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。     

设施菜地土壤次生盐渍化的成因、危害及其分类与分级标准的研究进展

近30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、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。     

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。     

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。     

黄淮海平原土壤次生潜在盐渍化分级研究

依据与现行土壤渍化分级相衔接的原则，研究提出了黄淮海平原土壤次生潜在盐渍化的分级方法，以２ｍ土体为度量深度，四个分界值将其分为五级；按化学组成和盐分富集层位进行了分类；提出了系统命名。     

种植年限对设施大棚土壤次生盐渍化与酸化的影响

以京郊设施大棚为研究对象,分析了不同种植年限设施大棚土壤盐分含量、离子组成和pH值状况。结果表明,新建设施大棚在第3或第4年就出现了土壤次生盐渍化,5年以上的老设施大棚土壤电导率超标(0.5 m S·cm~(-1))率远高于新建设施大棚。设施大棚土壤盐分在0~20 cm表聚明显,盐分含量随着土层的加深而逐渐降低。盐基离子以SO_4~(2-)为主,其次是C~(2+);盐基离子含量大小顺序:阳离子为Ca~(2+)Na~+K~+Mg~(2+);阴离子为SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-。设施大棚土壤pH值随着种植年限的延长而下降;连续种植15年后,设施大棚土壤盐分平均增加了1.25倍,pH值平均下降9.3%。土壤次生盐渍化与酸化两者伴随出现,已成为限制设施生产可持续发展的重要障碍。     

有机氮与无机氮不同配比对设施菜地次生盐渍化土壤改良效果

通过设施菜地小区试验,研究有机氮与无机氮不同比例配合施用对土壤次生盐渍化的改良效果以及对番茄产量、品质的影响。结果表明:有机氮与无机氮配合施用可以明显降低土壤中全盐含量与电导率,显著降低了土壤中硝态氮的过量积累,尤其有机氮与无机氮比例为2∶1时,效果最好;同时有机氮与无机氮配合施用,达到改善土壤有机质平衡及调控的作用,有机质从16. 8 g/kg增加到21. 7 g/kg;有机氮、无机氮2∶1配施可以明显降低番茄中硝酸盐的含量,显著提高番茄中可溶性总糖和还原型Vc的含量,达到提高番茄产量和提升果实品质的效果。从改良设施土壤次生盐渍化和优质施肥管理两方面综合考虑,建议设施大棚采用有机氮与无机氮配合施用,土壤全盐含量3. 54 g/kg条件下以有机氮与无机氮2∶1配施有机肥与化肥效果最佳。     

土壤次生盐渍化与微生物数量及土壤理化性质研究

次生盐渍化已成为制约设施栽培农业发展的主要障碍因子,为揭示次生盐渍化对土壤微生物和理化性质的影响,对上海市南汇区和崇明区设施栽培大棚土壤酶活性和微生物活性进行研究.结果表明:随着栽培时间的增加,土壤表层(0-5 cm)有机质变化不明显;而土壤中硝态氮和总盐量增加,连续栽培15年土壤的硝态氮(94.23 mg/kg)是露地表层土的14.8倍,EC值是露地的14.9倍;从第5年起土壤出现酸化现象.次生盐渍化越严重,对土壤脲酶、磷酸酶和呼吸强度的抑制越明显,连续栽培15年土壤脲酶活性受抑制率达到71.8%.EC值、总盐、硝态氮与放线菌、细菌数量都呈极显著负相关,与真菌数量呈显著负相关,最高相关系数达到-0.957.次生盐渍化对于深层土(15-20 cm)的影响没有表层土明显.     

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。     

应重视硝态氮同化过程在降低土壤硝酸盐浓度中的作用

在保证生产力条件下,采取合理的氮肥管理措施降低土壤硝态氮浓度对降低氮污染至关重要。当前,应用硝化抑制剂能够有效延缓铵态氮的硝化速率,进而降低土壤硝态氮淋溶损失和氮氧化物排放,但是其缺点显而易见:促进氨挥发并引起硝化抑制剂污染。好氧条件下,土壤硝态氮净变化量取决于产生(硝化)和消耗(硝态氮同化)的量。但是,一直以来,受微生物优先利用铵态氮这一传统观点的影响,人们普遍认为农田土壤微生物较少利用硝态氮,很大程度上忽视了对硝态氮同化过程的研究。该过程独具优势,它将硝态氮转变为微生物生物量氮进行短期储存并发生再矿化,具有保氮功能且环境友好。加入特定的碳源可以提高硝态氮同化这已是不争的事实,未来应加强硝态氮同化降低土壤硝酸盐累积方面的研究:(1)外源碳影响硝态氮同化的微生物驱动机制是什么?(2)怎样才能操控硝态氮同化和再矿化过程,使得作物氮需求和土壤氮供应相匹配,进而降低氮损失?(3)在碳源充足的条件下,反硝化作用亦会增强,如何才能做到在提高硝态氮同化的同时避免反硝化氮损失?     

水稻根系生长对不同氮形态响应的动态变化

土壤养分供应变异很大,植物根系生长对这种养分变异的响应非常敏感.为了探索水稻根系生长对N素供应响应的动态变化规律以及这种适应性变化与水稻N效率之间的关系,采用水培方法,以两个苗期不同N效率水稻品种桂单4号和南光为研究材料,比较了不同铵硝比、不同浓度NH4、不同浓度NO3-和不同浓度NH4NO3对水稻根系构型参数的影响.结果表明:NH4 和NH4NO3供应显著降低了总根长、总根表面积和总根体积,且有增加平均根直径的趋势;而NO3-供应在0～1 mmol/L浓度范围内,增加了总根长、总根表面积和总根体积,降低了平均根直径,但当NO3-供应超过1 mmo1/L后,NO3-却有降低总根长、总根表面积和总根体积的趋势,对平均根直径没有明显影响.苗期N高效基因型桂单4号总根长和总根表面积在各种N素营养条件下均显著高于N低效基因型南光.上述结果表明,NH4 和NH4NO3都抑制了水稻根系生长,而NO3-为低浓度诱导、高浓度抑制根系生长,根长和根表面积,对提高水稻N效率贡献较大.     

不同水稻品种对铵态氮和硝态氮吸收特性的研究

采用水培方法研究了不同形态氮素对武育粳 3号 (常规粳稻 )和扬稻 6号 (常规籼稻 )生长的影响及其水稻苗期对NH 4 N和NO-3 N的吸收动力学特征。结果表明 :不同形态氮素对水稻生长影响差异显著 ,铵硝混合营养下水稻的生长最优 ;扬稻 6号比武育粳 3号具有更强的氮素吸收能力 ;不论武育粳 3号或是扬稻 6号 ,单一氮源时NO-3 的Km 值均大于NH 4 ,说明水稻对NH 4 的亲和力大于NO-3 ,武育粳 3号对NH 4 的最大吸收速率小于NO-3 ,而扬稻 6号则极为接近 ;NH 4 的存在均显著降低两个水稻品种对NO-3的吸收速率 ,武育粳 3号和扬稻 6号的NO-3 的Vmax分别比单一硝营养减小 1/ 2和 2 / 3,NO-3 的存在不影响武育粳 3号对NH 4 的吸收速率 ,但使扬稻 6号对NH 4 的吸收速率减小     

AM真菌共生系统中硝态氮吸收转运途径及对寄主生长的作用

利用AM真菌(Glomus intraradices)与毛根农杆菌质粒DNA转化的胡萝卜根(Ri T-DNA transformed carrotroots)建立的双重培养系统,以及同位素示踪技术探究AM真菌共生系统中硝态氮NO₃^-转运吸收途径,对铵态氮和硝态氮吸收合成精氨酸进行研究;并开展农田试验研究铵态氮和硝态氮吸收转运对寄主生长的影响。研究发现AM真菌菌丝在NH₄⁺和NO₃^-共存时,优先吸收NH₄⁺。当AM真菌的根外菌丝用NH₄¹⁵NO₃处理1周时,虽然根外菌丝的自由氨基酸未被¹⁵N标记,包括精氨酸,但是菌根组织中的自由氨基酸被¹⁵N标记,揭示了¹⁵NO₃^-沿着菌丝直接转运至菌根组织而不是来自于精氨酸转运的新模式;而根外菌丝用     

减量施用控释氮肥对小麦产量效率及土壤硝态氮的影响

通过对控释氮肥减量且随小麦播种一次性施用(CRF),与农民习惯施肥(FP)及优化施肥(OPT)进行对比试验研究。结果表明:(1)减量施用控释氮肥使小麦群体及产量构成因素整体表现优于FP和OPT处理;(2)CRF处理能够保证小麦稳产,单位面积(667m2)较FP处理增收66.8元,其氮素回收率和氮偏生产力较FP处理分别提高19.7%和34.3%;(3)CRF处理各深度土层硝态氮含量均低于OPT和FP处理,极大降低硝态氮向土壤深层次淋溶的风险。在小麦上减量使用控释氮肥具有简化生产环节、节本增收、提高氮养分利用和减少环境污染等优势,具有应用前景。     

N+离子注入陆地棉花粉对胚珠DNA及M1代cDNA表达的影响

通过对胚珠DNA的SSR标记分析,在DNA水平上检测氮离子束诱变后胚珠的多态性变化,结果表明,离子注入陆地棉花粉后再给雌蕊授粉,会对胚珠的DNA多态性产生影响,表明在一定程度上改变了花粉中精细胞的DNA序列;利用抑制性消减杂交(SSH)分离N+离子诱变花粉和对照正常花粉分别给雌蕊授粉后产生的M1代植株叶片间表达有差异的cDNA片段,建立差异表达cDNA文库。已测序的有50个缩减cDNA克隆,根据BLAST网络服务检索查询EMBLGen、 Bank、DDBJ和PDB的核苷酸序列数据库以及蛋白质氨基酸序列数据库,进行序列联配,结果发现52%序列在数据库中都有同源的棉属来源的EST。38个EST与其他物种已知基因部分区域的同源性为56%-100%,占总EST的76%;5条EST序列能在数据库中检索到同源性序列,但其功能（占10%）尚不清楚;9个EST能在数据库中发现为推测蛋白,占18%;4个EST在GenBank中没有查到对应的同源序列,占8%。     

设施菜田土壤pH和初始C/NO3– 对反硝化产物比的影响

【目的】设施菜田土壤反硝化作用是N₂O排放和氮素损失的重要途径。本研究通过室内厌氧培养试验,在不同pH和初始C/NO₃–条件下,比较设施菜田土壤反硝化氮素气体排放及产物比的变化特征。【方法】以设施菜田土壤为研究对象,通过添加一定量低浓度的酸碱溶液调节土壤pH分别为酸性、中性和碱性条件,调节后的实测pH分别为5.63、6.65和7.83;同时以谷氨酸钠作为有效性碳,除未添加有效性碳作为对照处理 (CK) 外,其他有效性碳与硝酸盐 (C/NO₃–) 的比值分别调节为5∶1、15∶1和30∶1,三种pH条件下均设置 4 个 C/NO₃– 水平,每个水平3次重复。利用自动连续在线培养系统 (Robot系统),在厌氧条件下监测不同处理土壤产生的 N₂O、NO、N₂和CO₂浓度的动态变化,通过计算N₂O/(N₂O + NO + N₂)指数估算反硝化过程N₂O的产物比。【结果】增加土壤的pH能显著减少设施菜田土壤N₂O和NO的产生量,酸性 (pH 5.63) 土壤的N₂O、NO产生量峰值在不同初始C/NO₃– 比下均显著高于中性 (pH 6.65) 和碱性 (pH 7.83) 土壤 (P < 0.05)。中性和碱性土壤在高C/NO₃– 下有利于减少反硝化过程N₂O的产生,而酸性土壤条件下差异并不显著。中性土壤条件下增加有机碳含量会降低NO产生量,而在酸性和碱性土壤上有机碳的添加对NO产生量没有显著影响。土壤pH和初始C/NO₃– 比对土壤N₂O的产生有极显著的交互效应 (P < 0.001)。酸性和中性土壤上添加有机碳能够显著增加土壤N₂的产生速率 (P < 0.05),且与对照相比,不同pH的土壤添加有机碳后均显著促进反硝化过程中N₂O向N₂的转化。在不同初始C/NO₃– 下碱性土壤的CO₂产生量显著高于酸性和中性土壤,同时与对照相比,添加有机碳显著增加了土壤的CO₂产生量 (P < 0.05)。酸性土壤的N₂O产物比在不同初始C/NO₃– 下均极显著高于碱性土壤 (P < 0.01),且不同初始C/NO₃– 下的土壤N₂O产物比随pH的增加显著下降,二者呈极显著线性负相关关系 (P < 0.01)。【结论】土壤pH降低是设施菜田土壤N₂O和NO排放量较高的重要原因。而且,增加初始土壤有效碳含量促进了土壤的反硝化损失,并在中性和碱性土壤中N₂O的产生量减少。土壤pH升高和初始C/NO₃– 增加均降低了产物比,但增加了土壤反硝化作用速率。在利用N₂O排放通量和产物比估算土壤反硝化氮素损失时,土壤pH和有效碳含量是必须考虑的两个重要因素。     

聚天门冬氨酸钙盐对水稻田面水中三氮动态变化的影响

利用桶栽试验探究不同浓度水平的聚天门冬氨酸钙盐(PASP-Ca)对水稻田面水中铵态氮(NH_4~+)、硝态氮(NO_3~-)和总氮(TN)浓度动态变化的影响。结果表明,施氮后,田面水中TN、NH_4~+和NO_3~-分别于第1,3,9天达到最大值,随后逐渐降低。NO_3~-/TN多在0.1以下,(NH_4~++NO_3~-)/TN多在0.5以上。因此,可以将NH_4~+和TN作为农田水污染防治的主要监测指标,NO_3~-作为辅助指标。添加一定浓度的PASP—Ca能对田面水中氮素浓度的变化起到缓释作用,其中0.3%浓度水平的PASP—Ca效果相对较好,田面水中NH_4~+和TN的下降速率分别为3.452,4.806mg/(L·d),与单施氮肥(CK)相比,分别降低了11.68%和16.25%;同时,NH_4~+的平均浓度为6.999mg/L,较CK低了3.88%;NO_3~-的平均浓度为0.396mg/L,较CK低了24.83%;TN的平均浓度为20.077mg/L,较CK提升了3.10%。施氮后田面水中TN浓度随时间呈对数递减,而NH_4~+浓度在施氮后3天内随时间呈对数增加,之后随时间呈对数递减趋势。施氮后的9天内是防止稻田田面水中氮素流失的关键时期。     

增铵营养对番茄幼苗生长和有机酸含量的影响

A hydroponic experiment was conducted to study the effect of partial replacement of NO(3^-)-N by NH -N on theseedling growth and organic acid content of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). A completely randomized designwas established with three replications and five treatments, i.e., NO(3^-)-N/NH(4^ )-N of 100/0, 75/25, 50/50, 25/75 and0/100. Results showed that 25% replacement of NO(3^-)-N by NH(4^ )-N significantly (P = 0.05) improved fresh and dryweight, revealing that a proper percentage of NH -N was important for tomato nitrogen nutrition. This could increasethe plant growth even though tomato was a crop that preferred nitrate nutrition. Also an increase in the proportion ofNH -N in the nutrient solution led to a significant decrease (P=0.05) in malate, citrate and fumarate. However, the25% NH(4^ )-N plus 75% NO(3^-)-N treatment had no significant effect (P = 0.05) on the 2-ketoglutarate, succinate or oxalicacid content, showing that only some organic acids in tomato plants were affected. Only pyruvate increased significantly(P=0.05), and it only increased for 25% and 50% replacement of NO(3^-)-N by NH(4^ )-N. Metabolism of these organicacids, especially malate, citrate and fumarate, should be further studied at the molecular level in vegetables applied withdifferent nitrogen forms.     

NH4+-N/NO3--N比例对不同不结球小白菜品种的生长和部分生理指标的影响

The responses of three cultivars of Chinese cabbage (Brassica chinensis L.), one of the main vegetable crops in China, to different ratios of NH4+-N/NO3--N was investigated to find the optimal ratio of ammonium to nitrate for maximal growth and to explore ways of decreasing the nitrate content, increasing nitrogen use efficiency of Chinese cabbage, and determining distributions of nitrogen and carbon. Three cultivars of Chinese cabbage were hydroponically grown with three different NH4+-N/NO3--N ratios (0:100, 25:75 and 50:50). The optimal ratio of NH4+-N/NO3--N for maximal growth of Chinese cabbage was 25:75. The increase in the ratio of NH4+-N/NO3--N significantly decreased nitrate content in various tissues of Chinese cabbage in the order of petiole > leaf blade > root. The highest total nitrogen (N) content was found when the ratio of NH4+-N/NO3--N was 25:75, and N contents in plant tissues were significantly different, mostly being in the order of leaf blade > petiole > root. At the NH4+-N/NO3--N ratio of 25:75, the biomasses of Chinese cabbage cultivars 'Shanghaiqing', 'Liangbaiye 1' and 'Kangre 605' increased by 47%, 14% and 27%, respectively. The biomass, SPAD chlorophyll meter readings and carbon content of 'Shanghaiqing' were all higher than those of 'Liangbaiye 1', while nitrate and total nitrogen contents were lower. Thus, partial replacement of nitrate by ammonium could improve vegetable production by both increasing yields and decreasing nitrate content of the plants.