全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2004 , 31 (5) : 598～602
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2003 - 11 - 10 ; 修回日期 : 2004 - 02 - 23
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
( Ⅳ) 蔬菜生态系统的变化
葛晓光　高　慧　张恩平　王晓雪 　张　昕
(沈阳农业大学园艺学院 , 沈阳 110161)
摘 　要 : 以 2002 年设施番茄栽培为代表计算其 N、P、K投入量与携出量之间的表观平衡状态 , 其结
果基本上和 1415 年后的土壤实测值与设施栽培本底值之间纵向比较的增长关系一致 , 前者只能说明系统养
分变化的趋势 , 后者才是实际的养分盈亏状态 , 养分盈亏主要取决于有机肥的施用与养分元素的供给。5
个代表性处理模拟了蔬菜施肥的不同现状 , 从土壤肥力及产量等方面的变化真实反映出各自的系统变化及
发展趋势 , 在本试验条件下以 AN K施肥下的系统最优。对有机肥施用、化学肥料的配施以及测土施肥等
问题进行了探讨。
关键词 : 蔬菜 ; 长期定位施肥 ; 养分盈亏 ; 循环系统 ; 测土施肥
中图分类号 : S 63 ; S 606 ; S 181 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2004) 0520598205
Studies on Changes of Field - Vegetable Ecosystem under Long2term Fixed
Fertil izer Experiment
( Ⅳ) Changes of Field - Vegetable Ecosystem
Ge Xiaoguang , Gao Hui , Zhang Enping , Wang Xiaoxue , and Zhang Xin
( College of Horticulture , S hengyang A gricultural U niversity , S henyang 110161 , China)
Abstract : Apparent bacauce of input and output of NP Kobtained f rom protected tomato in 2002 coincided
with the real nutrient increase or loss between the starting point under protected condition and practical nutri2
ent content 1415 years later. The former showed the trend of nutrient system changes , while the latter was the
actual status of nutrient increase or loss. The nutrient increase or loss was mainly determined by the application
of organic manure and nutrient supply. Soil fertilities and yields and other parameters of five typical t reatments
reflected the actual changes of each system , and the AN K treatment turned out to be the best system in our
long2term fertilization trial. The application of organic manure , combination of chemical fertilizer and soil2test2
ing fertilization method were discussed on the base of summarizing the long2term of fertilization trial.
Key words : Vegetable ; Long2term fixed fertilization ; Apparent nutrient profit or loss ; Vicious circle
system ; Soil2testing fertilization
像菜田这样的人工开放生态系统 , 研究其系统的变化首先应重视养分投入与养分携出之间的平衡
状态。但是 , 一般的肥料试验只能计算当茬的养分投入量与携出量及其盈亏 , 这只是表观的 , 因为系
统的变化还要受其它诸多因子的影响 , 这也正是农业生态系统与自然生态系统的不同特点〔1〕。在长
期定位施肥条件下实际测出的养分消长变化才是真实的。本文以养分盈亏为出发点 , 结合以前的全部
研究资料提出并阐述几种比较典型的菜田 —土壤生态系统及其变化。
1 　材料与方法
111 　试材
试验作物同本论文 Ⅰ〔2〕。
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112 　方法
试验前土壤的理化性质同本论文 Ⅱ〔3〕。前 815 年露地定位试验为 2 因素 (施用有机肥与施用无机
氮肥) 3 水平 (纯马粪低量、中量、高量分别为 0、3715、75 t·hm - 2·a - 1 ; 尿素施用量在 1988 年秋
茬至 1990 年秋茬相应为 300、600、900 kg·hm - 2·a - 1 , 1991 年秋茬至 1996 年秋茬相应改为 0、300、
600 kg·hm - 2·a - 1) 设计 , 3 次重复 , 随机排列 ; 1997 年进入设施栽培试验后除去中量有机肥处理 ,
并以施用有机肥与不施有机肥的中量无机氮肥处理的土壤为基础配施氮、磷、钾肥形成 18 个处理 , 3
次重复共 54 个小区 (小区面积 115 m2) 的设施栽培定位施肥微区试验。18 个处理代号 (以 A 代表有
机肥 , B 代表无机氮肥) 为 : AN0 (低) 、AN1 (中) 、AN2 (高) 、BN0 (低) 、BN1 (中) 、BN2 (高 ,
露地试验的继续 ) 以及 AP、A K、ANP、AN K、AP K、ANP K、BP、B K、BNP、BN K、BP K、
BNP K。其中 N0 、N1 、N2 分别表示每小区氮肥配施量为 0、9718 g、19516 g ; P 表示每小区施过磷
酸钙 720 g ; K表示每小区施硫酸钾 53179 g。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。
113 　测试
于番茄拉秧期取植株样品 , 分器官烘干粉碎 , 测定根、茎、叶、果的全 N、全 P、全 K含量。植
株全 N 采用 H2 SO4 - H2O4消煮奈氏比色法 ; 植株全 P 采用 H2 SO4 - H2O4消煮钼锑抗比色法 ; 植株全
K采用 H2 SO4 - H2O4消煮火焰光度法。
养分收支平衡的计算方法 : 施入有机肥 (马粪) 的含水量为 48125 % , 全 N 含量、P2 O5含量、
K2O含量分别为 11045 %、01317 %、11793 %。施入的 N 素为有机 N 素与无机 N 素之和 , 而 N 素的
携出量为番茄吸收的全 N 量。每小区施入的有机 N 素量 (g) = 每小区有机肥施用量 (kg) × (1 -
有机肥含水量 %) ×有机肥全 N 含量 ( %) ×1000 ; 每小区 N 的携出量 (g) = ∑每小区各器官干物
质量 (g) ×各器官全 N 浓度 ( %) 。其它营养元素的计算方法与此类同。
2 　结果与分析
211 　不同施肥条件对菜田土壤养分收支平衡的影响
以 2002 年的最后一茬番茄长季节栽培为代
表 , 反映不同施肥制度下土壤养分盈亏的变化 , 从
计算中 (表 1) 可以看出土壤养分变化的总趋势。
21111 　氮素的表观盈亏 　施用有机肥的各个处
理 , 除 AN0 、AP、AP K 外 , 其它处理盈余 ; 而
无机肥各个处理 , 除重施氮肥的 BN2外 , 全部都
表现为亏缺。有机肥处理的平均值明显盈余 (小
区平均 19103 g) , 而无机肥处理则表现为亏缺
(小区平均 - 25104 g) 。
21112 　磷素的表观盈亏 　不论是否施用有机肥 ,
偏施氮肥的处理均表现为亏缺 , 施用有机肥的偏
施氮肥处理亏缺程度有所降低。有机肥处理中除
A K、AN K外均有盈余。无机肥处理的磷素盈亏
变化规律与有机肥基本一致 , 不同的是有机肥各
处理的平均值高于无机肥处理 (小区平均 26179 g
> 14157 g) 。
21113 　钾素的表观盈亏 　长期连续施用无机氮肥
以及配施氮磷钾肥的所有处理 , 菜田钾素的表观
表 1 　不同施肥处理小区土壤表观养分平衡状况
Table 1 　The N、P、Kapparent nutrient balance in
different fertilizing plot
处理
Treatment
N 素盈亏量
Profit and loss of
N (g·plot - 1)
P2O5 盈亏量
Profit and loss of
P2O5 (g·plot - 1)
K2O 盈亏量
Profit and loss of
K2O (g·plot - 1)
ANO - 2148 - 6188 　25194
AN1 　19136 - 13100 　16171
AN2 　73106 - 8159 　14189
AP - 8182 　69180 - 3166
A K 　12155 - 4176 　56146
APK - 0159 　74188 　44118
ANP 　33139 　75154 　15129
AN K 　15127 - 16109 　36170
ANPK 　29155 　70128 　32153
平均 Average 　19103 　26179 　26156
BNO - 49111 - 27144 - 63188
BN1 - 4190 - 15159 - 38177
BN2 　 2168 - 24163 - 82103
BP - 42127 　61167 - 60148
B K - 38144 - 22127 - 36176
BPK - 46141 　59193 - 41189
BNP - 13192 　60185 - 43177
BN K - 16188 - 21143 - 47100
BNPK 　16112 　60107 - 41106
平均 Average - 25104 　14157 - 50163
　　注 : 小区面积 115 m2。　　　Note : Plot 115 m2.
995　5 期 葛晓光等 : 长期施肥条件下菜田 —蔬菜生态系统变化的研究 ( Ⅳ) 　
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盈亏量全部出现负值 , 而且亏缺量较大。有机肥处理中只有 AP 处理少量亏缺。有机肥与无机氮肥处
理的钾素平均盈亏值差异很大 (小区平均 26156 g > - 50163 g) 。
212 　不同施肥条件对菜田—蔬菜生态系统变化的影响
根据我们在沈阳郊区蔬菜日光温室进行的土壤调查 , 比较普遍存在氮素相对过剩 , 磷素富集 , 钾
素不足以及相当一部分温室土壤有机质含量低下等问题〔4〕。针对目前温室施肥制度上存在的问题 ,
在长期定位施肥微区试验条件下 , 从施肥制度的建立 →土壤肥力的改变 →作物产量的变化 →土壤养分
吸收量的大小 →进一步影响土壤肥力变化的循环过程模拟不同的菜田 —蔬菜系统 , 研究其特点、发展
趋势以及应采取的相应对策。从施肥定位试验中选择以下几个典型的菜田 —蔬菜系统分别加以分析与
评价。
21211 　良性循环系统 —高产稳定系统 　在本试验中代表性处理为 AN K。其施肥制度 : 露地 815 年为
有机肥 (重施) 无机氮肥 (轻施) 配施 , 进入设施后又在原有基础上配施了钾肥。该处理在露地试验
结束时 , 土壤有机质含量已经由本底值增长至 3110 g·kg - 1 , 与不施有机肥的同等无机氮肥施用量处
理比较 , 除了全磷差异不大外 , 其它养分指标均显著增高。再经过 6 年的设施栽培与配施后 , 各主要
土壤肥力的指标量 (增长率 ) 为 : 土壤有机质含量 39160 g ·kg - 1 ( + 28 %) , 全氮 01336 %
( + 53 %) , 碱解氮 126126 mg·kg - 1 ( + 10 %) , 全磷 01438 % ( + 80 %) , 有效磷 158136 mg·kg - 1
( + 45 %) , 有效钾 274118 mg·kg - 1 ( + 10 %) , 土壤 p H 值 617 , 土壤容重 11277 g·m - 3 。在这样的土
壤肥力基础上 , 与对照比较 , 番茄生物产量提高 67118 % , 经济产量提高 53 % ; 每小区 (115 m2 下
同) 养分吸收量为 : N 49180 g ; P2O5 20164 g ; K2O 60119 g ; N、K2O 吸收量之比为 1∶1121 ; 每形成
100 kg 番茄产量每小区 N、P2 O5 、K2 O 需肥量相应为 114192 g ; 48116 g ; 138164 g。一茬施肥量
(有机肥与无机肥合计) 与养分携出量的盈亏值均为正值 , 无亏缺问题。
从总体来看 , 该系统能够满足持续高产稳产的要求 , 只要掌握好配施肥料的 N/ K , 3～4 年配施
一次常量磷肥 , 有机质含量达到 4010 g～5010 g·kg - 1之间的情况下每年按 10 %的矿化率增补有机肥 ,
就可以保证系统在良性循环的轨道上不断运转。
21212 　养分不平衡系统 —高肥中产系统 　在本试验中代表性处理为 AN2 。与 AN K处理比较 , 除了
有机质 (4114 g·kg - 1) 、速效磷 (220114 mg·kg - 1) 偏高 , p H 值偏低 (612) 外 , 其它指标几乎没有
太大的差异。特别指出的是 , 其速效钾的含量 (28815 g·kg - 1) 不仅不低而且还稍高于 AN K , 应该
认为是高度培肥的菜田土壤。尽管在 1415 年中 , 产量不断上升 , 但最终生物产量与经济产量却明显
低于 AN K系统 , 与对照比较 , 只相应提高了 35 %、25 %。所不同的是 , 该处理 N、K2O 吸收量之比
为 1∶1101。可以认为 , 虽然土壤速效钾的含量并不低 , 由于长期不施钾肥 , 土壤供钾强度下降 , 加上
在土壤有机质与氮素、磷素含量均较高的条件下 , 不配施钾肥 , 就会使土壤养分失去平衡 , 成为产量
提高的主要限制因子。在我国北方日光温室蔬菜生产中 , 特别是一些生产年头较长的温室 , 每年大量
施入有机肥与磷酸二氢铵而不施钾肥 , 必然会产生这种土壤养分不平衡状态 , 导致减产 , 必须引起重
视。
21213 　养分亏缺系统 —逐年减产系统 　在本试验中代表性处理为 AN0 。与 AN2系统比较 , 除了全磷
(01428 %) 与有效磷 (223167 mg·kg - 1) , 容重比较接近或相似 , 土壤 p H 值更为正常 (618) 外 , 其
余养分都比较亏缺。由于长期施用有机肥 , 土壤质地并未破坏 , 但氮、钾养分亏缺影响很大。与对照
比较 , 蔬菜生物产量由增加 14 %～15 % (露地阶段) 降低到减少 314 % (设施阶段) , 2002 年的番茄
经济产量比对照只增加 13 %。从养分吸收量来看 , 氮素吸收明显降低 (每小区 39134 g) , 从养分平
衡角度 , 也是氮素为负值 (每小区 - 2148 g) 。目前在生产上几乎不见或少见这样的施肥制度 , 但该
系统的运转结果告诉我们 , 在进行有机栽培时 , 必须在数量与质量上满足蔬菜对氮素的要求 , 并应重
视无机钾肥的应用 , 养分亏缺的有机栽培是不可取的。
21214 　恶性循环系统 —肥力破坏系统　在本试验中代表性处理为 BN2 。这是完全依靠化肥栽培蔬菜
006 园 　　艺 　　学 　　报 31 卷
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的系统类型 , 虽然目前这样做的农户并不多 , 但在远郊或农村也还存在 , 即使将来不存在“光板地用
化肥种菜”的问题 , 也应知道在这样施肥制度下的菜田 —蔬菜生态系统被破坏的程度及其恶果。与无
机氮肥施用量相同但连年施用有机肥的 AN2系统比较 , 一些主要土壤肥力指标、产量以及养分吸收
量的对比如下 (BN2/ AN2 ) : 土壤有机质 (g·kg - 1 ) 2016/ 4114 ; 全氮 ( %) 01205/ 01314 ; 碱解氮
(g·kg - 1) 60132/ 130138 ; 全磷 ( %) 01372/ 01490 ; 有效磷 (mg·kg - 1) 97161/ 220114 ; 有效钾 ( g·
kg - 1) 52155/ 288155 ; 土壤容重 (g·cm - 3) 11295/ 11223 ; 土壤 p H 值 519/ 612 ; 交换性 Ca2 + (cmol·
kg - 1) 7115/ 13118 ; 交换性 Mg2 + (cmol·kg - 1) 3193/ 5117 ; 生物产量 (比对照增加 %) 13/ 35 ; 经
济产量 (比对照增加 %) 17/ 25 ; 每小区 N、P2 O5 、K2 O 吸收量 (g) 39165/ 48173、12133/ 18185、
23166/ 49109。除了土壤养分普遍显著降低 , 产量与养分吸收量也随之下降外 , 更主要的是土壤盐基
交换量明显下降 , 土壤 p H 值也随之下降 , 这标志土壤肥力的降低已经达到破坏的程度 , 不要仅仅看
到经过 1415 年的栽培 , 还能保持一定的产量 , 如果继续运转该系统 , 恶性循环将会更为加剧 , 系统
恢复的难度很大。
21215 　产量降低系统 —维持平衡系统 　在本试验中代表性处理为 BN0 (对照) 。在蔬菜生产中几乎不
存在这样的菜田 —蔬菜系统 , 本试验设立对照完全出于试验本身的需要。值得注意的是 , 按前面介绍
的情况 , 经过 1415 年的试验 , 不管其它系统的土壤肥力及产量如何变化 , 只要不出现特殊情况 (如
病虫等自然灾害) , 该系统基本上都能将产量保持在最高产量处理的 2/ 3 水平上下。土壤有机质含量
1912 g·kg - 1 ; 全氮 01161 % ; 碱解氮 50157 g·kg - 1 ; 全磷 01351 % ; 有效磷 81107 g·kg - 1 ; 有效钾
57176 g·kg - 1 ; 除了个别处理 (BP) 外 , 在所有处理中产量最低 , 但养分的吸收量也降到很低 , 磷
钾的吸收量与 BN2相似 , 氮素吸收量较之降低 40 %。值得指出的是 , 与 BN2比较 , 不仅土壤 p H 值有
所提高 (612) , 而且交换性钙、镁也有明显增高。这又给我们一条重要启示 , 只要土壤肥力未遭到严
重破坏 , 仍可以保持菜田 —蔬菜系统的低水平平衡状态 , 虽然产量已经降低到所有处理的最低点 , 但
其恢复性要比恶性循环系统强得多。我们不是提倡种“白茬地”, 只是想说明滥施肥的后果往往比不
施肥的还要严重。
3 　讨论
从理论上说 , 2002 年番茄栽培的养分盈亏计算值和 2002 年实际土壤的养分测定值与本底 (1998
年设施试验前) 之间的纵向比较的增长关系不可能完全一致 , 因为后者是在长期多种环境与人为等因
素影响下 , 经过反复施肥与栽培吸收后的实际结果 , 前者只是一茬栽培的理论计算值。但是 , 二者又
有其必然的联系 , 因为多年收支计算的盈亏必然要反映在土壤养分的实际变化上。实际上 , 文献 〔3〕
介绍的土壤养分变化规律与本文计算的盈亏值基本的共同规律是 : 土壤养分的增长 (负增长) 与盈亏
主要决定于有机质的供给及营养元素的施入 , 即施用有机质的各个配施处理都高于单施无机氮肥的各
个配施处理 , 配施某种养分肥料的处理都高于未施用该种肥料的处理。应该指出 , 计算养分盈亏值或
实测土壤养分的增长率并不是目的 , 更不能简单地认为“愈高愈好”, 而是作为分析与判断系统运行
质量时的参考。AN K施肥系统就是一个典型的例子 , 未施磷肥 , 与 1997 年的本底比较 , 有效磷的增
长率不高 , P2O5盈亏计算值为每小区 - 16109 g , 但却获得所有处理的最高产量 , 虽然土壤的有效磷
含量比不上其它施磷的处理 , 但也达到了较高的水平 (158136 mg·kg - 1) , 而且与 1996 年底 (设施
栽培试验开始前) 对照 (BNO) 比较 , 并没有出现土壤全磷含量下降的现象。由此不难看出 , 有机肥
是保持土壤养分在较高水平与平衡状态的基础 , 配施一定数量的氮、磷、钾化肥是作为必要的补充与
调节。
有机肥的长期施用不但可以提高土壤肥力 , 还可以在较大程度上缓解因不施某种营养元素而出现
的养分缺乏状况。但是 , 至今在菜田施用有机肥方面的研究很少 , 甚至有的蔬菜施肥研究完全离开土
壤有机质的基础 , 从而容易得出片面的结论。为了研究的连续性与可比性 , 本项研究是采用纯马粪作
106　5 期 葛晓光等 : 长期施肥条件下菜田 —蔬菜生态系统变化的研究 ( Ⅳ) 　
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为有机肥料施入 , 虽然生产上已经很少施用 , 但对土壤有机质变化的影响规律应该是具有代表性的。
依据本试验认为 , 菜田培肥的土壤有机质含量指标不应低于 30 g·kg - 1 ; 至于是否像大田或水田那
样 , 具有一定的最高界限 , 超过界限后即产量降低〔5〕还有待于进一步研究。从本试验看 , 产量最高
的处理 (AN K) 并不是有机质含量最高的处理 , 但与有机质含量较高的处理比较差异并不显著。这
也是长期施肥定位试验还必须继续下去的主要原因之一。
本试验指出 , AN0处理的土壤有机质量也达到较高水平 (3112 g·kg - 1) , 但土壤有效养分不足成
为蔬菜增产的限制因子 , 应该配施氮、磷、钾化肥。BN2系统之所以演变成恶性循环的土壤肥力破坏
系统 , 主要是由于土壤有机质量低下 (降到本底值以下 , 几乎接近对照) 而又偏于重施氮素化肥造
成 , 必须经过长期的培肥 (增加土壤有机质含量) 才能逐渐缓解。可见 , 这不是无机肥料施用的必然
后果 , 而是没有从长远考虑在土壤培肥上下功夫 , 何况有机肥中的养分也主要是通过矿化后变为无机
态才能被植物吸收利用。至于蔬菜硝酸盐含量的增高的确与氮素化肥的施用有关 , 但硝酸盐超标是可
以防止的 , 何况果菜类蔬菜一般都问题不大 , 在本试验中 , 即使 AN2处理的茄子 , 硝酸盐含量也大
致在 200 mg·kg - 1上下〔4〕。可以认为 , 在我国蔬菜产业化以至实现现代化过程中 , 氮磷钾化肥的配施
仍然是不可忽视的。化肥并不可怕 , 可怕的是滥用化肥。
根据本试验研究结果 , 测土施肥应首先立足于增加土壤有机质含量。在土壤有机质量低于培肥指
标 (30 g·kg - 1 ) 条件下 , 应制定增加土壤有机质的有机肥施用计划 ; 如果已经达到培肥的指标
(30～40 g·kg - 1) , 可以制定有机质维持的施肥计划 , 即根据矿化率等主要指标每年增补必要的有机
肥。至于配施的无机肥料 , 可以按照产量目标实行测土施氮 , 按照本底值计划补磷 , 以 (N K) 比例
增钾。这样 , 可以简化配方施肥技术 , 有利于普遍实现科学施肥。
参考文献 :
1 　骆世明 , 陈　华 , 严　斧. 农业生态学. 长沙 : 湖南科学技术出版社 , 1987. 30
2 　葛晓光 , 张恩平 , 张　昕 , 等. 长期施肥条件下菜田—蔬菜生态系统变化的研究 ( Ⅰ) . 园艺学报 , 2004 , 31 (1) : 34～38
3 　葛晓光 , 张恩平 , 高　慧 , 等. 长期施肥条件下菜田—蔬菜生态系统变化的研究 ( Ⅱ) . 园艺学报 , 2004 , 31 (2) : 178～182
4 　葛晓光 , 孙传宝 , 王晓雪. 保护地番茄平衡施肥标准的研究. 现代蔬菜科学论文集. 上海 : 上海科学技术出版社 , 1998. 206～216
5 　金耀青 , 张中原. 配方施肥方法及其应用. 沈阳 : 辽宁科学技术出版社 , 1993. 98
6 　张恩平. 长期定位施肥对土壤肥力及茄子生育影响的研究 : 〔硕士学位论文〕. 沈阳 : 沈阳农业大学 , 1999. 33
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