河西走廊蔬菜日光温室土壤次生盐渍化现状及改良对策

2018-01-17侯格平甄东升孙宁科姜青龙白长福李伟郭兴红

山西农业大学学报（自然科学版） 2018年1期

侯格平，甄东升，孙宁科，姜青龙，白长福，李伟，郭兴红

(张掖市农业科学研究院，甘肃张掖 734000)

甘肃河西走廊地区日照充足、冬季阴雪天较少、灌溉条件便利，非常适宜发展日光温室[1]。近年来，地处河西走廊中部的张掖市，设施蔬菜面积已达13万亩，产量达60万吨，正在发展成为西菜东调和向哈萨克斯坦等中亚国家出口蔬菜产品的重要基地。但该地区冬季极端低温时间较长，土壤可溶性盐含量较高，加之近年来日光温室土壤质量退化问题日益凸显[2，3]，造成蔬菜产量和品质降低，严重威胁着蔬菜生产的可持续发展。

日光温室栽培过程中，土壤常处于高温、高湿、高蒸发、无雨水淋溶的环境中[4]，同时长期处于高度集约化、高复种指数、高肥料使用量的生产状态，使土壤易发生次生盐渍化、酸化、肥力下降、板结、微生物区系改变等土壤质量退化问题[5～14]。其中，土壤次生盐渍化是日光温室栽培最突出的问题，容易导致蔬菜生长发育停滞、病害加重、硝态氮和亚硝态氮积累等产量和品质下降问题[15～17]。根据前人的研究，造成土壤次生盐渍化加重的原因主要有施肥量大且不合理、水分蒸发强烈、灌溉方法不当、缺少雨水淋洗、地下水位较高等[18～20]。此外，日光温室种植年限、蔬菜种植种类及重茬多少亦是影响日光温室土壤次生盐渍化严重程度的重要因素[21～26]。然而，在不同地区的环境条件和栽培管理方式下，土壤次生盐渍化的严重程度及主导因素不同[16]。目前，张掖市蔬菜日光温室土壤次生盐渍化现状尚不清楚，因此本研究通过测定分析甘肃省张掖市多个日光温室土壤盐分及肥力指标，并对其种植模式与种植年限进行调查，以露地栽培土壤为对照，研究当地日光温室土壤退化特别是土壤次生盐渍化程度，分析其成因并提出相应土壤改良对策，为该区日光温室蔬菜生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 张掖市郊土壤环境概况及特点

张掖市位于河西绿洲中心地带，是一块依赖祁连山雪水养育的荒漠绿洲，是内陆封闭性温带荒漠绿洲的一个重要组成部分。地势平坦，光热资源丰富，全年日照时数2 932～3 085 h，全年太阳总辐射量558.6～672.0 kJ·cm-2，≥10 ℃积温1 837～2 870 ℃，无霜期165 d，昼夜温差13.0～16.0 ℃；土壤类型主要以灌漠土为主，土壤质地适中，肥力较低，据测定0～20 cm耕层土壤平均含有机质12.49 g·kg-1，全氮0.879 g·kg-1，速效磷13.72 mg·kg-1，速效钾223.7 mg·kg-1，阳离子代换量8.02 cmol·kg-1，pH8.23。

1.2 种植模式

张掖市温室大棚蔬菜种类有茄子、辣椒、甜椒、番茄、黄瓜、西葫芦、西瓜、甜瓜、韭菜、平菇、葡萄、豇豆等；主要种植模式有：黄瓜(西葫芦)-秋菜花(甘蓝、青笋)栽培模式、番茄-秋菜花(甘蓝、青笋)栽培模式、白菜(娃娃菜、芹菜、水萝卜)-夏番茄栽培模式、水萝卜-茄果类蔬菜栽培模式、莴笋-芹菜-莴笋一年三茬高效栽培模式、甘蓝-莴笋-娃娃菜一年三茬高效栽培模式等。试验地具体情况见表1。

1.3 土样采集

采用GPS定位(统一在温室东南角定位)，采样时间为2015年4月，采样深度为0～20 cm、20～40 cm。

采样地点：选取张掖市甘州区梁家墩、新墩、长安、上秦4个乡镇不同种植年限的温室大棚29座与4个露地采样点。

1.4 样品测定

参考《土壤分析技术规范》进行土壤样品8项指标测定。其中，pH采用电位测定法(水土比2.5∶1)，有机质采用重铬酸钾容量法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法，电导率采用电导率法，盐分采用干残渣法(1∶1土壤悬液电导法)，CEC采用EDTA-乙酸铵盐交换法。

1.5 数据分析

试验数据均用Microsoft Excel 2007和DPS(Data Processing System)7.05统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 日光温室土壤养分含量

日光温室土壤除全钾含量外，各养分指标含量与露地相比均明显增加，其中全氮和全磷含量比露地农田分别高出25.0%和77.2%，碱解氮、速效磷、速效钾比露地农田分别高出71.1%、178.4%和118.1%(表2)。此外，与露地相比，温室土壤有机质含量提高13.6%，电导率、全盐量和CEC分别增加了0.75 mS·cm-1、0.17%和3.39%，但pH值下降0.8(表3)。

4个采样点(乡镇)均处城郊，温室种植年限最短3年，最长20年(表1)。总体来看，各采样点温室土壤养分含量、有机质、全盐量、电导率和CEC均随种植年限增加而增加，但pH值随种植年限增加而降低(表2和表3)。此外，各测定指标在不同采样地点间存在差异，其中梁家墩和上秦各测定指标含量总体高于新墩和长安(表2和表3)。

表1 日光温室和露地及其种植年限和模式Table 1 Soil sampling location and the planting years and mode of greenhouse and open field

表2 日光温室与露地土壤全量和速效氮磷钾含量比较Table 2 Comparison of soil total and available N,P,or K concentration in greenhouse and open field

表3日光温室与露地土壤有机质、电导率、全盐、CEC及pH值比较
Table3 Comparison of soil organic matter concentration,conductivity,total salt,CEC,and pH in greenhouse and open field

地点Location样本数Samplenumber年限Year有机质/mS·cm-1Organicmatter电导率/mS·cm-1Conductivity全盐量/%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长安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长安45～1019 150 650 1713 667 83温室28-22 57a1 21a0 28a14 74a7 45b露地4019 86b0 46b0 09b11 35b8 25a

2.2 温室土壤养分分层变化

日光温室0～20 cm土壤电导率、盐分、速效磷和速效钾含量均高于20～40 cm土层，而0～20 cm土壤pH值低于20～40 cm土层(表4)。有机质、CEC和碱解氮在0～20 cm和20～40 cm土层间无显著差异(表4)。

2.3 种植年限与主要土壤化学性质的关系

如将露地视为设施菜地种植年限为0年，设施菜地土壤pH随种植年限变化可用Y=-0.05x+7.93较好拟合，拟合度达极显著水平(R2=0.99**，P<0.01)，设施土壤的pH年均降低0.05。

如将露地视为设施菜地种植年限0年，土壤全盐含量随种植年限的变化可用线性模型Y=0.16x+0.63较好拟合，拟合度达显著水平(R2=0.92*，P<0.05)。

如将露地设施菜地种植年限为0年，碱解氮含量随设施栽培年限变化可用Y=3.0x2+42.5x+35.5较好拟合，拟合度达显著水平(R2=0.91*，P<0.05)。

不同种植年限设施土壤(0～20 cm)的全盐含量与pH存在显著负相关关系，而全盐含量与土壤硝态氮含量显著正相关。由此表明，长期设施栽培显著增加土壤致酸盐基离子如SO42-、NO3-、H-等；而致碱性盐基离子如CO32-和HCO3-离子则明显降低，这可能是由于设施菜地长期过量施肥，氮磷钾和有机质等养分大量累积所致。

表4 日光温室不同土层土壤养分含量及其变异情况Table 4 Soil nutrient concentration and its variation in different soil layers of greenhouse

3 讨论与结论

3.1 张掖市日光温室土壤盐分及养分累积状况

本研究结果显示，张掖市日光温室土壤有机质、全量和速效氮、磷、钾含量，以及土壤电导率、含盐量、CEC等均显著高于露地土壤，这与曹齐卫[27]、刘建玲[17]、杨思存[11]、陈竹君[6]等研究结果一致，进一步说明温室土壤盐分和养分呈现正向累积的规律。此外，根据温室土壤盐分及养分含量分级标准可知[28，29]，张掖市日光温室土壤电导率均高于蔬菜正常生长土壤电导率临界值(0.60 mS·cm-1)，其中居于超高盐度水平(≥1.00 mS·cm-1)的土样数占总土样数的64%，可见张掖市日光温室普遍存在严重的土壤次生盐渍化问题。同时，土壤速效氮含量高于150 mg·kg-1，速效钾含量高于300 mg·kg-1，均处于高含量水平，土壤速效磷介于50～100 mg·kg-1，处于中等含量水平，而有机质含量均处于中低含量水平(10～30 g·kg-1)，其中低于土壤有机质临界值(≤20 g·kg-1)的土样数占总土样数的25%。以上结果说明张掖市日光温室土壤速效氮、磷、钾均出现不同程度的累积现象，而土壤有机质含量不高，这与有机肥施用不足、蔬菜复种指数高以及化肥用量大且不合理有关。

已有研究表明，种植年限越长的温室土壤次生盐渍化及养分累积程度越高[22～26]。本研究中，张掖市种植年限较长(12～20年)的日光温室土壤盐分和养分累积明显高于种植年限较短(3～10年)的日光温室，其中全盐含量、碱解氮含量及pH值与日光温室种植年份的相关性均达到极显著水平(R2分别为0.99**、0.92*和0.91**)。何文寿[30]指出，温室土壤一般种植3～5年便出现盐害。张掖市种植3～10年的日光温室土壤电导率均已高于蔬菜正常生长土壤电导率临界值(0.60 mS·cm-1)，其中有46%已达到超高盐度水平(≥1.00 mS·cm-1)，而更长种植年限(12～20年)的日光温室土壤已有80%达到超高盐度水平，可见张掖市日光温室种植年限超过3年即会发生严重的次生盐渍化，影响蔬菜产量和品质，因此需要采取相关措施防控次生盐渍化的发生。此外，虽然张掖市温室土壤均属于中性(pH 6.5～7.5)或碱性(pH≥7.5)，但土壤pH年均降低0.05，因此随着种植年限的延长土壤亦可能出现酸化现象，值得关注。由于种植年限较高的日光温室土壤速效养分(氮磷钾)的累积量明显高于种植年限较短的温室，因此随着种植年限的增加过量施肥对蔬菜生产及生态环境造成的危害将更加严重。

3.2 张掖市土壤次生盐渍化成因分析

造成土壤次生盐渍化的因素较多[21,30，31]，分析不同地区特定环境及栽培管理措施下的主导因素，对有效合理防治土壤次生盐渍化的发生意义重大。张掖市地处河西绿洲中心地带，气候干旱少雨、多风蒸发强烈，冬季干冷无雪覆盖，年降水量(33～350 mm)是年蒸发量(2 400～3 300 mm)的10～80倍[2]。此外，张掖市主要土壤类型为灌漠土，该土壤母质含盐量高，总孔隙度高，因此较其它类型土壤更易发生次生盐渍化。土壤发生次生盐渍化的离子主要有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-等，其中阴离子较阳离子更能提高土壤溶液的盐分浓度，并造成土壤pH值升高[32]。研究表明，NO3-占土壤盐分阴离子的70%～80%，是导致日光温室土壤发生次生盐渍化的主要原因[33]。本研究也发现，张掖市日光温室土壤全盐含量与土壤碱解氮含量呈显著正相关，与黄绍文等[16]研究结果相同。通常，日光温室土壤的施肥量是普通大田的数10倍[12]，因此长期大量投肥，加之日光温室缺少降雨淋洗，温度高且蒸发强烈，导致土壤盐分在地表积累形成次生盐渍化[21]。通过对张掖市日光温室的施肥量调查发现，复合肥、磷二铵占化肥用量的70%以上，氮磷钾都出现盈余。1997年氮盈余量1 957.2 kg·hm-2，磷的盈余量3 186.5 kg·hm-2，钾的盈余量453.0 kg·hm-2；2004年土壤氮磷的盈余量有所减少，钾的盈余量增加。然而，张掖市日光温室土壤有机质含量均处于中低水平。可见，不合理的施肥方式亦是造成张掖市温室土壤次生盐渍化的主要原因，其中氮磷钾肥施用量大且氮钾肥严重过量，而有机肥施用量严重不足。

3.3 张掖市日光温室土壤肥力修复管理

根据对张掖市日光温室土壤次生盐渍化现状及主导因素分析，并查阅相关文献[17,21,34～38]，提出以下防治措施：(1) 合理耕作，深翻土壤，减少蒸发：为使盐分较多的表层土壤与深层土壤混合，播种或定植前要深翻土壤。同时，根据张掖市灌漠土蒸发量大的问题，可在蔬菜生长期间，适当中耕，疏松土壤，切断毛细管，亦可在畦面进行地膜覆盖，在畦沟进行麦秸或锯末等有机物质覆盖，防止地面蒸发引起土面盐分积累；(2) 进行配方施肥，避免过量或不合理施肥：张掖市日光温室土壤应减少氮钾肥施用量，同时根据张掖市蔬菜主栽蔬菜品种的土壤养分含量状况及需肥规律，合理使用化肥数量及种类，并采取深施、少量多次、随水施入等科学的施肥技术，提高化肥的利用率，减少对蔬菜品质和环境的危害；(3) 增施有机肥：增施有机肥是日光温室土壤管理的重要措施，在改善土壤理化性质的同时，能够降低土壤EC及NO3-含量。针对张掖市土壤有机质含量低且次生盐渍化严重的问题，应增施有机肥，首选秸秆、糖醛渣等工农业废弃物，其次可选择农家肥，同时应注意这些有机肥需腐熟后施用；(4) 挖沟排水、灌溉洗盐或更换土壤：在生产季节挖沟排水，可采用缩短畦头、高畦深沟、接通大明沟或埋设塑料暗管等方式使地表水顺利排出。在休闲期大量灌水，每亩至少灌水100 m3，进行2～3次，以使盐分随灌水流出土体，达到洗盐的目的。当日光温室中盐分积聚过多而除盐效果又不理想时，可考虑更新土壤。

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