全 文 ：收稿日期：!""#$%!$!& 接受日期：!""’$"($%&
基金项目：国家科技支撑计划（!"")*+,%-*"’）资助。
作者简介：蔡万涛（%’#"—），男，辽宁大连人，博士，主要从事城郊作物种植结构优化与养分资源循环高效利研究。./0123：45612%’#"7%!)8 690
! 通讯作者 :;3："%"$)!-&&&%)，./0123：6<;=>?7 61?@ ;A?@ 6=
不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响
———以北京通州区为例
蔡万涛%，陈 阜%!，崔永恒!，雷 杰&，淮贺举%
（%中国农业大学农学与生物技术学院，北京 %""%’&；! 北京通州区技术推广站，北京 %"%%"%；
& 北京市种子管理站，北京 %"""##）
摘要：运用对通州区的调查资料和试验结果，分析了不同典型种植模式对 "—! 0土壤矿质氮累积量的影响。结果
表明，不同种植模式对 "—! 0土壤矿质氮提取利用能力顺序为：向日葵—向日葵 B冬小麦—夏玉米（玉米秸秆还
田）B冬小麦—夏玉米（玉米秸秆不还田）B冬小麦—大豆 B玉米—玉米。在大田作物生产中，应进行合理的作物
轮作、增加地面覆盖度、轮作中加入有固氮能力的豆科作物、注重与根系发达或深根作物进行轮作，能有效地提取
利用土壤深层 CD$& /C，并能有效减少氮素向土壤下层的淋洗。蔬菜生产田 "—! 0土壤含有较高的 CD$& /C和 CEF( /
C，累积量达 %’&G8"& HI J <0!和 !"%8# HI J <0!，因此，应通过减少氮肥投入量，优化轮作种植模式以提高作物对深层
土壤 CD$& /C的回收利用。
关键词：种植模式；蔬菜田；大田；硝态氮；铵态氮
中图分类号：K&((；K %G& 文献标识码：+ 文章编号：%""#$G"GL（!""’）")$%!)"$")
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9> CD$& /C >W90 5<; V923 15 A;X5
当土壤有机质矿化作用超过作物吸收利用时，
CD$& /C便会在土壤中大量残留［%］。通过作物轮作
来减少土壤中 CD$& /C含量，主要是根据不同作物对
土壤中氮素吸收利用能力的差异。根系在土壤中的
分布特征、作物生长特征的差异，尤其是后茬作物对
土壤残留氮素的回收利用能力［!］，都会影响土壤中
的 CD$& /C含量，如在主要农作物生长后的休闲时期
种植一些速生作物，形成主要农作物与速生作物的
植物营养与肥料学报 !""’，%G（)）：%!)"$%!)G
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
‘31=5 C?5W2529= 1=A P;W5232Z;W K62;=6;
轮作，来提高对土壤中硝态氮的提取利用［!］。"#$%&&
等［’()］研究发现，在保守施肥量条件下，连种 *!!年
的玉米能有效减低土壤中的 +,(! -+累积量。蔬菜
多为浅根系（ . /0 12）作物，高频率且过量灌水导致
蔬菜田中 +,(! -+的大量淋洗。34516等［/］研究在洋
葱收获后，种植甜菜可回收利用残留于土壤中的氮
素；7%&8%#等［9］研究结果显示，在洋葱收获后，利用
深根作物如玉米或小麦与其轮作，可提高对土壤
+,(! -+的利用。对深层土壤 +,(! -+，则可通过种植
深根作物如玉米，可有效利用 :*0 12土层以下的氮
素；多年生苜蓿第 : 年能吸收利用 :;0 12处土壤
+,(! -+，第 *年利用深度可达 !/0 12［;］。
38<=&%>等［?］研究表明，通过在作物轮作中加入
具有固氮能力的豆科作物，不仅能够肥沃土壤，同时
也能够减少硝态氮向土壤下层的淋洗。据报道，玉
米—大豆、小麦—大豆轮作，与粮食作物连作相比，
不仅能增加玉米或小麦的产量，而且能有效地提高
作物对氮肥的利用效率［:0(::］。
本研究通过对通州区不同种植模式下的土壤硝
态氮累积量测定，进一步探讨不同种植模式对 0—
*00 12土层 +,(! -+的利用能力，优化现有的种植模
式，以期为该区种植结构调整提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 研究区域概况
北京通州区位于北京市东南部，属永定河、潮白
河冲积平原，地势平坦，自西北向东南倾斜，海拔最
高点 *9@/ 2，最低点仅 ;@* 2。年平均温度 ::@!A，
降水量 /*0 22左右（!0年平均），主要集中在 /、9、;
月。区域地理坐标北纬 !?B!/C!’0B0*C，东经 ::/B!*C
!::/B)/C，东西宽 !/@) 62，南北长 ’; 62，面积 ?09
62*。土壤多为石灰性潮土和沙壤土［:*］。*009年粮
食作物播种面积 !)9!0@; 42*；蔬菜作物播种面积为
:/0;0@) 42*。该地区主要粮食和蔬菜作物氮肥施用
水平及作物产量见表 :、表 *。
表 ! 主要粮食作物氮肥施用水平及其产量
#$%&’ ! ( )’*+,&,-’* ,./0+ 1) 2$31* 4*1/5 $.6 +7’,* 8,’&65
项目
D8%2E
春玉米
3F#G=H 15#=
夏玉米
3I22%# 15#=
小麦:）
J4%<8
小麦*）
J4%<8
大豆
35>K%<=
向日葵
3I=L&5M%#
施氮量 + L%#8G&GN%# #<8%（6H O 42*） !*0 *’) ’’0 ’’0 **) :*0
作物产量 P#5F >G%&$（6H O 42*） :0’)0 /’00 )!00 )/00 !!*0 *’00
注（+58%）：:）小麦—玉米轮作 J4%<8-15#= #58<8G5=；*）小麦—大豆轮作 J4%<8-E5>K%<= #58<8G5=
表 9 不同蔬菜种植田氮肥施用水平
#$%&’ 9 :’*+,&,-’*;( ,./0+5 ,. 6,))’*’.+ <,.65 1) =’>’+$%&’ ),’&6
施氮量
+ L%#8G&GN%# #<8%
露地菜田
,I8$55#E LG%&$
温室菜田
Q#%%=45IE%
棚间菜田
RG%&$ K%8M%%= H#%%=45IE%E
有机肥 + S<=I#% +（6H O 42*） 0!:/0 !’0!’;0 :/0
无机肥 + R%#8G&GN%# +（6H O 42*） 9;0 )00!?/0 :*0
!"9 调查田块与采样时间
选取能代表不同种植模式的典型田块，其原则
是：:）保证土壤类型一致，尽量在同一个区域内选
取被调查田块；*）选取的田块要有一定生产规模
（ T /00 2*）；!）选取的田块必须保证在 )年以上连
续采用同一种植模式。采样时间为：冬小麦—夏玉
米（包括玉米秸秆还田和玉米秸秆不还田）轮作
*009年 ?月 *;日；冬小麦—大豆、春玉米—玉米轮
作 *009年 :0月 *日；向日葵—向日葵轮作 *009年
?月 *:日、露地菜田 *009年 ?月 */日，保护地菜田
*009年 :0月 ’日，棚间菜田 *009年 :0月 ’日。
!"? 土壤样品采集与分析
土壤样品采用土钻取土，取样层次分别为 0—
*0、*0—!0、!0—/0、/0—?0、?0—:*0、:*0—:)0、:)0—
:;0、:;0—*00 12。所选大田作物田块面积为 0@0!
!0@09 62*，地块平整，种植年限间为 ;!:’年，在田
块内按“3”型布设采样点，单点法采集 :)个样品，分
别混匀［:!］；菜田面积 //9!*:00 2*，按“3”型取 )
!:0点，分别混匀。土壤样品放于密封袋中，置于冰
保鲜箱内，带回实验室，立即过 * 22筛，并用 0@0:
25& OU P
:/*:/期 蔡万涛，等：不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响
法测定土壤容重。
! 结果与分析
!"# 不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响
在冬小麦—夏玉米轮作田块中，由于小麦和玉
米都属于深根（ ! "# $%）作物，能够充分利用 #—&’#
$%土层的 ()*+ ,(。夏玉米田（玉米秸秆粉碎还田）
收获后 #—-# $% 土层中，()*+ ,( 累积量为 &"+./&
01 2 3%’、(456 ,(累积量为 &#".+/ 01 2 3%’，分别占 #—
’## $%总累积量的 6#7和 68."7；在秸秆不还田的
夏玉米田中，#—-# $%土层 ()*+ ,(累积量为 -#.--
01 2 3%’、(456 ,(累积量为 ."# 01 2 3%’，分别占 #—
’## $%总累积量的 ’+7和 6".’7（图 &9、:）。在有
秸秆覆盖春玉米连作田中，#—-# $%土层 ()*+ ,(和
(456 ,(累积量分别为 ’&8.+" 和 -".;+，分别占 #—
’## $%总累积量的 +-."7和 68."7（图 &<）。
图 &还看出，土壤 ()*+ ,(和 (456 ,(在 -#—’##
$%土层中有较多残留，即通过淋洗被移出作物根系
活动层。秸秆覆盖春玉米连作田其 #—’## $%累积
量与 -#—’## $%的矿质氮含量均高于冬小麦—夏
玉米轮作田，而春玉米连作与夏玉米与冬小麦轮作
的总施肥量相当（表 &），说明加入冬小麦进行轮作，
有利于大田作物对氮素的利用，可有效地减少氮素
向下层运移；另外，与玉米秸秆不还田相比，玉米秸
秆粉碎还田可增加土壤中 < 2 (比［&;］，能够有效提高
#—-# $% 土壤矿质氮累积量，尤其是 ()*+ ,( 累积
量，减少其向土壤深层的淋洗量。
冬小麦轮作种植模式中加入豆科作物，#—-#
$%土壤 ()*+ ,(和 (456 ,(累积量分别占 #—’## $%
总累积量的 ;;.’7和 "+.;7（图 ’9），与春玉米连作
模式比较，该模式能够增强土壤 #—-# $%的矿质氮
供应能力，有效减少氮素在深层土壤的残留量［&#］；
而且加入豆科作物比小麦—玉米轮作能提高小麦产
量 ;."7（表 &）。在向日葵进行连作田中（图 ’:），
#—’## $%土层 ()*+ ,(和 (456 ,(累积量分别为 &;6
和 &’6.6 01 2 3%’，且各层次间累积量均在 &#! ’#
01 2 3%’之间变动，说明由于向日葵根系庞大，比玉米
根量大 &倍以上［&"］，能够充分利用 #—’## $%土层
的氮肥，属于洁净型农业生产［&8*&/］。
图 # 不同轮作田 $—!$$ %&土层矿质氮的累积量
’()*# +,(- (.,/)0.(% .(1/,)2. 0%%3&3-01(,. (. $4!$$ %& -052/ 6(17 8(992/2.1 %/,::(.) ;5;12&;
［9：小麦—玉米轮作田（玉米秸秆不还田）=3>?@,$ABC BA@?@DAC（ED>FG HD@3AI@ $AJ>B>G $BAKL）；:：小麦—玉米轮作田（玉米秸秆还田）
=3>?@,$ABC BA@?@DAC（ED>FG $AJ>B>G HD@3 $BAKL）；<：玉米连作田
!"! 不同蔬菜田中土壤矿质氮含量
对京郊地区地下水 ()*+ ,(含量的研究表明，土
壤 ()*+ ,( 对地下水污染日趋严重，地下水 ()*+ ,(
含量与氮肥施用量同步上升，其含量已超过国家颁
布的标准（’# %1 2 01），尤其是蔬菜生产田附近地下
水 ()*+ ,(含量极高［&"］。大田作物土壤矿质氮含量
主要集中在 #—’## $%土层中，但在蔬菜田 ’## $%
以下的土层中仍含有较高的硝态氮［&-］。在蔬菜田
中，#—’## $%土层 ()*+ ,(和 (456 ,(累积量分别为
&-+;.#+和 ’#&./ 01 2 3%’，且各土层间的 ()*+ ,( 累
积量均高于 ’## 01 2 3%’，其累积量峰值出现在 &;#—
&/# $%，达 6#-." 01 2 3%’，说明由于灌溉等因素 ()*+ ,
(存在严重向下淋洗现象。各层 (456 *(累积量相
对比较稳定（图 +9）。
’"’& 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 &;卷
图 ! 向日葵连作田和冬小麦—大豆轮作田 "—!"" #$土层矿质氮含量
%&’(! )*&+ &,*-’.,&# ,&/-*’0, .##1$1+./&*, &, "2!"" #$ +.30- *4 560./78*390., -*/./&*, .,: #*,/&,1*18 81,4+*50- 4&0+:8
图 ; 露地蔬菜田、日光温室蔬菜田、温室间菜田中 "—!"" #$土层矿质氮含量
%&’(; )*&+ &,*-’.,&# ,&/-*’0, .##1$1+./&*, &, "2!"" #$ +.30- *4 *1/:**-8 <0’0/.9+0 4&0+:，
’-00,6*180 <0’0/.9+0 4&0+: .,: <0’0/.9+0 4&0+: 90/500, ’-00,6*1808
保护地蔬菜生产田中 !—"!! #$ 土壤 %&’( )%
和 %*+, )%累积量分别为 -"../0和 -"-/1 23 4 5$"（图
(6），其含量仅次于露地蔬菜生产田。保护地蔬菜
田的氮肥投入高于露地蔬菜田，有机肥与无机肥投
入量分别达到 (,!!,.!和 1!!!07! 23 4 5$"，而露地
蔬菜则主要以无机肥为主；温室蔬菜生产多为少量
多次灌溉，而露地蔬菜田中则多采用大水漫灌方式，
这两种管理措施均对土壤 %&’( )%和 %*+, )%累积量
构成直接影响［-!］。所以在菜田生产过程中，应适量
增加有机肥投入比例，最佳灌溉方式应为滴灌［"!］。
日光温室间空地多作为蔬菜生产田，其管理方
式介于日光温室（精耕细作：滴灌或沟灌、精量施
肥）和露地菜田（粗放式管理：大水漫灌、撒施氮肥）
之间，氮肥料投入以有机肥为主，总氮量投入量远少
于日光温室和传统菜田，所以土壤中的 %&’( )% 与
%*+, )%累积量相对较小。!—"!! #$ 土壤 %&’( )%
和 %*+, )%累积量分别为 (-!/, 和 -"!/0 23 4 5$"（图
(8），!—0! #$土层累积量分别占 !—"!! #$总累积
量的 1"9和 1-/,9，说明在对日光温室间菜地的管
理方式，增加了土壤 !—0! #$的矿质氮累积量，但
不会导致氮素向土壤深层运移。
(7"-7期 蔡万涛，等：不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响
! 讨论
通过对北京通州潮土区 !"# 份的问卷调查，研
究发现通州区的土地经营模式多为农场集中管理经
营，冬小麦—玉米轮作种植模式占研究区比例最大，
其次为春玉米连作种植模式。田间的肥料投入中氮
肥用量最大，氮投入量最高达 $"# %& ’ ()"，最低为
*!# %& ’ ()"，平均氮量为 +"# %& ’ ()"。朱兆良等［"*］
提出，在目前的生产水平下，施 , 量达 *-#! *.#
%& ’ ()"时，大田作物能够达到其最高产量，并将该施
肥量确定为“平均适宜施氮量”，显然，本研究区域的
大田作物施肥量远超过该适宜施氮量。
土壤中 ,/0! 1,发生淋洗必须满足两个基本条
件：*）土壤中 ,/0! 1, 的大量累积；"）水分运动存
在。促进或阻止两因素任何一个都会影响氮素的淋
洗与否及其程度［""］。土壤中 ,/0! 1,的累积与施氮
量密切相关，一般土壤剖面 ,/0! 1,残留量随施氮量
的增加而增加，而且还存在明显的下渗［"!］。保护地
菜田周年施氮量在 2##!*$## %& ’ ()"，灌溉方式多
采用频灌（少量且多次），有的甚至单季施氮量达
$3# %& ’ ()"；露地蔬菜生产田灌溉方式为大水漫灌，
其肥料投入以氮肥为主，两茬蔬菜投入总量平均达
$.# %& ’ ()"。说明目前生产条件下的施肥量均处较
高水平，且导致土壤深层 ,/0! 1,较高累积量。土壤
,/0! 1,的大量残留被认为是造成地下水污染的主
要来源，累积量越高，则污染潜力越大［*2，""］；同时
大量的灌水及随时间的延长造成 ,/0! 1,累积峰值
下移［"+0"-］。从环境角度考虑，必须在科学减量施肥
的同时，在作物最佳需水时期进行合理适量灌
溉［*.］；建立合理的轮作种植模式，加入根系发达或
根深作物，如：甜菜［3］、向日葵［*.］、小麦、玉米、苜
蓿［$］、柳枝稷［"-］等与其轮作，在保证作物产量的同
时，充分利用残留于根系活动层外的 ,/0! 1,［"3］，从
而有效减少深层土壤中的 ,/0! 1,累积量，降低其对
地下水的潜在污染。
" 结论
*）本研究区域内，大田作物 #—"## 4) 土层
,/0! 1,累积量顺序为：玉米—玉米 5冬小麦—大豆
5冬小麦—夏玉米（玉米秸秆还田）5冬小麦—夏玉
米（玉米秸秆不还田）5向日葵—向日葵；其中在冬
小麦—夏玉米轮作种植模式下，玉米秸秆还田条件
下的土壤矿质氮含量主要集中在 #—2# 4)土层，而
在玉米秸秆不还田条件下，土壤矿质氮累积量主要
集中在 2#—"## 4) 土层。说明各种植模式对 #—
"## 4)土壤矿质氮利用能力为：向日葵—向日葵 5
冬小麦—夏玉米（玉米秸秆还田）5冬小麦—夏玉米
（玉米秸秆不还田）5冬小麦—大豆 5玉米—玉米。
在大田作物轮作生产体系中，合理加入根系庞大作
物与其轮作，能够有效减低土壤中氮素的残留量；
通过改进耕作措施管理，增加地面的覆盖度，轮作中
加入有固氮能力的豆科作物，能够增加与其轮作的
作物产量，并能有效减少氮肥向土壤下层的淋洗。
"）蔬菜田 #—"## 4) 土层矿质氮累积量顺序
为：露地蔬菜田 5温室蔬菜田 5温室间菜田；露地
菜田与温室菜田远高于大田作物的含量。说明菜田
生产的氮肥管理水平下，,/0! 1,积累对地下水污染
潜力极大，淋洗到深层中的 ,/0! 1, 迫切需要被利
用。为降低矿质氮对地下水的污染潜力，在菜田生
产过程中，最佳灌溉方式应改为滴灌，并需降低氮肥
的总投入量，适当加大有机肥的投入比例［"$］。
参 考 文 献：
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0-3P
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G8C? 8? : BC89 V8G( (8&( ;HB8<7:9 ?8G;C&H?［O］F A&;C?F OF，"##-，2$
（+）：* """0*""2P
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MC89 F M48 F MC4F A) Y;C4F，*2$#，!+：++.0+-"P
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+3"* 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 *-卷
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&K#!K期 蔡万涛，等：不同种植模式对土壤矿质氮累积量的影响