设施菜地土壤次生盐渍化分类与分级标准

近三十年来,我国设施蔬菜栽培发展迅速,已成为我国农业中最有活力的新兴产业之一。但在长期的设施蔬菜生产过程中,普遍存在着不合理施肥、养分比例失调、肥效下降和资源浪费严重等问题,致使土壤养分富集,盐分积累现象日趋严重。本文对我国设施菜地土壤次生盐渍化的现状、发生原因及其对作物的危害进行综述和分析,在此基础上制定设施菜地土壤次生盐渍化分类与分级的标准的建议及初步构架,旨在为防治设施菜地土壤次生盐渍化,实现设施菜地土壤的质量调控与可持续利用提供理论指导和科学依据。     

塑料大棚设施菜地土壤次生盐渍化特征

以上海郊区规模化设施蔬菜园艺场为研究对象,监测了不同种植年限和不同种植模式的塑料大棚设施菜地土壤的主要理化性状,筛选了设施菜地土壤次生盐渍化特征指标,分析了不同深度土壤特征指标的变化规律。结果表明,与露天菜地相比,设施菜地土壤酸化、盐渍化、养分累积明显,田间最大持水量和土壤呼吸速率降低;各类种植年限和种植模式的设施菜地表层土壤(0~20 cm)可溶性盐分、硝态氮和全磷含量分别达到4.18 g·kg~(-1)、121.8 mg·kg~(-1)和1.38 g·kg~(-1),分别为对应露天菜地的2.9倍、1.7倍和1.6倍。综合考虑设施菜地和露天菜地土壤主要理化性状的显著性以及设施菜地土壤对作物的障碍影响和对环境的污染风险,选择p H值、可溶性盐分、硝态氮和全磷作为设施菜地土壤次生盐渍化特征指标,并采用土壤相对质量评价法进行评价。设施菜地土壤p H值随着深度的增加而升高,可溶性盐分、硝态氮和全磷则随着深度的增加而递减,其中硝态氮相对质量指数达到3.06;随着设施菜地种植年限的增加,土壤p H值逐步降低,硝态氮、全磷和可溶性盐分逐步累积,其中4~6年棚龄的p H值和可溶性盐分相对质量指数最高,7~9年棚龄的硝态氮相对质量指数最高,10年以上棚龄的全磷相对质量指数最高,茄果连作模式的可溶性盐分和硝态氮相对质量指数最高,叶菜连作模式的全磷相对质量指数最高。     

4种填闲作物对天津黄瓜温室土壤次生盐渍化改良作用的初步研究

通过夏季填闲的方式来解决设施农业次生盐渍化在20世纪初就已被提出,但相关研究在天津黄瓜温室土壤次生盐渍化改良方面还没有开展。通过盆栽试验研究了4种填闲作物（毛苕子、苏丹草、甜玉米和苋菜）对天津地区黄瓜温室土壤次生盐渍化的改良作用。结果显示,与对照土壤相比,4种填闲作物均能显著降低土壤可溶性盐分和Na^＋的含量（P〈0．05）,显著降低土壤养分和有机质的含量（P〈0．05）;毛苕子、甜玉米和苋菜能显著增大土壤K^＋／Na^＋的比值;高种植密度对次生盐渍化土壤的改良效果更为突出;4种填闲作物相比,毛苕子对黄瓜温室土壤次生盐渍化的改良效果最佳。既为改良天津黄瓜温室土壤次生盐渍化提供实践参考,也为延长设施土壤使用年限,促进天津设施蔬菜产业发展提供一种可行途径。     

设施土壤次生盐渍化及其对土壤性质的影响

设施土壤次生盐渍化是我国设施农业生产中的一个重要限制因子。本文根据近年来的相关研究进展,综述了设施土壤次生盐渍化的基本特征、形成原因及其影响因素,并阐述了设施土壤次生盐渍化对土壤理化性质以及土壤微生物状况的影响。     

施用菜籽饼肥对次生盐渍化温室土壤有效养分、盐分及盐分组成的影响

通过田间试验研究了施用油菜菜籽饼肥处理后,次生盐渍化温室土壤中的有效养分、水溶性盐分含量及盐分离子组成的变化,以评价施用饼肥改良次生盐浈化温室土壤的可行性以及在温室土壤上大量施用油菜籽饼肥可能出现的后果.结果表明:在次生盐浈化温室土壤上施用饼肥会显著增加0～20 cm土壤中的绝大多数有效养分特别是大量元素有效养分的含量和全盐含量.同时,施用饼肥也使得20～30 cm土壤中的部分养分和盐分离子含量显著增加,土壤次生盐渍化程度进一步加重.因此,施用饼肥并不能作为一种改良次生盐溃化温室土壤的有效措施,为避免土壤次生盐渍化程度的形成和发展,应减少设施农业中饼肥的施用量.     

基于黄瓜种植的设施菜地土壤硝酸盐型次生盐渍化的分级研究

在江苏省泰州市基于黄瓜种植(种植的黄瓜品种为东方明珠)的设施菜地中进行了硝酸盐型土壤次生盐渍化的分级研究。供试土壤经过不同浓度的硝酸盐处理对应形成不同程度的次生盐渍化。用土壤电导率(EC)标示次生盐渍化的等级,经测定,对照及处理的EC分别为:对照(CK)0.89 dS m-1,处理1(T1)2.78 dS m-1,处理2(T2)3.65 dS m-1,处理3(T3)4.66 dS m-1,处理4(T4)6.15 dS m-1。统计结果表明,表层土壤(0～10 cm)硝酸盐含量与土壤EC之间呈显著正相关关系。表明由硝酸盐引起的不同程度的土壤次生盐渍化即硝酸盐型次生盐渍化的分级可以通过土壤电导率来标示。实验表明,不同程度的硝酸盐型次生盐渍化显著影响黄瓜的株高和产量(p<0.05)。根据不同程度的次生盐渍化土壤对黄瓜株高和产量的影响,对长江三角洲地区基于黄瓜种植的设施菜地土壤硝酸盐型次生盐渍化进行了初步分级,即等级Ⅰ:EC<2.03 dS m-1,等级Ⅱ:2.03 dS m-16.15 dS m-1。     

不同有机肥料同一施氮水平对设施土壤的改良效应

通过设施蔬菜小区试验,以羊粪有机肥、鸡粪有机肥和金针菇渣有机肥为研究对象,比较上述3种有机肥料在同一施氮水平下对设施番茄菜地次生盐渍化土壤的改良效果及番茄产量的影响。结果表明:同一施氮水平条件下不同有机肥对设施菜地土壤EC的降低率分别为48.7%、28.8%、40.7%;土壤主要盐分离子也发生了变化,有机肥降低了土壤中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的含量,其中羊粪有机肥降低效果最好,分别降低了43.9%、44.6%、14.5%、31.0%、44.4%、64.6%;同时,施用不同有机肥对土壤NO^3--N、有效磷含量有不同程度的提升,其中鸡粪处理尤为明显,分别提升了347.2%和11.9%,羊粪处理增加土壤NO^3--N的能力最低,增幅为113.8%,反而对于土壤速效钾的释放效果高于鸡粪和金针菇渣,但是处理之间效果差异并不显著。综合考虑3种有机肥料对设施菜地次生盐渍化土壤的盐分及养分指标的影响,羊粪有机肥料在改良土壤方面效果要优于鸡粪有机肥和金针菇渣。     

山东省设施菜地土壤次生盐渍化特征及影响因素

调查和分析了山东省设施菜地土壤次生盐渍化特征和影响因素。2014年全省设施菜地(含瓜类)总面积(日光温室、大拱棚含棚间面积)为64.98×10~(4 )hm~2,占全省菜地面积的35.45%,其中,日光温室25.06×10~(4 )hm~2,大拱棚20.94×10~(4 )hm~2,中小拱棚18.98×10~(4 )hm~2。山东省设施菜地土壤盐分离子组成中阴离子以SO_4~(2-)离子为主,阳离子以Ca~(2+)为主。全省设施菜地约39.73%出现不同程度的盐渍化现象,其中,轻度盐渍化为28.64%,中度盐渍化为8.37%,重度盐渍化为2.29%,盐土为0.43%。在不同设施类型中,盐渍化发生程度为:日光温室大拱棚中小拱棚;全省17个市设施菜地次生盐渍化发生程度表现出聊城、莱芜、东营相对较高。全省化肥平均施用量(折纯)为1 624 kg hm~(-2),氮肥(N)、磷肥(P_2O_5)、钾肥(K_2O)施用量(折纯)分别为559.5、465.2、599.3 kg hm~(-2)。通过分析设施菜地土壤次生盐渍化影响因素发现,化肥的高投入是可溶性盐分增加的一个重要原因,但在实际生产中受各种因素影响,未表现出完全线性相关关系;可溶性盐分增加与种植年限密切相关。典型对应分析发现,施肥数量、种植年限均会影响盐渍化程度,但影响各不相同。氮肥、磷肥和钾肥对K~+和Na~+的影响较大;Ca~(2+)和SO_4~(2-)含量受种植年限影响较大,K~+、Na~+、HCO_3~-和Cl~-受种植年限的影响较小;Mg~(2+)受氮磷钾肥和种植年限的影响均较大。     

我国设施栽培养分管理中待解的科学和技术问题

我国设施栽培迅速发展为保障城乡居民蔬菜和瓜果供应、增加农民收入发挥了极为重要的作用,但是,由于不合理施肥,土壤酸化、次生盐渍化、养分失衡、氮、磷、钾、硫元素过量积累等土壤快速退化现象极为普遍,正在严重威胁设施栽培的可持续发展。相关科学研究严重滞后于生产发展水平,设施栽培养分管理中还存在诸多科学问题亟待解决。本文探讨了设施栽培中确定养分合理施用量、判断土壤养分供应是否平衡、评价养分环境效应和去除土壤中过量积累的养分等方面尚待解决的科学问题。认为我国亟需组织力量,系统地研究在设施栽培特殊的小气候、土壤水分运移、作物生长和养分吸收特点以及高复种指数下,土壤养分转化规律,水、土、气和作物之间的相互作用机理及其对土壤养分有效性的影响,尽速改变科学研究滞后于生产实际的现状。     

设施蔬菜土壤次生盐渍化发生机理的研究现状与展望

本文综述了近年来国内外关于设施蔬菜土壤次生盐渍化发生的现状,以及盐渍化条件下蔬菜的危害程度,生理生化反应,特别是设施蔬菜土壤盐渍化与土壤和蔬菜硝酸盐含量的关系,并就设施蔬菜土壤次生盐渍化的主要研究方向进行了探讨和分析。     

我国主要菜区土壤盐分、酸碱性和肥力状况

从全国主要菜区采取1201个典型菜田耕层土壤样品,对主要菜区土壤盐分、酸碱性和肥力（OM、NO3--N及速效P和K）状况进行了研究。结果表明,（1）全国温室和大棚菜田土壤次生盐渍化严重,土壤硝酸根的积累是引起土壤次生盐化的重要原因之一,而土壤硝酸盐积累是氮肥过量施用所致。全国主要菜区温室和大棚土壤电导率高于蔬菜正常生长土壤电导率临界值（600 ?s/cm）的土样数分别占其总土样数的28.1%和29.3%,居于超高盐度水平（≧1000 ?s/cm）的土样数分别占9.5%和14.9%。温室和大棚土壤电导率与土壤硝态氮含量之间均呈极显著的正相关（温室:n = 285, r = 0.76**;大棚:n = 348, r = 0.86**）。（2）全国主要菜区土壤有机质含量普遍处于中低水平,土壤有机质含量低于其临界值（20 g/kg）的土样数占总土样数的36.9%,处于高含量水平（≧40 g/kg）的仅为10.0%。（3）温室和大棚土壤硝态氮和速效磷大量积累,对生态环境构成了严重威胁。全国主要菜区温室和大棚土壤硝态氮含量居于高含量水平（≧150 mg/kg）的土样数分别占其总土样数的33.0%和30.7%,土壤速效P含量居于高含量水平（≧150 mg/kg）的土样数分别占其总土样数的59.3%和35.3%。（4）北方温室和大棚菜田土壤酸碱度中性化明显,北方主要菜区温室和大棚土壤pH值（分别平均为7.2和7.3;温室:n = 270,大棚:n = 143）显著低于露地土壤（平均7.7,n = 155）。     

淹水添加有机物料改良退化设施蔬菜地土壤

设施蔬菜种植易引起土壤酸化和次生盐渍化及土传疾病的发生,严重影响蔬菜生产的可持续发展,亟需发展快速有效改良退化土壤的方法和技术。通过盆栽试验,比较研究了稻草、黑麦草和鸡粪用量分别为1%、3%和7%时,淹水15 d改良退化设施蔬菜地土壤的效果。结果表明,与不淹水不加有机物料处理(CKd)和淹水不加有机物料处理(CKf)相比,淹水添加有机物料加速土壤Eh的下降,能有效消除土壤积累的硝态氮,降低硫酸根含量,显著提高土壤pH,其变化幅度随有机物料添加量的增加而增大。退化设施蔬菜地土壤改良后,除稻草和鸡粪添加量为7%处理外,各有机物料处理黄瓜长势和产量均高于CKd和CKf处理。有机物料对退化土壤的改良效果表现为黑麦草稻草鸡粪,而有机物料添加量增大,并不显著改善黄瓜长势和提高产量。     

太仓市郊大棚菜地土壤盐分累积与分布特征研究

以太仓市郊大棚菜地土壤为研究对象,研究了太仓市典型大棚菜地土壤盐分累积现状及变化规律。结果表明:太仓市郊大棚菜地土壤全盐含量平均值为3.38 g/kg,已达轻度盐化水平;大棚菜地土壤盐分累积区域分布差异较大,最小值为0.42 g/kg,最大值达12.6 g/kg,变异系数达65.7%;大棚菜地土壤盐分累积量有69.84%超过安全水平,其中51.59%为轻度盐土,10.32%为中度盐土,5.56%为重度盐土;大棚菜地土壤盐分累积分布具有明显的地域性,以浏河镇、沙溪镇和新区发生盐化现象最为严重,盐化土所占比例分别达91.4%、91.0%和83.0%;八大离子组成中,阳离子以Ca~(2+)为主,其次为Na~+和K~+,阴离子以NO_3~–为主,其次为Cl~–和SO_4~(2–);相关性分析表明,影响太仓市郊菜地土壤发生盐化的主要因素是全盐含量、NO_3~–、Cl~–、Ca~(2+)等指标,造成土壤发生次生盐渍化的主要原因是不合理施肥、种植及管理模式等人为外在因素;太仓市郊菜地土壤盐分含量随着大棚种植年限的增加而显著提高,在种植年限为4~5 a时达到峰值,平均值为3.64 g/kg,是种植年限为1 a的大棚土壤含盐量的1.29倍。     

保护地菜田与稻麦轮作田土壤微生物学特征的比较

比较分析了位于长江三角洲嘉兴市的三类主要水稻土(漏水型水稻土、爽水型水稻土和囊水型水稻土)由稻麦(或油菜)轮作改为多年连作露地蔬菜和大棚蔬菜后一些土壤微生物学特征的变化,以衡量土壤质量演变的趋势。结果表明,与稻麦(油)轮作土壤相比,蔬菜地土壤微生物区系发生了极大的变化,细菌数量显著减少,真菌和放线菌数量却显著增加;硝化细菌和反硝化细菌数量随土壤类型不同呈不同的变化。多年连作露地蔬菜和蔬菜大棚保护地土壤中微生物生物量碳和总磷脂(TPL)含量显著低于稻麦轮作土壤,土壤中脱氢酶活性也显著低于稻麦轮作土壤。Biolog分析表明,蔬菜大棚保护地土壤中微生物能利用的碳源显著少于露地蔬菜和稻麦轮作土壤,而后两者间无显著差异。说明由稻麦(油)轮作改为多年连作大棚蔬菜后土壤微生物群落结构、功能的多样性明显下降,土壤质量的稳定性和可持续利用性土壤的长期生产力也将大大降低。土壤微生物数量、活性及群落结构和功能多样性的下降主要与蔬菜栽培特别是大棚蔬菜栽培的旱作与稻麦水旱轮作的生态环境条件的变化和前者的过量施用精有机肥和高效NPK复合肥导致的土壤氮、磷富集、有机质下降、次生盐渍化和酸化有关。     

我国主要菜区耕层土壤盐分总量及离子组成

【目的】评价全国主要菜区温室、 大棚和露地菜田土壤盐分及离子组成状况,为土壤次生盐渍化防治、 蔬菜合理施肥和土壤可持续利用提供一定的理论依据。【方法】在我国北方3个区域(东北、 华北、 西北地区)和南方4个区域(华中、 西南、 华东、 华南地区)主要蔬菜种植区不同栽培方式典型菜田耕层土壤展开调查,共采集501个土壤样品,分析了盐分总量及其离子组成。【结果】 1)全国主要菜区设施(温室和大棚)菜田土壤盐分总量及其各离子含量(NO-3、 SO2-4、 Cl-、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+)均显著高于露地菜田土壤,盐分总量平均高69.3%,离子组成增加幅度在36.2%~170.0%之间。2)设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例显著高于露地菜田土壤,但设施菜田土壤盐化程度总体上较轻,居于轻度盐化水平的比例占38.2%,处于中度盐化以上水平的比例仅占4.7%。 3)设施菜田土壤盐分总量及主要盐分离子(NO-3、 SO2-4和Ca2+)含量积累总体上随种植年限的延长呈先增后降并趋于平缓的变化趋势,在连续种植5~6年时达到高峰期,之后因采取的各种管理措施而有所降低,但仍显著高于露地菜田土壤。 4)设施菜田土壤盐分离子组成以NO-3和SO2-4为主,其次是Ca2+,分别占盐分总量的27.9%、 26.9%和15.3%。露地菜田土壤主要盐分离子组成总体上是SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3,分别平均占盐分总量的29.0%、 21.1%、 16.1%和14.1%,但西北地区露地菜田土壤盐分离子组成以HCO-3为主,其次是SO2-4、 NO-3和Ca2+。【结论】设施菜田土壤次生盐渍化的土样数比例虽然显著高于露地菜田土壤,但土壤盐化程度总体上较轻,盐分离子主要是NO-3、 SO2- 4和Ca2+,NO-3、 SO2-4含量大于Ca2+含量; 露地菜田主要盐分离子是SO2-4、 NO- 3、 Ca2+和HCO-3,含量为SO2- 4 NO- 3 Ca2+、 HCO-3。     

轮作对设施蔬菜大棚中次生盐渍化土壤盐分离子累积的影响

2007 年8 月在江苏省宜兴市采集10 个典型大棚土壤及其邻近露地蔬菜地土壤调查其离子组成和电导率, 并选择2 个土壤具有次生盐渍化特征的大棚研究轮作(蓖麻-白菜-蓖麻、辣椒-白菜-辣椒)对土壤电导率(EC)和离子组成的影响。结果表明, 大棚蔬菜地土壤EC 显著高于露地蔬菜地土壤, 20%的大棚土壤已发生次生盐渍化(EC>500 μS·cm^-1); 大棚土壤的SO₄^2-、NO₃^-离子浓度显著高于露地蔬菜土壤, 说明SO₄^2-、NO₃^-是影响大棚次生盐渍化的主要离子。2 年3 茬大棚蔬菜地轮作试验结果表明, 蓖麻-白菜-蓖麻轮作导致土壤EC 下降5%, 辣椒-白菜-辣椒轮作使土壤EC 下降33%, 表明后者对土壤次生盐渍化改良效果优于前者。两轮作系统盐分离子累积差异主要在于SO₄^2-, 辣椒-白菜-辣椒轮作能降低土壤SO₄^2-的累积, 而蓖麻-白菜-蓖麻轮作则不然。建议根据次生盐渍化土壤主控盐分离子以及不同作物对盐分离子吸收累积偏向性选择合适的轮作系统, 实现轮作改良次生盐渍化最佳效果。     

黄河三角洲县域尺度的盐渍化土壤化学参数特征研究

地处黄河三角洲的山东省垦利县土地资源丰富、土地利用率低,但区域内土壤盐渍化程度高,理化性质空间变异大,严重制约土地的有效开发利用。本研究通过在县域范围内进行面上布点采样及实验室化学分析,系统研究了垦利县县域尺度0~20及20~40 cm土层土壤盐分及其化学参数间的通径关系及土壤盐渍化的空间分异特征。结果表明:调查期间的垦利县0~20 cm土层土壤盐分高于20~40 cm土层,除pH外两层土壤各项化学参数的变异系数都在中等变异以上;影响0~20及20~40 cm两层土壤盐分(EC5:1)的直接土壤化学参数为Cl~–、Na~+、Ca~(2+),4个参数有非常好的线性回归曲线;0~20 cm土层土壤沿海岸线表现出强烈的盐化和钠质化现象,而20~40 cm土层整体上盐分和钠吸附比均小于表层土壤,盐化和钠质化较弱;土壤p H则表现为20~40 cm土层高于0~20 cm土层,其碱化现象较为明显。研究结果为垦利县土壤盐分研究提供可靠的基础数据及经验公式,同时可为垦利县土壤盐渍化治理提供科学依据及理论指导。     

Long-term salinization dynamics in irrigated soils of the Golodnaya Steppe and methods of their assessment on the basis of remote sensing data

A set of salinization maps (1983–2000) for the former Yusupov State Farm in the irrigated area of the Golodnaya Steppe (Uzbekistan) were developed with the use of aerial and satellite images taken in the early autumn season. A unified approach based on the analysis of the mottled patterns of the cotton fields was used. The soil cover of the farm consists of irrigated hydromorphic moderately saline soils with the participation of nonsaline and strongly saline soils. The long-ter m dynamics of the soil salinity were studied via superposing two or more maps for different years. It was shown that the long-term salinization dynamics could not be determined on the basis of the comparison of only two maps for different years. Maps of the trends of the salinization for the entire period of the observations, a map of the salinization dynamics showing the degree of changes in the soil salinity for the particular areas, a map of the areas with stable salinization through the entire period, and some other maps were developed. A considerable part of the investigated area was characterized by highly unstable soil salinity and active salinization-desalinization processes. The degree of the soil salinity varied from slight to strong and vice versa. For the entire period, the soils were mainly medium saline in the upper meter with a weakly expressed tendency for further salinization and a drop in the area of nonsaline and slightly saline soils.     

Acidification and salinization of soils with different initial pH under greenhouse vegetable cultivation

Purpose

Field survey and sampling of vegetable greenhouse soils were conducted in Shouguang, Shandong Province, and Ningbo, Zhejiang Province to study the acidification and salinization characteristics of soils with different initial soil pH values and greenhouse cultivation time.

Materials and methods

The pH, electrical conductivity (EC), and ion composition of 74 composite soil samples were analyzed to evaluate their relation to soil acidification and salinization.

Results and discussion

Compared with their corresponding open-field soils, acidification and salinization of the greenhouse soils occurred in both 0-20 cm and 20-40 cm soil layers for the Shouguang and Ningbo soils. The soil pH decreased gradually at different rates as greenhouse cultivation time increased in the two surveyed regions, but the opposite trend was observed for soil EC. For the Shouguang soils, while the percentages of K⁺ and NO₃ ^? increased dramatically and Ca²⁺ and HCO₃ ^- decreased significantly after the soils were converted to greenhouse use, the correlation between soil pH and EC was significant, and the stepwise multiple regression analysis further showed that there was a significant correlation between pH and the percent of Ca²⁺ and HCO₃ ^?.

Conclusions

Soil acidification and salinization are common in greenhouse soils with different initial soil pH. Soil acidification in the Shouguang soils is a result of decrease in the percent of Ca²⁺, HCO₃ ^? due to over application of N and K fertilizers. Future research should be devoted to understanding the relevant mechanisms in greenhouse soils with lower initial soil pH values to assess if there are correlations between soil acidification and salinization under greenhouse cultivation.