化肥、农药的施用在提高作物产量、保障农业生产的同时，也带来了土壤肥力下降等影响，这不利于农业生产的长远发展[1-3]。有机种植因具有绿色、无公害的特点受到广泛关注[4]。土壤肥力是衡量土壤质量的指标之一，而速效养分、腐殖质组分等是评价土壤肥力的重要指标。氮、磷和钾等是植物生长发育的必需元素，不仅影响植物的生长代谢，还是植物体的重要组成部分[5]。土壤腐殖质是土壤有机质的重要组成部分，主要成分包括胡敏酸（Humic acid，HA）和富里酸（Fulvic acid，FA），其胡富比值（HA/FA）在一定程度上反映了土壤腐殖质的含量，比值越高，土壤质量越好[6]。因此，研究土壤腐殖酸、速效养分等指标对于改善土壤肥力，推动有机农业的发展具有重要意义。
目前，有机农业发展迅速，许多学者对有机种植开展了大量研究。例如，李其胜等[7]研究表明，施用经微生物发酵的有机肥可以提高土壤中有机质和腐殖质酸的含量；李玉林等[8]通过研究稻田两种栽培模式及各生育期土层养分含量发现，与常规栽培相比，有机栽培模式下不同土层土壤速效氮、速效磷和速效钾含量显著提高；曾广娟等[9]比较分析了有机种植与常规种植蔬菜地土壤细菌群落的多样性，发现有机种植土壤中细菌群落的多样性、丰富度和稳定度更高，更有利于增加土壤中的有益菌群；Xu等[10]研究发现，施用有机肥可以提高土壤中胡敏酸和富里酸的含量，同时胡富比值增大，土壤肥力提高；Wang等[11]研究表明，长期施用堆肥，土壤中胡敏酸增加量大于富里酸增加量。目前，大部分研究主要集中在土壤质量评价、土壤微生物多样性评价及作物营养品质比较等方面，有关土壤速效养分、腐殖质组分等方面的研究有待进一步深入。
本研究以有机种植模式下不同土层土壤为研究对象，以常规种植模式为对照，对土壤中速效氮、速效磷、速效钾、胡敏酸和富里酸含量进行测定，分析不同种植模式对土壤速效养分、腐殖质组分的影响，揭示速效养分、腐殖质组分的含量变化规律及各组分之间的相关性，为合理培肥土壤和选取适宜的植物种植模式提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验区基本情况
试验区位于河北省某有机果蔬种植基地。地理位置114 °20′—114 °52′ E，36 °35′—36 °56′ N，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，雨热同期，年平均气温15.5 ℃，年平均日照时数2 463.8 h，年平均降水量503.6 mm，无霜期200 d。试验区土质为无污染、适宜有机食品种植的砂荒地。
1.2 试验设计
在试验区采集常规种植模式T0（菜花）和有机种植模式T1、T2、T3和T4（依次为辣椒、大地辣椒、玉米和花椰菜）的土壤样品。采集前先清理地表石块、植被等杂质，采用双对角线法采集每块样地内的土样，分别采集各植被下0～10、10～20和20～30 cm土层的土壤样品，共采集15个样品。
1.3 测定项目与方法
1.4 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2019软件进行数据整理与分析，采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析、Pearson相关性分析，采用LSD法进行多重比较，采用Origin Pro软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 不同种植模式对土壤速效养分的影响
2.1.1 对土壤速效氮的影响
表1 不同种植模式对0～30 cm土层土壤速效氮、速效磷和速效钾含量的影响 (mg/kg) |
| 种植模式 | 速效氮 | 速效磷 | 速效钾 |
|---|---|---|---|
| T0 | 84.67 | 19.59 | 169.56 |
| T1 | 98.49 | 32.08 | 205.72 |
| T2 | 101.63 | 14.50 | 275.13 |
| T3 | 110.67 | 8.79 | 270.58 |
| T4 | 80.79 | 11.40 | 238.14 |
2.1.2 对土壤速效磷的影响
如图1B所示，0～10 cm土层中，T1模式土壤速效磷含量较T0增加（P<0.05），T2、T3和T4的土壤速效磷含量较T0均降低（P<0.05），T1模式土壤速效磷含量最高，较T0提高26.20%。10～20 cm土层中，T1模式土壤速效磷含量较T0明显增加（P<0.05），提高了92.86%，其余3种模式较T0均降低（P<0.05）。20～30 cm土层中，T1模式土壤速效磷含量最高，较T0增加75.15%（P<0.05）。T2和T4较T0分别增加10.05%和2.85%。综合来看，0～30 cm土层中，T2、T3和T4模式土壤平均速效磷含量均低于T0，平均含量依次为T1>T0>T2>T4>T3（表1）。
2.1.3 对土壤速效钾的影响
如图1C所示，0～10 cm土层T1、T2、T3和T4模式土壤速效钾含量较T0增加（P<0.05），其中T3的速效钾含量最高，较T0提高了68.56%。10～20 cm土层中，T1、T2、T3和T4模式土壤速效钾含量较T0增加（P<0.05），且4种有机种植模式间差异存在统计学意义（P<0.05）。20～30 cm土层中，与T0相比，有机种植模式的速效钾含量均明显增加（P<0.05），其中T2最高，为261.16 mg/kg，且4种有机种植模式间土壤速效钾含量差异存在统计学意义（P<0.05）。综合来看，0～30 cm土层中，T1、T2、T3和T4模式土壤平均速效钾含量均高于T0，平均含量依次为T2>T3>T4>T1>T0（表1）。说明有机种植模式的土壤速效钾含量高于常规种植模式。
2.2 不同种植模式对土壤腐殖质组分的影响
2.2.1 对土壤胡敏酸的影响
表2 不同种植模式对各土层土壤腐殖质组分的影响 |
| 土层深度/cm | 种植 模式 | 胡敏酸/（g/kg） | 富里酸/（g/kg） | 胡富比/% |
|---|---|---|---|---|
| 0～10 | T0 | 0.83±0.03 c | 2.04±0.34 a | 0.41±0.10 d |
| T1 | 0.76±0.02 d | 1.22±0.20 b | 0.62±0.12 c | |
| T2 | 1.44±0.03 b | 0.98±0.26 b | 1.47±0.14 b | |
| T3 | 1.68±0.06 a | 0.52±0.06 c | 3.23±0.30 a | |
| T4 | 1.45±0.04 b | 2.15±0.10 a | 0.67±0.09 c | |
| 10～20 | T0 | 1.14±0.02 d | 1.30±0.09 b | 0.88±0.13 c |
| T1 | 1.46±0.04 b | 0.76±0.12 c | 1.92±0.19 b | |
| T2 | 1.58±0.05 a | 0.64±0.08 c | 2.47±0.10 a | |
| T3 | 1.22±0.02 c | 1.46±0.05 a | 0.84±0.11 c | |
| T4 | 1.34±0.07 b | 1.57±0.14 a | 0.85±0.15 c | |
| 20～30 | T0 | 0.75±0.09 b | 1.45±0.08 b | 0.52±0.08 d |
| T1 | 0.59±0.07 b | 1.87±0.22 a | 0.32±0.06 e | |
| T2 | 1.09±0.09 a | 0.63±0.09 d | 1.73±0.14 b | |
| T3 | 1.23±0.07 a | 0.41±0.07 d | 3.00±0.13 a | |
| T4 | 1.17±0.06 a | 1.05±0.13 c | 1.11±0.12 c |
|
表3 不同种植模式对0～30 cm土层土壤腐殖质组分的影响 |
| 种植模式 | 胡敏酸/（g/kg） | 富里酸/（g/kg） | 胡富比/% |
|---|---|---|---|
| T0 | 0.91 | 1.60 | 0.57 |
| T1 | 0.94 | 1.28 | 0.73 |
| T2 | 1.37 | 0.75 | 1.83 |
| T3 | 1.38 | 0.80 | 1.73 |
| T4 | 1.32 | 1.59 | 0.83 |
2.2.2 对土壤富里酸的影响
0～10 cm土层中，除T4外，其他3种有机种植模式土壤富里酸含量均低于T0，其中T3的含量最低（0.52 g/kg），与T0差异具有统计学意义（P<0.05）。10～20 cm土层中，T3和T4土壤富里酸含量略高于T0，而T1和T2土壤富里酸含量低于T0，均与T0差异存在统计学意义（P<0.05）。20～30 cm土层中，T2、T3和T4土壤富里酸含量均低于T0，分别降低56.55%、71.72%和27.59%，4种有机种植模式与T0差异均存在统计学意义（P<0.05）。由表3可知，在0～30 cm土层中，有机种植模式平均土壤富里酸含量均低于常规种植模式。不同种植模式下土壤富里酸含量依次为T0>T4>T1>T3>T2。
2.2.3 对土壤胡富比的影响
0～10 cm土层中，有机种植模式的土壤胡富比均高于T0，且与T0差异存在统计学意义（P<0.05）。10～20 cm土层中，T1和T2的土壤胡富比高于T0，差异具有统计学意义（P<0.05）。20～30 cm土层中，T3土壤胡富比值最高，为3.00，较T0提高476.92%，各种植模式间差异具有统计学意义（P<0.05）。由表3可知，在0～30 cm土层中，4种有机种植模式的平均土壤胡富比高于常规种植模式。不同种植模式土壤胡富比依次为T2>T3>T4>T1>T0。
2.3 土壤速效养分与土壤腐殖质组分之间的相关性
Pearson相关性分析结果显示（表4），胡敏酸和胡富比之间呈正相关（P<0.01），富里酸与胡富比之间呈负相关（P<0.01），胡敏酸与速效钾之间呈正相关（P<0.05），速效氮与速效钾之间呈正相关（P<0.05）。
表4 土壤各指标间Pearson相关性分析结果 |
| 因子 | 胡敏酸 | 富里酸 | 胡富比 | 速效氮 | 速效磷 | 速效钾 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 胡敏酸 | 1 | |||||
| 富里酸 | -0.477 | 1 | ||||
| 胡富比 | 0.687** | -0.871** | 1 | |||
| 速效氮 | 0.271 | -0.266 | 0.430 | 1 | ||
| 速效磷 | -0.461 | 0.147 | -0.380 | -0.008 | 1 | |
| 速效钾 | 0.631* | -0.152 | 0.378 | 0.626* | -0.486 | 1 |
|
3 结论与讨论
3.1 不同种植模式对植物速效养分的影响
有机种植是近年来大力推广的一种绿色安全的农业种植模式，在种植过程中主要依靠自然法则，通过耕作措施、物理和生物方式，使土壤获得肥力并减少病虫害。研究表明，有机种植可以显著提高土壤有机质、速效养分的含量，有效增强土壤肥力及土壤酶的活性，改善土壤质量[12-13]。刘小粉[14]研究发现，与常规种植相比，有机种植显著提高了土壤有机碳、全氮和有效磷含量，显著降低了土壤全钾、速效钾含量；曹春霞等[15]研究发现，有机种植模式土壤pH较高，而土壤全磷、全钾和速效磷含量较低。本研究结果表明，0～30 cm土层中，有机种植模式T1、T2和T3土壤速效氮的含量明显高于T0。土壤中速效氮含量往往与有机质含量相关，有机种植模式下土壤有机质含量提高，有机质分解释放出速效氮，导致土壤中速效氮含量高于常规种植模式[16]。此外，土壤有机质含量与有机态氮含量呈正相关，有机态氮通过化学反应转化为速效氮被植物吸收利用[17]。有机种植模式的土壤速效磷含量低于常规种植模式，这可能与研究区降水量大、土壤长期积水，湿度过高影响有机磷的矿化作用等因素有关[18]，也可能与常规种植化学磷肥施用、前茬作物种类等因素有关[19]。有机种植模式下土壤速效钾含量偏高，这可能与钾肥的过量投入有关[20]。另外，气候条件也会影响土壤速效钾含量，研究区地处温带，土壤冻融交替，钾离子容易被释放[21]。由此可得，不同种植模式下，由于管理方式和气候条件的变化，会导致土壤各速效养分指标变化趋势有所不同。
3.2 不同种植模式对植物腐殖质组分的影响
土壤腐殖质是一种高分子有机化合物，可以增强土壤中微生物的活性，提高土壤肥力，对环境保护和生态恢复具有重要意义[22]。本试验结果表明，与常规种植相比，有机种植模式的土壤胡敏酸含量较高，富里酸含量较低，从而导致胡富比高于常规种植，这说明有机种植模式下土壤中的腐殖质含量高，土壤肥力强，这与苑学亮等[23]的研究结果类似。牛云梦等[24]研究表明，有机种植模式下，长期施用有机肥可以提高土壤中胡敏酸、可提取腐殖物质的含量。在0～30 cm土层中，有机种植模式下土壤中富里酸的平均含量低于常规种植，这可能是因为施用有机肥促进了富里酸向胡敏酸的转化[25]。施梦馨等[26]研究表明，有机肥施加量越多，土壤腐殖化程度越高，土壤肥力越强。
3.3 不同种植模式下土壤速效养分与土壤腐殖质组分之间的相关性
综上，在不同种植模式下，有机种植有利于提高土壤速效氮、速效钾及胡敏酸的含量，0～30 cm土层中平均速效氮含量依次为T3>T2>T1>T0>T4，平均速效钾含量依次为T2>T3>T4>T1>T0，平均胡敏酸含量依次为T3>T2>T4>T1>T0。土壤胡敏酸与速效钾、速效氮与速效钾之间存在相关性（P<0.05）。有机种植有利于改善土壤速效养分和腐殖质组分，提高土壤肥力，有利于促进农业可持续发展。