山東省設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化特征及影響因素

李 濤 于 蕾 吳 越 萬(wàn)廣華 李建偉

（山東省土壤肥料總站，濟(jì)南 250100）

設(shè)施菜地栽培是玻璃溫室、日光溫室、塑料大棚等園藝設(shè)施栽培的總稱［1-2］。由于設(shè)施菜地栽培具有產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，近年來(lái)，中國(guó)設(shè)施菜地栽培發(fā)展迅速，并在蔬菜和其他重要經(jīng)濟(jì)作物的反季節(jié)和跨地區(qū)種植中有著重要作用［3-4］。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2008年全國(guó)設(shè)施蔬菜 368×104hm2，總產(chǎn)量2.51×108t，占全國(guó)蔬菜產(chǎn)量的34%以上［5-6］。有調(diào)查表明，大棚蔬菜生產(chǎn)每公頃產(chǎn)量較露地蔬菜高598.6 kg［7］，利潤(rùn)率是露地蔬菜的3倍～4倍［7-8］。但是，由于設(shè)施菜地栽培處于密閉空間中，缺少雨水淋洗，溫度、濕度、通氣狀況和水肥管理等均與露地栽培有較大差別［9］，加之長(zhǎng)期栽培管理措施不當(dāng)、肥料施用量過(guò)大，導(dǎo)致了地下水位上升、土壤板結(jié)、次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡等諸多問(wèn)題［3，10-12］。設(shè)施菜地發(fā)生次生鹽漬化，土壤中可溶性鹽類過(guò)多，會(huì)引起植物根細(xì)胞吸收土壤水分困難或脫水，造成植物生理干旱，同時(shí)產(chǎn)生離子毒害作用［10］，以致生長(zhǎng)發(fā)育不良，病蟲(chóng)害加重等，嚴(yán)重影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。設(shè)施菜地發(fā)生次生鹽漬化已成為限制設(shè)施蔬菜發(fā)展的主要障礙因子［1，13-14］，因此，了解設(shè)施土壤次生鹽漬化的現(xiàn)狀、特征、成因、影響因素及其對(duì)土壤性質(zhì)的影響，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)施土壤的可持續(xù)利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

山東省共轄17市，是全國(guó)重要的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)基地，也是全國(guó)設(shè)施蔬菜優(yōu)勢(shì)主產(chǎn)區(qū)之一，2013年底全省耕地總面積為7.64×107hm2［15］，蔬菜種植面積1.83×107hm2［16］。由于肥料投入量大、設(shè)施栽培年限增加及管理不當(dāng)?shù)仍颍?7］，山東設(shè)施菜地土壤出現(xiàn)不同程度的次生鹽漬化，影響了區(qū)域設(shè)施栽培的可持續(xù)發(fā)展［3，13］。本文以山東省設(shè)施菜地土壤為研究對(duì)象，分析其次生鹽漬化分布、程度及典型原因，以期為全省設(shè)施菜地次生鹽漬化管理提供數(shù)據(jù)支持和參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于山東省土壤肥料總站對(duì)全省17市蔬菜地次生鹽漬化狀況的調(diào)研。

2014年5月至6月，在山東省17市設(shè)施菜地采集土樣，分析土壤全鹽含量數(shù)據(jù)，并對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)查。在采樣過(guò)程中，每133～333 hm2布置一個(gè)調(diào)查點(diǎn)，0～20 cm全層均勻取樣，8～10個(gè)小點(diǎn)混合，并考慮蔬菜種植年限、鹽漬化程度及代表性。共采集了設(shè)施菜地樣點(diǎn)2 751個(gè)，其中，日光溫室采樣1 489個(gè)，大拱棚采樣861個(gè)，中小拱棚采樣401個(gè)。

1.2 調(diào)查方法

農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)通過(guò)填寫(xiě)調(diào)查表格“菜地基本情況調(diào)查表”獲得，統(tǒng)計(jì)種植類型、種植制度、地形部位、成土母質(zhì)、土種類型、質(zhì)地、灌溉水源、灌溉方式、耕作方式、障礙因素等資料。

1.3 分析方法

測(cè)定土壤水溶性鹽總量，并對(duì)土壤水溶性鹽總量大于6 g kg-1的土樣，進(jìn)行K+、Na+、Ca2+、水溶性鹽總量用質(zhì)量法測(cè)定；和HCO3-用雙指示劑中和法測(cè)定；Cl-用硝酸銀滴定法測(cè)定；用硫酸鋇比濁法測(cè)定；Ca2+、Mg2+用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定；Na+、K+用火焰光度法測(cè)定，儀器為火焰光度計(jì)（Ap1302，傲譜，上海）。

1.4 鹽漬化程度劃分標(biāo)準(zhǔn)

參考全國(guó)第二次土壤普查硫酸鹽型鹽化潮土劃分標(biāo)準(zhǔn)［19］，土壤水溶性鹽總量2～4 g kg-1為輕度鹽漬化，4～6 g kg-1為中度鹽漬化，6～10 g kg-1為重度鹽漬化，大于10 g kg-1為鹽土。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和Canoco 4.5將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)資料進(jìn)行整理分析。

2 結(jié) 果

2.1 山東省設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化基本特征

山東省蔬菜生產(chǎn)地基本在平坦的平原地貌上，母質(zhì)為河流沖積物、湖積物、洪沖積物、洪積物等。土壤類型主要有棕壤、褐土、潮土和砂姜黑土等。質(zhì)地類型主要為輕壤土和中壤土。全部菜地具有水源保障，溝灌占調(diào)查點(diǎn)位總數(shù)的89.79%，畦灌占0.25%，微灌占9.96%。耕作方式以旋耕和深耕為主，旋耕占調(diào)查點(diǎn)位總數(shù)的76.4%，深耕占21.01%，其他為2.58%。

據(jù)山東省土壤肥料總站調(diào)研（表1），2014年全省設(shè)施菜地（含瓜類）總面積（日光溫室、大拱棚含棚間面積）為64.98×104hm2，占全省菜地面積的35.45%，其中，日光溫室25.06×104hm2，大拱棚20.94×104hm2，中小拱棚18.98×104hm2。濰坊、聊城和臨沂的設(shè)施菜地面積較大，分別為10.23×104hm2、9.525×104hm2、9.061×104hm2；萊蕪、威海和東營(yíng)的面積較小，分別為0.092×104hm2、0.615×104hm2、0.929×104hm2。

表1 山東省17市不同類型設(shè)施菜地面積Table 1 Area of greenhouse vegetable land in the 17 cities of Shandong Province relative to type of greenhouse（×104 hm2）

本次調(diào)查數(shù)據(jù)（表2）顯示，山東省設(shè)施菜地土壤中非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤和鹽土調(diào)查點(diǎn)位分別占總點(diǎn)位60.27%、28.64%、8.37%、2.29%、0.43%。設(shè)施菜地次生鹽漬化推算面積通過(guò)各設(shè)施菜地的面積（表1）與采樣點(diǎn)所占比例相乘進(jìn)行推算，結(jié)果分別為39.16×104hm2、18.61×104hm2、5.439×104hm2、1.49×104hm2、0.28×104hm2?？傮w看，山東省設(shè)施菜地出現(xiàn)中度以上鹽漬化的比例約為11.09%，需引起高度關(guān)注。

表2 不同類型設(shè)施菜地次生鹽漬化所占比例及推算面積Table 2 Proportions and areas of facilitated vegetable lands under secondary salinization relative to type of greenhouse

圖1 山東省設(shè)施菜地土壤鹽分離子組成Fig. 1 Composition of salt ions in the soils under greenhouse in Shandong Province

日光溫室、大拱棚和中小拱棚覆蓋設(shè)施不同，種植類型與施肥管理亦不同，使得土壤積鹽程度不同。本文將日光溫室、大拱棚、中小拱棚分別討論。通過(guò)對(duì)土壤樣本的調(diào)查分析得到不同設(shè)施類型土壤次生鹽漬化面積及所占比例（表2），在不同設(shè)施類型中，日光溫室土壤鹽漬化發(fā)生程度最高，為46.91%；其次是大拱棚，為38.10%；中小拱棚最低，為32.17%。日光溫室和大拱棚分別出現(xiàn)了8個(gè)、6個(gè)全鹽量大于10 g kg-1的鹽土點(diǎn)位。

2.2 日光溫室土壤次生鹽漬化狀況

由山東省17市日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀（圖2）可知，山東省日光溫室非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤和鹽土調(diào)查點(diǎn)位分別占總點(diǎn)位的53.19%、32.44%、9.81%、4.03%、0.53%，推算面積分別為13.33×104hm2、8.129×104hm2、2.458×104hm2、1.01×104hm2、0.133×104hm2，各地市情況各有不同，聊城、萊蕪、東營(yíng)和煙臺(tái)土壤鹽漬化發(fā)生程度相對(duì)較高，淄博、青島、濰坊和臨沂土壤鹽漬化發(fā)生程度相對(duì)較低。

圖2 山東省各地市日光溫室次生鹽漬化狀況Fig. 2 Secondary salinization of the soils under sunlight greenhouse in the 17 cities in Shandong Province

聊城、萊蕪、東營(yíng)和煙臺(tái)發(fā)生鹽漬化的土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例均超過(guò)了65%，分別為83.62%、77.78%、76%和65.71%。萊蕪雖然鹽漬化程度較高，但輕度鹽漬化土壤占比為66.67%，無(wú)中度、重度鹽漬化土壤和鹽土。東營(yíng)的中度鹽漬化土壤達(dá)到52%，煙臺(tái)重度鹽漬化土壤達(dá)到了7.14%，聊城中度、重度鹽漬化土壤和鹽土均有占比，需引起注意。聊城、東營(yíng)是易發(fā)生鹽漬化和潛在鹽漬化地區(qū)，更易發(fā)生或加重鹽漬化。

淄博、青島、濰坊和臨沂非鹽漬化土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例均超過(guò)了65%，分別為98.41%、82.42%、68.51%和65.91%。

2.3 大拱棚土壤次生鹽漬化狀況

由山東省各地市大拱棚次生鹽漬化現(xiàn)狀（圖3）可知，山東省大拱棚非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤和鹽土調(diào)查點(diǎn)位分別占總點(diǎn)位61.90%、27.88%、8.59%、0.93%、0.70%，推算面積分別為12.96×104hm2、5.838×104hm2、1.799×104hm2、0.195×104hm2、0.147×104hm2，各地市情況各有不同，萊蕪和濱州土壤鹽漬化程度相對(duì)較高，淄博、日照、棗莊、德州、濟(jì)南和濰坊非鹽漬化程度相對(duì)較高。

萊蕪和濱州發(fā)生鹽漬化的土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例均超過(guò)了65%，分別為85.71%、75%，其中，萊蕪?fù)寥利}漬化比例較高，但全部為輕度鹽漬化土壤，無(wú)中度、重度鹽漬化土壤和鹽土。濱州是易發(fā)生鹽漬化和潛在鹽漬化地區(qū)，更易發(fā)生鹽漬化或加重。

淄博無(wú)發(fā)生鹽漬化土壤；日照、棗莊、德州、濟(jì)南和濰坊非鹽漬化土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例均超過(guò)了70%，分別為90.91%、89.06%、87.5%、81.58%和72.22%，但棗莊有0.78%的中度、重度鹽漬化土壤和鹽土。

2.4 中小拱棚土壤次生鹽漬化狀況

由山東省各地市中小拱棚次生鹽漬化現(xiàn)狀（圖4）可知，中小拱棚土壤次生鹽漬化發(fā)生率較低，無(wú)鹽土。非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤和鹽土調(diào)查點(diǎn)位分別占總點(diǎn)位67.83%、24.44%、6.23%、1.50%、0.00%，推算面積分別為12.87×104hm2、4.639×104hm2、1.182×104hm2、0.285×104hm2、0 hm2。各地市情況各有不同，威海、泰安和濱州土壤鹽漬化程度相對(duì)較高，濟(jì)南、淄博和日照無(wú)鹽漬化土壤。

威海、泰安和濱州發(fā)生鹽漬化的土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例分別為64.71%、60.87%和58.33%，其中，濱州均為輕度鹽漬化土壤。

圖3 山東省各地市大拱棚次生鹽漬化狀況Fig. 3 Secondary salinization of the soils under large arched hut in the 17 cities in Shandong Province

圖4 山東省各地市中小拱棚次生鹽漬化狀況Fig. 4 Secondary salinization of the soils under middle and small arched shed in the 17 cities in Shandong Province

濟(jì)南、淄博和日照無(wú)鹽漬化土壤。棗莊、聊城、德州、濰坊、青島和臨沂非鹽漬化土壤調(diào)查點(diǎn)位占總點(diǎn)位的比例均超過(guò)了65%，分別為87.78%、85.71%、80%、73.33%、69.23%和69.14%，臨沂有1.23%重度鹽漬化土壤，棗莊有1.11%的重度鹽漬化土壤。

3 討 論

3.1 施肥對(duì)設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化的影響

在設(shè)施生產(chǎn)中，種植戶常過(guò)量施用化肥和大量施用有機(jī)肥。有研究表明，盲目大量施肥和偏施氮肥是造成設(shè)施土壤次生鹽漬化的另一重要因素，氮、磷養(yǎng)分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了蔬菜本身的吸肥量［20-21］，一些未被作物吸收利用的肥料及其副成分便大量殘留于土壤中，成為土壤鹽分離子的主要來(lái)源［20，22］。

分別對(duì)設(shè)施菜地氮、磷、鉀平均施用量計(jì)算得到表3，全省年平均施用化肥純養(yǎng)分為1 624 kg hm-2，其中，施用氮肥（N）、磷肥（P2O5）、鉀肥（K2O）分別為559.5、465.2、599.3 kg hm-2。日光溫室平均施用氮肥、磷肥、鉀肥量最高，分別為643.8、529.7、683.7 kg hm-2；中小拱棚施用氮肥、磷肥、鉀肥最低，分別為564.2、386.8、524.3 kg hm-2。文獻(xiàn)［23-24］表明，山東省用于設(shè)施栽培的化肥年施用量達(dá)6 000～9 000 kg hm-2，與此相比，2014年化肥年施用量已明顯降低。

通過(guò)對(duì)不同設(shè)施類型、不同鹽漬化程度菜地氮、磷、鉀平均施用量計(jì)算（表4）發(fā)現(xiàn)，化肥施用與可溶性鹽分增加有一定關(guān)系。日光溫室中，氮肥施用量與鹽漬化發(fā)生程度呈線性關(guān)系；磷肥和鉀肥為先增后降，在重度鹽漬化情況施用量降低，鹽土情況下最高。大拱棚和中小拱棚中，氮肥、磷肥和鉀肥施用量均為非鹽漬化土壤較高，輕度和中度鹽漬化情況較低，重度鹽漬化或鹽土最高（中小拱棚無(wú)鹽土）。由此可見(jiàn)，設(shè)施栽培條件下化肥的高投入是其可溶性鹽分增加的一個(gè)重要原因［10］，但在實(shí)際生產(chǎn)中受各種因素影響，不呈完全線性相關(guān)關(guān)系。

表3 不同類型設(shè)施菜地氮、磷、鉀年平均施用量Table 3 Mean annual application rate of nitrogen，phosphorus and potassium in facilitated vegetable land relative to type of greenhouse（kg hm-2）

3.2 種植年限對(duì)設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化的影響

由于設(shè)施菜地土壤僅在涼棚期才受降雨淋洗，施入的多余肥料則大部分殘留于土壤中并逐年累積。因此，隨著棚室使用年限不斷延長(zhǎng)，土壤中鹽分的累積量也不斷增加［25］。

全省設(shè)施菜地種植年限（表5）調(diào)查表明，大部分菜地種植年限均較短，種植年限在0～15 a的調(diào)查點(diǎn)位數(shù)占到了調(diào)查點(diǎn)位總數(shù)的80%～90%。在日光溫室栽培中，種植年限最長(zhǎng)為25 a，其中，種植年限＜5 a的調(diào)查點(diǎn)位占日光溫室調(diào)查點(diǎn)位的41.22%，種植年限5～10 a的調(diào)查點(diǎn)位占31.05%，種植年限＞10 a的調(diào)查點(diǎn)位占27.72%；在大拱棚生產(chǎn)中，種植年限最長(zhǎng)為30 a，其中，＜5 a的調(diào)查點(diǎn)位占大拱棚調(diào)查點(diǎn)位的41.02%，種植年限5～10 a的調(diào)查點(diǎn)位占31.72%，種植年限＞10 a的調(diào)查點(diǎn)位占27.26%；在中小拱棚生產(chǎn)中，種植年限最長(zhǎng)為32 a，其中，＜5 a的調(diào)查點(diǎn)位占中小拱棚調(diào)查點(diǎn)位的34.54%，種植年限5～10 a的調(diào)查點(diǎn)位占32.99%，種植年限＞10 a的調(diào)查點(diǎn)位占32.48%。

表4 不同設(shè)施類型、不同鹽漬化程度菜地氮、磷、鉀平均施用量Table 4 Mean annual application rate of nitrogen，phosphorus and potassium in facilitated vegetable land relative to type of greenhouse and degree of salinization（kg hm-2）

表5 山東省不同類型設(shè)施菜地種植年限分布Table 5 Distribution of facilitated vegetable lands relative to type of greenhouse and cropping history in Shandong Province（%）

同時(shí)，按不同設(shè)施類型土壤鹽漬化平均種植時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（表6）表明，三種設(shè)施類型種植年限與土壤全鹽量變化趨勢(shì)不盡相同。

在日光溫室中，種植年限越長(zhǎng)，鹽漬化程度越高，但鹽土出現(xiàn)年限一般為9 a，低于中度鹽漬化的平均年限10.17 a，可能與土壤和地下水礦化度有關(guān)；大拱棚中，種植年限越長(zhǎng)，鹽漬化程度越高，鹽土種植年限最長(zhǎng)，為20 a，非鹽漬化和輕度鹽漬化年限較短，為8.65 a和8.67 a；中小拱棚中，種植年限較為平均，最低為9.32 a，最高為10.89 a，表現(xiàn)為先升高后降低又升高，輕度鹽漬化土壤最高。在日光溫室中出現(xiàn)鹽土的年限最短，說(shuō)明鹽漬化程度不完全與種植年限密切相關(guān)，可能與設(shè)施菜地有季節(jié)性揭棚等因素相關(guān)。有研究［3］表明，鹽分含量在一年中會(huì)出現(xiàn)明顯的季節(jié)性消積變化現(xiàn)象，即冬春覆棚時(shí)表土鹽分積累，夏季揭棚后，表土含鹽量明顯下降，但隨著使用年限的增長(zhǎng)，整個(gè)土體內(nèi)鹽分仍呈逐年累積趨勢(shì)。設(shè)施菜地含鹽量有隨種植年限的增加而上升的趨勢(shì)，在約0～8 a時(shí)隨著種植年限的增加，土壤全鹽含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；而在8～15 a間，則有隨種植年限增加而降低的趨勢(shì)［26］。

表6 不同設(shè)施類型土壤鹽漬化平均種植時(shí)間Table 6 Mean number of years of cropping under greenhouse relative to grade of secondary salinization and type of greenhouse

3.3 山東省設(shè)施菜地土壤鹽分離子與環(huán)境變量的關(guān)系

為進(jìn)一步研究，利用Canoco 4.5軟件對(duì)設(shè)施菜地土壤的鹽分離子進(jìn)行典型對(duì)應(yīng)分析，以反映鹽分離子與環(huán)境變量和采樣區(qū)域之間的關(guān)系，獲得如圖5所示的結(jié)果。典型對(duì)應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis）是研究?jī)山M變量之間相關(guān)關(guān)系的非線性多元直接梯度分析方法［27-28］。利用降維的思想，分別對(duì)兩組研究變量提取主成分，將對(duì)應(yīng)分析與多元回歸分析相結(jié)合，將鹽分離子、樣點(diǎn)和環(huán)境指標(biāo)同時(shí)表示在一個(gè)低維的空間中，直觀地反映出三者之間的關(guān)系。

圖5 山東省設(shè)施菜地土壤鹽分離子的典型對(duì)應(yīng)分析Fig. 5 Canonical correspondence analysis of salt ions in the soils under greenhouse in Shandong Province

鹽分離子間的距離為卡方距離，表明它們之間的親疏關(guān)系。鹽分離子中，的距離較近，說(shuō)明硫酸鹽積累較高的區(qū)域，Ca2+、Mg2+的濃度也比較高。

鹽分離子對(duì)環(huán)境變量線段的投影點(diǎn)至空箭頭的距離表示環(huán)境變量對(duì)鹽分離子的影響，距離越短，影響越大，即在該環(huán)境變量中，鹽分離子有較大的積累量。對(duì)Years（種植年限）的投影點(diǎn)至空心箭頭的距離較近，說(shuō)明2種離子的積累量隨種植年限的增加而增大Cl-受種植年限的影響較小。N、P、K對(duì)K+、Na+、Mg2+的影響較大。

環(huán)境變量間夾角的余弦值表示二者的相關(guān)關(guān)系。OF（有機(jī)肥）與Years呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明短期內(nèi)有機(jī)肥在一定程度上可以改良鹽漬化土壤。

4 結(jié) 論

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山東省約39.73%的設(shè)施菜地出現(xiàn)不同程度的次生鹽漬化現(xiàn)象，其中，輕度鹽漬化為28.64%，中度鹽漬化為8.37%，重度鹽漬化為2.29%，鹽土為0.43%，肥料投入量大和設(shè)施栽培年限增加是發(fā)生次生鹽漬化的重要原因。不同地市不同設(shè)施類型次生鹽漬化發(fā)生程度不均衡，從類型看，日光溫室＞大拱棚＞中小拱棚；從不同地市看，聊城、萊蕪和東營(yíng)發(fā)生程度相對(duì)較高。鹽漬化在一定程度上影響區(qū)域設(shè)施栽培的可持續(xù)發(fā)展，針對(duì)山東省的情況，可根據(jù)不同地市不同設(shè)施類型，從肥料投入、種植年限等方面加強(qiáng)管理，以減少次生鹽漬化的發(fā)生或降低其程度的加深。

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