渭河上游長期設(shè)施種植對土壤鹽漬化及硝態(tài)氮含量的影響

俄勝哲，黃 濤，袁 潔，姚嘉斌，袁金華，楊東明，郭永杰

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.酒鋼集團(tuán)吉瑞再生資源開發(fā)有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；3.甘肅新明生物科技有限公司，甘肅 蘭州 730060）

設(shè)施栽培打破了傳統(tǒng)露地生產(chǎn)的季節(jié)性限制， 大幅度提高了土地利用效率和農(nóng)民的收入，在我國廣大地區(qū)迅速發(fā)展，已成為我國農(nóng)業(yè)中最有活力的新興產(chǎn)業(yè)之一。高效節(jié)能日光溫室是我國設(shè)施蔬菜的主導(dǎo)生產(chǎn)形式。目前我國設(shè)施蔬菜種植面積已逾270萬hm2，產(chǎn)量達(dá)1.68億t，年產(chǎn)值超過4 000億元，成為世界上設(shè)施蔬菜栽培面積最大的國家［1-2］。設(shè)施蔬菜栽培的特點(diǎn)是高投入、高產(chǎn)出、高效益。在利益驅(qū)動下，菜農(nóng)片面的追求高產(chǎn)，長期過量施肥，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分，特別是硝態(tài)氮大量積累，致使蔬菜品質(zhì)下降、土壤污染加劇、土壤質(zhì)量退化等問題凸顯［3］。已有諸多研究表明，長期設(shè)施栽培可導(dǎo)致土壤酸化、次生鹽漬化、硝態(tài)氮大量累積及土壤質(zhì)量退化等問題，部分種植年限較長的溫室已不能進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)［4-7］。由此可見，如何有效應(yīng)對設(shè)施土壤次生鹽漬化，實(shí)現(xiàn)設(shè)施土壤的可持續(xù)利用，是設(shè)施生產(chǎn)亟待解決的問題。

天水市武山縣位于甘肅省的東南部、渭河上游，以渭河流域?yàn)橹鞯暮庸却ǖ赖貐^(qū)地勢平坦、水源充足、光照條件好、氣候溫和，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)發(fā)展較快，已成為農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效的支柱產(chǎn)業(yè)。目前武山縣全縣蔬菜種植面積已達(dá)到21.0萬hm2，年產(chǎn)量63.6萬t，年總產(chǎn)值超過4.1億元，占農(nóng)業(yè)總收入的40%以上［8-9］。然而，目前有關(guān)此區(qū)域長期栽培設(shè)施蔬菜對土壤鹽漬化的報(bào)道鮮見。我們以武山縣馬力鎮(zhèn)北順村不同種植年限的溫室菜地和露地為研究對象，探討了設(shè)施菜地的長期高強(qiáng)度耕作和大量施肥對土壤鹽漬化和硝態(tài)氮含量影響，以期為該區(qū)域設(shè)施蔬菜的科學(xué)施肥、土壤管理和設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

供試土樣采于天水市武山縣馬力鎮(zhèn)北順村無公害蔬菜生產(chǎn)基地，東經(jīng)105°08′，北緯34°57′，土壤類型為黃綿土。屬大陸性半濕潤半干旱季風(fēng)性氣候，海拔2 370 m，年均降水量530 mm左右，年均氣溫8.9℃，無霜期160 d，≥10℃的有效積溫為3 400℃。日光溫室多為干打壘土溫室，建棚前主要農(nóng)作物輪作模式為小麥—玉米輪作。建溫室后，溫室內(nèi)種植的蔬菜種類多為黃瓜，輪作模式為黃瓜連作。生產(chǎn)期一般為每年10月底至翌年6月底，7—10月休閑曬田。溫室菜地施用的化肥主要為氮磷鉀復(fù)合肥（N、P2O5、K2O比為15∶15∶10），年投入量平均為5 t/hm2左右，最高可達(dá)8 t/hm2左右。氮磷鉀復(fù)合肥中，氮源為尿素，磷源多為磷酸二氫銨，鉀源多為硫酸鉀，少數(shù)復(fù)合肥鉀源為氯化鉀。有機(jī)肥多為純腐熟動物糞便，平均施用量為25 t/hm2（干重），最高達(dá)50 t/hm2。大田主栽作物是小麥和玉米，一年一熟。小麥?zhǔn)┓视昧繛镹 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2，玉米施肥量是小麥的2倍左右，不施鉀肥。小麥秸稈直接粉碎還田，玉米秸稈用作飼料。

1.2 樣品采集與處理

2013年12月20日，在天水市武山縣馬力鎮(zhèn)北順村無公害蔬菜生產(chǎn)基地選擇連續(xù)設(shè)施栽培年限分別為2、6、11、14 a日光溫室和露地，同種植年限選3個栽培管理措施相近的日光溫室和露地地塊。每個溫室和每塊露地按照“S”型采樣路線，共5個點(diǎn)，采集0～20 cm表層土壤，5個采樣點(diǎn)的土樣混合均勻后，采用四分法留樣約1.0 kg，裝入聚乙烯塑料自封袋，標(biāo)記密封，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。去掉植物根系、落葉、石塊等，過相應(yīng)的土壤篩后，用于測定分析［10］。

1.3 分析測定

pH采用電位法（水、土比為2.5∶1）測定，水溶性鹽含量采用測定用電導(dǎo)法（水、土比為5∶1）測定，硝酸鹽采用2 mol/L氯化鉀浸提（液、土比為5∶1），流動注射分析儀（Skalar San++）測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)與分析

圖表繪制采用Excel 2007。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS11.0，多重比較采用LSD法。圖中不同的小寫字母表示處理間在P＜0.05水平上差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH及全鹽含量隨年限變化

通過圖1可以看出，不同種植年限（2、6、11、14 a）的設(shè)施菜地耕作層土壤（0～20 cm）pH明顯低于露地大田耕作層土壤，連續(xù)設(shè)施種植2 a的土壤pH與露地大田相比差異不顯著，而連續(xù)種植6、11、14 a的設(shè)施土壤的pH顯著低于露地大田。設(shè)施菜地土壤隨種植年限的延長，土壤pH逐漸降低。連續(xù)種植2、6、11 a的設(shè)施土壤pH存在顯著性差異，而11 a與14 a差異不顯著。如將露地視為設(shè)施菜地種植年限為0年，設(shè)施菜地土壤pH隨種植年限變化可用y=-0.05x+8.19較好的擬合，擬合度達(dá)極顯著水平（R2=0.99**，P＜0.01），由此得出，設(shè)施土壤的pH年均降低0.05。

不同種植年限的設(shè)施土壤全鹽含量也顯著高于露地土壤。露地土壤（0～20 cm）全鹽含量為0.5 g/kg，連續(xù)設(shè)施種植14 a后土壤全鹽含量達(dá)到3.4 g/kg，是露地土壤的6.35倍。設(shè)施土壤的全鹽含量隨種植年限延長逐漸增加，如視露地為設(shè)施菜地種植年限0年，土壤全鹽含量隨種植年限的變化可由線性模型y=0.18x+0.91擬合，R2=0.92*，P＜0.05。不同種植年限間設(shè)施土壤全鹽含量的差異也達(dá)到顯著水平。

圖1 設(shè)施土壤pH和全鹽隨種植年限的變化

2.2 土壤硝態(tài)氮含量隨年限變化

由圖2可以看出，設(shè)施菜地土壤硝態(tài)氮顯著的高于露地土壤，露地土壤硝態(tài)氮含量僅為23 mg/kg，而設(shè)施栽培2、4、11、14 a后，土壤硝態(tài)氮含量分別為196、262、302、335 mg/kg，分別為露地土壤8.5、11.3、13.1、14.6倍。隨設(shè)施蔬菜栽培年限的延長，土壤硝態(tài)氮含量先逐漸增加，然后逐漸穩(wěn)定。2、4、11、14 a設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量差異達(dá)到顯著水平。如果視露地為設(shè)施菜地種植年限0年，硝態(tài)氮含量隨設(shè)施栽培年限變化可用y=3.1x2+62.5x+55.6很好的模擬，擬合度達(dá)到極限值水平（R2=0.91，P＜0.05）。

圖2 設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量隨種植年限的變化

2.3 全鹽、硝態(tài)氮與pH間的關(guān)系

由圖3可以看出，不同種植年限設(shè)施土壤（0～20 cm）的全鹽含量與pH存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而全鹽含量與土壤硝態(tài)氮含量顯著正相關(guān)。由此表明，長期設(shè)施栽培顯著增加土壤致酸鹽基離子，如硫酸根、硝酸根、氫離子等，而導(dǎo)致堿性鹽基離子，如碳酸根和碳酸氫根離子則明顯降低，這可能是由于設(shè)施菜地長期過量施肥，氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分大量累積所致。

圖3 土壤全鹽與硝態(tài)氮和pH間的關(guān)系

3 小結(jié)與討論

1）隴東南渭河上游設(shè)施菜地土壤pH隨種植年限逐漸降低，年均降低0.05個單位，而全鹽含量逐漸增加，年均增加0.18百分點(diǎn)。土壤硝態(tài)氮顯著的高于露地土壤，且隨設(shè)施蔬菜栽培年限的延長，土壤硝態(tài)氮含量先逐漸增加，然后逐漸穩(wěn)定。全鹽含量與土壤pH存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與土壤硝態(tài)氮含量顯著正相關(guān)。

2）長期不合理地大量投肥是造成設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化和土壤pH降低的主要原因。連續(xù)種植設(shè)施蔬菜14 a后，土壤已出現(xiàn)輕微的鹽漬化現(xiàn)象，全鹽含量達(dá)到3.4 g/kg，土壤質(zhì)量變差，蔬菜產(chǎn)量降低，應(yīng)考慮采用深翻、覆蓋及灌溉排鹽等措施控制鹽漬化。

3）本研究表明，設(shè)施土壤的施肥量是普通大田的數(shù)十倍（設(shè)施土壤年均化肥施用量為5 t/hm2，有機(jī)肥25 t/hm2），其土壤pH隨種植年限逐漸降低，可能與長期過量施有機(jī)肥和化肥有關(guān)，有機(jī)肥經(jīng)過微生物的降解和氨化作用產(chǎn)生大量的NH4+，無機(jī)氮肥（尿素、磷酸二銨）也含有大量的NH4+，其中一部分NH4+被土壤膠體吸附和植物吸收，絕大部分則是在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為NO3-，同時釋放出H+［6］。李粉茹等研究報(bào)道，安徽黃潮土菜地和黑姜土設(shè)施菜地pH年均降低0.05～0.06個單位［11］，與本研究結(jié)果基本一致。

4）日光溫室內(nèi)高溫、高濕和強(qiáng)蒸發(fā)的環(huán)境條件促進(jìn)了土壤鹽分的積累和表聚，同時也促進(jìn)土壤固相物質(zhì)的快速分解與鹽基離子釋放［4］。但長期大量投肥是造成設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化的重要原因［7］。設(shè)施菜地化肥的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了蔬菜正常生長需要的量而逐漸在土壤中積累，從而導(dǎo)致了土壤全鹽含量的升高［12-13］。本研究表明，長期設(shè)施栽培顯著增加土壤致酸鹽基離子，如硫酸根、硝酸根、氫離子等，而致堿性的鹽基離子，如碳酸根和碳酸氫根離子則明顯降低。陳碧華等在新鄉(xiāng)潮土上研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)施土壤水溶性鹽總量上升幅度與種植年限極顯著相關(guān)，連續(xù)種植30 a后，可溶性鹽含量達(dá)1.2%，而且K+、Na+、Cl-、NO3-和SO42-的含量均與土壤水溶性鹽總量呈極顯著相關(guān)，表明K+、Na+、Cl-、NO3-和SO42-是造成土壤含鹽總量隨種植年限增加的重要原因［4］。但伊田等在陜西楊凌地區(qū)研究結(jié)論與本研究則不同，設(shè)施土壤電導(dǎo)率在1～3 a迅速上升，3～10 a趨于平穩(wěn)，研究結(jié)論的差異可能與土壤理化性狀、種植制度及施肥量不同有關(guān)［3］。杜新民等研究指出，黃瓜、番茄、辣椒的生育障礙臨界點(diǎn)分別為1.2、1.5、1.5 ms/cm，臨汾市種植8 a的日光溫室土壤鹽分累積量達(dá)到4.71 g/kg，土壤電導(dǎo)率1.08 ms/cm，已接近黃瓜的生育障礙臨界點(diǎn)［14］。本研究區(qū)域溫室菜地最大種植年限為14 a，土壤全鹽含量為3.4 g/kg，雖在生育障礙臨界點(diǎn)以下，但已出現(xiàn)輕微的鹽漬化現(xiàn)象，應(yīng)考慮通過深翻，灌溉排鹽等措施，控制鹽漬化的進(jìn)一步發(fā)展。

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