棚齡對(duì)大棚土壤重金屬及鹽分含量的影響

余佳悅，王飛娟，林夢(mèng)茜，朱 誠，蔡 沖

（中國計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，海洋食品加工質(zhì)量控制技術(shù)與儀器浙江省工程實(shí)驗(yàn)，浙江杭州 310018）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，近年來我國大棚蔬菜、水果等種植面積呈上升趨勢(shì)。由于大棚蔬菜的高收益高回報(bào)，使其在我國蔬菜生產(chǎn)中一直占有相當(dāng)重要的地位，各地蔬菜大棚面積一般占菜地總面積的10%～30%[1]，不僅豐富了市民的“菜籃子”，更為農(nóng)民增收致富開辟了新途徑。如繼去年5 000萬元打造萬畝大棚地后，2011年廣東將再度建3 000 hm2大棚蔬菜基地，確保惡劣天氣下蔬菜收成，以上市量穩(wěn)定蔬菜價(jià)格。大棚土壤常年覆蓋或季節(jié)性覆蓋改變了其自然狀態(tài)下的土壤平衡，對(duì)土壤性質(zhì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。該研究從大棚土壤出發(fā)，通過探討大棚棚齡對(duì)大棚土壤中重金屬及鹽分含量的影響，以期為今后采取有效地污染防治措施來提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和保護(hù)人類的健康提供理論依據(jù)。

1 棚齡對(duì)大棚土壤重金屬含量的影響

1.1 大棚土壤中重金屬污染現(xiàn)狀與棚齡的相關(guān)性

研究表明[1-3]，大棚土壤在大棚使用初期并未有重金屬超標(biāo)現(xiàn)象，但隨著大棚使用年限的增加其重金屬含量也會(huì)增加。李云見等[2]研究發(fā)現(xiàn)，大棚土壤中包括Pb、Zn、Cu等重金屬的含量隨棚齡的增加而增加，且這3種重金屬的含量與棚齡呈極顯著正相關(guān)，但Cd含量隨棚齡的增加變化不大。將土壤環(huán)境背景值與土壤重金屬含量進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其含量均在國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，表明該地區(qū)土壤未被污染。杜慧玲等[3]報(bào)道，隨大棚使用年限增加，重金屬元素 As、Hg、Cr、Pb、Cu、Cd 的含量也呈極顯著正相關(guān)趨勢(shì)增加，根據(jù)我國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，除Hg超標(biāo)1.5%外，其他各重金屬元素的含量均在允許范圍內(nèi)。但是，當(dāng)大棚土壤中重金屬元素含量累積到一定程度時(shí)，將會(huì)對(duì)植物、人類造成危害。

李德成等[1]研究表明，江蘇鹽城地區(qū)蔬菜大棚土壤中重金屬元素 As、Cd、Co、Fe、Mn、Mo、Cr、Cu、Hg、Zn、Pb和Ni的含量總體上是隨棚齡的增加而增加的。第1年蔬菜大棚土壤中的重金屬元素含量明顯較低，可能是因?yàn)樵诼短齑筇锔某稍O(shè)施大棚時(shí)一般要進(jìn)行土壤深翻處理(深度為1 m左右)，而大田中表層土壤的重金屬元素含量一般遠(yuǎn)高于深層土壤(50 cm以下)，從而使初期大棚的重金屬含量較低，與大田土壤狀況相比，一定使用年限的蔬菜大棚土壤中重金屬元素含量會(huì)有所增加。

目前，盡管該研究區(qū)蔬菜大棚土壤中的重金屬含量依然介于安全范圍內(nèi)，但外界投入條件的改變可能會(huì)隨時(shí)打破這一動(dòng)態(tài)平衡，因此，必須在今后蔬菜大棚生產(chǎn)和發(fā)展中予以重視。

1.2 大棚土壤重金屬含量變化的原因

研究表明[1]，導(dǎo)致土壤中重金屬含量增加的原因一般有農(nóng)用薄膜殘留、污灌、農(nóng)藥以及施肥等。目前，該研究區(qū)的水體污染并不嚴(yán)重，且國家對(duì)蔬菜大棚生產(chǎn)中農(nóng)藥施用標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也非常嚴(yán)格，因此，農(nóng)藥和灌溉并非是導(dǎo)致該地區(qū)蔬菜大棚土壤中重金屬含量增加的主要原因。施肥過量引起土壤中重金屬元素含量增加的現(xiàn)象在世界各地均有發(fā)生[4]，而施用的含鈣鎂磷肥的復(fù)合肥以及家禽糞便等有機(jī)肥其成分中均含有一定量的重金屬元素，這也可能是導(dǎo)致蔬菜大棚土壤中重金屬元素含量增加的另外一個(gè)原因。

此外，大量使用地膜限制了土壤與外界物質(zhì)的交換。大面積灌溉和強(qiáng)降雨時(shí)，在裸露的地表上，有相當(dāng)數(shù)量的水分可迅速通過大孔隙(包括植物根孔、生物孔穴和裂隙)滲透，從而到達(dá)深層土壤或直接進(jìn)入地下水，這可以帶走部分重金屬元素[5]。而薄膜覆蓋在一定程度上使雨水難以滲透到土壤中，這部分原本可以被帶走的重金屬滯留在土壤中破壞了土壤的結(jié)構(gòu)，這樣也使大棚土壤中重金屬含量增加。

1.3 重金屬對(duì)農(nóng)作物生長的影響

施用適宜濃度的重金屬會(huì)對(duì)植物起到一定的刺激作用，從而達(dá)到增加作物產(chǎn)量的目的，但是隨著濃度的增加會(huì)抑制作物的正常生長，從而造成作物減產(chǎn)，甚至絕產(chǎn)[6]。生長在重金屬污染的環(huán)境中，過量的重金屬元素被植株體吸收，損害了植物細(xì)胞膜系統(tǒng)，從而進(jìn)一步影響植物細(xì)胞器的功能與結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致植物體內(nèi)的各種生理及生化過程發(fā)生紊亂。如植物體中葉綠素的合成遭到抑制或破壞，降低了植物中葉綠素含量，從而影響與植物生長相關(guān)的酶的活性[7-9]，降低或抑制了植物的光合作用，最終過量消耗了供給植物生長的物質(zhì)和能量，從而使植物生長受到抑制。

李秀珍等[10]研究表明，即使是耐性較強(qiáng)的品種，為了保持細(xì)胞正常功能，適應(yīng)逆境，必然要過度消耗植物生長過程中的有效能量。最終損害機(jī)體功能，抑制正常生長或死亡。所以，當(dāng)植物生長環(huán)境中的重金屬元素含量超過一定濃度時(shí)，植物的生長發(fā)育就會(huì)受到影響。

2 棚齡對(duì)大棚土壤鹽分含量的影響

2.1 大棚土壤中鹽漬化現(xiàn)狀與棚齡的相關(guān)性

研究表明[11-12]，大棚土壤中鹽分的含量隨著棚齡的增加而增加，且一些水溶性鹽的含量比一般露天菜地高。魏迎春等[11]以露天菜地為對(duì)照，運(yùn)用相關(guān)性及方差分析方法，分析了楊凌地區(qū)不同種植年限的大棚土壤水溶性鹽分的變化特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大棚土壤中水溶性總鹽含量與電導(dǎo)率（EC）比露天蔬菜土壤明顯偏高，且隨栽培年限的延長總鹽含量與EC值逐漸升高。杜連鳳等[12]通過調(diào)查取樣的方法研究了河北省藁城市不同棚齡大棚的土壤鹽分累積狀況，結(jié)果表明大棚土壤的可溶鹽分明顯高于相鄰?fù)寥?，各土層的增加幅度也有一定的差異。其中?～20 cm土層鹽分含量最高,且隨著深度的增加鹽分含量呈遞減趨勢(shì)。與相鄰?fù)寥辣容^，大棚土壤中除HCO3-含量有降低趨勢(shì)外，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、SO42-、NO3和-Cl-離子含量都有一定程度的累積，且隨棚齡的增加表現(xiàn)出一定的分布和累積規(guī)律。與相鄰?fù)寥辣容^，大棚土壤的水溶態(tài)磷的含量也有顯著增加。各離子含量與EC值間存在顯著或極顯著相關(guān)性，其中以Mg2+、Ca2+和NO3-與EC值的相關(guān)系數(shù)最高。因此，大棚土壤鹽漬化趨勢(shì)隨栽培年限的延長越來越明顯。

2.2 大棚土壤鹽分含量變化的原因

造成大棚土壤鹽漬化的主要原因是化學(xué)肥料的大量使用，此外，耕作、灌溉等管理方式不當(dāng)也是造成棚內(nèi)土壤鹽漬化的重要原因[13]。大棚的復(fù)種指數(shù)高于田間露地，施肥量大，另外由于大棚土壤長期處于高溫、高濕的特殊生態(tài)環(huán)境條件下，加上無降水淋洗和土地的超負(fù)荷利用導(dǎo)致土壤物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，隨著栽培年限的不斷增加，土壤也容易出現(xiàn)不同程度的鹽漬化[13]。合理施肥可以減輕或防止土壤鹽漬化，延長大棚使用年限。增加有機(jī)肥的施用比例，是目前公認(rèn)的最為有效的措施[14]。

有研究表明，施用半腐熟的有機(jī)肥能夠有效防治設(shè)施土壤鹽漬化,分析其原因是有機(jī)肥在分解過程中，消耗了土壤鹽分中的氮源，被土壤中的微生物暫時(shí)固定，從而使土壤溶液中的鹽分濃度有所降低；另外，有機(jī)肥還能吸收一部分鹽分以及阻斷部分毛管水流，起到抑制鹽分聚集的作用。同時(shí)水鹽運(yùn)移也是影響鹽分分布的重要原因，因此，應(yīng)從灌水和栽培管理等方面進(jìn)行優(yōu)化，減少鹽分的積累起到防治土壤鹽漬化的目的[15]。

2.3 鹽分含量對(duì)農(nóng)作物生長的影響

土壤鹽分過高是制約作物產(chǎn)量增加的主要原因，會(huì)導(dǎo)致作物尤其是灌溉農(nóng)業(yè)的作物減產(chǎn)。鹽脅迫會(huì)降低水勢(shì)并導(dǎo)致離子失衡，影響幾乎作物所有的重要生命過程[16]，同時(shí)鹽分又是植物生長過程中不可缺少的物質(zhì)。植物體內(nèi)各種有機(jī)物的積累幾乎都依賴于土壤中鹽分的供應(yīng)，但如果處于高濃度鹽脅迫情況下，植物正常的生命活動(dòng)就會(huì)受到限制甚至引起植株死亡。植物的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及生理生化等方面將發(fā)生一系列的變化，如質(zhì)膜結(jié)構(gòu)損傷和其物質(zhì)組分改變，酶活性發(fā)生變化，蛋白質(zhì)合成受到抑制，有毒代謝產(chǎn)物的積累等[17]。

3 結(jié)論

綜上所述，大棚土壤的重金屬和鹽分含量過高都對(duì)作物的生長造成了一定的負(fù)面影響。土壤重金屬污染和鹽漬化首先應(yīng)從控制污染源抓起，要充分認(rèn)識(shí)土壤重金屬污染的隱匿性、長期性、不可逆性以及不能完全被分解或消逝的特點(diǎn)及鹽分產(chǎn)生的原因，從根本上進(jìn)行治理和改善[18]。發(fā)展大棚蔬菜是優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)促農(nóng)增收的有效途徑，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。

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