王嬡華++段增強(qiáng)++湯英

摘要：為深入了解堿性大棚土壤剖面上pH值與鹽分的相關(guān)性，對(duì)定點(diǎn)試驗(yàn)基地的54個(gè)剖面樣品進(jìn)行綜合分析。結(jié)果顯示，電導(dǎo)率（EC值）、全鹽量以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3含量均隨著土壤剖面深度的增加而減少，pH值、HCO-3含量則隨著土壤剖面深度的增加而增大。土壤耕層（0～20 cm）的可溶性鹽分離子主要為NO-3、SO2-4、Ca2+、Na+，而下層土壤（20～80 cm）的可溶性鹽分離子主要為HCO-3、NO-3、SO2-4、Ca2+、Na+。pHw值（去CO2去離子水浸提測(cè)定的pH值）與EC值、全鹽量、離子含量總和以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3離子的含量均具有顯著的負(fù)線性相關(guān)性，而pHCa值（0.01 mol/L CaCl2浸提測(cè)定的pH值）與各鹽分指標(biāo)的相關(guān)性總體弱于pHw值；在整個(gè)剖面上，HCO-3含量與EC值呈顯著負(fù)相關(guān)，與pHw值呈顯著正相關(guān)。以上結(jié)果表明，pH值與鹽分含量具有顯著相關(guān)性，且HCO-3含量與pHCa值可綜合反映堿性大棚土壤剖面的酸化與次生鹽漬化狀況；盡管大棚土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象明顯，但目前更應(yīng)關(guān)注次生鹽漬化的控制和治理。

關(guān)鍵詞：pH值；酸化；設(shè)施土壤；鹽分積累；次生鹽漬化；剖面

中圖分類號(hào)： S153；S156文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0537-04

設(shè)施栽培是目前發(fā)展最快的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)栽培模式，在蔬菜的反季節(jié)栽培和跨地區(qū)種植中起重要作用。設(shè)施栽培已成為我國(guó)很多地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，極大增加了農(nóng)民收入，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，越來越多的良田被用于建設(shè)日光溫室或大棚。由于設(shè)施內(nèi)土壤長(zhǎng)期處于高肥料施用量、高集約化、高復(fù)種指數(shù)、高溫高濕、無降水淋洗的環(huán)境中，土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化，中性、堿性土壤的快速酸化與次生鹽漬化是其重要特征，對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)環(huán)境均造成不利影響[1-4]。江蘇省太倉市陸渡鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園自2007年建造以來大力發(fā)展大棚蔬菜，是江蘇省蘇州市、上海市等地蔬菜的重要供應(yīng)點(diǎn)。高強(qiáng)度的連作使新建大棚在5年內(nèi)即出現(xiàn)土壤板結(jié)、表層泛鹽、地表發(fā)紅、雜草叢生、土傳病害嚴(yán)重、蔬菜嚴(yán)重減產(chǎn)等現(xiàn)象。以該示范園內(nèi)一試驗(yàn)基地的土壤（堿性）為研究對(duì)象，探討pH值、鹽分組成在土壤剖面的分布特征，以及pH值與鹽分積累量之間的相關(guān)性，為合理控制并治理當(dāng)?shù)卮笈锿寥赖乃峄按紊}漬化提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

江蘇省太倉市地處北亞熱帶南部季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，四季分明，歷年平均氣溫15.5 ℃、降水量1 078.1 mm、日照時(shí)數(shù) 1 960.9 h、無霜期226 d。太倉市位于江蘇省東南部、長(zhǎng)江口南岸，東北瀕長(zhǎng)江，古代為濱海村落，是長(zhǎng)江三角洲沖積平原，自古以來為水稻生產(chǎn)基地，土壤肥沃。

試驗(yàn)于2012年9月進(jìn)行，選取江蘇省太倉市陸渡鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)內(nèi)閑置的八連棟大型塑料大棚作為試驗(yàn)基地，開展定點(diǎn)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)土壤pH值及鹽分的剖面分布狀況。棚內(nèi)土壤為滲育型水稻土，基本理化性質(zhì)見表1。由于土壤質(zhì)量問題，該大棚內(nèi)地表大面積泛紅，葉菜類無法正常生長(zhǎng)，被菜農(nóng)閑置。大棚坐北朝南，南北總長(zhǎng)40 m、東西總長(zhǎng)64 m、單棟棚寬8 m、高5 m。大棚常年覆膜，但棚頂兩側(cè)可卷起透氣通風(fēng)。棚內(nèi)可覆2層膜，膜高4.5 m。地面上有鋼管搭建的小拱棚，寬4.0 m、高約1.8 m，可于嚴(yán)冬加蓋3層膜以保溫。棚內(nèi)開展6個(gè)施肥處理，進(jìn)行土壤質(zhì)量及作物生長(zhǎng)影響試驗(yàn)。小區(qū)寬1.5 m、長(zhǎng)16.0 m，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列。對(duì)作物進(jìn)行常規(guī)管理，輪茬順序?yàn)榍嘟罚?012年9月至2013年5月）—玉米（2013年6—8月）—青椒（2013年8月至2014年5月），采用滴灌帶進(jìn)行灌溉，灌溉水為河水。

1.2樣品的采集

每茬作物收獲后，于每個(gè)小區(qū)取3個(gè)剖面混成一個(gè)樣品，3個(gè)剖面沿中心線等距分布，剖面分6層，分別為0～5、5～10、10～20、20～40、40～60、60～80 cm。3茬共采集54個(gè)剖面樣品。

1.3樣品分析項(xiàng)目

土壤采回后風(fēng)干并除雜，過1 mm篩，保存?zhèn)溆谩悠返臏y(cè)定項(xiàng)目包括電導(dǎo)率、pH值（H2O）、pH值（CaCl2）以及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3、HCO-3離子的含量，各鹽分離子含量的計(jì)算結(jié)果均以干土質(zhì)量計(jì)。pH值采用pHS-3C型酸度計(jì)測(cè)定，液土比（質(zhì)量比）為5 ∶1。當(dāng)浸提劑為去二氧化碳去離子水且振蕩時(shí)間為5 min時(shí)，測(cè)定值記為pHw值；當(dāng)浸提劑為0.01 mol/L CaCl2且振蕩時(shí)間為1 h時(shí)，測(cè)定值記為pHCa值。EC值采用DDS-11A型電導(dǎo)儀測(cè)定，液土比為 5 ∶1。各鹽分離子含量的測(cè)定水土比均為5 ∶1，其中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4的含量采用ICP測(cè)定，Cl-、HCO-3的含量采用滴定法測(cè)定[5]，NO-3的含量采用雙波長(zhǎng)比色法測(cè)定[6]。全鹽量為8種鹽分離子質(zhì)量之和，離子含量總和為8種鹽分離子摩爾含量之和。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0、Sigmaplot 10.0、Excel 2003軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并作圖，采用Duncans法進(jìn)行多重比較（P<0.05）。本研究不考慮土樣來源于何種處理，僅分析剖面深度對(duì)土壤pH值及鹽分分布的影響。

2結(jié)果與分析

2.1pH值及鹽分的剖面分布狀況

由表2可知，pHw值、pHCa值均隨剖面深度的增加顯著升高，且pHw值與pHCa值的差值顯著增大；EC值、全鹽量均隨剖面深度的增加顯著下降。在0～20 cm范圍內(nèi)，pH值、EC值、全鹽量的變化幅度較為劇烈；而在20～80 cm范圍內(nèi)，pH值、EC值、全鹽量的變化幅度較小，表現(xiàn)出明顯的耕層酸化和積鹽現(xiàn)象。與初始全鹽量（表1）相比，整個(gè)剖面的全鹽量均顯著增加，但20～80 cm的EC值無顯著差異。

K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3離子含量及其占總量的比例（貢獻(xiàn)率）均隨剖面深度的增加逐漸下降，而HCO-3離子的含量及其占總量的比例（貢獻(xiàn)率）隨之逐漸增加（圖1）。陽離子中，Na+與Ca2+是主要的貢獻(xiàn)離子；陰離子中，在0～20 cm范圍內(nèi)，SO2-4與NO-3是主要的貢獻(xiàn)離子，而在20～80 cm范圍內(nèi)，HCO-3是最主要的貢獻(xiàn)離子。陰離子（不包含HCO-3）在剖面上的變化幅度顯著高于陽離子，0～5 cm 陽離子含量是60～80 cm陽離子含量的243～4.55倍，陰離子（不包含HCO-3）則為6.47～9.69倍，HCO-3在底層的離子含量是表層的1.36倍。陽離子對(duì)離子總量的貢獻(xiàn)率在剖面上波動(dòng)較小，而陰離子的貢獻(xiàn)率在剖面上波動(dòng)較大，且Cl-、SO2-4、NO-3貢獻(xiàn)率的下降與HCO-3貢獻(xiàn)率的上升相平衡。

2.2pH值與鹽分、各離子含量的相關(guān)性

對(duì)整個(gè)剖面和每一層樣品的pHw值、pHCa值、pHw-pHCa值與其相對(duì)應(yīng)的EC值、全鹽量、離子總量、各離子含量進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，在整個(gè)剖面和每一層土壤中，pHw值與EC值、全鹽量、離子總量及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3的含量均有顯著的負(fù)線性相關(guān)性；HCO-3在整個(gè)剖面上與pHw值呈顯著正相關(guān)，而在20～40 cm 土壤上與pHw值呈顯著負(fù)相關(guān)，在0～5、5～10、10～20、40～60、60～80 cm 土壤上與pHw值不相關(guān)（表3）。pHCa值與各鹽分指標(biāo)的相關(guān)性總體弱于pHw值與各鹽分指標(biāo)的相關(guān)性，在40～60 cm 土壤上，pHCa值與EC值、全鹽量、離子總含量均不相關(guān)。盡管如此，在整個(gè)剖面上和每一層土壤中，pHw值與pHCa值的差值均表現(xiàn)出與EC值、全鹽量、離子總量顯著負(fù)相關(guān)性。

3討論

灌溉方式及灌溉水性質(zhì)影響鹽分在土壤剖面的分布[7-8]，本試驗(yàn)基地所處園區(qū)內(nèi)河網(wǎng)縱橫，地下水位在80～100 cm之間，距離長(zhǎng)江入海口不足70 km，地下水的EC值可達(dá) 800 μS/cm 以上。大棚長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，有利于地下水向上遷移，以致于作物在幾乎不灌溉的情況下正常生長(zhǎng)，這有利于可溶性鹽向地表遷移，造成鹽分表聚現(xiàn)象。由于灌溉量小，鹽分不易向下遷移，且土壤在長(zhǎng)期的水稻栽培中形成堅(jiān)硬的犁底層，使鹽分較難向下遷移。表2和圖1均顯示，鹽分的劇烈變化主要出現(xiàn)在0～20 cm，20 cm以下的EC值、全鹽量、各離子含量下降幅度均大幅減小。本研究中只有0～5 cm土壤的EC值大于600 μS/cm，屬于中鹽度土壤[4]，可使多數(shù)作物生長(zhǎng)受阻，尤其是淺根系葉菜類作物；因此，這類土壤應(yīng)盡

量種植深根系、較耐鹽的蔬菜作物。在整個(gè)土壤剖面上，HCO-3以外的7種離子含量均隨土壤深度的增加而減少，但從各離子所占鹽分總量的比例來看，陽離子所占比例相對(duì)穩(wěn)定；Cl-、SO2-4、NO-3貢獻(xiàn)率的下降與HCO-3貢獻(xiàn)率的上升相平衡，表明陰離子受剖面深度的影響更大?？赡艿脑?yàn)閴A性土壤帶負(fù)電荷較多，同性相斥，有利于陰離子向下遷移。

當(dāng)?shù)厥┓室詮?fù)合肥和尿素為主，本研究中部分處理施有有機(jī)肥，因此在土壤主要的鹽分離子中，NO-3、SO2-4、Ca2+、K+主要來自于化肥和有機(jī)肥，而Na+、Mg2+、Cl-、HCO-3主要來自于土壤本身或地下水。在這些離子中，K+易被礦物固定，導(dǎo)致其在可溶性鹽中所占比例最?。黄渌?種人為添加的離子NO-3、SO2-4、Ca2+對(duì)耕層鹽分的貢獻(xiàn)率最大，這與已有研究的結(jié)論[1，9]相一致，表明次生鹽漬化主要由大量施肥所致?？扇苄喳}中Ca2+與SO2-4結(jié)合成的硫酸鈣是微溶鹽，而浸提可溶性鹽的土水比遠(yuǎn)大于田間狀況，較高的Ca2+、SO2-4含量并不代表其在土壤溶液中具有高濃度；因此，本研究中大棚土壤內(nèi)可能對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生危害的鹽分離子應(yīng)以Na+、NO-3為主，Ca2+、SO2-4次之。已有研究表明，鈉鹽對(duì)作物生長(zhǎng)的危害明顯高于鈣鹽[10-12]，因此在鹽害的控制與治理中要更加關(guān)注鈉的影響。

在土壤發(fā)生鹽分積累的同時(shí)，土壤pH值也有所降低[1，13]，通常將pH值降低這一現(xiàn)象稱為酸化。在該試驗(yàn)基地，1 kg土壤（土壤容重為1.21 g/cm3）每下降1個(gè)單位的pH值需要164.98 mmol H+。在所施氮肥為尿素且所有氮均轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的理想條件下，0～5 cm層土壤的pHw值由8.22下降至7.66（表1、表2），尿素施用量須達(dá)6 810 kg/hm2，而在3茬作物的栽培中不可能達(dá)到該施肥量，因此土壤pHw值下降幅度過大無法完全用質(zhì)子貢獻(xiàn)解釋。前期研究發(fā)現(xiàn)，pHw值的測(cè)定極易受鹽分影響，少量鹽的存在即可使pH值下降0.5個(gè)單位或更多，不同類型的鹽對(duì)pH值測(cè)定的影響程度因鹽的離子組成和土壤類型而異[12，14]。大量研究表明，pHw值與鹽分總量、各離子含量（不包含HCO-3）具有顯著負(fù)相關(guān)性（表4）[1，15]；因此，鹽分積累在一定程度上使pHw值下降，且與質(zhì)子無關(guān)。pHCa值受鹽分影響的程度顯著弱于pHw值（表4）[12，14，16-17]，0～5 cm土壤的pHCa值由7.43下降至 7.31（表1、表2），尿素施用量?jī)H需1 455 kg/hm2，而3茬作物的施氮量往往超過這一水平；因此，采用pHCa值指示大棚含鹽土壤因質(zhì)子增加導(dǎo)致的酸化更為合理[12，14]。HCO-3主要來源于土壤本身，可與質(zhì)子反應(yīng)，在整個(gè)剖面上HCO-3與pHw值、pHCa值均呈極顯著正相關(guān)（表4）[13]，又因酸化同時(shí)伴隨著鹽分積累，使HCO-3在整個(gè)剖面上與EC值呈極顯著負(fù)相關(guān)（表3）。已有研究表明，隨著種植年限的延長(zhǎng)，HCO-3含量、pH值下降，EC值上升[1，13]?？梢?，HCO-3含量及其對(duì)鹽分總量的貢獻(xiàn)率可在一定程度上反映堿性土壤剖面的酸化、次生鹽漬化狀況。如果生產(chǎn)過程中向土壤施入大量含碳酸鹽或碳酸氫鹽的物質(zhì)（如石灰、含石灰的有機(jī)肥），HCO-3含量可能隨著剖面深度的加深而逐漸減少[3]，則HCO-3對(duì)酸化、次生鹽漬化的意義有待重新評(píng)價(jià)。

綜上所述，在大棚生產(chǎn)過程中，耕層土壤鹽分積累現(xiàn)象和酸化現(xiàn)象明顯，主要由肥料的大量施用導(dǎo)致。由于本研究中的土壤為堿性土壤，且酸堿緩沖容量較大，輕微的酸化使土壤pH值趨于中性化，有利于土壤中養(yǎng)分的活化；HCO-3的減少可增加大棚內(nèi)空氣的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)，起到氣肥的作用，有利于作物生長(zhǎng)。在這一類土壤上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤次生鹽漬化問題的關(guān)注，并主要關(guān)注Na+和NO-3的危害。

4結(jié)論

在作物的生產(chǎn)管理過程中，大棚土壤表現(xiàn)出明顯的耕層酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象。EC值、全鹽量及K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、NO-3的含量均隨著土壤剖面深度的增加而減少，pH值、HCO-3含量則隨著剖面深度的增加而增大。土壤耕層（0～20 cm）可溶性鹽分離子主要為NO-3、SO2-4、Ca2+、Na+，從土壤溶液中離子濃度的角度考慮，蔬菜生產(chǎn)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注Na+和NO-3的危害。pHw值的測(cè)定受鹽分含量影響較大，而pHCa值的測(cè)定受鹽分含量影響較小，后者可更好地反映含鹽土壤因質(zhì)子增加導(dǎo)致的土壤酸化現(xiàn)象。在整個(gè)剖面上，HCO-3含量與EC值呈顯著負(fù)相關(guān)，與pHw值呈顯著正相關(guān)，可在一定程度上綜合反映大棚土壤剖面的酸化、次生鹽漬化狀況。

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