侯格平，甄東升，孫寧科，姜青龍，白長福，李偉，郭興紅

(張掖市農(nóng)業(yè)科學研究院，甘肅 張掖 734000)

甘肅河西走廊地區(qū)日照充足、冬季陰雪天較少、灌溉條件便利，非常適宜發(fā)展日光溫室[1]。近年來，地處河西走廊中部的張掖市，設(shè)施蔬菜面積已達13萬畝，產(chǎn)量達60萬噸，正在發(fā)展成為西菜東調(diào)和向哈薩克斯坦等中亞國家出口蔬菜產(chǎn)品的重要基地。但該地區(qū)冬季極端低溫時間較長，土壤可溶性鹽含量較高，加之近年來日光溫室土壤質(zhì)量退化問題日益凸顯[2，3]，造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)降低，嚴重威脅著蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

日光溫室栽培過程中，土壤常處于高溫、高濕、高蒸發(fā)、無雨水淋溶的環(huán)境中[4]，同時長期處于高度集約化、高復種指數(shù)、高肥料使用量的生產(chǎn)狀態(tài)，使土壤易發(fā)生次生鹽漬化、酸化、肥力下降、板結(jié)、微生物區(qū)系改變等土壤質(zhì)量退化問題[5～14]。其中，土壤次生鹽漬化是日光溫室栽培最突出的問題，容易導致蔬菜生長發(fā)育停滯、病害加重、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮積累等產(chǎn)量和品質(zhì)下降問題[15～17]。根據(jù)前人的研究，造成土壤次生鹽漬化加重的原因主要有施肥量大且不合理、水分蒸發(fā)強烈、灌溉方法不當、缺少雨水淋洗、地下水位較高等[18～20]。此外，日光溫室種植年限、蔬菜種植種類及重茬多少亦是影響日光溫室土壤次生鹽漬化嚴重程度的重要因素[21～26]。然而，在不同地區(qū)的環(huán)境條件和栽培管理方式下，土壤次生鹽漬化的嚴重程度及主導因素不同[16]。目前，張掖市蔬菜日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀尚不清楚，因此本研究通過測定分析甘肅省張掖市多個日光溫室土壤鹽分及肥力指標，并對其種植模式與種植年限進行調(diào)查，以露地栽培土壤為對照，研究當?shù)厝展鉁厥彝寥劳嘶貏e是土壤次生鹽漬化程度，分析其成因并提出相應(yīng)土壤改良對策，為該區(qū)日光溫室蔬菜生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 張掖市郊土壤環(huán)境概況及特點

張掖市位于河西綠洲中心地帶，是一塊依賴祁連山雪水養(yǎng)育的荒漠綠洲，是內(nèi)陸封閉性溫帶荒漠綠洲的一個重要組成部分。地勢平坦，光熱資源豐富，全年日照時數(shù)2 932～3 085 h，全年太陽總輻射量558.6～672.0 kJ·cm-2，≥10 ℃積溫1 837～2 870 ℃，無霜期165 d，晝夜溫差13.0～16.0 ℃；土壤類型主要以灌漠土為主，土壤質(zhì)地適中，肥力較低，據(jù)測定0～20 cm耕層土壤平均含有機質(zhì)12.49 g·kg-1，全氮0.879 g·kg-1，速效磷13.72 mg·kg-1，速效鉀223.7 mg·kg-1，陽離子代換量8.02 cmol·kg-1，pH8.23。

1.2 種植模式

張掖市溫室大棚蔬菜種類有茄子、辣椒、甜椒、番茄、黃瓜、西葫蘆、西瓜、甜瓜、韭菜、平菇、葡萄、豇豆等；主要種植模式有：黃瓜(西葫蘆)-秋菜花(甘藍、青筍)栽培模式、番茄-秋菜花(甘藍、青筍)栽培模式、白菜(娃娃菜、芹菜、水蘿卜)-夏番茄栽培模式、水蘿卜-茄果類蔬菜栽培模式、萵筍-芹菜-萵筍一年三茬高效栽培模式、甘藍-萵筍-娃娃菜一年三茬高效栽培模式等。試驗地具體情況見表1。

1.3 土樣采集

采用GPS定位(統(tǒng)一在溫室東南角定位)，采樣時間為2015年4月，采樣深度為0～20 cm、20～40 cm。

采樣地點：選取張掖市甘州區(qū)梁家墩、新墩、長安、上秦4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同種植年限的溫室大棚29座與4個露地采樣點。

1.4 樣品測定

參考《土壤分析技術(shù)規(guī)范》進行土壤樣品8項指標測定。其中，pH采用電位測定法(水土比2.5∶1)，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法，電導率采用電導率法，鹽分采用干殘渣法(1∶1土壤懸液電導法)，CEC采用EDTA-乙酸銨鹽交換法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2007和DPS(Data Processing System)7.05統(tǒng)計軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室土壤養(yǎng)分含量

日光溫室土壤除全鉀含量外，各養(yǎng)分指標含量與露地相比均明顯增加，其中全氮和全磷含量比露地農(nóng)田分別高出25.0%和77.2%，堿解氮、速效磷、速效鉀比露地農(nóng)田分別高出71.1%、178.4%和118.1%(表2)。此外，與露地相比，溫室土壤有機質(zhì)含量提高13.6%，電導率、全鹽量和CEC分別增加了0.75 mS·cm-1、0.17%和3.39%，但pH值下降0.8(表3)。

4個采樣點(鄉(xiāng)鎮(zhèn))均處城郊，溫室種植年限最短3年，最長20年(表1)?？傮w來看，各采樣點溫室土壤養(yǎng)分含量、有機質(zhì)、全鹽量、電導率和CEC均隨種植年限增加而增加，但pH值隨種植年限增加而降低(表2和表3)。此外，各測定指標在不同采樣地點間存在差異，其中梁家墩和上秦各測定指標含量總體高于新墩和長安(表2和表3)。

表1 日光溫室和露地及其種植年限和模式Table 1 Soil sampling location and the planting years and mode of greenhouse and open field

表2 日光溫室與露地土壤全量和速效氮磷鉀含量比較Table 2 Comparison of soil total and available N,P,or K concentration in greenhouse and open field

表3日光溫室與露地土壤有機質(zhì)、電導率、全鹽、CEC及pH值比較
Table3 Comparison of soil organic matter concentration,conductivity,total salt,CEC,and pH in greenhouse and open field

地點Location樣本數(shù)Samplenumber年限Year有機質(zhì)/mS·cm-1Organicmatter電導率/mS·cm-1Conductivity全鹽量/%TotalsaltCEC/%pH梁家墩214～1526 561 580 2317 417 42上秦513～2021 151 850 4713 587 38新墩312～1523 200 950 4115 367 33長安51522 351 230 2915 267 22梁家墩35～925 161 160 1416 447 14上秦33～1023 561 560 3711 657 69新墩33～1019 430 730 1314 527 58長安45～1019 150 650 1713 667 83溫室28-22 57a1 21a0 28a14 74a7 45b露地4019 86b0 46b0 09b11 35b8 25a

2.2 溫室土壤養(yǎng)分分層變化

日光溫室0～20 cm土壤電導率、鹽分、速效磷和速效鉀含量均高于20～40 cm土層，而0～20 cm土壤pH值低于20～40 cm土層(表4)。有機質(zhì)、CEC和堿解氮在0～20 cm和20～40 cm土層間無顯著差異(表4)。

2.3 種植年限與主要土壤化學性質(zhì)的關(guān)系

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+7.93較好擬合，擬合度達極顯著水平(R2=0.99**，P<0.01)，設(shè)施土壤的pH年均降低0.05。

如將露地視為設(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用線性模型Y=0.16x+0.63較好擬合，擬合度達顯著水平(R2=0.92*，P<0.05)。

如將露地設(shè)施菜地種植年限為0年，堿解氮含量隨設(shè)施栽培年限變化可用Y=3.0x2+42.5x+35.5較好擬合，擬合度達顯著水平(R2=0.91*，P<0.05)。

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SO42-、NO3-、H-等；而致堿性鹽基離子如CO32-和HCO3-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。

表4 日光溫室不同土層土壤養(yǎng)分含量及其變異情況Table 4 Soil nutrient concentration and its variation in different soil layers of greenhouse

3 討論與結(jié)論

3.1 張掖市日光溫室土壤鹽分及養(yǎng)分累積狀況

本研究結(jié)果顯示，張掖市日光溫室土壤有機質(zhì)、全量和速效氮、磷、鉀含量，以及土壤電導率、含鹽量、CEC等均顯著高于露地土壤，這與曹齊衛(wèi)[27]、劉建玲[17]、楊思存[11]、陳竹君[6]等研究結(jié)果一致，進一步說明溫室土壤鹽分和養(yǎng)分呈現(xiàn)正向累積的規(guī)律。此外，根據(jù)溫室土壤鹽分及養(yǎng)分含量分級標準可知[28，29]，張掖市日光溫室土壤電導率均高于蔬菜正常生長土壤電導率臨界值(0.60 mS·cm-1)，其中居于超高鹽度水平(≥1.00 mS·cm-1)的土樣數(shù)占總土樣數(shù)的64%，可見張掖市日光溫室普遍存在嚴重的土壤次生鹽漬化問題。同時，土壤速效氮含量高于150 mg·kg-1，速效鉀含量高于300 mg·kg-1，均處于高含量水平，土壤速效磷介于50～100 mg·kg-1，處于中等含量水平，而有機質(zhì)含量均處于中低含量水平(10～30 g·kg-1)，其中低于土壤有機質(zhì)臨界值(≤20 g·kg-1)的土樣數(shù)占總土樣數(shù)的25%。以上結(jié)果說明張掖市日光溫室土壤速效氮、磷、鉀均出現(xiàn)不同程度的累積現(xiàn)象，而土壤有機質(zhì)含量不高，這與有機肥施用不足、蔬菜復種指數(shù)高以及化肥用量大且不合理有關(guān)。

已有研究表明，種植年限越長的溫室土壤次生鹽漬化及養(yǎng)分累積程度越高[22～26]。本研究中，張掖市種植年限較長(12～20年)的日光溫室土壤鹽分和養(yǎng)分累積明顯高于種植年限較短(3～10年)的日光溫室，其中全鹽含量、堿解氮含量及pH值與日光溫室種植年份的相關(guān)性均達到極顯著水平(R2分別為0.99**、0.92*和0.91**)。何文壽[30]指出，溫室土壤一般種植3～5年便出現(xiàn)鹽害。張掖市種植3～10年的日光溫室土壤電導率均已高于蔬菜正常生長土壤電導率臨界值(0.60 mS·cm-1)，其中有46%已達到超高鹽度水平(≥1.00 mS·cm-1)，而更長種植年限(12～20年)的日光溫室土壤已有80%達到超高鹽度水平，可見張掖市日光溫室種植年限超過3年即會發(fā)生嚴重的次生鹽漬化，影響蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，因此需要采取相關(guān)措施防控次生鹽漬化的發(fā)生。此外，雖然張掖市溫室土壤均屬于中性(pH 6.5～7.5)或堿性(pH≥7.5)，但土壤pH年均降低0.05，因此隨著種植年限的延長土壤亦可能出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，值得關(guān)注。由于種植年限較高的日光溫室土壤速效養(yǎng)分(氮磷鉀)的累積量明顯高于種植年限較短的溫室，因此隨著種植年限的增加過量施肥對蔬菜生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境造成的危害將更加嚴重。

3.2 張掖市土壤次生鹽漬化成因分析

造成土壤次生鹽漬化的因素較多[21,30，31]，分析不同地區(qū)特定環(huán)境及栽培管理措施下的主導因素，對有效合理防治土壤次生鹽漬化的發(fā)生意義重大。張掖市地處河西綠洲中心地帶，氣候干旱少雨、多風蒸發(fā)強烈，冬季干冷無雪覆蓋，年降水量(33～350 mm)是年蒸發(fā)量(2 400～3 300 mm)的10～80倍[2]。此外，張掖市主要土壤類型為灌漠土，該土壤母質(zhì)含鹽量高，總孔隙度高，因此較其它類型土壤更易發(fā)生次生鹽漬化。土壤發(fā)生次生鹽漬化的離子主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-等，其中陰離子較陽離子更能提高土壤溶液的鹽分濃度，并造成土壤pH值升高[32]。研究表明，NO3-占土壤鹽分陰離子的70%～80%，是導致日光溫室土壤發(fā)生次生鹽漬化的主要原因[33]。本研究也發(fā)現(xiàn)，張掖市日光溫室土壤全鹽含量與土壤堿解氮含量呈顯著正相關(guān)，與黃紹文等[16]研究結(jié)果相同。通常，日光溫室土壤的施肥量是普通大田的數(shù)10倍[12]，因此長期大量投肥，加之日光溫室缺少降雨淋洗，溫度高且蒸發(fā)強烈，導致土壤鹽分在地表積累形成次生鹽漬化[21]。通過對張掖市日光溫室的施肥量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，復合肥、磷二銨占化肥用量的70%以上，氮磷鉀都出現(xiàn)盈余。1997年氮盈余量1 957.2 kg·hm-2，磷的盈余量3 186.5 kg·hm-2，鉀的盈余量453.0 kg·hm-2；2004年土壤氮磷的盈余量有所減少，鉀的盈余量增加。然而，張掖市日光溫室土壤有機質(zhì)含量均處于中低水平?？梢?，不合理的施肥方式亦是造成張掖市溫室土壤次生鹽漬化的主要原因，其中氮磷鉀肥施用量大且氮鉀肥嚴重過量，而有機肥施用量嚴重不足。

3.3 張掖市日光溫室土壤肥力修復管理

根據(jù)對張掖市日光溫室土壤次生鹽漬化現(xiàn)狀及主導因素分析，并查閱相關(guān)文獻[17,21,34～38]，提出以下防治措施：(1) 合理耕作，深翻土壤，減少蒸發(fā)：為使鹽分較多的表層土壤與深層土壤混合，播種或定植前要深翻土壤。同時，根據(jù)張掖市灌漠土蒸發(fā)量大的問題，可在蔬菜生長期間，適當中耕，疏松土壤，切斷毛細管，亦可在畦面進行地膜覆蓋，在畦溝進行麥秸或鋸末等有機物質(zhì)覆蓋，防止地面蒸發(fā)引起土面鹽分積累；(2) 進行配方施肥，避免過量或不合理施肥：張掖市日光溫室土壤應(yīng)減少氮鉀肥施用量，同時根據(jù)張掖市蔬菜主栽蔬菜品種的土壤養(yǎng)分含量狀況及需肥規(guī)律，合理使用化肥數(shù)量及種類，并采取深施、少量多次、隨水施入等科學的施肥技術(shù)，提高化肥的利用率，減少對蔬菜品質(zhì)和環(huán)境的危害；(3) 增施有機肥：增施有機肥是日光溫室土壤管理的重要措施，在改善土壤理化性質(zhì)的同時，能夠降低土壤EC及NO3-含量。針對張掖市土壤有機質(zhì)含量低且次生鹽漬化嚴重的問題，應(yīng)增施有機肥，首選秸稈、糖醛渣等工農(nóng)業(yè)廢棄物，其次可選擇農(nóng)家肥，同時應(yīng)注意這些有機肥需腐熟后施用；(4) 挖溝排水、灌溉洗鹽或更換土壤：在生產(chǎn)季節(jié)挖溝排水，可采用縮短畦頭、高畦深溝、接通大明溝或埋設(shè)塑料暗管等方式使地表水順利排出。在休閑期大量灌水，每畝至少灌水100 m3，進行2～3次，以使鹽分隨灌水流出土體，達到洗鹽的目的。當日光溫室中鹽分積聚過多而除鹽效果又不理想時，可考慮更新土壤。

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