全 文 ：园 艺 学 报 2004，31(2)：178～182
Acta Horticuhurae Si ca
长期施肥条件下菜田一蔬菜生态系统变化的研究
(Ⅱ)土壤理化性质的变化
葛晓光 张恩平 高 慧 张 昕 王晓雪
(沈阳农业大学园艺学院，沈阳110161)
摘 要：随着土壤有机质含量的提高，大约占土壤全氮含量95％的可矿化氮量也随之增加，土壤供氮
能力增强；而单施氮素化肥以及在此基础上配施磷钾肥的处理，土壤中氮库难以扩大，碱解氮的含量急剧
下降。在设施内长期施肥后土壤全磷富集，钾素不足。长期偏施过量无机氮肥加速了土壤的酸化及交换性
盐基数量的下降及其比例的失调，设施栽培长期施用有机肥以及氮磷钾配施可阻止其进程。土壤物理性退
变是从量变到质变的长期过程，对土壤的破坏性很大。
关键词：蔬菜；定位施肥；设施栽培；土壤；理化性质
中图分类号：S 63；S606；S 181 文献标识码：A 文章编号：0513-353X(2004)02-0178-05
Studies on Changes of Field——Vegetable Ecosystem under Long·-term Fixed
Fertilizer Experiment
(I)Changes of Physical and Chemical Nature of Vegetable Soil
Ge Xiaoguang，Zhang Enping，Gao Hui，Zhang Xin，and Wang Xiaoxue
(College ofHonwulture，Shengyang Agricultural University，Shenyang 110161，China)
Abstract：With the increase of soil organic matter，the mineralizable nitrogen，which is about 95 percent
of soil total nitrogen，Was also increased，thus soil can provide more nitrogen．In the treatments with applica—
tion of nitrogen alone or combination with phosphorous an d potassium，it Was dificult for the N sink to be en—
larged，SO the available nitrogen Was decreased quickly．Long—term fertilization trial in protected field showed
that the soil Was rich in total phosphorus and lack of potassium．Excessive and long—term application of inor—
ganic nitrogen alone accelerated the progress of soil acidization，decreased the exchangeable bases and their
proportion Was in disorder．Such problems can be prevented by application of organic matter，protected cuhi—
vation an d comb ination tll phosphorus an d potassium． Soil physical degradation Was a long—term progress
from quantity change to quality change and it Was destructive to soil productivity．
Key words：Lo ng—term fixed fertilization；Protected vegetab le cultivation；Soil mineral nutrients；Soil
acidization；Soil exchan geab le base
长期施肥试验和一般的肥料试验不同，不仅要求获得肥料效果的信息，更重要的是要求掌握不同
施肥条件下土壤理化性质的变化及其所产生的影响。本文是将14．5年的试验结果中有关土壤的养分、
pH值、盐基饱和度、容重以及孔隙度等理化性质的变化进行总结。国内有关菜田土壤理化性质的调
查报告较多 ，但未见长期施肥试验的报道。
1 材料与方法
试验作物同前文 。试验前 (1988年)土壤的有机质含量24．30 g·kg～，全氮含量 1．164 g·
kg～，全磷含量 1．374 g·kg一，碱解氮 86．41 g·kg～，有效磷 70．8 g·kg～，速效钾 56．14
收稿日期：2003—08—14；修回日期：2003—11—10
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (39970515)
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2期 葛晓光等：长期施肥条件下菜田一蔬菜生态系统变化的研究 (I)
g．kg～，交换性盐基总量 14．56 cmol·kg～，交换性钙含量 11．43 cmol·kg～，交换性镁含量2．59
cmol·kg～，pH值6．75。
试验过程及处理同前文 引。
每年茬后用土钻按5点取样法取0～20 cm耕层土样，于室内风干后过1 mm筛备用。有机质用重
铬酸钾容量法；土壤全N采用催化剂消煮法；土壤碱解氮采用碱解扩散法；土壤全磷采用 HC10 一
H sO 消煮一钼锑抗比色法；土壤有效磷采用0．5 mol·L～NaHCO 浸提一钼锑抗比色法；土壤速效
钾采用1 mol·L～NH OAc浸提一火焰光度法；土壤交换性 Ca、Mg采用1 mol·L～NH OAc交换土
壤一原子吸收分光光度计法；土壤交换性K、Na采用1 mol·L～NH OAc交换土壤一火焰光度计法，
土壤交换性盐基总量为交换性Ca、Mg、K、Na之和；土壤pH采用pH计法；土壤容重与孔隙度采用
环刀法
2 结果与分析
2．1 土壤矿质养分量的变化 表1土壤有机质与土壤肥力的相关
土壤矿质养分的变化主要受土壤有机质与矿
质肥料施用两个方面的影响。
2．1．1 土壤有机质对矿质养分量变化的影响 根
据试验资料计算，土壤有机质含量无论与土壤全
量、速效养分含量和易氧化有机质量以及土壤有
机质的吸肥保肥能力均有极其密切的关系，它们
之间的相关关系均达到极显著水平 (表1)。露地
前5年试验的土壤矿质营养量的变化已经发表 J，
以下主要介绍后 9．5年，特别是后 6年设施栽培
条件下矿质营养的变化。
2．1．2 土壤氮素的变化 经过6年的设施栽培
Table1 The correlation between soil or~mkmater(I)-M．)
and soilfertillty (n=10)
全氮含量Total N 0．946一
碱解氮含量 Alkaline hydrolysis N 0．889一
可矿化氮量 Mineralized N 0．844一
全磷含量Total P 0．814一
有效磷含量Available P 0．969一
缓效钾含量 Slowly available K 0．916一
速效钾含量AvailableK 0．965一
土壤阳离子代换量CEC 0．865—
0．942‘‘
0．847‘‘
0．865‘‘
0．864 ’
0．96l ‘
0．962’‘
0．982‘‘
0．858’‘
(1997～2002年，以下同)，土壤全氮的增长率为：有机肥偏施氮肥各处理为35．59％ ～63．33％，单
施氮素化肥的各处理为1．77％～29．Ol％；配施磷、钾的各处理全氮含量均有不用程度的增长，有机
肥配施各处理增长53．8l％～67．62％，单施无机氮肥配施的增长9．76％～23．23％；而碱解氮的变化
情况则与全氮不同，有机肥偏施氮肥各处理的增长率为2．o7％～8．47％，单施无机化肥的各处理却
降低了26．62％～32．48％；配施磷、钾的各处理碱解氮的变化规律也基本相同，有机肥配施的各处
理增长率为4．27％～15．66％，而单施无机氮肥配施的各处理则下降24．46％～34．98％。
从土壤可矿化氮的变化来看，有机肥高氮处理 (AN )比有机肥不施氮处理 (AN。)增长
38．53％，而单施无机氮肥处理 (BN )与对照相比，降低了27．23％。与相应的有机肥处理比较，
AN2比BN2提高了2o2．17％，AN0比BN0提高了74．66％。
2．1．3 土壤磷素的变化 经过6年的设施栽培，土壤全磷的增长率为：有机肥偏施氮肥各处理为
68．38％～85．89％，单施无机氮肥的各处理为45．98％ ～56．20％；配施磷钾肥的各处理全磷含量也
都有较大幅度的增长，尤以配施磷肥的处理更为显著，有机肥配施磷钾肥的增长率为75．47％ ～
182．4％，单施无机氮肥配施处理的增长率为49．4l％～151．2％。从有效磷的增长情况来看，有机肥
偏施氮肥各处理增长率为53．37％～123．04％，单施无机肥各处理为4．88％ ～28．29％；有机肥配施
磷钾肥的各处理增长幅度为60．45％～202．50％，无机氮肥配施的为一13．57％～144．08％，其中配施
磷肥的各处理，增长率都处于高位。
2．1．4 土壤钾素的变化 经过6年的设施栽培，土壤速效钾增长率为：有机肥偏施氮肥处理为
9．93％～14．41％ ，单施无机氮肥各处理为一25．46％～一41．18％；配施磷钾肥的各处理中，有机肥
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园 艺 学 报
配施的增长6．64％一32．26％，无机氮肥配施的均为负增长 (一1．88％ 一一41．14％)。至2002年，
偏施氮肥处理的土壤的速效钾含量发生了很大的变化。有机肥的3个偏施氮肥处理极显著地高于无机
肥的3个处理。而AN 、AN 处理极显著地高于AN。处理，AN。又显著地高于AN 处理，无机肥的3
个处理之间均没有达到显著性差异。配施磷、钾肥后，至2002年，土壤的速效钾含量也发生了很大
的变化。有机肥处理中，APK极显著地高于ANP、ANK，而ANP又显著地高于ANK。无机肥处理
中，BNK、BPK极显著地高于BNP，而BNK与BPK之间差异没有达到显著性水准。无机氮肥配施的
各处理为负增长，其中未配施钾素处理降低更为显著。
2．2 土壤pH值的变化
从图1(A)看出，各个处理的pH值随年份
变化总体上都略有波动。不同年份间的pH值，
AN 总是处于最低水平，AN。处于最高水平，而
ANPK的pH值波动较大，即在有机肥条件下随施
氮量的增加pH值逐渐下降，但施用有机肥可以减
弱无机氮肥对土壤的酸化作用。6年平均pH值大
小为：AN0>ANPK>AN1>AN2。从图 1(B)可
见，BN2只有在1998年时高于BN。，其它年份均
处于最低水平，表明不施有机肥条件下随施氮量的
增加土壤 pH值呈下降趋势，而BN。、BN 之间差
异不明显，BNPK处理要稍高于BN 处理。6年平
均pH值大小为：BN0>BN1>BNPK>BN2。进一
步比较有机肥处理与无机肥处理间的差异表明：各
年平均值均大于无机氮肥处理，其中1997年有机
肥与无机氮肥处理之间平均差值为0．7个单位。
2．3 土壤交换性盐基数量的变化
图1 长期施肥对土壤pH值的影响
rig． 1 Efect offertilization oil soil pH
2．3．1 土壤交换性盐基总量的变化 在设施栽培连续有机肥无机氮肥配施条件下，平均交换性盐基
总量为AN1>AN0=ANPK>AN2；连续施用无机氮肥情况下，交换性盐基总量平均值为BN >BN。=
BNPK>BN 。进一步比较有机肥处理与无机肥处理间的差异表明：除1998年外，有机肥处理的各个
年份平均值均大于无机氮肥处理的各个年份平均值，至2001年其差值为4．356 emol·kg～。
2．3．2 土壤交换性钙、镁的变化 从表2看出，交换性 ca的含量随不同施氮量而变化，每年均是
BN2含量最少，最小的2001年仅为7．15 emol·kg～，比同年份的AN 降低 10．73 emol·kg～。2001
年分别以AN。、BN。处理最高，而ANPK的含量比BNPK的含量高，一方面说明施有机肥可以增加土
壤ca的含量，另外，也可证明，适当施用无机N肥可以提高土壤交换性 ca含量，而过量施用N肥
可使土壤交换性ca含量降低。交换性 Mg含量的变化是随施N量的增加而逐年下降，施用有机肥的
处理要高于未施有机肥的处理，ANPK处理交换性Mg含量介于AN。与AN 之间，BNPK也有类似的
变化趋势。至2001年，AN1比BN2交换性Mg含量增高了2．48 cmol·kg～。
从交换性Ca、交换性Mg占盐基总量的百分率来看：交换性Ca含量占交换性盐总量的百分率变
动在58．59％一71．45％范围内。有机肥条件下，随施N量的增加而略有增加，过量施用N肥反而下
降，AN0、AN1、AN2三个处理平均值为62．33％、65．29％、64．27％，即AN >AN >AN ，而ANPK
处于三者之间。无机肥条件下的变化与有机肥的变化规律相似，即BN >BN >BN。，而BNPK>BN 。
交换性 Mg含量占交换性盐基总量的百分率变动在25．54％～36．04％范围内。有机肥条件下，随施N
量的增加而下降，AN0、AN1、AN2三个处理平均值分别为32．23％、29．87％、31．12％，即 AN >
AN2>AN1。无机肥条件下表现为BN2>BN0>BN 。
0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 8 6 4 2 O 8 6 4 2
7 6 6 6 6 6 5 5 S 5 6 6 6 6 6 5 5 5 5
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2．4 土壤物理性的变化
经过长期的定位施肥处理，到2002年，土壤容重及孔隙度发生比较明显的变化。
从图2可以看出，经过了多年的连续施肥，施有机肥处理的土壤容重在1．115～1．290 g·cm 范
围内，不施有机肥的处理均高于施有机肥的处理 (1．288～1．429 g·cm )，BN。处理达到了最高值，
表明长期施无机肥加速了土壤的板结。而在无机肥处理中BNPK的容重较低，表明在同等条件下施用
无机肥时，NPK配合施用对改善土体环境有一定的作用。
鋈 ㈣㈣ 70 6o‘§5．暑4
从图3看出，有机肥处理的土壤孔隙度均大于无机肥的相对应处理，且均在 50％ ～56％的范围
内；无机肥处理仅有BN 、BNPK两个处理的土壤孔隙度较大，分别为51．14％、51．41％，其余的处
理则较之更低，这进一步说明长期施用有机肥对土壤物理性的改善作用是很大的。
3 讨论与结论
土壤有机库的大小直接影响土壤的养分供给能力与供给量。在土壤有机质量基本稳定的条件下，
可以通过有机质含量大致计算出土壤的养分含量。试验中利用前5年 (10茬)的100对数据 (3次
重复平均)进行回归分析得出以下数学模型：Y=(一22．7021+2．1504X)／X，Y为土壤全氮含量
(g·kg )，X为土壤有机质含量 (g·kg )，r=0．7028一 ；Y=(一34．5873+2．606X)／X，Y为土
壤全磷含量 (g·kg )，x为土壤有机质含量 (g·kg )，r=0．8779一；土壤有机质含量高低也决
定土壤可矿化氮量的大小，相关方程为：Y (可矿化氮量) =299．9+150．6X (有机质含量)，r=
0．844一 (n=9)；土壤可矿化氮量与土壤全氮及碱解氮的相关方程为：Y (可矿化氮量) =
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182 园 艺 学 报 31卷
一 225．29+291．89X(土壤全氮量)，r=0．9534一 (n=9)；Y (可矿化氮量)=一154．9+4．17X
(碱解氮量)，r=O．9281一 (n=9)。可见，随着土壤有机质含量的提高，大约占土壤全氮含量95％
的可矿化氮量也随之增加，说明土壤供氮能力的增强；与之相反，单施氮素化肥以及在此基础上配施
磷钾肥的处理，由于有机质量偏低，土壤供氮能力大大下降。试验资料指出，长期单独施用氮素化肥
的土壤中N库难以扩大，碱解氮的含量急剧下降，说明无机氮肥的施用可提供氮素供给蔬菜的需要，
但对提高土壤的供氮作用很小。在本试验中，随着年份的增加，各个处理的土壤全磷含量均表现出增
加的趋势。长期偏施 N肥条件下，有机肥处理随施 N量的增加而有所下降，增加量最少的AN。处理
6年内还增加了68．38％；而无机肥处理随施 N量的增加而表现为逐渐增加，BN 6年内增加了
56．20％。这充分说明在设施内长期施肥后土壤全磷明显富集，从而造成土壤养分的极度不平衡。配
施P、K肥后，AP处理土壤全P的增长率达到了182．44％。如果从当年的养分平衡来看，除了施磷
的各处理外，其余均表现亏缺；这说明磷素在菜田中的富集是一个过程，并非施人一次磷肥就能保证
多年的的作物吸收，而当富集达到一定量时，即使不连续供给磷肥，也不会明显影响作物的产量。偏
施N肥的有机肥处理，土壤的速效K有一定的增长，而单施无机氮肥的各处理则全面降低，最大降
低程度可达40％以上。配施P、K肥后，除了配施钾肥处理有明显的增长外，其它的有机肥处理均增
加量不大，而单施无机氮肥的各处理，配施后钾素仍然全面降低，即使配施钾素的处理，也有比较明
显的下降。说明在设施蔬菜栽培条件下，钾素不足是其突出的特点。在栽培条件下，钾素的不足或过
量往往不像氮素那样敏感而产生毒害，因此钾素的危害就容易被掩盖。在钾素作用的发挥上，必须注
意钾肥的施用量与氮钾的比例两个方面。依据本研究定位试验及盆栽试验资料，从吸收量来看，N：K
以 1：1．12—1．33为宜；从施肥角度来看，以1：1．45为宜。
长期偏施过量无机N肥加速了土壤的酸化，交换性盐基总量降低，但与栽培环境有密切关系，
设施栽培下得到一定程度的缓解进一步证明淋溶是露地栽培中促使土壤酸化的主要原因之一【6]。另
外，到2002年，ANPK、BNPK两个处理的 pH值与AN。、BN。相接近，说明不论是否施用有机肥，
氮磷钾配施对防止土壤酸化都具有一定的作用。可以认为，施用有机肥，设施栽培以及氮、磷、钾配
施可以减弱土壤的酸化进程。E．W．Russel(1973)认为，北温带肥沃农田的土壤交换性盐基最佳
组成是 Ca¨ 80％，Mgn 15％，而设施栽培下的5年中 (1997—2001年)，各处理 Ca ／盐基总量为
58．59％ (BN2)一71．45％ (BNPK)，Mgn的比例为25．54％ (BNPK)一36．o4％ (AN，)，而 1992
年 (露地栽培试验第4年)，各处理交换性Ca“／盐基总量为72．36％一80．74％，交换性Mg 比例为
14．90％一23．26％，如果说露地试验期间，土壤盐基组成还基本上保持最佳比例，随着栽培时间的延
长，特别是转人设施栽培后，比例逐渐失调，这说明经过多年的偏施N肥以后，土壤的供钙能力下
降，造成了土壤结构的破坏。
经过14．5年的施肥定位试验，有机肥处理的容重明显小于无机肥的各个处理，二者相差0．135
g·em～；而土壤孔隙度的变化与之相反，二者相差3．73％，其中BN，处理的土壤容重已经达到了
1．429 g·em～。多年施肥对土壤物理性变化的影响表明，土壤肥力发生了质的改变，土壤板结，通
气性差，蔬菜生育与产量以及产品品质均受到严重的影响，从生态系统的稳定性来看，土壤劣变是经
过一个较长的由量变到质变的过程，一旦土体结构遭到破坏，恢复过程也必然很长。
参考文献：
1 王雪冲．菜田土壤肥力特征的变化及其栽培措施．土壤通报，1985．16(6)：180～183
2 梁成华．蔬菜保护地土壤肥力特征及其调控研究：[博士学位论文]．沈阳：沈阳农业大学，1996．11—18
3 葛晓光，张思平，张 昕，等．长期施肥条件下菜田一蔬菜生态系统变化的研究 (I)．园艺学报，2004，31(1)：34～38
4 葛晓光，王晓雪，付亚文，等．长期定位施用氮肥对菜田土壤肥力变化的影响．中国蔬菜，1997．5：1～6
5 张恩平．番茄钾营养的作用及其机理的研究：[博士学位论文]．沈阳：沈阳农业大学．2003．68～77
6 鸠田永生．野菜 荣养生理 土壤．束京：农山渔村文化协会．1976．23～35
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