渭河上游长期设施种植对土壤盐渍化及硝态氮含量的影响

2015-12-25俄胜哲姚嘉斌袁金华杨东明郭永杰

甘肃农业科技 2015年8期

俄胜哲，黄涛，袁洁，姚嘉斌，袁金华，杨东明，郭永杰

（1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃兰州 730070；2.酒钢集团吉瑞再生资源开发有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100；3.甘肃新明生物科技有限公司，甘肃兰州 730060）

设施栽培打破了传统露地生产的季节性限制，大幅度提高了土地利用效率和农民的收入，在我国广大地区迅速发展，已成为我国农业中最有活力的新兴产业之一。高效节能日光温室是我国设施蔬菜的主导生产形式。目前我国设施蔬菜种植面积已逾270万hm2，产量达1.68亿t，年产值超过4 000亿元，成为世界上设施蔬菜栽培面积最大的国家［1-2］。设施蔬菜栽培的特点是高投入、高产出、高效益。在利益驱动下，菜农片面的追求高产，长期过量施肥，导致土壤养分，特别是硝态氮大量积累，致使蔬菜品质下降、土壤污染加剧、土壤质量退化等问题凸显［3］。已有诸多研究表明，长期设施栽培可导致土壤酸化、次生盐渍化、硝态氮大量累积及土壤质量退化等问题，部分种植年限较长的温室已不能进行蔬菜生产［4-7］。由此可见，如何有效应对设施土壤次生盐渍化，实现设施土壤的可持续利用，是设施生产亟待解决的问题。

天水市武山县位于甘肃省的东南部、渭河上游，以渭河流域为主的河谷川道地区地势平坦、水源充足、光照条件好、气候温和，设施蔬菜生产发展较快，已成为农民增收、农业增效的支柱产业。目前武山县全县蔬菜种植面积已达到21.0万hm2，年产量63.6万t，年总产值超过4.1亿元，占农业总收入的40%以上［8-9］。然而，目前有关此区域长期栽培设施蔬菜对土壤盐渍化的报道鲜见。我们以武山县马力镇北顺村不同种植年限的温室菜地和露地为研究对象，探讨了设施菜地的长期高强度耕作和大量施肥对土壤盐渍化和硝态氮含量影响，以期为该区域设施蔬菜的科学施肥、土壤管理和设施蔬菜产业的可持续发展提供支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

供试土样采于天水市武山县马力镇北顺村无公害蔬菜生产基地，东经105°08′，北纬34°57′，土壤类型为黄绵土。属大陆性半湿润半干旱季风性气候，海拔2 370 m，年均降水量530 mm左右，年均气温8.9℃，无霜期160 d，≥10℃的有效积温为3 400℃。日光温室多为干打垒土温室，建棚前主要农作物轮作模式为小麦—玉米轮作。建温室后，温室内种植的蔬菜种类多为黄瓜，轮作模式为黄瓜连作。生产期一般为每年10月底至翌年6月底，7—10月休闲晒田。温室菜地施用的化肥主要为氮磷钾复合肥（N、P2O5、K2O比为15∶15∶10），年投入量平均为5 t/hm2左右，最高可达8 t/hm2左右。氮磷钾复合肥中，氮源为尿素，磷源多为磷酸二氢铵，钾源多为硫酸钾，少数复合肥钾源为氯化钾。有机肥多为纯腐熟动物粪便，平均施用量为25 t/hm2（干重），最高达50 t/hm2。大田主栽作物是小麦和玉米，一年一熟。小麦施肥用量为N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2，玉米施肥量是小麦的2倍左右，不施钾肥。小麦秸秆直接粉碎还田，玉米秸秆用作饲料。

1.2 样品采集与处理

2013年12月20日，在天水市武山县马力镇北顺村无公害蔬菜生产基地选择连续设施栽培年限分别为2、6、11、14 a日光温室和露地，同种植年限选3个栽培管理措施相近的日光温室和露地地块。每个温室和每块露地按照“S”型采样路线，共5个点，采集0～20 cm表层土壤，5个采样点的土样混合均匀后，采用四分法留样约1.0 kg，装入聚乙烯塑料自封袋，标记密封，带回实验室风干。去掉植物根系、落叶、石块等，过相应的土壤筛后，用于测定分析［10］。

1.3 分析测定

pH采用电位法（水、土比为2.5∶1）测定，水溶性盐含量采用测定用电导法（水、土比为5∶1）测定，硝酸盐采用2 mol/L氯化钾浸提（液、土比为5∶1），流动注射分析仪（Skalar San++）测定。

1.4 统计与分析

图表绘制采用Excel 2007。数据统计分析采用SPSS11.0，多重比较采用LSD法。图中不同的小写字母表示处理间在P＜0.05水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1 土壤pH及全盐含量随年限变化

通过图1可以看出，不同种植年限（2、6、11、14 a）的设施菜地耕作层土壤（0～20 cm）pH明显低于露地大田耕作层土壤，连续设施种植2 a的土壤pH与露地大田相比差异不显著，而连续种植6、11、14 a的设施土壤的pH显著低于露地大田。设施菜地土壤随种植年限的延长，土壤pH逐渐降低。连续种植2、6、11 a的设施土壤pH存在显著性差异，而11 a与14 a差异不显著。如将露地视为设施菜地种植年限为0年，设施菜地土壤pH随种植年限变化可用y=-0.05x+8.19较好的拟合，拟合度达极显著水平（R2=0.99**，P＜0.01），由此得出，设施土壤的pH年均降低0.05。

不同种植年限的设施土壤全盐含量也显著高于露地土壤。露地土壤（0～20 cm）全盐含量为0.5 g/kg，连续设施种植14 a后土壤全盐含量达到3.4 g/kg，是露地土壤的6.35倍。设施土壤的全盐含量随种植年限延长逐渐增加，如视露地为设施菜地种植年限0年，土壤全盐含量随种植年限的变化可由线性模型y=0.18x+0.91拟合，R2=0.92*，P＜0.05。不同种植年限间设施土壤全盐含量的差异也达到显著水平。

图1 设施土壤pH和全盐随种植年限的变化

2.2 土壤硝态氮含量随年限变化

由图2可以看出，设施菜地土壤硝态氮显著的高于露地土壤，露地土壤硝态氮含量仅为23 mg/kg，而设施栽培2、4、11、14 a后，土壤硝态氮含量分别为196、262、302、335 mg/kg，分别为露地土壤8.5、11.3、13.1、14.6倍。随设施蔬菜栽培年限的延长，土壤硝态氮含量先逐渐增加，然后逐渐稳定。2、4、11、14 a设施土壤硝态氮含量差异达到显著水平。如果视露地为设施菜地种植年限0年，硝态氮含量随设施栽培年限变化可用y=3.1x2+62.5x+55.6很好的模拟，拟合度达到极限值水平（R2=0.91，P＜0.05）。

图2 设施土壤硝态氮含量随种植年限的变化

2.3 全盐、硝态氮与pH间的关系

由图3可以看出，不同种植年限设施土壤（0～20 cm）的全盐含量与pH存在显著负相关关系，而全盐含量与土壤硝态氮含量显著正相关。由此表明，长期设施栽培显著增加土壤致酸盐基离子，如硫酸根、硝酸根、氢离子等，而导致碱性盐基离子，如碳酸根和碳酸氢根离子则明显降低，这可能是由于设施菜地长期过量施肥，氮磷钾和有机质等养分大量累积所致。

图3 土壤全盐与硝态氮和pH间的关系

3 小结与讨论

1）陇东南渭河上游设施菜地土壤pH随种植年限逐渐降低，年均降低0.05个单位，而全盐含量逐渐增加，年均增加0.18百分点。土壤硝态氮显著的高于露地土壤，且随设施蔬菜栽培年限的延长，土壤硝态氮含量先逐渐增加，然后逐渐稳定。全盐含量与土壤pH存在显著负相关关系，而与土壤硝态氮含量显著正相关。

2）长期不合理地大量投肥是造成设施菜地土壤次生盐渍化和土壤pH降低的主要原因。连续种植设施蔬菜14 a后，土壤已出现轻微的盐渍化现象，全盐含量达到3.4 g/kg，土壤质量变差，蔬菜产量降低，应考虑采用深翻、覆盖及灌溉排盐等措施控制盐渍化。

3）本研究表明，设施土壤的施肥量是普通大田的数十倍（设施土壤年均化肥施用量为5 t/hm2，有机肥25 t/hm2），其土壤pH随种植年限逐渐降低，可能与长期过量施有机肥和化肥有关，有机肥经过微生物的降解和氨化作用产生大量的NH4+，无机氮肥（尿素、磷酸二铵）也含有大量的NH4+，其中一部分NH4+被土壤胶体吸附和植物吸收，绝大部分则是在硝化细菌的作用下转化为NO3-，同时释放出H+［6］。李粉茹等研究报道，安徽黄潮土菜地和黑姜土设施菜地pH年均降低0.05～0.06个单位［11］，与本研究结果基本一致。

4）日光温室内高温、高湿和强蒸发的环境条件促进了土壤盐分的积累和表聚，同时也促进土壤固相物质的快速分解与盐基离子释放［4］。但长期大量投肥是造成设施菜地土壤次生盐渍化的重要原因［7］。设施菜地化肥的投入远远超过了蔬菜正常生长需要的量而逐渐在土壤中积累，从而导致了土壤全盐含量的升高［12-13］。本研究表明，长期设施栽培显著增加土壤致酸盐基离子，如硫酸根、硝酸根、氢离子等，而致碱性的盐基离子，如碳酸根和碳酸氢根离子则明显降低。陈碧华等在新乡潮土上研究发现，设施土壤水溶性盐总量上升幅度与种植年限极显著相关，连续种植30 a后，可溶性盐含量达1.2%，而且K+、Na+、Cl-、NO3-和SO42-的含量均与土壤水溶性盐总量呈极显著相关，表明K+、Na+、Cl-、NO3-和SO42-是造成土壤含盐总量随种植年限增加的重要原因［4］。但伊田等在陕西杨凌地区研究结论与本研究则不同，设施土壤电导率在1～3 a迅速上升，3～10 a趋于平稳，研究结论的差异可能与土壤理化性状、种植制度及施肥量不同有关［3］。杜新民等研究指出，黄瓜、番茄、辣椒的生育障碍临界点分别为1.2、1.5、1.5 ms/cm，临汾市种植8 a的日光温室土壤盐分累积量达到4.71 g/kg，土壤电导率1.08 ms/cm，已接近黄瓜的生育障碍临界点［14］。本研究区域温室菜地最大种植年限为14 a，土壤全盐含量为3.4 g/kg，虽在生育障碍临界点以下，但已出现轻微的盐渍化现象，应考虑通过深翻，灌溉排盐等措施，控制盐渍化的进一步发展。

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