設(shè)施栽培條件下土壤酸化與鹽漬化耦合發(fā)生機(jī)理研究.pdf

1、當(dāng)前，我國(guó)設(shè)施土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象普遍，成為設(shè)施栽培系統(tǒng)中最為突出的土壤障礙問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅直接危害作物的正常生長(zhǎng)，而且也易引發(fā)養(yǎng)分失衡、病蟲(chóng)害增加等其他相關(guān)生產(chǎn)問(wèn)題，威脅設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。有關(guān)設(shè)施土壤酸化或鹽漬化發(fā)生的原因和調(diào)控措施研究也是長(zhǎng)期以來(lái)土壤學(xué)、園藝學(xué)與環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的焦點(diǎn)，并取得了大量可喜的進(jìn)展。但以往的研究多針對(duì)酸化或鹽漬化某一現(xiàn)象開(kāi)展，同時(shí)考慮這兩個(gè)過(guò)程的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為了深入探討設(shè)施土壤酸化和鹽漬化耦合發(fā)生

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

3、施土壤酸化與鹽漬化特征
　　與露地相比，壽光和寧波設(shè)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(gè)調(diào)查地區(qū)的設(shè)施土壤pH值均隨種植年限的延長(zhǎng)而逐漸降低，但電導(dǎo)率(EC)值卻呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)。酸化和鹽漬化更容易同時(shí)發(fā)生在土壤表層。壽光設(shè)施表層土壤pH值較露地平均約下降了1.01個(gè)單位，而EC均值達(dá)到了0.70 mS cm-1，超過(guò)了大多數(shù)作物生育障礙臨界點(diǎn)(EC＜0.40mS cm-

4、1)。由露地改為設(shè)施栽培后，壽光設(shè)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(shè)施土壤pH和EC之間呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)關(guān)系。進(jìn)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(guān)。對(duì)于初始pH值較低的設(shè)施土壤酸化和鹽漬化機(jī)理應(yīng)做進(jìn)一步的研究，從而來(lái)評(píng)估這類設(shè)施土壤酸化和鹽漬化的相關(guān)關(guān)系。
　　(2)鹽分添加對(duì)設(shè)施土壤pH值的影響
　　在伴隨離子為Cl-時(shí)

5、，各陽(yáng)離子對(duì)設(shè)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(yáng)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(guān)。在伴隨離子為Na+時(shí)，在高濃度Cl-條件下土壤pH值顯著降低，這歸結(jié)于Cl-的生理酸性和離子間的協(xié)同作用。因此，設(shè)施栽培中應(yīng)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(huì)活化土壤膠體上的相應(yīng)交換位點(diǎn)，使交換態(tài)的離子進(jìn)入到土壤溶液中，加速土壤次

6、生鹽漬化過(guò)程。
　　(3)化學(xué)氮肥施用對(duì)不同種植年限設(shè)施土壤酸度和鹽度的影響
　　經(jīng)過(guò)一季的栽培，各設(shè)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(gè)單位，電導(dǎo)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(zhì)子負(fù)荷約分別為14.3-27.3和12.1-58.2 kmol H+ ha-1;生菜對(duì)過(guò)量鹽基離子吸收的質(zhì)子產(chǎn)生量?jī)H占硝化作用的0.3-4.5％。此外，土壤中質(zhì)子的釋放將誘導(dǎo)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(duì)設(shè)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(jīng)過(guò)一季的栽培，單施化學(xué)氮肥和化肥有機(jī)肥配合施用均會(huì)導(dǎo)致設(shè)施土壤酸度和鹽度的增加，且單施化

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

9、土壤潛在硝化活性和硝化微生物群落組成
　　設(shè)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(shè)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(xì)菌(AOB)豐度具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，與氨氧化古菌(AOA)豐度無(wú)顯著相關(guān)關(guān)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(shì)種群分別為