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.     

日光温室土壤剖面矿质态氮的含量、累积及其分布特性

测定了西安郊区和杨凌地区日光温室栽培番茄生长期间及收获后土壤剖面矿质态氮(铵态氮及硝态氮)的含量,分析了不同形态氮素在土壤剖面的累积及分布情况。结果表明,随着番茄的生长,土壤剖面硝态氮含量逐渐降低,降低的幅度因土壤层次不同而异;土壤剖面铵态氮以3月份含量最高,11月份与5月份相近。番茄收获后土壤剖面残留矿质氮以硝态氮为主,约占土壤剖面矿质氮的比例为80%～90%;残留的铵态氮在土壤剖面的分布相对较为一致。蔬菜生长期间及收获时日光温室土壤剖面硝态氮累积量均表现出在土壤表层相对累积现象,且温室土壤剖面硝态氮的残留量仍高于露地及高产农田。为减少硝态氮淋失带来的环境问题,除合理施用氮肥外,如何减少日光温室蔬菜作物收获后残留硝态氮的淋溶是值得进一步研究的问题。     

设施栽培条件下蔬菜含硒状况及其健康风险评估

设施栽培条件下土壤性质变化剧烈,其对作物吸收硒(Se)的影响值得研究。本文通过对南京市典型设施蔬菜种植基地土壤及对应植物样品进行取样分析,探讨高强度利用模式下土壤Se的存在形态以及不同蔬菜类型对Se吸收的差异,分析蔬菜Se含量与土壤Se存在形态及土壤性质之间的关系,并对长期设施栽培条件下蔬菜Se的摄入健康风险进行评价。结果表明,不同蔬菜可食部分对Se的富集能力表现为叶菜类(平均含Se量为60μg/kg,干重)根茎类(30μg/kg)茄果类(26μg/kg)。蔬菜可食部分Se含量随土壤有机质及有机结合态Se含量的增加而降低。研究区域有机肥的大量施入引起的有机结合态Se含量的增加可能是降低Se有效性的最重要原因。     

福建菜田氮磷积累状况及其淋失潜力研究

本文通过采集460个福建菜田代表性耕层土样,采用土壤测试和土柱渗漏水模拟试验的方法研究菜田土壤硝态氮和Olsen P含量状况和淋失临界指标及其淋失潜力。结果表明,耕层土壤硝态氮含量为47.455.5 mg/kg,Olsen-P含量则为61.743.2 mg/kg, 其中瓜果类蔬菜种植地土壤硝态氮和Olsen-P含量明显高于叶菜类和根茎类蔬菜种植地。 应用双速率转折点建模法,得到氮、 磷淋失临界指标X0分别为土壤硝态氮76.3 mg/kg和Olsen-P 42.8 mg/kg。 淋失临界值相当于或略高于满足蔬菜营养的农学指标。当土壤硝态氮或Olsen-P含量低于X0时,随着其含量增加,渗漏水硝态氮或总磷浓度以线性方式缓慢增加,反之,则以非线性形式急剧增大。土壤硝态氮和Olsen-P含量高于其X0的土样数分别占17.9%和81.3%, 表明这些样点具有较高的氮、 磷淋失潜力,是氮、 磷污染控制的关键地块。 瓜果类菜田土壤硝态氮和Olsen-P含量高于其X0的土样数分别占到32.3%和96.3%,淋失潜力明显高于叶菜类和根茎类菜田,是氮、 磷污染控制的优先区域。     

Responses of Agronomic Benefit and Soil Quality to Better Management of Nitrogen Fertilizer Application in Greenhouse Vegetable Land

As a result of intensive greenhouse vegetable production in northern China, the potential risk of nitrogen (N) fertilizer over-applied is increasingly apparent and is threatening ecosystem and the sustainability of food production. An experiment was carried out in Shouguang, Shangdong Province, China to evaluate agronomic benefit and soil quality under different N applications, including the conventional chemical N rate (1000 kg N ha-1 season-1, N1), 70% of N1 (N2), 70% of N1 + maize straw (N3), 50% of N1 + maize straw + drip irrigation (N4), and 0% of N1 (N0), during two successive growing seasons of autumn-winter (AW) and winter-spring (WS). The maximum yields for N4 were 1.1 and 1.0 times greater than those for N1 in the AW and WS seasons, respectively. N agronomic effciency (AEN) and apparent N recovery effciency (REN) were greatest with the N4. A significant relationship was found between soil NO-3 -N content and electrical conductivity (EC) (R2 = 0.61 in the AW season and R2 = 0.29 in the WS season). Reducing N fertilizer decreased soil NO-3 -N accumulation (20.9%-37.8% reduction in the AW season and 11.7%-20.1% reduction in the WS season) relative to the accumulation observed for N1 within the 0-100 cm soil layer. Soil urease and invertase activities were not significantly different among N treatments. The N4 treatment would be practical for reducing excess N input and maintaining the sustainability of greenhouse-based intensive vegetable systems in Shouguang.     

黑麦草对硒的吸收、分配与累积

用营养液培养方法研究了黑麦草(Lolium.multiflorum,Lamaubada)对硒的吸收、分配和累积特征以及硒对黑麦草生物量的影响,以探讨黑麦草对硒的吸收和利用规律。结果表明,不同SeO32--Se浓度处理的黑麦草在不同生育期的硒含量大小顺序均表现为分蘗期拔节期抽穗期苗期,且其差异在低硒浓度([Se4+]0.05.mg／L)时表现不明显,在非中毒范围内,黑麦草体内含硒量随供硒水平的提高而增加。在不同硒浓度处理中,黑麦草不同器官的硒含量大小顺序均为根叶茎,黑麦草吸收的SeO32--Se大部分在根部累积,少部分转移到茎与叶中,SeR／SeL3,SeR／Ses4。当营养液中加入低浓度硒([Se4+]=0-0.1.mg／L)时促进了黑麦草的生长,其生物量随外源硒浓度的增大而增加;高浓度硒([Se4+]1.0.mg／L)时抑制黑麦草的生长甚至引起中毒死亡。抽穗期黑麦草对硒的阶段累积率最大,达40.42％。     

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。     

设施土壤盐分的累积、迁移及离子组成变化特征

通过对我国不同地区设施栽培现状的野外调查和取样分析,研究了设施栽培条件下土壤盐分的累积、迁移及离子组成变化特点。结果表明:1)设施栽培条件下,土壤含盐量的变化幅度大,且均明显高于露地土壤,各研究区域内已有40%8～9%的土壤含盐量超过了作物正常生长的临界浓度。2)设施栽培的可持续利用周期较短,连续种植到4年左右的设施土壤,其耕层盐分的累积量可达到作物的生长障碍临界点,之后因设施使用率的下降以及采取的措施而有所降低,但仍高于露地土壤。设施连续使用会导致土壤环境质量的不断恶化。3)设施土壤剖面(0100.cm)盐分含量均高于相邻露地,盐分含量随土层深度增加而降低,其中耕层(020.cm)的盐分含量显著高于其下各层;盐分离子在土壤剖面的运移同时存在着明显的向底层迁移和向表层聚集两种方式,但以表聚为主;此外,盐分离子的大量累积和向底层迁移,特别是NO3-的淋溶已严重影响到部分地区的地下水水质。4)设施栽培后,土壤中的NO3-、SO42-、Cl-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+均有不同程度的累积,阴离子以NO3-和SO42-为主,阳离子以Ca2+为主。盐分的大量累积以及某些离子的相对富集在一定程度上引起了作物养分的供需失衡、土壤酸化、棚室内CO2供应不足等生产问题。     

上海市郊旱作农田土壤养分资源状况

研究了上海市郊旱作农田土壤养分特征,结果表明：自80年代以来经过近20年的土壤耕作演替,上海市郊蔬菜、瓜果旱作土壤总体养分状况表现为有机质、氮素、磷素和钾素含量均很丰富。土壤氮、磷养分积累明显,较80年代第二次土壤普查有大幅度增加,一方面施用过多肥料造成浪费,另一方面带来潜在的非点源污染,对周围的环境造成威胁。各区域由于受土壤质地、土壤类型、气候条件、作物种类、耕作方式等不同土壤养分有所差异。不同耕作方式对农田土壤养分的含量影响较大,其水平高低依次为：大棚土壤、露天菜地土壤、传统自留地土壤。大棚瓜、菜地土壤有酸化趋势,菜园土壤有效磷含量远高于稻麦田土壤,这主要和施肥水平有关。     

不同磷源对设施菜田土壤速效磷及其淋溶阈值的影响

土壤中磷的移动性不仅取决于磷的数量且与磷肥形态有关。了解不同磷源（有机肥和化肥）对设施菜田土壤磷素的影响对于指导科学施肥和面源污染防治至关重要。本文选取河北省饶阳县3种不同磷含量的农田土壤（未种植过蔬菜的土壤、种植蔬菜30年的塑料大棚土壤和种植蔬菜4年的日光温室土壤）为研究对象,采用室内培养试验和数学模型模拟方法研究有机无机磷源对设施菜田土壤磷素的影响,确定无机肥和有机肥源土壤磷素淋溶的环境阈值。结果表明添加有机肥和无机磷肥都会显著增加3种不同种植年限设施菜田土壤速效磷（Olsen-P）和氯化钙磷（CaCl₂-P）含量,但增加速度不同。对于未种植过蔬菜的低磷对照土壤,磷投入量高于50 mg·kg^-1（干土）后,无机肥比有机肥显著提高了土壤Olsen-P含量。对于已种植蔬菜30年的塑料大棚土壤,高磷投入时[300 mg·kg^-1（干土）和600 mg·kg^-1（干土）],无机肥比有机肥显著提高了土壤Olsen-P含量,低于此磷投入量时有机肥和无机肥处理之间没有显著差异。3种不同农田土壤CaCl₂-P的含量所有处理均表现出无机肥显著高于有机肥处理,尤其是在高磷量[>300 mg·kg^-1（干土）]投入时表现更加明显。两段式线性模拟结果表明,设施菜田土壤有机肥源磷素和无机肥源磷素淋溶阈值分别为87.8 mg·kg^-1和198.7 mg·kg^-1。随着土壤Olsen-P的增加,添加无机肥源磷对设施菜田土壤CaCl₂-P含量的增加速率是有机肥源磷的两倍。因此,建议在河北省高磷设施菜田应减少无机磷肥的投入,特别是土壤速效磷高于198.7 mg·kg^-1的设施菜田应禁止使用化学磷肥和有机肥,在土壤速效磷低于198.7 mg·kg^-1的设施菜田应加大有机肥适度替代无机肥技术的推广。