全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2004 , 31 (1) : 34～38
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2003 - 08 - 14 ; 修回日期 : 2004 - 01 - 02
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (39970515)
长期施肥条件下菜田 —蔬菜生态系统变化的研究
( Ⅰ) 土壤有机质的变化
葛晓光　张恩平　张　昕　王晓雪　高　慧
(沈阳农业大学园艺学院 , 沈阳 110161)
摘 　要 : 经过 1415 年的蔬菜长期定位施肥试验 , 土壤有机质含量与品质均发生明显的变化 , 从有机质
积累与品质改善的角度 , 通过重施有机肥达到高度培肥的程度 , 需要 10～15 年 ; 有机肥无机氮肥配施的土
壤有机质含量高于有机肥单施 , 而长期单施无机氮肥的土壤有机质含量反而降低。对照区有机质含量大致
平衡在 1910 g·kg - 1上下。有机质的积累速度“露地”快于“设施”, 而对照的有机质下降速度则露地慢于
设施 , 有机质年矿化率在 710 %～1111 %的范围 , 露地平均为 8167 % , 设施平均为 9154 %。配施磷、钾肥可
以在一定程度上增加土壤有机质含量 , 但必须是以连年施用有机肥为基础。随着有机肥特别是有机无机氮
肥配施的年限延长 , 土壤易氧化有机质的含量逐渐增加 , Kos (有机质的氧化稳定系数) 下降 ; 提高了土壤
松结态腐殖质含量 , 提高胡敏酸的比例 ; 提高胡敏酸的 E4/ E6 值 , 降低土壤胡敏酸的分子量及芳构化程度 ;
从而促进土壤腐殖化进程 , 改善有机质的品质。
关键词 : 蔬菜 ; 定位施肥 ; 菜田土壤 ; 培肥 ; 有机质
中图分类号 : S 63 ; S 606 ; S 181 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2004) 0120034205
Studies on Changes of Field - Vegetable Ecosystem under Long2term Fixed
Fertilizer Experiment
( Ⅰ) Changes of Soil Organic Matter
Ge Xiaoguang , Zhang Enping , Zhang Xin , Wang Xiaoxue , and Gao Hui
( College of Horticulture , Shenyang Agricultural University , Shenyang 110161 , China)
Abstract : After 14 and half years long2term fixed fertilization trial with vegetables , the amount and quality of
soil organic matter changed evidently. Soil fertility was highly improved by 10 - 15 yearspiuse of organic manure in
the view of organic matter accumulation and quality improvement . The soil organic matter in the combination of or2
ganic manure and inorganic nitrogen was higher than that in organic manure only , while in the trial with only inor2
ganic nitrogen the organic matter decreased. The organic matter content in the control plot fluctuated around 1910 g
·kg - 1 . The accumulation rate of organic matter in open area was quicker than that in protected field , but for the
CK was not the case. The yearly mineralization rate of organic matter was between 710 % - 1111 %. The average
mineralization rate for open area was 8167 % , while for protected condition was 9154 %. Phosphorous and potassi2
um could increase organic matter content to some extent , but it must be based on application of organic manure.
With the extension of fertilization with organic , especially with the combination with organic and inorganic fertilizer ,
the soil readily oxidizable organic matter increased , while Kos decreased ; The soil active humus content , humus
acid and E4/ E6 value were increased , while molecular weight and aromaticity of humus acid were decreased , thus
progress to humus formation and quality of organic matter were enhanced.
Key words : Vegetable ; Long2term fixed fertilization ; Vegetable2soil ; Soil fertility improvement ; Soil or2
ganic matter
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蔬菜生态系统中 , 菜田生态系统是核心 , 菜田土壤是基础 , 菜田土壤的变化直接关系整个系统的
生产力水平 ; 菜田 —蔬菜生态系统和其它农田生态系统一样 , 都是补给性生态系统 , 系统的生物量和
流通量在很大程度上取决于来自系统以外的物质输入量。所以 , 施肥是影响土壤肥力的的主要因
子〔1〕。“一亩园十亩田”, 充分说明蔬菜栽培对土壤肥力要求很高。如何通过合理施肥来培肥菜田土
壤 , 防止土壤向恶化方向发展 , 是本长期定位施肥试验研究的主要目的 , 即在模拟的不同施肥制度
下 , 探索与总结其长期而缓慢的变化规律 , 为制定合理的菜田施肥制度 , 强化土壤的培肥管理以及保
持其可持续发展提供可靠的理论依据与实践指导。目前在国内外仍未见或少见蔬菜长期施肥的研究 ,
但其它作物的长期施肥试验以及类似研究可以作为本项研究的参考〔2 ,3〕。2000 年发表的论文〔4〕只是局
限在露地偏施氮肥条件下的一般变化规律 , 从本文开始分内容介绍从露地到设施栽培的全部变化及其
比较明显的规律。
1 　材料与方法
111 　试验时期与试验材料
到 2002 年底 , 该项试验已经经历了 1415 年 , 前 815 年 (1988 年秋茬～1996 年秋茬) 为露地栽培
试验 , 后 6 年 (1997～2002 年) 为设施栽培试验。露地试验采用 8 种蔬菜 (从 1988 年秋季开始一年
两茬的栽培顺序为 : 大白菜、菜豆、萝卜、洋葱、黄瓜、马铃薯、叶用芥菜、甜椒) 轮作 ; 设施栽培
为一年一茬长季节栽培 , 前 2 年为茄子 , 后 4 年为番茄。
112 　试验设计与测定方法
本研究的前 815 年露地试验为模拟偏施氮肥的 2 因素 (有机肥与无机氮肥) 3 水平试验设计。有
机肥因素的水平为 : 0 量 , 中量、高量处理 (纯马粪施用量分别为 0、3715、75 t·hm - 2·a - 1) ; 无机氮
肥因素的水平为 : 低量 , 中量、高量 (尿素施用量分别为 300、600、900 kg·hm - 2·a - 1 , 经过 5 茬试
验后又相应地将施用量降低为 0、300、600 kg·
hm - 2·a - 1 , 9 个处理 , 小区面积 16 m2 , 3 次重复 ,
随机排列。1997 年进入设施栽培试验后保留了露
地试验的高量有机肥 (代号 A , 以下均简称为有
机肥) 的 3 个无机氮肥处理以及不施有机肥 (代
号B) 的 3 个无机氮肥处理 , 共计 6 个处理 , 即
AN0 (有机肥零无机氮) 、AN1 (有机肥中量无机
氮) 、AN2 (有机肥 2 倍量无机氮) 、BN0 (无肥对
照) 、BN1 (中量无机氮) 、BN2 (2 倍量无机氮) 。
马粪、尿素的施用量按露地的施肥标准折算为小
区施用量 , 这是设施施肥定位试验的第一部分
(继续露地偏施氮肥的试验) 。试验的第二部分
(氮、磷、钾配施试验) 是从露地高量有机肥与零
量有机肥的中量无机氮肥处理取土配施氮 (尿
素) 、磷 (过磷酸钙) 、钾 (硫酸钾) 肥 , 形成 14
个处理 , 即 AP、AK、ANP、ANK、APK、ANPK、
BP、BK、BNP、BNK、BPK、BNPK, 加上与试验
第一部分共用的 AN1、BN1 两个处理 (AN1、BN1
既作为第一试验部分的一个氮素水平 , 又作为第
二试验部分的配施氮素处理) 。第二部分试验只
表 1 　设施蔬菜长期定位试验施肥处理
Table 1 　Fertilizer treatments of long2term fertilization trial
in vegetable protected field
处理代号
Treatment
马粪
Manure
(kg·plot - 1)
尿素
Urea
(g·plot - 1)
过磷酸钙
Calcium supper
phosphate
(g·plot - 1)
硫酸钾
Potassium
sulphate
(g·plot - 1)
AN0 11125 　0 　0 0
AN1 11125 9718 　0 0
AN2 11125 19516 　0 0
AP 11125 　0 720 0
ANP 11125 9718 720 0
AK 11125 　0 　0 53179
ANK 11125 9718 　0 53179
APK 11125 　0 720 53179
ANPK 11125 9718 720 53179
BN0(对照Control) 0 　0 　0 0
BN1 0 9718 　0 0
BN2 0 19516 　0 0
BP 0 　0 720 0
BNP 0 9718 720 0
BK 0 　0 　0 53179
BNK 0 9718 　0 53179
BPK 0 　0 720 53179
BNPK 0 9718 720 53179
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有一种施肥量 , 未设施肥水平。具体肥料施用量见表 1。共 18 个处理 , 3 次重复 , 54 个小区 (小区面
积 115 m2) 组成的设施栽培定位施肥微蛆试验设在长年覆盖的塑料薄膜大棚内。每个小区建成 018 m
深的无底水泥池。有机肥与磷、钾肥于定植前一次施入 , 尿素在生长季节内分两次追肥。供试土壤的
有机质含量本底 (1988 年试验前) 为 2413 g·kg - 1。
在蔬菜采收结束和清理田园后 , 用 5 点采样法采取 20 cm 表土层的混合土样 , 于室内风干后分别
过 110 mm 和 0125 mm 筛 , 备用。测试方法 : 有机质含量采用油浴 —K2Cr04 容量法 ; 易氧化有机质采
用袁可能法〔5〕; 腐殖质分组采用科诺诺娃修改法〔6〕; 活性腐殖质采用 KMnO4 氧化法〔7〕。
2 　结果与分析
211 　土壤有机质量与稳定性的变化
21111 　偏施氮肥条件下有机质含量的变化 　在露
地 815 年试验后 , 有机肥与高量无机氮肥配施处
理 (AN2) 的土壤有机质含量已经从 2413 g·kg - 1
(本底值) 上升到 3318 g·kg - 1 , 增长了 39109 % ,
平均年增长 4160 % ; 不施有机肥而单施 2 倍量尿
素的小区 (BN2) 有机质含量下降到 2212 g·kg - 1 ,
下降 9146 % , 平均年下降 1111 % ; 而空白试验区
(BN0 无肥对照 ) 下降到 2115 g ·kg - 1 , 降低
11152 % , 平均年下降 1136 % , 但不施氮素化肥而
仅施有机肥小区 (AN0) 有机质含量上升到 3014 g
·kg - 1 , 增长了 25110 % , 平均年增长 2195 %。在
此基础上 , 又经过 6 年的设施栽培 (表 2) , 施有
机肥和 2 倍量无机氮 (AN2) 处理从 3318 g·kg - 1
上升到 4114 g·kg - 1 , 增长 22148 % , 平均年增长
3146 % ; 仅施 2 倍量无机氮 (BN2) 小区有机质含
量由 2212 g ·kg - 1 下降到 2016 g ·kg - 1 , 下降
7120 % , 年下降 1120 % ; 对照区变化不大 , 由
2115 g·kg - 1降低到 1912 g·kg - 1 , 降低 10170 % ,
平均年降低 1178 % ; 而处理 AN0 有机质含量则由
3014 g·kg - 1上升到 3112 g·kg - 1 , 增长了 2163 % ,
年平均增长 0144 %。
21112 　氮、磷、钾肥配施条件下土壤有机质含量的
变化　在施用有机肥基础上配施 N、P、K肥处理 ,
与只施有机肥 (AN0) 比较 , 经过设施栽培 6 年 , 土
壤有机质含量提高 2118 %～3310 % , 其中尤以AN1、
表 2 　偏施氮肥下的土壤 2002 年有机质含量
Table 2 　The content of organic matter ( O1M) in 2002
处理 Trement 有机质含量 Content of O. M(g·kg - 1)
AN0 3112 b A
AN1 4014 a A
AN2 4114 b A
BN0 (对照 Control) 1912 d C
BN1 2014 c B
BN2 2016 c B
　　注 :各处理的平均值作 Duncanpis 多重检验 ,字母不同者差异显
著 ( P ≤0105)或极显著 ( P ≤0101) 。
Note : Mean difference of treatment identified by Duncanpis multiple
range test . Means followed by different letters differ significantly at P ≤0105
or P ≤0101.
表 3 　配施 NPK的土壤 2002 年有机质含量
Table 3 　The content of soil organic matter( O. M) in 2002
处理 Treatment 有机质含量 Content of O. M(g·kg - 1)
AN1 4014 ab ABC
AP 4115 a A
AK 4111 ab A
APK 4019 ab AB
ANP 3818 cd C
ANK 3916 bc BC
ANPK 3810 d D
BN1 2014 e D
BP 2011 ef D
BK 1915 ef D
BPK 1818 f D
BNP 2010 ef D
BNK 1910 ef D
BNKP 1816 f D
　　注 : 同表 1。Note : the same with table 1.
AP、AK以及 APK的处理含量较高 ; 而不施有机肥的各处理 , 与 0 对照比较 , 几乎没有太明显的变化。
配施 P、K肥后 , 施有机肥处理中以 AP 处理增长最大 , 而以 ANPK处理增长率最低 , 这可能与
N、P、K配施后增加了植株对 N、P、K的吸收 , 从而加速了有机质的分解有关。不施有机肥处理中
以 BP 处理增长率较高 , BNPK增长率最低 , 这与有机肥处理有着相似的变化规律 (表 3) 。
21113 　土壤有机质氧化稳定性的变化 　施用有机肥或有机肥与无机氮肥处理的易氧化有机质含量明
显高于单施无机氮肥的处理 , 有机质的氧化稳定系数 ( Kos) 也随之下降 ; 与本底值比较 , 1996 年 10
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月测得的有机肥处理 (平均) 易氧化有机质含量提高了 37 % , 而单施无机氮肥的处理 (平均) 则降
低了 30 % (表 4) 。
表 4 　不同施肥对土壤有机质稳定性的影响
Table 4 　Effect of fertilizers on stability of soil organic matter ( O. M)
处理
Treatment
易氧化有机质Liable oxidizing organic matter (g·kg - 1)
1990 - 10 1992 - 07 1994 - 10 1996 - 10
有机质的氧化稳定系数 Kos
1990 - 10 1992 - 07 1994 - 10 1996 - 10
AN2 14112 17148 17168 18179 11137 11221 01644 01958
AN1 13191 19172 18190 19117 11042 01963 01456 01910
AN0 14136 17175 15199 19166 11117 11019 01729 01811
BN2 10121 10113 8197 10109 11390 11606 11382 11593
BN1 9181 10105 8146 10107 11681 11679 11271 11509
BN0 (对照 Control) 9146 12109 9140 9123 11600 01937 11297 11600
212 　土壤腐殖质的数量及其组成的变化
21211 　土壤腐殖质数量的变化 　从表 5 可以明显看出 , 施用有机肥 , 特别是有机肥与无机氮肥配施
的处理能显著地提高土壤腐殖质含量 , 而单施无机氮肥处理 , 不仅降低了土壤有机质含量 (表 1) ,
与试验前 (本底值 14197) 比较 , 在试验过程中 , 腐殖质量始终没有增加。
21212 　活性腐殖质含量及其活化度的变化 　能被 KMnO4 氧化的腐殖质为活性腐殖质 , 其占腐殖质重
量的百分数称为腐殖质活化度。在 815 年露地试验过程中 , AN2、AN0 等施用有机肥的处理 , 活性腐
殖质随年份延长而逐渐增加 , 到 1996 年 , 分别比试验前 (本底值) 提高了 52172 %、41183 % ; 而 BN2
与对照则随年限延长而逐渐降低 , 到 1996 年 , 分别比本底值降低了 5116 %、9189 %。同时 , 施用有
机肥处理的腐殖质活化度提高了 1010 %～1213 % , 而单独施用高量无机氮肥处理 , 始终在试验前本底
值 (46164 %) 的水平上下波动 , 无明显变化 (表 5) 。
表 5 　土壤松结态腐殖质及活性腐殖质含量的变化
Table 5 　changes of humus and active humus in extra2humus
处理
Treatment
松结态腐殖质 Humus(g·kg - 1)
1990 1992 1994 1996
活性腐殖质 Active humus( %)
1990 1992 1994 1996
AN2 19108 20149 20181 20145 52136 52107 52157 52162
AN0 17152 18175 19160 18174 51153 51131 51148 52183
BN2 15109 14155 14162 14127 46172 46152 47112 46137
21213 　土壤松结态腐殖质 PQ 值的变化 　腐殖质 PQ 值是指松结态腐殖质中胡敏酸所占的比例。与活
性腐殖质的变化规律完全一样 , 比如 , AN2 处理从 1988 年的 29197 (本底值) 增长到 1996 年的 41140 ,
而 BN2 处理几乎与对照一样 , 则从 29197 降低到 1996 年的 27167。
213 　胡敏酸的化学性质的变化
　　以 AN2 与 BN2 比较 , 前者不仅使菜田土壤腐
殖质组成发生变化 , 即胡敏酸含量的增加 , 而且
胡敏酸的光密度降低 (图 1) , E4/ E6 (胡敏酸碱
溶液在 465 nm 和 665 nm 的光密度比值) 比值有
所增高 (51257 > 41549) , 说明胡敏酸分子中芳香
环的缩合度、芳构化度和分子量产生了变化 , 即
施用有机肥处理的胡敏酸的光密度降低及 E4/ E6
的升高真正说明土壤胡敏酸分子量变小 , 芳构化
程度降低 , 活性提高。
图 1 　定位施肥对土壤胡敏酸光学性质的影响
Fig. 1 　Effects of fertilizers on optical
chemical quality of soil humus acid
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3 　讨论
菜田土壤的有机碳库的形成与其矿化分解是个极其缓慢的过程 , 在本试验的中等肥力土壤 (土壤
有机质含量 2413 g·kg - 1) 上 , 要想达到高度培肥 (土壤有机质含量达到 3～4 g·kg - 1以上) 的程度 ,
在每年重施有机肥 (75 t·hm - 2·a - 1纯马粪或相当于该用量的有机质含量) 的条件下 , 需要经过 10～
15 年的时间。应该指出 , 有机肥无机氮肥配施可比有机肥单施提高土壤有机质含量 , 而在露地条件
下 , 单施无机氮肥不但不能增加有机质含量 , 反而有所降低 , 这与沈善敏提出的在大田作物上的试验
结果〔2〕不一致 , 可能是大田作物 (根茬大) 与蔬菜 (根系弱) 有差别。从空白试验的对照来看 , 经过
露地 815 年 , 土壤有机质从 2413 g·kg - 1降到 2115 g·kg - 1 , 再经过设施 6 年栽培 , 土壤有机质量始终
徘徊在 1190 %上下 , 可以把它大致认定为是在该类土壤上栽培蔬菜 (番茄) 的土壤有机质平衡状态。
如果比较试验的“全程”, 则可发现 , 在同样施用有机肥条件下 , 露地比设施的有机质积累速度
快 , 前者比后者平均年增长量加大 1114 % (AN2) ～2151 % (AN0) ; 而对照 (空白试验) 则是露地比
设施下降稍缓 , 后者比前者年平均降低速度增大 0109 % (BN2 ) ～0142 % (对照) 。可见 , 由于设施特
定环境的影响 , 在同等施肥条件下 , 设施的培肥速度要慢于露地。土壤有机质数量的表观消长变化还
与有机质矿化率有关 , 根据空白试验计算 (氮通量法) , 在本试验下 1415 年的有机质年矿化率在
710 %～1111 %的范围 , 露地平均为 8167 % , 设施平均为 9154 %。这一方面说明设施内有机质量增长
速度低于露地的原因之一 , 另外也可看出在肥力较高的菜田土壤上 , 有机质矿化率明显高于一般土
壤〔8〕。在偏施氮肥基础上 , 配施磷、钾肥可以在一定程度上增加土壤有机质含量 , 但必须是以连年施
用有机肥为前提 , 否则没有明显效果。
土壤肥力的基础是土壤有机质 , 而有机质对培肥的作用表现于“量”与“质”两个方面。随着有
机肥特别是有机无机肥配施的施用年限延长 , 土壤易氧化有机质的含量逐渐增加 , Kos 有所下降 , 有
机质的品质不断改善。土壤有机质氧化稳定系数高低关系有机质的矿化、养分的释放以及土壤肥力 ,
最终影响作物产量 , 可以作为有机质质量衡量的一项重要指标〔9〕。在本试验条件下 , 易氧化有机质量
与蔬菜产量的相关系数达到极显著水准 r = 01763 3 3 (n = 10) 。长期施用有机肥或有机无机肥配施培
肥土壤的基本特点不仅是土壤有机质量的不断提高 , 同时提高了土壤松结态腐殖质含量 , 提高胡敏酸
的比例 (PQ 值增大) , 促进土壤腐殖化进程 ; 提高胡敏酸的 E4/ E6 值 , 降低土壤胡敏酸的分子量及芳
构化程度 , 改善有机质的品质 , 不仅可以保持土壤始终存在一定数量的活性有机质 , 改善土壤的养分
供应 , 协调土壤肥力的各个因子 , 同时也能为作物生长发育提供良好的土壤环境。可见 , 有机栽培的
真正而全面的效果 , 并不在于有机肥施用的当年或近期 , 而是连年施入有机肥饲养微生物 , 加上整套
的精耕细作制度逐步提高土壤肥力与改善土壤环境 , 使菜田土壤达到温、润、肥、厚的程度 , 这就是
我国菜农在菜田土壤培肥方面的基本经验〔10〕, 在我国蔬菜生产进入产业化阶段并向现代化发展的过
程中 , 切切不能丢掉我国传统农业中有机农业的精华 , 不应将施用有机肥当作一般的施肥方法或技
术 , 而是土壤培肥这项基础性工作的可靠、持续发展的有效途径 , 应将其与现代科学与技术结合起
来 , 创造出具有我国特色的现代化蔬菜产业。
参考文献 :
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