有机肥替代化肥对设施蔬菜土壤质量提升的效果评价

袁奇 章欢 钟月华 何文文 徐聪 许仙菊 马洪波

摘要 为探讨有机肥替代化肥条件下的土壤质量特征，通过建立20个设施蔬菜土壤监测点，分析有机肥替代化肥前后的土壤理化指标，再进行单因素描述和指数和法评价分析，科学掌握设施蔬菜土壤的质量状况，为合理的设施蔬菜土壤培肥措施提供理论依据。结果表明，单因素评价得出有机肥替代化肥后，土壤酸碱缓冲容量增加，土壤有机质、有效磷和速效钾含量增加，碱解氮处于较低水平，蔬菜品质得到有效改善，茄子和包菜的维生素C和可溶性糖含量增加，硝酸盐含量降低，指数和法评价得出有机肥替代化肥后的土壤质量得到有效提升，表明有机肥替代化肥措施有利于土壤质量提升和可持续性。

關键词 有机肥替代化肥;土壤质量;蔬菜品质;单因素评价;指数和法评价

中图分类号 S 158  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）12-0132-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.034

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Evaluation of Replacement of Chemical Fertilizer with Organic Fertilizer on Soil Quality Improvement of Protected Vegetables

YUAN  Qi1， ZHANG Huan2， ZHONG Yue-hua3 et al

（1.Horticulture Extension Center of Sucheng District， Suqian，Jiangsu 223800;2.College of Agricultural Equipment， Jiangsu University，Zhenjiang，Jiangsu 212013;3. Institute of Agricultural Resource and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/ Scientific Observing and Experimental Station of Ministry of Agriculture and Rural Affairs （Jiangsu），Nanjing，Jiangsu  210014）

Abstract In order to explore the soil quality characteristics under the condition of chemical fertilizer replacement with organic fertilizer， 20 observation sites of vegetable soil were established to scientifically grasp the vegetable soil quality by analyzing the soil physical and chemical data before and after organic fertilizer replacing chemical fertilizer， and carrying out single factor and index evaluation analysis. It provided a theoretical basis for reasonable soil fertility of vegetables. The results showed that the soil acid-base buffer capacity increased， the contents of soil organic matter， available phosphorus and available potassium increased， the alkali hydrolyzable nitrogen was at a low level， the corresponding vegetable quality was effectively improved， the contents of vitamin C and soluble sugar of eggplant and cabbage increased， and the content of nitrate decreased after organic fertilizer replacing chemical fertilizer. The index method evaluation showed that the soil quality has been effectively improved after organic fertilizer replacing chemical fertilizer. It was suggested that organic fertilizer replacing chemical fertilizer was good for the improvement and sustainability of soil quality.

Key words Replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer; Soil quality; Vegetable quality; Single factor evaluation; Index evaluation

设施蔬菜在我国农产品中具有举足轻重的地位，能够全年满足人们餐桌上需求，是农业现代化水平的重要标志之一[1]。近几年，我国的设施农业迅猛发展，设施蔬菜的种植面积、产量位居世界第一[2-3]。与国外主要农业国家相比，我国蔬菜大棚生产强度大、化肥用量大、农药滥用均能造成设施蔬菜土壤质量下降[4-5]，导致土壤有机质含量降低，易发生盐渍化、酸化，连作障碍严重，进而导致设施蔬菜产量降低、品质不高的现象，严重影响了全国设施蔬菜大棚的可持续发展[6-7]。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

为了提高土壤质量，找到科学有效的土壤地力提升措施一直是科研部门研究的热点，广泛应用的有效措施是施用有机肥[8]，施用有机肥可以保证农产品高产甚至增产，提升土壤质量和农产品品质，同时可以减少氮磷等化肥施用过量造成的肥料利用率低和环境污染问题，能够使土壤保持良好的物理结构，进而保持生态平衡发展[9-10]。徐明岗等[11]研究发现，有机无机肥配施有利于提高土壤有机质含量，与化肥相比明显提高土壤矿质氮含量，改善土壤供氮特性，从而有利于提高氮素利用率[12]。可见，有机无机肥配施改善土壤质量作用很明显。

土壤质量是土壤的本质特征，直接影响农作物的生长、农产品产量、品质和效益[13]。科学评价施用有机肥的土壤耕层肥力情况，能够准确掌握土壤质量，对农产品稳产增产及提升品质、保护耕地资源、减少环境污染、促进农业可持续发展具有十分重要的意义。近些年，研究者主要研究聚焦在设施蔬菜的土壤质量评价上[14-16]，有机肥替代化肥前后的设施蔬菜土壤质量评价很少。为促进设施蔬菜土壤的可持续发展，笔者对宿城罗圩乡20个监测点进行取样调查，评价设施蔬菜大棚有机肥施用前后的土壤养分状况，针对不同地点的蔬菜大棚采取不同的培肥措施，以期为改善宿城区设施蔬菜的土壤肥力、提高蔬菜产量、提升蔬菜品质、改善生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 宿城区地处江苏省北部，位于118°10′07″～118°33′88″E、33°47′25″～34°1′16″N，北以中运河为界与湖滨新区相望，总面积941 km2。属于暖温带季风气候区，年均降水量为892.3 mm，无霜期较长，平均为211 d，年平均气温14.1 ℃，年均日照2 315 h，宿城区处于平原地带，土壤类型为潮土。全区蔬菜播种面积约1.57万hm2，总产量59万t，总产值12.97亿元，同比增长14.3%。其中设施蔬菜产值9.7亿元，同比增长8.1%;罗圩乡大棚茄子面积达200 hm2，效益15万元/hm2以上。

1.2 监测点分布与土样采集 监测点分布在罗圩乡，约333.33 hm2的蔬菜大棚，主要对示范区开展有机肥替代化肥实施前后效果监测，共建立20个效果监测点（表1）。试验处理共2个，处理①为化肥对照，复合肥（15∶15∶15）用量为900 kg/hm2，处理②为有机肥替代化肥20%，复合肥（15∶15∶15）用量为720 kg/hm2，商品有机肥施用7.5 t/hm2;在项目实施前后（2018年12月5日和2019年3月8日）分别以GPS定位信息来确定大棚点位，取多点（5～10个点）随机采样表层土壤（0～20 cm）混合，4分法留取约1 kg样品，土壤样品风干、研磨，过10和100目土壤篩后进行养分分析。

1.3 测试指标与方法

土壤肥力指标测定方法：选择土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质这5个能够代表土壤质量的指标作为测定指标，对项目实施前后示范区土壤质量进行评价。pH测定用点位法，碱解氮测定用碱解扩散法，有效磷测定用钼锑抗比色法，速效钾测定用醋酸铵浸提火焰光度法，有机质测定用重铬酸钾外加热法。

农产品品质指标测定方法：采用2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量;采用紫外分光光度法测定硝酸盐含量;采用盐酸水解-铜还原直接滴定法测定水溶性糖总量。

1.4 土壤质量评价方法 采用单因子评价与综合评价2种方法分别对项目实施前后示范区土壤质量状况进行评价，单因子评价[17]分别对土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质这5项指标变化情况进行评判，分析项目实施效果。综合评价则选择指数和法[18]对项目实施前后示范区肥力状况进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 单项指标评价

2.1.1 土壤pH。土壤pH是限制作物生长及品质的重要因素，大多数的作物均不耐太酸或太碱的土壤。由表2可知，示范区20个监测点的pH平均值从7.95降低到7.89，可见，项目实施使得土壤pH更趋于中性，有利于土壤pH等级提升。

2.1.2 碱解氮。碱解氮包括无机态氮和结构简单能为作物直接吸收利用的有机态氮，能反映近期土壤的氮素供应能力。由表2可知，示范区监测点在项目实施后碱解氮含量平均值从112.95 mg/kg降至98.25 mg/kg。可见，项目实施会降低土壤碱解氮含量。

2.1.3 有效磷。有效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷的总称，是土壤磷素养分供应水平的指标。从表2可以看出，项目实施前，20个监测点的有效磷含量平均值为87.97 mg/kg，项目实施后，提高到94.81 mg/kg，增加了7.78%。可见，项目实施会增加土壤有效磷含量。

2.1.4 速效钾。速效钾是指土壤中易被作物吸收利用的钾素，速效钾含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一。从表2可以看出，项目实施前，20个样点的速效钾含量平均值为118.15 mg/kg，项目实施后，20个样点的速效钾含量平均值为202.25 mg/kg，增加了71.18%，可见，项目实施会较大幅度地增加示范区的土壤速效钾含量。

2.1.5 有机质。

土壤有机质是指各种形态存在于土壤中的所有含碳的有机物质，土壤肥力主要取决于有机质含量。从表2可以看出，项目实施前，20个监测点的土壤有机质含量平均值为16.86 g/kg，项目实施后，提高到19.30 g/kg，增幅14.47%。可见，项目实施能够增加土壤有机质含量。

2.2 综合评价 土壤质量指标是耕地分等指标的重要组成部分。耕地分等中土壤指标的选择应遵循稳定性、空间变异性、主导性、生产性原则。主成分分析、相关分析、土壤特性响应时间、变异系数等方法是选取耕地分等指标的科学定量方法，但最有效的耕地分等指标体系选取方法应根据土壤学研究成果和生产实践经验。而指数和法是综合评价耕地等级的有效方法。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

土壤养分指标分值是指根据某项诊断指标的级别确定的对于耕地质量而言的分数，其值越大，说明该耕地在这方面的质量越好，有机质含量划分为5个等级，分别为<5 g/kg、5～10 g/kg、10～15 g/kg、15～20 g/kg、>20 g/kg，分别打分20、40、60、80、100，碱解氮、有效磷、速效钾均划分为5个等级，分别为<50 mg/kg、50～100 mg/kg、100～150 mg/kg、150～200 mg/kg、>200 mg/kg，分别打分20、40、60、80、100，pH划分为5个等级，分别为<4.0、4.0～5.0、5.0～6.0、6.0～6.5、6.5～8.0，分别打分20、40、60、80、100。土壤指标权重是指各项土壤指标对耕地质量影响的大小，对5个肥力指标权重均设为1/5，综合得分由各养分指标得分分别与权重乘积再求和得到。

土壤等级可通过主成分综合得分区间来划分：Ⅰ（好）75～100，Ⅱ（中等）50～75，Ⅲ（较差）25～50，Ⅳ（很差）0～25。

由表3可知，有机肥替代化肥后，监测点1土壤质量总得分提高了12分，质量等级无变化，监测点2、监测点3、监测点4、监测点5、监测点6、监测点9、监测点13、监测点16和监测点18的土壤质量总得分和质量等级均无变化，监测点7土壤质量总得分提高了12分，质量等级从Ⅱ级升高到Ⅰ级，监测点8土壤质量总得分提高了24分，质量等级从Ⅱ级升高到Ⅰ级，监测点10土壤质量总得分提高了24分，质量等级从Ⅱ级升高到Ⅰ级，监测点11和12土壤质量总得分分别提高了20和16分，质量等级均无变化，监测点14土壤质量总得分提高了8分，质量等级从Ⅱ升高到Ⅰ级，监测点15土壤质量总得分提高了8分，质量等级无变化，监测点17土壤质量总得分提高了4分，质量等级无变化，监测点19土壤质量总得分提高了8分，质量等级无变化，监测点20土壤质量总得分提高了12分，质量等级从Ⅱ升高到Ⅰ级。总体来看，20个监测点有9个土壤质量无变化，11个土壤质量总得分提高，其中有5个监测点土壤质量等级提高了1个等级，表明有机肥替代化肥有利于土壤质量的提升。

2.3 农产品品质评价

由表4、5可知，对施用化肥和有机肥替代化肥的20个监测点进行统计分析，结果表明，有机肥替代化肥后，包菜的VC平均含量提高了11.05%，可溶性糖平均含量增加了6.06%，硝酸盐平均含量降低了1.24%，茄子的VC平均含量提高了19.00%，可溶性糖平均含量增加了8.33%，硝酸盐平均含量降低了5.65%。根据国家GB 19338—2003蔬菜中硝酸盐限量标准，茄果类蔬菜硝酸盐要小于440 mg/kg，叶菜類蔬菜硝酸盐要小于3 000 mg/kg，项目实施后的包菜和茄子均符合国家硝酸盐限量标准，且项目实施对提高蔬菜品质有明显的促进效应，表现在无论是茄子还是包菜，均增加了VC和可溶性糖含量，降低了硝酸盐含量。

3 讨论

3.1 有机肥替代化肥对土壤肥力的影响 土壤肥力是土壤化学、生物和物理等特性的综合体现，土壤肥力的综合评价是判断设施蔬菜土壤质量的有效手段[19]。张建军等[20]进行11年的长期定位试验发现，有机肥替代化肥能够提高土壤有机质、全钾、全磷、全氮、速效钾、有效磷、碱解氮含量。陈志龙等[21]研究发现，与常规化肥相比，施用有机肥替代化肥20%～40%，可提高土壤矿质氮和有效磷含量。董文等[22]研究表明，有机肥替代化肥可以提高土壤养分有效性，优化土壤物理结构，提高土壤酸碱缓冲能力。该研究结果表明，有机肥替代化肥可以提高土壤有机质、有效磷、速效钾含量，土壤pH更趋于中性，提高了土壤pH的缓冲性能，与张建军等[20]、陈志龙等[21]、董文等[22]的研究结果一致，但该研究有机肥替代化肥的土壤碱解氮含量下降，可能与项目实施时间较短有关，需要长期定位试验进一步研究。

3.2 有机肥替代化肥的土壤质量综合评价 为了科学掌握有机肥替代化肥对土壤质量的影响，需要对土壤肥力指标进行综合评价。丁晓娟[23]研究了泗洪县有机肥部分替代化肥对蔬菜地土壤肥力的提升效果，结果表明，通过指数和法综合评价土壤质量发现，有机肥部分替代无机肥实施后，80%的泗洪县供试蔬菜土壤质量等级由“中等”等级（Ⅱ级）提升到“好”等级（Ⅰ级）。李司童等[24]研究表明，通过主成分分析发现有机肥替代化肥对土壤综合肥力影响主要因子为速效钾、速效磷、碱解氮及有机质，综合肥力评价显示有机肥替代化肥70%效果最佳，有机肥替代化肥30%次之。杨忠赞等[25]进行了有机肥替代化肥对土壤理化性状及产量的综合评价研究，发现有机肥替代化肥30%既能维持作物产量，又能优化资源配置，提高肥料利用率，改善土壤理化性状。该研究结果发现，通过指数和法综合评价得到20个监测点有11个监测点土壤质量总得分提高，其中有5个监测点土壤质量等级由Ⅱ级提高到Ⅰ级，通过有机无机配施手段的土壤质量也得到有效提升，表明有机肥替代化肥能够有效改善土壤质量。

3.3 有机肥替代化肥对农产品品质的影响 汤桂容等[26]研究发现有机肥替代化肥20%可提高蔬菜中VC和可溶性糖含量，降低硝酸盐含量，整体提升蔬菜品质。罗佳等[27]研究了有机肥替代化肥对生菜产量和品质的影响，结果发现，有机肥替代化肥40%时，提高了生菜的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量。张宇等[28]研究表明，有机肥替代化肥25%在稳产下可降低大蒜的硝酸盐含量，提高可溶性糖含量。徐丽萍[29]研究了有机无机配施对大白菜产量、品质及土壤肥力的影响，结果表明有机肥替代化肥可以降低大白菜可溶性糖含量，同时通过降低大白菜硝酸还原酶活性，也降低了大白菜中的硝酸盐含量。该研究结果表明，有机肥替代化肥降低了茄子和包菜硝酸盐含量，增加了茄子和包菜维生素C和可溶性糖含量，与大多数研究结果一致[26-28，30]，表明有机肥替代化肥能够有效地改善设施蔬菜的品质。4830B366-B32A-4EFC-9118-541E1C0F3AD0

4 结论

有机肥替代化肥后，20个监测点土壤pH整体均以弱酸性为主，整体pH等级较好且分布较为均匀，项目实施后，土壤pH趋向中性，更趋于稳定均衡。可见，有机肥替代化肥，一定程度上增加了示范区的土壤缓冲性能，土壤碱解氮降低，有效磷、速效钾和有机质增幅较大，对土壤养分和质量提升有较大的促进作用。与化肥相比，有机肥替代化肥处理的包菜和茄子可溶性糖和维生素C含量增加，硝酸盐含量降低，蔬菜品质得到了较大改善。

采用指数和法对20个监测点土壤质量进行划分的结果表明，项目实施对示范区采样点土壤质量等级均有较好的正效应，指数和法的分级数值则来自对各养分指标分别打分得到的综合得分，有机肥替代化肥对土壤质量影响的正效应趋势已经有所体现。

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