三部分 :(1)被蔬菜吸收； (2)残留在土壤中； (3)通过不同中国农业科学院博士学位论文 第一章 文献综述 3机制和途径损失，包括径流流失（进入地表