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.酒鋼集團吉瑞再生資源開發(fā)有限責任公司，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，以渭河流域為主的河谷川道地區(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8 t/hm2左右。氮磷鉀復合肥中，氮源為尿素，磷源多為磷酸二氫銨，鉀源多為硫酸鉀，少數(shù)復合肥鉀源為氯化鉀。有機肥多為純腐熟動物糞便，平均施用量為25 t/hm2（干重），最高達50 t/hm2。大田主栽作物是小麥和玉米，一年一熟。小麥施肥用量為N 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，采集0～20 cm表層土壤，5個采樣點的土樣混合均勻后，采用四分法留樣約1.0 kg，裝入聚乙烯塑料自封袋，標記密封，帶回實驗室風干。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)計與分析

圖表繪制采用Excel 2007。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用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。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肥和化肥有關(guān)，有機肥經(jīng)過微生物的降解和氨化作用產(chǎn)生大量的NH4+，無機氮肥（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菌的作用下轉(zhuǎn)化為NO3-，同時釋放出H+［6］。李粉茹等研究報道，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、高濕和強蒸發(fā)的環(huán)境條件促進了土壤鹽分的積累和表聚，同時也促進土壤固相物質(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遠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到4.71 g/kg，土壤電導率1.08 ms/cm，已接近黃瓜的生育障礙臨界點［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，控制鹽漬化的進一步發(fā)展。

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