設施栽培條件下土壤酸化與鹽漬化耦合發(fā)生機理研究.pdf

1、當前，我國設施土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象普遍，成為設施栽培系統(tǒng)中最為突出的土壤障礙問題。這些問題不僅直接危害作物的正常生長，而且也易引發(fā)養(yǎng)分失衡、病蟲害增加等其他相關生產問題，威脅設施農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有關設施土壤酸化或鹽漬化發(fā)生的原因和調控措施研究也是長期以來土壤學、園藝學與環(huán)境科學等領域的焦點，并取得了大量可喜的進展。但以往的研究多針對酸化或鹽漬化某一現(xiàn)象開展，同時考慮這兩個過程的研究鮮見報道。為了深入探討設施土壤酸化和鹽漬化耦合發(fā)生

2、的原因和機理，本文選取山東壽光、浙江寧波和金華初始pH值不同的設施土壤作為研究對象，在考察了初始pH值不同的設施土壤酸化和鹽漬化特征后，以壽光設施土壤為對象，利用室內培養(yǎng)、盆栽試驗，并結合統(tǒng)計模型研究了設施土壤酸化與鹽漬化的內在聯(lián)系、氮肥投入與不同種植年限設施土壤酸度和鹽分累積之間的量化關系;另外，結合定量PCR和高通量測序技術，深入探討了設施土壤中微生物群落的特征及硝化和酸化機理。主要研究結果如下:
　　(1)初始pH值不同的設

3、施土壤酸化與鹽漬化特征
　　與露地相比，壽光和寧波設施土壤表層(0-20 cm)和亞表層(20-40 cm)均表現(xiàn)出明顯的酸化和鹽漬化現(xiàn)象。且這兩個調查地區(qū)的設施土壤pH值均隨種植年限的延長而逐漸降低，但電導率(EC)值卻呈現(xiàn)出相反的趨勢。酸化和鹽漬化更容易同時發(fā)生在土壤表層。壽光設施表層土壤pH值較露地平均約下降了1.01個單位，而EC均值達到了0.70 mS cm-1，超過了大多數(shù)作物生育障礙臨界點(EC＜0.40mS cm-

4、1)。由露地改為設施栽培后，壽光設施土壤中K+和NO3-在全鹽中的比例顯著上升，而Ca2+和HCO3-的比例有所下降。設施土壤pH和EC之間呈現(xiàn)極顯著的相關關系。進一步逐步多元回歸分析表明，土壤pH值的下降與Ca2+、HCO3-的比例下降呈現(xiàn)顯著相關。對于初始pH值較低的設施土壤酸化和鹽漬化機理應做進一步的研究，從而來評估這類設施土壤酸化和鹽漬化的相關關系。
　　(2)鹽分添加對設施土壤pH值的影響
　　在伴隨離子為Cl-時

5、，各陽離子對設施土壤均有一定的致酸作用，作用順序:Ca+＞NH4+＞Mg2+＞K+＞Na+。隨著各陽離子濃度的增加，土壤pH值下降幅度增加，這與離子的交換吸附密切相關。在伴隨離子為Na+時，在高濃度Cl-條件下土壤pH值顯著降低，這歸結于Cl-的生理酸性和離子間的協(xié)同作用。因此，設施栽培中應盡量避免施用NH4Cl肥料。在HCO3-作用下，土壤pH值上升。離子的引入會活化土壤膠體上的相應交換位點，使交換態(tài)的離子進入到土壤溶液中，加速土壤次

6、生鹽漬化過程。
　　(3)化學氮肥施用對不同種植年限設施土壤酸度和鹽度的影響
　　經過一季的栽培，各設施土壤酸度和鹽度隨著氮肥施用率的增加均有顯著的增加，pH的下降范圍為0.45-1.06個單位，電導率(EC)增加了0.24-0.68 mS cm-1。尿素作為氮肥，溫室栽培下1 mol(NO2-+NO3-)-N的累積將釋放約0.92 mol H+。在每季氮肥投入分別為600和1，200 kgN ha-1條件下，壽光不同栽培年

7、限溫室土壤質子負荷約分別為14.3-27.3和12.1-58.2 kmol H+ ha-1;生菜對過量鹽基離子吸收的質子產生量僅占硝化作用的0.3-4.5％。此外，土壤中質子的釋放將誘導鹽基離子的溶出，加速土壤鹽漬化。
　　(4)高氮投入下不同施肥方式對設施土壤酸度和鹽度影響
　　保持采樣地傳統(tǒng)氮肥施用量(1，200 kg ha-1)，經過一季的栽培，單施化學氮肥和化肥有機肥配合施用均會導致設施土壤酸度和鹽度的增加，且單施化

8、學氮肥處理下土壤酸化和鹽漬化的速度更快(P＜0.05)。有機肥在一定程度上可緩解土壤酸化和鹽分累積的進程，但過量施用也可導致設施土壤酸化和鹽漬化。氮素的硝化作用導致設施土壤酸化，硝化作用對土壤酸度的影響程度受土壤初始pH值的影響。與此同時，硝酸鹽的累積是導致設施土壤鹽漬化的直接原因。不同栽培年限設施土壤對肥料處理的反應程度與土壤本身的pH緩沖容量和養(yǎng)分含量密切相關。植物生長過程中對硝態(tài)氮的吸收可改良土壤酸度和鹽度。
　　(5)設施

9、土壤潛在硝化活性和硝化微生物群落組成
　　設施栽培在一定程度上增加了土壤中養(yǎng)分含量和硝化微生物群體的多樣性。但設施栽培14年后，由于土壤酸度和鹽度的增加，硝化微生物群體豐度和多樣性顯著下降。中性偏堿性表層土壤潛在的硝化活性(PNA)與氨氧化細菌(AOB)豐度具有顯著的正相關關系，與氨氧化古菌(AOA)豐度無顯著相關關系。土壤PNA和AOB受pH值變化影響顯著。硝化微生物群體AOA、AOB和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)中的優(yōu)勢種群分別為