0 引言

海南省琼南地区(以三亚为中心的南部市县),具有典型的热带气候资源,全年平均气温高、无霜冻、夏季雨量多、冬季雨量少,大部分农作物的生长速度较快,水稻可以三熟,四季均可种植蔬菜[1].水稻和蔬菜对土壤养分的需求差异明显,稻菜轮作的优势表现明显[2-3].随着对反季节蔬菜需求量的增加,琼南地区稻菜轮作种植模式越来越常见[4].氮肥对作物的生长和产量都影响很大,氮肥施用不当对环境造成污染.关于土壤中氮素的累积,国内外都进行了大量的研究和报道[5-6],研究发现,水肥管理对土壤中氮素的淋失有一定的影响[7-10],而不同蔬菜种类的稻菜轮作模式对土壤中氮素的累积研究较少.我们通过布置定位试验,测定琼南地区稻菜轮作系统不同土壤深层氮素各形态的含量,对比不同的轮作蔬菜对土壤氮素淋失的影响,了解琼南稻菜轮作土壤氮素含量的动态变化,明确氮素淋失较少的稻菜轮作种植模式,旨在为农田面源污染的控制和海南土壤的改良提供参考.

1 材料与方法

1.1试验地点和材料

试验地点主要分布在海南琼南地区的三亚、乐东、陵水、五指山和保亭等市县的部分水稻田,选择水稻的播种期与收获期大致相同、土壤肥力比较接近的农田,试验期间试验田固定.试验地地势平坦且肥力均匀、地下水浅.土壤为砖红壤水稻土,30 cm土层土壤呈酸性,pH4.67～5.16,有机质(OM)含量19.53～34.22 g·kg-1,土壤基础肥力中等.

供试水稻(Oryza sativa L.)品种为“粤杂922”,地瓜叶(Ipomoea batatas (L.) Lam.)品种为“台农71”,茄子(Solanum melongena L.)品种为“琼2号紫长茄”,豆角(Vigna unguiculata (Linn.)Walp)品种为“高产四号豆角”,菜心(Brassica campestris L. ssp.chinensis var.utilis Tsen)品种为“四九菜心”,小白菜(Brassica campestris L. ssp.chinensis Makino)品种为“四季青”.

作为数值仿真的一个应用实例，本文通过利用MATLAB软件，数值模拟一个通有恒定电流的矩形线圈在空间中产生的磁场(磁感应强度)。并分析了这一磁场在空间中的分布特点。

广西地不容居群的遗传分化系数（Fst）在0.053 9～0.264 2，平均值为0.146 5，表明其有中等程度的遗传分化，85.35%的遗传变异来自居群内部，14.65%的遗传变异来自居群之间，遗传分化主要存在于居群内部。广西地不容居群的Nm在0.696 1～4.390 6，平均值为1.456 9，说明居群间存在着一定的基因交流。

1.2试验方法

试验田的种植制度为：一年三熟水稻田(CK)和双季连作水稻后轮作一季地瓜叶、茄子、豆角、菜心和小白菜,具体的田间栽培管理为当地常规种植管理方法,10月前后第2季水稻收获,11月左右进行不同蔬菜的种植,蔬菜在春节前后收获.每季水稻的施肥量为尿素300 kg·hm-2；蔬菜季基施商品有机肥7 500 kg·hm-2,地瓜叶、菜心和小白菜追施尿素(46%)500 kg·hm-2,茄子和豆角追施三元复合肥(15-15-15)1 200 kg·hm-2.

从图4可以看出,随着土壤深度的增加,不同轮作模式土壤中铵态氮的含量波动较大.水稻田0～30 cm土层土壤铵态氮的含量为37.47 mg·kg-1,30～60 cm土层土壤铵态氮的含量略有增加,60～120 cm土层的土壤铵态氮略有下降,随着土壤深度的增加,水稻田土壤铵态氮的含量总体变化不大.轮作蔬菜后,0～30 cm土层地瓜叶田的土壤铵态氮含量最高,为85.41 mg·kg-1,小白菜田含量次之,菜心田含量最少.随着土层加深,地瓜叶田和茄子田土壤铵态氮的含量呈明显下降趋势,而豆角田、菜心田和小白菜田土壤铵态氮含量在下降的过程中还有升高现象.豆角田在60～90 cm土层土壤铵态氮的含量最高,对比0～30 cm土层增加了17%；菜心田在30～60 cm土层土壤铵态氮的含量最高,比0～30 cm土层增加了2%；小白菜在0～30 cm土层土壤铵态氮的含量最高,随着深度增加逐渐下降,但是在90～120 cm土层土壤铵态氮的含量又略有增加,然后下降.150～180 cm土层试验田土壤铵态氮的含量排序为豆角>小白菜>菜心>茄子>地瓜叶.结果表明,稻菜轮作增加了土壤表层铵态氮的含量,土壤深层的减少.

表1可以看出,不同的蔬菜对土壤中的氮素吸收能力不同,蔬菜植株内全氮的含量差异显著.地瓜叶的植株内全氮含量最高,为2.64 g·kg-1,茄子最低,为1.88 g·kg-1.对于耕层内土壤氮的吸收能力,地瓜叶最强,茄子最弱,具体排序为：地瓜叶>菜心>小白菜>豆角>茄子.

1.3 指标测定

妇幼保健机构往往对专业医疗队伍的培养充分重视,但在档案管理人员培养与管理方面重度不足,很多档案管理人员专业素养较为落后,没有相关培训进修机制,在当前档案管理工作中无法满足现实需求。另外,当前很多档案管理人员理论技术、管理经验较为缺乏,非常容易影响到档案收集管理工作完整性。

从图2可知,随着土壤深度的增加,土壤中碱解氮的含量递减明显.水稻收获后,土壤中0～30 cm土层碱解氮含量为181 mg·kg-1,随着土壤深度的增加,土壤中碱解氮的含量缓慢下降,在90～120 cm土层出现地下水,土壤碱解氮较少,仅有32.2 mg·kg-1.轮作蔬菜后,土壤中碱解氮的含量波动幅度较大.0～30 cm土层碱解氮的含量下降明显,土壤碱解氮含量最高的蔬菜田是地瓜叶(140.0 mg·kg-1),其次是小白菜(133.0 mg·kg-1),茄子田土壤碱解氮含量最低(59.5 mg·kg-1).随着土壤深度的增加,土壤中碱解氮的含量急速下降,0～30 cm土层和30～60 cm土层,轮作蔬菜后的碱解氮含量均小于水稻田相同土层的碱解氮含量.60～150 cm土层,试验田碱解氮含量都下降迅速,其中,60～90 cm土层豆角和地瓜叶田土壤中的碱解氮含量仍大于水稻田,其他蔬菜田的碱解氮含量低于水稻田；90～120 cm土层地瓜叶和菜心田土壤碱解氮含量高于水稻田,豆角田碱解氮含量开始下降低于水稻田；150～180cm土层的碱解氮含量差别较小,其中豆角田碱解氮的含量最高,为17.5 mg·kg-1,茄子田次之,地瓜叶最少,为3.5 mg·kg-1.稻菜轮作降低了土壤表层碱解氮的含量.

1.4数据分析

从图3可以看出,土壤中硝态氮的含量因轮作的蔬菜种类不同而出现比较大的波动,最明显的是小白菜田.在土壤0～90 cm土层内,水稻、地瓜叶、茄子、豆角和菜心田硝态氮的含量都呈递减趋势,而小白菜田硝态氮含量呈递增趋势,硝态氮含量达到36.7 mg·kg-1,明显超过了其他作物各土层的含量.90～120 cm土层内,小白菜田的硝态氮骤减,仅有3.06 mg·kg-1,略大于水稻和菜心田硝态氮的含量,水稻、豆角和菜心田硝态氮含量也降低较多,而茄子和地瓜叶田下降缓慢.120～180 cm土层内,各蔬菜田硝态氮的含量都呈下降趋势,在取样的最深层,土壤硝态氮含量最高的是豆角田3.468 mg·kg-1,地瓜叶田次之,最低的是菜心田0.102 mg·kg-1,150～180cm土层硝态氮含量排序为豆角>地瓜叶>小白菜>菜心>茄子.结果表明,稻菜轮作增加了土壤表层和土壤深层硝态氮的含量.

2 结果与分析

2.1稻菜轮作系统土壤全氮的变化

  

图1 不同深度土壤全氮的动态变化

从图1可知,随着土壤深度的增加,土壤中全氮的含量基本呈直线递减.轮作蔬菜后,土壤中全氮的含量均下降,但深层次土壤中的全氮含量仍然较高.水稻田0～30 cm土层的土壤全氮含量最高,达到0.903 g·kg-1,茄子田次之,豆角田的全氮含量最低,为0.761 g·kg-1.随着土层加深,水稻一年三熟的土壤中全氮的含量下降迅速,在30～60 cm土层水稻田的全氮含量低于所有轮作的蔬菜田,水稻田在90～120 cm土层出现地下水,土壤全氮最少,仅有0.102 g·kg-1.在60～180 cm土层,不同类型的稻菜轮作模式,土壤中全氮的含量持续下降,到150～180 cm土层开始见地下水,土壤中全氮的含量较低.150～180 cm土层,地瓜叶田的土壤全氮量最低,为0.280 g·kg-1,豆角田的土壤全氮含量略高于地瓜叶田；菜心田的全氮含量最高,为0.358 g·kg-1,小白菜和茄子田深层土壤全氮含量次之.稻菜轮作后,土壤表层的全氮量下降,土壤深层的全氮量升高.

2.2稻菜轮作系统土壤碱解氮的变化

针对如何优化教师工作坊，笔者依据上面的原因分析，提出相应策略：要明确研修主题，针对教师教育教学中的实际突出问题开展活动；完善区县培训教研机构与网络研修支持服务机构的协同机制，增大服务支持力度；网络研修平台的功能要逐步完整，后台的专家指导要24小时跟进，做到“有需求—必解决”，同时做好学习分析，对学习者进行相应的指导服务；教师需要明确自身职责，要由“教学新手”向“教学专家”转变。

  

图2 不同深度土壤碱解氮的动态变化

  

图3 不同深度土壤硝态氮的动态变化

2.3稻菜轮作系统土壤硝态氮的变化

采用Microsoft Excel 2013统计软件对试验数据进行初步处理与作图,SPSS 17.0软件进行统计分析,采用LSD法进行显著性检验.

  

图4 不同深度土壤铵态氮的动态变化

2.4稻菜轮作系统土壤铵态氮的变化

试验于2015年2～4月作物收获后,采用“S”形取样法、取水稻和蔬菜田深度为0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm、120～150 cm、150～180 cm土层的土壤样品,进行土壤氮素含量的测定与数据分析工作.如果地下水位较浅则取到地下水为止.试验田继续进行一年三熟水稻田和双季连作水稻后轮作一季地瓜叶、茄子、豆角、菜心和小白菜模式进行耕种,2016年再进行1次重复试验,所有数据为2次重复试验所得数据的平均值.

2.5稻菜轮作系统中蔬菜的硝酸盐含量

⑥层卵石：灰黄、灰色，中密；饱和。层厚2.00～6.80 m，层底标高-29.40～-24.50 m。

植株全氮和土壤全氮含量采用微量凯氏定氮法测定；蔬菜中的硝酸盐含量和土壤中的硝态氮含量采用紫外分光光度法测定；土壤碱解氮的含量采用碱解扩散法测定；土壤铵态氮含量采用2 mol·L-1KCl浸提-蒸馏法测定；地下水硝态氮含量的测定采用气相分子吸收光谱法[11-12].

 

表1 蔬菜植株的全氮和硝酸盐含量

  

含量地瓜叶茄子豆角菜心小白菜全氮/g·kg-12．64a1．88e2．31d2．56b2．44c硝酸盐/mg·kg-1758．59c316．22e338．65d887．01a861．08b

注：英文小写字母表示不同轮作模式间的差别(P<0. 05) ,下同

蔬菜的全氮与硝酸盐含量无直接关系.不同蔬菜的硝酸盐的含量差别较大,各处理差异显著.其中,菜心的硝酸盐含量最高为887.01 mg·kg-1,茄子的硝酸盐含量最低为316.22 mg·kg-1.根据硝酸盐含量高低进行排序：菜心>小白菜>地瓜叶>豆角>茄子.按照沈明珠等人提出的蔬菜硝酸盐分级评价标准,只有茄子和豆角硝酸盐轻度污染,属于1级蔬菜,可以生食；地瓜叶硝酸盐中度污染,属于2级蔬菜,不宜生食,可以盐渍和熟食；菜心和小白菜硝酸盐重度污染,属于3级蔬菜,不宜生食和盐渍,只能熟食[13-14].以上蔬菜均在限量范围内,符合销售要求.

2.6地下水硝态氮含量

 

表2 蔬菜田地下水的硝态氮含量

  

水稻地瓜叶茄子豆角菜心小白菜硝态氮含量/mg·L-19．1b9．7c7．7a15．1f11．6d13．7e

从表2可以看出,琼南地区稻菜轮作后,蔬菜田地下水的硝态氮含量差异显著.地下水中硝态氮的总体平均含量都低于20 mg·L-1,根据中国地下水最新质量标准,均达到Ⅲ类水质标准[10].豆角田的地下水中硝态氮含量最大,平均为15.1 mg·L-1,茄子田的地下水硝态氮含量最小,平均为7.7 mg·L-1.按地下水硝酸盐含量多少进行排序：豆角田>小白菜田>菜心田>地瓜叶田>水稻田>茄子田.结果显示,琼南稻菜轮作区地下水的硝态氮含量没有超标.

3 讨 论

水稻田在90～120 cm土层,蔬菜田在150～180 cm土层开始出现地下水.在0～30 cm土层中,试验田土壤的全氮、碱解氮的含量最高,随着土壤深度的增加而直线递减,见地下水土层的全氮和碱解氮都降到最低.土壤中硝态氮、铵态氮含量因轮作的蔬菜种类不同而出现比较大的波动.0～90 cm土层内,水稻、地瓜叶、茄子、豆角和菜心田硝态氮的含量都呈递减趋势,而小白菜田硝态氮含量出现递增,随后都下降.水稻田的铵态氮含量在0～60 cm土层略有增加,后下降；随着土层加深,地瓜叶田和茄子田土壤铵态氮的含量呈明显下降趋势,而豆角田、菜心田和小白菜田土壤铵态氮含量在下降的过程中还有升高现象.蔬菜和水稻的主要根系分布在0～30 cm左右,分布幅度约为30～60 cm,所以淋失到60 cm以下的土层中的无机氮被作物根系再吸收利用的比率很小,这部分氮素必然会随灌水继续向下淋失.

土壤中全氮的含量大小可以用来衡量土壤基础肥力的高低,铵态氮和硝态氮是作物吸收氮素的主要形态,含量的高低则反映土壤短期内氮素的供应情况,同时也是造成环境污染的主要物质.稻菜轮作后,土壤表层的全氮、碱解氮含量下降,土壤深层的全氮、碱解氮含量增加；土壤表层和深层的硝态氮含量都增加[16]；土壤表层的铵态氮含量降低,土壤深层的含量增加.0～30 cm土层茄子田的全氮最高,豆角田最低；地瓜叶田的土壤碱解氮、铵态氮、硝态氮含量都最高,累积最少的蔬菜田分别是茄子、菜心田、菜心田.地瓜叶和小白菜两种蔬菜,在氮素供应与蔬菜对N素的吸收之间基本达到平衡,减少了土壤无机氮在深层土壤中的残留.0～120 cm土层茄子田的土壤碱解氮含量最少,但是120～180 cm土层土壤碱解氮含量超过了地瓜叶、菜心和小白菜,说明茄子对于土壤中碱解氮的吸收利用较多或者有利于碱解氮的转化.150～180 cm的土壤深层,菜心田的土壤全氮含量最高,地瓜叶田最低、小白菜田次之；地瓜叶田的碱解氮的含量最高,茄子田最低；豆角田硝态氮、铵态氮含量最高,菜心田的硝态氮最低、地瓜叶田的铵态氮含量最低.在土壤0～90 cm土层内,水稻、地瓜叶、茄子、豆角和菜心田硝态氮的含量都呈递减趋势,而小白菜田硝态氮含量呈递增趋势,出现一个硝态氮累积峰[17],含量明显超过了其他作物各土层的含量；90～120 cm土层内,小白菜田的硝态氮骤减.这一现象与小白菜的栽培过程中灌溉水的量比较大、土壤中发生硝化作用有关系.豆角田在60～90 cm土层土壤铵态氮的含量最高,菜心田在30～60 cm铵态氮的含量最高,也出现累积高峰,这与作物对营养元素的吸收利用、不同的灌水模式等有关[18].

蔬菜植株内硝酸盐含量最高的是菜心,最低的是茄子,都有不同程度的硝酸盐污染,但是均在限量范围内.地下水的硝态氮含量,豆角田最高茄子田最低,均达到Ⅲ类水质标准.地下水中硝态氮含量随蔬菜种类的变化而变化,有可能受蔬菜对氮肥的需求量和灌溉次数影响.琼南稻菜轮作区地下水的硝态氮含量没有超标,但是地下水中硝态氮含量随蔬菜的种类、施肥量和灌水模式的变化而变化,其中,水稻—水稻→豆角—水稻—水稻→豆角的复种轮作模式,土壤深层的硝态氮含量和铵态氮含量都最高,对深层土壤及地下水的污染大；而水稻—水稻→菜心—水稻—水稻→菜心和水稻—水稻→地瓜叶—水稻—水稻→地瓜叶的复种轮作模式,土壤深层的硝态氮含量和铵态氮含量都较低,对深层土壤及地下水的污染小.所以继续开展农田优化施肥、合理轮作,是发展生态农业的保障[19].

海南是一个旅游省份,每年从10月份开始进入旅游旺季,对蔬菜需求量每日剧增. 琼南地区的水田,在连续种植两季水稻后,轮作1～2季蔬菜,既能有效改善了土壤结构,又增加了冬季蔬菜的供应量,这种栽培模式值得推广.

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