宿豫保護地土壤硝酸鹽污染與土壤酸化、鹽漬化狀況調查與分析

李躍飛 李彬 陶加樂 靳輝勇

摘要：為了解宿遷市宿豫區(qū)保護地土壤氮素污染與土壤酸化、鹽漬化狀況，針對性地采取科學有效的治理與改良措施，對轄區(qū)保護地進行土壤樣品的采集與測定。測定項目包括土壤pH值、硝酸根離子含量、土壤電導率、水溶性鹽離子組成。結果表明：（1）土壤電導率介于203～3 516 μS/cm之間，平均值為1 173 μS/cm。近半數(shù)的土樣電導率達到 1 000 μS/cm（中度鹽漬化）以上，可能會對作物產生不良影響。（2）土壤總鹽含量與電導率之間呈良好的線性正相關關系，原位快速測定土壤電導率后，將電導率乘以系數(shù)2.425 8即可估算得到土壤總鹽含量。（3）土壤電導率主要與硝酸根離子、氯離子這2種陰離子和鈣離子、鎂離子這2種陽離子的關系密切，其中硝酸根離子、鈣離子是影響次生鹽漬化土壤電導率的決定性離子種類。（4）隨著土壤硝酸根離子濃度的增加或土壤電導率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤發(fā)生明顯的酸化作用，使土壤中鈣離子、鎂離子的濃度增加，加劇土壤鹽漬化過程。

關鍵詞：保護地土壤;氮素污染;土壤鹽漬化;土壤酸化;電導率;相關關系

中圖分類號： S153;X53 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0241-04

設施栽培具有生長周期短、茬口安排靈活、市場效益好等特點，近年來在各地都得到迅速發(fā)展，宿遷市宿豫區(qū)為加快鄉(xiāng)村產業(yè)振興、壯大農村經濟、增加農民收入，對設施栽培也給予了高度重視，并取得了不少進展[1-6]。

設施保護地的溫度和濕度較高，作物生長速度相對快、產量較高，與露天栽培相比，要求土壤提供更多的水分與養(yǎng)分[7-9]。菜農借鑒長期以來大量施用氮肥促進作物生長及產量形成的經驗，在保護地常常過量施用氮肥[10-12]。保護地經過幾年的種植，土壤中的硝酸鹽不斷積累，引發(fā)土壤次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失衡等問題，并造成惡性循環(huán)引起土壤物理學、化學和生物學復合污染[13-15]。為了簡化肥料養(yǎng)分管理，提高土壤質量，筆者選擇宿遷市宿豫區(qū)保護地進行多點采樣，測定土壤pH值、電導率、水溶性鹽離子組成[16]。分析評價宿豫區(qū)保護地土壤酸堿狀況、土壤電導率、水溶性離子組成之間的關系，旨在為指導該區(qū)保護地氮素的科學施用，減少氮素對土壤質量的不良影響，提高農作物的產量和品質，促進保護地栽培產業(yè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2018年7—9月對宿遷市宿豫區(qū)陸集鎮(zhèn)虎山村和官莊村、大興鎮(zhèn)盧集村、關廟鎮(zhèn)橋口村共34 hm2保護地代表性地塊進行土壤農化樣品的采集。取樣深度為0～20 cm，按照平均約1 hm2采集1個混合土樣的方法，共采集32個土壤樣品，每個土樣采用“S”形混合采樣法，按照四分法取樣留存化驗。土樣經抽濕風干后，磨細過20目篩備用。

1.2 分析測定

pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH的測定》中的玻璃電極法測定;硝態(tài)氮與水溶性鹽、K+、Na+ 等的含量用火焰光度法測定;Ca2+、Mg2+等的含量用火焰原子吸收分光光度法測定;HCO-3的含量用中和滴定法測定;Cl-的含量用硝酸銀滴定法測定;SO2-4的含量用硫酸鋇比濁法測定;NO-3的含量用紫外分光光度法測定?？傷}含量為上述離子含量之和。另用電率儀測定土壤提取液的電導率。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 土壤電導率與總鹽含量及其組成離子含量之間的關系

2.1.1 土壤電導率及其與總鹽含量之間的關系 32個土樣的測定結果表明，土壤電導率介于 203～3 516 μS/cm 之間，平均值為1 173 μS/cm。其中，電導率小于500 μS/cm的土樣占25%，電導率為500～<1 000 μS/cm 的土樣占28%，電導率為1 000～<1 500 μS/cm 的土樣占19%，電導率為1 500～<2 000 μS/cm 的土樣占16%，電導率為2 000 μS/cm以上的占12%。近半數(shù)的土樣電導率達到 1 000 μS/cm（中度鹽漬化）以上，可能產生對作物不良的影響。

土壤總鹽含量與電導率的關系詳見圖1。從圖1可以看出，二者之間呈極好的線性正相關，方程為y=2.241 5x+329.68（r2=0.950 4）?？紤]到電導率測定比較快捷，甚至可以原位測定，因而在宿豫區(qū)特殊的次生鹽漬化條件下，可以通過快速測定土壤電導率估算土壤總鹽含量。為了方便估算，可以將方程的截距設置為0，則得到方程y=2.425 8x（r2=0.940 6），實際應用中可將土壤電導率直接乘以系數(shù)2.425 8（或2.4）粗略估算出土壤總鹽含量。

2.1.2 土壤電導率與水溶性陰離子含量之間的關系 土壤電導率與土壤硝酸根離子含量之間的關系詳見圖2。從圖2可以看出，土壤硝酸鹽含量與土壤電導率呈線性正相關，確定系數(shù)高達0.902 3。由于土壤硝酸鹽主要來自含氮肥料的施用，因此氮肥施用過多不僅可能引起土壤硝酸鹽污染，還是土壤次生鹽漬化污染的決定性因素。土壤電導率與土壤硫酸根離子含量之間的關系可用冪函數(shù)方程擬合（圖3）。可以看出，二者關系遠沒有硝酸根離子含量與電導率之間關系密切，其確定系數(shù)僅為0.462 8。

土壤電導率與碳酸氫根離子含量之間的關系也可用冪函數(shù)方程擬合（圖4），其確定系數(shù)為0.518 6。但值得注意的是，土壤電導率與碳酸氫根離子含量的關系出現(xiàn)了負相關趨勢，也就是說隨著其他水溶性離子總量的增加，碳酸氫根的積累量呈減少的趨勢。土壤電導率與氯離子含量之間的關系可用線性方程擬合（圖5）。從圖5可以看出，二者之間的確定系數(shù)達到了0.579 0，雖然遠低于電導率與硝酸鹽含量之間關系的確定系數(shù)（0.902 3），但高于電導率與硫酸根離子含量之間關系的確定系數(shù)（0.462 8），這可能與施肥結構中的氯、硫比例略高于作物吸收的氯、硫比例有關。

2.1.3 土壤電導率與水溶性陽離子含量之間的關系 土壤電導率與土壤鈣離子含量之間的關系詳見圖6?？梢钥闯?，土壤電導率與水溶性鈣離子含量呈正相關，確定系數(shù)高達0.955 2，這可能是由于長期氮肥施用過多導致的銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉化過程中產生氫離子，酸化土壤環(huán)境后引起了土壤含鈣物質的溶解。土壤電導率與土壤鎂離子含量之間的關系詳見圖7?？梢钥闯觯寥离妼逝c土壤水溶性鎂離子含量呈正相關，確定系數(shù)為0.771 1，也有可能與土壤酸化引起了土壤含鎂物質的溶解有關。

土壤電導率與土壤鉀離子含量之間的關系詳見圖8。可以看出，二者關系遠沒有鈣、鎂離子含量與電導率之間的關系密切，其確定系數(shù)僅為 0.489 5。也就是說，土壤次生鹽漬化作用與含鉀肥料的施用也有一定的關系。從圖9可以看出，土壤電導率與水溶性鈉離子含量呈正相關，確定系數(shù)為0.574 4，這可能與部分保護地長期或大量施用含鈉有機肥存在關系。

2.2 土壤pH值與硝酸鹽含量、電導率之間的關系

2.2.1 土壤pH值與硝酸鹽含量的關系 32個土壤樣品的測定結果表明，pH值介于7.15～8.42之間，平均值為7.62。土壤pH值介于7.15～<7.50、7.50～<8.00、8.00～8.50的土樣比例分別為46.9%、34.3%、18.8%。土壤pH值與硝酸鹽含量的關系可用函數(shù)y=10.295 0x-0.046（r2=0.741 4）擬合（圖10）。硝酸鹽含量在0～1 000 mg/kg 范圍時，隨著土壤硝酸根離子含量的增加，土壤pH值迅速下降。當硝酸根離子含量達到 1 000 mg/kg 以上時，隨著土壤硝酸根離子含量的增加，土壤pH值幾乎不變，穩(wěn)定在7.3左右。也就是說，氮肥過量施用并在土壤中轉化為硝酸鹽后可導致石灰性土壤明顯酸化。但由于土壤中存在大量的石灰性物質，土壤pH值降至7.3左右后不再明顯下降。

2.2.2 土壤pH值與電導率的關系 土壤pH值與電導率的相互關系可以用函數(shù)y=11.472 0x-0.060（r2=0.836 1）擬合（圖11）。從散點圖可以看出，電導率在1 200 μS/cm以下時，隨著電導率的增加，土壤pH值從8.6迅速下降到7.3左右，其后則基本維持在7.3左右?？梢?，氮肥施用過量后，一方面由于累積硝酸鹽而導致土壤次生鹽漬化，另一方面銨態(tài)氮的硝化過程產生氫離子而導致土壤酸化，并可能引起石灰性土壤中碳酸鈣、碳酸鎂等物質的溶解而積累鈣、鎂離子，加劇土壤次生鹽漬化進程。

2.3 土壤pH值與鈣、鎂、鉀、鈉離子含量的關系

土壤pH值與土壤水溶性鈣、鎂、鉀、鈉離子含量之間的關系也可以用冪函數(shù)方程加以擬合。隨著土壤pH值的降低，土壤中幾種水溶性陽離子含量都有增加的趨勢，但相互關系的密切程度不盡相同。其中，水溶性鈣、鎂離子含量受土壤酸化作用的影響最大，冪函數(shù)方程的確定系數(shù)分別達到0.796 5、0.623 7。而水溶性鉀、鈉離子含量受土壤酸化作用的影響相對較小，冪函數(shù)方程的確定系數(shù)分別為0.300 9、0.224 7?？梢?，土壤酸化引起了土壤中含鈣和含鎂物質的大量溶解。

3 結論

（1）宿豫區(qū)保護地近半數(shù)的土樣電導率達到 1 000 μS/cm （中度鹽漬化）以上，可能對作物生長發(fā)育及產量、品質形成產生不良的影響。

（2）土壤總鹽含量與電導率之間呈良好的線性正相關關系，快速測定土壤電導率后，將電導率乘以系數(shù)2.4258（或2.4）即可估算得到土壤總鹽含量。

（3）土壤電導率主要與硝酸根離子、氯離子這2種陰離子和鈣離子、鎂離子這2種陽離子的關系密切，其中硝酸根離子、鈣離子是影響次生鹽漬化土壤電導率的決定性離子種類。

（4）隨著土壤硝酸根離子濃度的增加或土壤電導率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤發(fā)生明顯的酸化作用，并促進土壤中含鈣、含鎂物質的溶解，提高水溶性鈣、鎂離子的濃度，加劇土壤鹽漬化過程。

參考文獻：

[1]韓順瓊.關于我國設施農業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策的幾點思考[J]. 農業(yè)與技術，2016，36（24）：146.

[2]楊曙輝，宋天慶，歐陽作富，等. 關于我國設施農業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的戰(zhàn)略研究[J]. 農業(yè)科技管理，2011，30（5）：1-5.

[3]張 震，劉學瑜. 我國設施農業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J]. 農業(yè)經濟問題，2015（5）：64-70.

[4]郭世榮. 江蘇省設施蔬菜發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J]. 中國蔬菜，2007（5）：6-8.

[5]王高勇. 加快設施蔬菜發(fā)展持續(xù)促進農民增收[J]. 山西農經，2009（5）：6-12.

[6]鄭志軍. 三大戰(zhàn)略做強宿豫設施蔬菜產業(yè)[J]. 江蘇農村經濟，2010（5）：31-31.

[7]史春余，張夫道，張俊清，等. 長期施肥條件下設施蔬菜地土壤養(yǎng)分變化研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2003，9（4）：437-441.

[8]李文西. 揚州設施蔬菜園區(qū)施肥現(xiàn)狀與發(fā)展對策研究[J]. 農學學報，2015，5（10）：50-55.

[9]王秋君，馬 艷，郭德杰，等. 設施蔬菜土壤養(yǎng)分狀況分析及綜合評價[J]. 江蘇農業(yè)學報，2019，35（3）：624-630.

[10]劉兆輝，江麗華，張文君，等. 山東省設施蔬菜施肥量演變及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律[J]. 土壤學報，2008，45（2）：296-303.

[11]宋永林. 設施蔬菜施肥存在的問題及對策建議[J]. 中國農業(yè)信息，2009（3）：33-34.

[12]王小波. 設施蔬菜施肥亟待解決的問題及其方法[J]. 現(xiàn)代農業(yè)，2007（4）：26-27.

[13]趙銀厚，張桂蓮，譚明星. 設施蔬菜施肥存在的問題及對策[J]. 中國果菜，2012（1）：16-17.

[14]王軍強，紀國才，蘭孝幫. 設施蔬菜栽培土壤污染的成因與對策[J]. 中國園藝文摘，2009（3）：136-137.

[15]彭 澎，梁 龍，李海龍，等. 我國設施農業(yè)現(xiàn)狀、問題與發(fā)展建議[J]. 北方園藝，2019（5）：161-168.

[16]鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 3版.北京：中國農業(yè)出版社，2000.楊智景，顧海龍，顧 明，等. 稻蝦種養(yǎng)模式對土壤肥力的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2020，48（23）：245-249.