河西走廊蔬菜日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀及改良對(duì)策

侯格平，甄東升，孫寧科，姜青龍，白長(zhǎng)福，李偉，郭興紅

(張掖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 張掖 734000)

甘肅河西走廊地區(qū)日照充足、冬季陰雪天較少、灌溉條件便利，非常適宜發(fā)展日光溫室[1]。近年來(lái)，地處河西走廊中部的張掖市，設(shè)施蔬菜面積已達(dá)13萬(wàn)畝，產(chǎn)量達(dá)60萬(wàn)噸，正在發(fā)展成為西菜東調(diào)和向哈薩克斯坦等中亞國(guó)家出口蔬菜產(chǎn)品的重要基地。但該地區(qū)冬季極端低溫時(shí)間較長(zhǎng)，土壤可溶性鹽含量較高，加之近年來(lái)日光溫室土壤質(zhì)量退化問(wèn)題日益凸顯[2，3]，造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)降低，嚴(yán)重威脅著蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

日光溫室栽培過(guò)程中，土壤常處于高溫、高濕、高蒸發(fā)、無(wú)雨水淋溶的環(huán)境中[4]，同時(shí)長(zhǎng)期處于高度集約化、高復(fù)種指數(shù)、高肥料使用量的生產(chǎn)狀態(tài)，使土壤易發(fā)生次生鹽漬化、酸化、肥力下降、板結(jié)、微生物區(qū)系改變等土壤質(zhì)量退化問(wèn)題[5～14]。其中，土壤次生鹽漬化是日光溫室栽培最突出的問(wèn)題，容易導(dǎo)致蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育停滯、病害加重、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮積累等產(chǎn)量和品質(zhì)下降問(wèn)題[15～17]。根據(jù)前人的研究，造成土壤次生鹽漬化加重的原因主要有施肥量大且不合理、水分蒸發(fā)強(qiáng)烈、灌溉方法不當(dāng)、缺少雨水淋洗、地下水位較高等[18～20]。此外，日光溫室種植年限、蔬菜種植種類及重茬多少亦是影響日光溫室土壤次生鹽漬化嚴(yán)重程度的重要因素[21～26]。然而，在不同地區(qū)的環(huán)境條件和栽培管理方式下，土壤次生鹽漬化的嚴(yán)重程度及主導(dǎo)因素不同[16]。目前，張掖市蔬菜日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀尚不清楚，因此本研究通過(guò)測(cè)定分析甘肅省張掖市多個(gè)日光溫室土壤鹽分及肥力指標(biāo)，并對(duì)其種植模式與種植年限進(jìn)行調(diào)查，以露地栽培土壤為對(duì)照，研究當(dāng)?shù)厝展鉁厥彝寥劳嘶貏e是土壤次生鹽漬化程度，分析其成因并提出相應(yīng)土壤改良對(duì)策，為該區(qū)日光溫室蔬菜生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 張掖市郊土壤環(huán)境概況及特點(diǎn)

張掖市位于河西綠洲中心地帶，是一塊依賴祁連山雪水養(yǎng)育的荒漠綠洲，是內(nèi)陸封閉性溫帶荒漠綠洲的一個(gè)重要組成部分。地勢(shì)平坦，光熱資源豐富，全年日照時(shí)數(shù)2 932～3 085 h，全年太陽(yáng)總輻射量558.6～672.0 kJ·cm-2，≥10 ℃積溫1 837～2 870 ℃，無(wú)霜期165 d，晝夜溫差13.0～16.0 ℃；土壤類型主要以灌漠土為主，土壤質(zhì)地適中，肥力較低，據(jù)測(cè)定0～20 cm耕層土壤平均含有機(jī)質(zhì)12.49 g·kg-1，全氮0.879 g·kg-1，速效磷13.72 mg·kg-1，速效鉀223.7 mg·kg-1，陽(yáng)離子代換量8.02 cmol·kg-1，pH8.23。

1.2 種植模式

張掖市溫室大棚蔬菜種類有茄子、辣椒、甜椒、番茄、黃瓜、西葫蘆、西瓜、甜瓜、韭菜、平菇、葡萄、豇豆等；主要種植模式有：黃瓜(西葫蘆)-秋菜花(甘藍(lán)、青筍)栽培模式、番茄-秋菜花(甘藍(lán)、青筍)栽培模式、白菜(娃娃菜、芹菜、水蘿卜)-夏番茄栽培模式、水蘿卜-茄果類蔬菜栽培模式、萵筍-芹菜-萵筍一年三茬高效栽培模式、甘藍(lán)-萵筍-娃娃菜一年三茬高效栽培模式等。試驗(yàn)地具體情況見(jiàn)表1。

1.3 土樣采集

采用GPS定位(統(tǒng)一在溫室東南角定位)，采樣時(shí)間為2015年4月，采樣深度為0～20 cm、20～40 cm。

采樣地點(diǎn)：選取張掖市甘州區(qū)梁家墩、新墩、長(zhǎng)安、上秦4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同種植年限的溫室大棚29座與4個(gè)露地采樣點(diǎn)。

1.4 樣品測(cè)定

參考《土壤分析技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行土壤樣品8項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。其中，pH采用電位測(cè)定法(水土比2.5∶1)，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率法，鹽分采用干殘?jiān)?1∶1土壤懸液電導(dǎo)法)，CEC采用EDTA-乙酸銨鹽交換法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2007和DPS(Data Processing System)7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室土壤養(yǎng)分含量

日光溫室土壤除全鉀含量外，各養(yǎng)分指標(biāo)含量與露地相比均明顯增加，其中全氮和全磷含量比露地農(nóng)田分別高出25.0%和77.2%，堿解氮、速效磷、速效鉀比露地農(nóng)田分別高出71.1%、178.4%和118.1%(表2)。此外，與露地相比，溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量提高13.6%，電導(dǎo)率、全鹽量和CEC分別增加了0.75 mS·cm-1、0.17%和3.39%，但pH值下降0.8(表3)。

4個(gè)采樣點(diǎn)(鄉(xiāng)鎮(zhèn))均處城郊，溫室種植年限最短3年，最長(zhǎng)20年(表1)?？傮w來(lái)看，各采樣點(diǎn)溫室土壤養(yǎng)分含量、有機(jī)質(zhì)、全鹽量、電導(dǎo)率和CEC均隨種植年限增加而增加，但pH值隨種植年限增加而降低(表2和表3)。此外，各測(cè)定指標(biāo)在不同采樣地點(diǎn)間存在差異，其中梁家墩和上秦各測(cè)定指標(biāo)含量總體高于新墩和長(zhǎng)安(表2和表3)。

表1 日光溫室和露地及其種植年限和模式Table 1 Soil sampling location and the planting years and mode of greenhouse and open field

表2 日光溫室與露地土壤全量和速效氮磷鉀含量比較Table 2 Comparison of soil total and available N,P,or K concentration in greenhouse and open field

表3日光溫室與露地土壤有機(jī)質(zhì)、電導(dǎo)率、全鹽、CEC及pH值比較
Table3 Comparison of soil organic matter concentration,conductivity,total salt,CEC,and pH in greenhouse and open field

地點(diǎn)Location樣本數(shù)Samplenumber年限Year有機(jī)質(zhì)/mS·cm-1Organicmatter電導(dǎo)率/mS·cm-1Conductivity全鹽量/%TotalsaltCEC/%pH梁家墩214～1526 561 580 2317 417 42上秦513～2021 151 850 4713 587 38新墩312～1523 200 950 4115 367 33長(zhǎng)安51522 351 230 2915 267 22梁家墩35～925 161 160 1416 447 14上秦33～1023 561 560 3711 657 69新墩33～1019 430 730 1314 527 58長(zhǎng)安45～1019 150 650 1713 667 83溫室28-22 57a1 21a0 28a14 74a7 45b露地4019 86b0 46b0 09b11 35b8 25a

2.2 溫室土壤養(yǎng)分分層變化

日光溫室0～20 cm土壤電導(dǎo)率、鹽分、速效磷和速效鉀含量均高于20～40 cm土層，而0～20 cm土壤pH值低于20～40 cm土層(表4)。有機(jī)質(zhì)、CEC和堿解氮在0～20 cm和20～40 cm土層間無(wú)顯著差異(表4)。

2.3 種植年限與主要土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

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+7.93較好擬合，擬合度達(dá)極顯著水平(R2=0.99**，P<0.01)，設(shè)施土壤的pH年均降低0.05。

如將露地視為設(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用線性模型Y=0.16x+0.63較好擬合，擬合度達(dá)顯著水平(R2=0.92*，P<0.05)。

如將露地設(shè)施菜地種植年限為0年，堿解氮含量隨設(shè)施栽培年限變化可用Y=3.0x2+42.5x+35.5較好擬合，擬合度達(dá)顯著水平(R2=0.91*，P<0.05)。

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(zhǎng)期設(shè)施栽培顯著增加土壤致酸鹽基離子如SO42-、NO3-、H-等；而致堿性鹽基離子如CO32-和HCO3-離子則明顯降低，這可能是由于設(shè)施菜地長(zhǎng)期過(guò)量施肥，氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分大量累積所致。

表4 日光溫室不同土層土壤養(yǎng)分含量及其變異情況Table 4 Soil nutrient concentration and its variation in different soil layers of greenhouse

3 討論與結(jié)論

3.1 張掖市日光溫室土壤鹽分及養(yǎng)分累積狀況

本研究結(jié)果顯示，張掖市日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)、全量和速效氮、磷、鉀含量，以及土壤電導(dǎo)率、含鹽量、CEC等均顯著高于露地土壤，這與曹齊衛(wèi)[27]、劉建玲[17]、楊思存[11]、陳竹君[6]等研究結(jié)果一致，進(jìn)一步說(shuō)明溫室土壤鹽分和養(yǎng)分呈現(xiàn)正向累積的規(guī)律。此外，根據(jù)溫室土壤鹽分及養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知[28，29]，張掖市日光溫室土壤電導(dǎo)率均高于蔬菜正常生長(zhǎng)土壤電導(dǎo)率臨界值(0.60 mS·cm-1)，其中居于超高鹽度水平(≥1.00 mS·cm-1)的土樣數(shù)占總土樣數(shù)的64%，可見(jiàn)張掖市日光溫室普遍存在嚴(yán)重的土壤次生鹽漬化問(wèn)題。同時(shí)，土壤速效氮含量高于150 mg·kg-1，速效鉀含量高于300 mg·kg-1，均處于高含量水平，土壤速效磷介于50～100 mg·kg-1，處于中等含量水平，而有機(jī)質(zhì)含量均處于中低含量水平(10～30 g·kg-1)，其中低于土壤有機(jī)質(zhì)臨界值(≤20 g·kg-1)的土樣數(shù)占總土樣數(shù)的25%。以上結(jié)果說(shuō)明張掖市日光溫室土壤速效氮、磷、鉀均出現(xiàn)不同程度的累積現(xiàn)象，而土壤有機(jī)質(zhì)含量不高，這與有機(jī)肥施用不足、蔬菜復(fù)種指數(shù)高以及化肥用量大且不合理有關(guān)。

已有研究表明，種植年限越長(zhǎng)的溫室土壤次生鹽漬化及養(yǎng)分累積程度越高[22～26]。本研究中，張掖市種植年限較長(zhǎng)(12～20年)的日光溫室土壤鹽分和養(yǎng)分累積明顯高于種植年限較短(3～10年)的日光溫室，其中全鹽含量、堿解氮含量及pH值與日光溫室種植年份的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平(R2分別為0.99**、0.92*和0.91**)。何文壽[30]指出，溫室土壤一般種植3～5年便出現(xiàn)鹽害。張掖市種植3～10年的日光溫室土壤電導(dǎo)率均已高于蔬菜正常生長(zhǎng)土壤電導(dǎo)率臨界值(0.60 mS·cm-1)，其中有46%已達(dá)到超高鹽度水平(≥1.00 mS·cm-1)，而更長(zhǎng)種植年限(12～20年)的日光溫室土壤已有80%達(dá)到超高鹽度水平，可見(jiàn)張掖市日光溫室種植年限超過(guò)3年即會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的次生鹽漬化，影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，因此需要采取相關(guān)措施防控次生鹽漬化的發(fā)生。此外，雖然張掖市溫室土壤均屬于中性(pH 6.5～7.5)或堿性(pH≥7.5)，但土壤pH年均降低0.05，因此隨著種植年限的延長(zhǎng)土壤亦可能出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，值得關(guān)注。由于種植年限較高的日光溫室土壤速效養(yǎng)分(氮磷鉀)的累積量明顯高于種植年限較短的溫室，因此隨著種植年限的增加過(guò)量施肥對(duì)蔬菜生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境造成的危害將更加嚴(yán)重。

3.2 張掖市土壤次生鹽漬化成因分析

造成土壤次生鹽漬化的因素較多[21,30，31]，分析不同地區(qū)特定環(huán)境及栽培管理措施下的主導(dǎo)因素，對(duì)有效合理防治土壤次生鹽漬化的發(fā)生意義重大。張掖市地處河西綠洲中心地帶，氣候干旱少雨、多風(fēng)蒸發(fā)強(qiáng)烈，冬季干冷無(wú)雪覆蓋，年降水量(33～350 mm)是年蒸發(fā)量(2 400～3 300 mm)的10～80倍[2]。此外，張掖市主要土壤類型為灌漠土，該土壤母質(zhì)含鹽量高，總孔隙度高，因此較其它類型土壤更易發(fā)生次生鹽漬化。土壤發(fā)生次生鹽漬化的離子主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-等，其中陰離子較陽(yáng)離子更能提高土壤溶液的鹽分濃度，并造成土壤pH值升高[32]。研究表明，NO3-占土壤鹽分陰離子的70%～80%，是導(dǎo)致日光溫室土壤發(fā)生次生鹽漬化的主要原因[33]。本研究也發(fā)現(xiàn)，張掖市日光溫室土壤全鹽含量與土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，與黃紹文等[16]研究結(jié)果相同。通常，日光溫室土壤的施肥量是普通大田的數(shù)10倍[12]，因此長(zhǎng)期大量投肥，加之日光溫室缺少降雨淋洗，溫度高且蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致土壤鹽分在地表積累形成次生鹽漬化[21]。通過(guò)對(duì)張掖市日光溫室的施肥量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，復(fù)合肥、磷二銨占化肥用量的70%以上，氮磷鉀都出現(xiàn)盈余。1997年氮盈余量1 957.2 kg·hm-2，磷的盈余量3 186.5 kg·hm-2，鉀的盈余量453.0 kg·hm-2；2004年土壤氮磷的盈余量有所減少，鉀的盈余量增加。然而，張掖市日光溫室土壤有機(jī)質(zhì)含量均處于中低水平?？梢?jiàn)，不合理的施肥方式亦是造成張掖市溫室土壤次生鹽漬化的主要原因，其中氮磷鉀肥施用量大且氮鉀肥嚴(yán)重過(guò)量，而有機(jī)肥施用量嚴(yán)重不足。

3.3 張掖市日光溫室土壤肥力修復(fù)管理

根據(jù)對(duì)張掖市日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀及主導(dǎo)因素分析，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)[17,21,34～38]，提出以下防治措施：(1) 合理耕作，深翻土壤，減少蒸發(fā)：為使鹽分較多的表層土壤與深層土壤混合，播種或定植前要深翻土壤。同時(shí)，根據(jù)張掖市灌漠土蒸發(fā)量大的問(wèn)題，可在蔬菜生長(zhǎng)期間，適當(dāng)中耕，疏松土壤，切斷毛細(xì)管，亦可在畦面進(jìn)行地膜覆蓋，在畦溝進(jìn)行麥秸或鋸末等有機(jī)物質(zhì)覆蓋，防止地面蒸發(fā)引起土面鹽分積累；(2) 進(jìn)行配方施肥，避免過(guò)量或不合理施肥：張掖市日光溫室土壤應(yīng)減少氮鉀肥施用量，同時(shí)根據(jù)張掖市蔬菜主栽蔬菜品種的土壤養(yǎng)分含量狀況及需肥規(guī)律，合理使用化肥數(shù)量及種類，并采取深施、少量多次、隨水施入等科學(xué)的施肥技術(shù)，提高化肥的利用率，減少對(duì)蔬菜品質(zhì)和環(huán)境的危害；(3) 增施有機(jī)肥：增施有機(jī)肥是日光溫室土壤管理的重要措施，在改善土壤理化性質(zhì)的同時(shí)，能夠降低土壤EC及NO3-含量。針對(duì)張掖市土壤有機(jī)質(zhì)含量低且次生鹽漬化嚴(yán)重的問(wèn)題，應(yīng)增施有機(jī)肥，首選秸稈、糖醛渣等工農(nóng)業(yè)廢棄物，其次可選擇農(nóng)家肥，同時(shí)應(yīng)注意這些有機(jī)肥需腐熟后施用；(4) 挖溝排水、灌溉洗鹽或更換土壤：在生產(chǎn)季節(jié)挖溝排水，可采用縮短畦頭、高畦深溝、接通大明溝或埋設(shè)塑料暗管等方式使地表水順利排出。在休閑期大量灌水，每畝至少灌水100 m3，進(jìn)行2～3次，以使鹽分隨灌水流出土體，達(dá)到洗鹽的目的。當(dāng)日光溫室中鹽分積聚過(guò)多而除鹽效果又不理想時(shí)，可考慮更新土壤。

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