不同種植年限設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽組分變化特征

　　摘 要：為研究設(shè)施西瓜種植年限對土壤可溶性鹽組分變化的影響，采用田間取樣及室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究連續(xù)種植不同年限(0~6年)西瓜的設(shè)施土壤可溶性鹽含量及組分的變化。結(jié)果表明：與麥地土壤相比，設(shè)施西瓜土壤pH值顯著降低(P<0.01);土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加(P<0.01);電導(dǎo)率顯著增加且隨著設(shè)施西瓜種植年限的延長而顯著增加趨勢(R2 =0.90，P<0.01)。設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽陽離子以Ca2+ 和Mg2+ 為主，陰離子以SO4 2- 和NO3 - 為主。隨著設(shè)施西瓜種植年限的增加，設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽總量顯著增加(R2 =0.93，P<0.01)，增加的可溶性鹽主要為Ca2+ 、K+ 、NO3 - 和Cl- ，分配比例分別為31.3%、10.1%、23.6%和15.0%。相關(guān)分析表明，供試的設(shè)施西瓜土壤速效磷、速效鉀與鹽基離子 Na+ 、K+ 、SO4 2- 和Mg2+ 含量顯著相關(guān)(P<0.05)，土壤電導(dǎo)率(EC)與土壤可溶性鹽總量相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

　　關(guān)鍵詞：種植年限;設(shè)施西瓜土壤;土壤速效養(yǎng)分;次生鹽漬化

　　0 引言

　　中國自引進(jìn)設(shè)施栽培技術(shù)以來，因經(jīng)濟(jì)效益高、受季節(jié)影響小等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展。西瓜是國內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物，是設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培中較為常見的水果之一， 2003 年國內(nèi)的西瓜栽培面積為 219.9 萬 hm2 ，占世界西瓜栽培面積的 58.2%[1] 。2003 年以后，中國的西瓜栽培面積和年產(chǎn)量都呈增長趨勢。目前種植面積己占世界西瓜總面積的 1/2 以上，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 2/3 以上[2-3] 。中國己經(jīng)成為世界西瓜產(chǎn)業(yè)的第一大國，設(shè)施西瓜種植在調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)民收入中發(fā)揮著越來越重要的作用[4] 。但是，由于設(shè)施西瓜種植過程中施肥量大，土壤大都處于密閉環(huán)境，雨水淋洗少，加之不合理的管理措施，導(dǎo)致設(shè)施西瓜土壤酸化和次生鹽漬化突出，嚴(yán)重制約著國內(nèi)西瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6] 。

　　氮肥的施用是提高作物產(chǎn)量的重要手段。1981— 2008年，中國氮肥消費(fèi)量從1118萬t增加到3292萬t，約占全球氮肥總量的35%[7] 。養(yǎng)分過量投入在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中時(shí)有發(fā)生，尤其突出的是氮肥大量施用。已有研究證實(shí)，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中以有機(jī)肥和化肥形式投入的氮量遠(yuǎn)超出作物本身的氮素需求量，是大田糧食作物的數(shù)十倍，造成氮肥利用率較低[8-9] 。大量的氮素一部分以氮的不同形態(tài)殘留于土壤中，一部分通過不同途徑損失于環(huán)境之中，這不僅造成農(nóng)作物品質(zhì)下降，同時(shí)引起了一系列環(huán)境問題，特別是水體污染[10-11] 及N2O 等溫室氣體排放[12] 。另一方面，設(shè)施土壤硝態(tài)氮的產(chǎn)生往往伴隨著土壤pH值下降和鹽分含量的提高，種植數(shù)年的設(shè)施土壤易發(fā)生酸化和鹽漬化[13-14] ，對土壤環(huán)境產(chǎn)生直接的危害，影響作物的生長[15] 。因此深入了解設(shè)施土壤可溶性鹽組成對研究設(shè)施土壤次生鹽漬化形成和治理具有重要的意義。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)較為全面地研究了施肥、水分運(yùn)籌和管理方式等對設(shè)施土壤可溶性鹽分含量及組分的影響，但針對種植年限與設(shè)施土壤可溶性鹽組分變化關(guān)系的研究還較少。明確不同種植年限設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽組分變化特征對深入認(rèn)識設(shè)施土壤次生鹽漬化問題和合理施肥具有重要的參考意義。筆者選擇山東省不同種植年限的設(shè)施西瓜土壤作為研究對象，研究種植年限對設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽組分的影響，旨在為設(shè)施西瓜土壤次生鹽漬化問題的相關(guān)研究提供參考。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區(qū)域概況

　　供試土壤采自山東省濰坊市昌樂縣。昌樂縣是中國著名的“西瓜之鄉(xiāng)”，西瓜種植面積超過1萬hm2 。昌樂縣屬東部暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，年平均氣溫 12.6，年平均降雨量 594.6 mm。地形屬低山丘陵區(qū)。土壤耕層pH 6.2~8.0，平均有機(jī)質(zhì)1.19%。試驗(yàn)點(diǎn)選擇在昌樂縣鄌郚鎮(zhèn)崔家漳河村的設(shè)施西瓜種植園(36°19′— 36°46′N，118°43′—119°10′E)。設(shè)施西瓜棚的化學(xué)氮肥和有機(jī)肥施用量分別為500 kg N/hm2 和4 t/hm2 。有機(jī)肥為雞糞，雞糞中全氮、全鉀和全磷平均含量分別為 1.64%、0.83%和1.53%。有機(jī)肥全部以基肥的形式施用;化學(xué)肥料一般為尿素，以基肥和追肥的形式施用，比例為 4:3，追肥在西瓜授粉后的 10 天施用。西瓜的管理方式與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣相同。

　　1.2 土壤樣品采集與分析

　　于2017年1月于西瓜移栽前采集土壤樣品。為避免施肥對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，采樣時(shí)間在基肥施用之前?？紤]到隨著種植年限的增加，土壤酸化程度和肥力差異較大，選擇種植西瓜0、1、2、3、4、5、6年的日光溫室為研究對象。不同種植年限的設(shè)施西瓜棚及對照的麥地(0年)均選自同一個(gè)行政村(昌樂縣鄌郚鎮(zhèn)崔家漳河村)且地理位置較為集中，以保證土壤的成土母質(zhì)、地下水位和氣候等自然條件一致。每個(gè)設(shè)施西瓜棚的種植面積均相同(長60 m，寬10 m)。每個(gè)種植年限選擇3個(gè)設(shè)施西瓜棚作為試驗(yàn)重復(fù)。前人的研究表明，設(shè)施栽培土壤中鹽分的運(yùn)移同時(shí)存在著明顯的向底層遷移和向表層聚集2種方式，但以表層聚集方式為主[16] 。因此，每個(gè)日光溫室采用S點(diǎn)法采集表層(0~ 20 cm)土壤樣本，將相同種植年限的 3 個(gè)日光溫室土壤樣品混合成一個(gè)樣品，共有6個(gè)土壤樣品。麥地土壤樣品的采樣方式與設(shè)施西瓜棚一致。所采集的土壤樣品充分混勻后風(fēng)干過篩，用于基本理化性質(zhì)和可溶性鹽含量的測定。土壤基本理化性質(zhì)和可溶性鹽含量參照土壤農(nóng)化分析測定[17] 。

　　1.3 計(jì)算方法及數(shù)據(jù)處理

　　不同種植年限設(shè)的施西瓜土壤基本理化性質(zhì)、可溶性鹽基離子和可溶性鹽總量的差異及其與種植年限的關(guān)系采用 SPSS 18.0 和 Excel 2003 軟件進(jìn)行分析。采用單因素方差分析(LSD，P<0.05)統(tǒng)計(jì)不同種植年限對土壤理化性質(zhì)、可溶性鹽基離子和可溶性鹽總量的影響。種植年限與土壤理化性質(zhì)、可溶性鹽組分和可溶性鹽總量之間的關(guān)系采用皮爾森相關(guān)分析(Pearson correlation analysis)進(jìn)行。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 土壤性質(zhì)

　　麥地改為設(shè)施西瓜棚并連續(xù)種植 6年西瓜后，土壤基本理化性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化(表1)。由于西瓜種植管理過程中化學(xué)肥料的大量施用，設(shè)施西瓜土壤的pH值顯著低于麥地，以種植3年的土壤pH值最低 (pH 5.08)。與pH值的變化趨勢相比，種植西瓜后土壤電導(dǎo)率顯著高于麥地土壤(P<0.05)，且隨種植年限的增加顯著增加(R2 =0.90，P<0.01)。設(shè)施西瓜土壤速效養(yǎng)分含量均顯著高于麥地土壤(P<0.05)，其中速效鉀含量隨種植年限的增加而顯著增加(R2 =0.72，P<0.05)，速效磷和堿解氮含量隨種植年限的變化沒有明顯規(guī)律。

　　2.2 設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽含量

　　供試土壤各組分可溶性鹽含量及可溶性鹽總量如表2所示。不同土壤可溶性鹽各組分含量及總量均差異 顯 著 (P<0.05)。 麥 地 土 壤 可 溶 性 鹽 總 量 僅 為 569.2 mg/kg，改為設(shè)施西瓜棚種植西瓜6年后增加至 2311.9 mg/kg，增加了 1742.7 mg/kg，增幅 306.2%。麥地改為設(shè)施西瓜棚種植西瓜后，土壤各組分可溶性鹽含量顯著增加(P<0.05)。種植6年西瓜后，土壤可溶性鹽中的陽離子Na+ 、K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 含量分別比麥地土壤提高了0.9、1.9、16.9、15.1倍，Ca2+ 和Mg2+ 組分增加幅度最大;陰離子 NO3 - 、HCO3 - 、Cl- 和 SO4 2- 含量分別比麥地土壤提高了 11.4、0.3、4.0、0.8 倍，NO3 - 組分增加幅度最大。

　　將供試土壤可溶性鹽基離子總量與各組分進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如圖1和表3所示。回歸分析得到的曲線斜率表明，設(shè)施西瓜棚種植西瓜6年后，土壤增加的可溶性鹽量在陽離子Na+ 、K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 中的分配比例分別是4.6%、10.1%、31.3%、7.4%;土壤增加的可溶性鹽量在陰離子 NO3 - 、HCO3 - 、Cl- 、SO4 2- 中的分配比例分別是 23.6%、2.2%、15.0%、6.0%，主要分配于 Ca2+ 和 NO3 - 組分中，占總可溶性鹽基離子的54.9%。 2.3 不同種植年限土壤可溶性鹽基離子組分結(jié)構(gòu)變化

　　麥地土壤可溶性鹽中陽離子占可溶性鹽離子總量百分比的大小順序?yàn)镹a+ >K+ >Ca2+ >Mg2+ ，陰離子的大

　　小順序?yàn)镠CO3 - >SO4 2- >Cl- >NO3 (- 圖2)。由于增加的可溶性鹽含量在各鹽基離子中分配比例不同，改為設(shè)施西瓜棚種植西瓜后，土壤可溶性陽離子比例大小的順序也發(fā)生改變。Ca2+ 、Mg2+ 和NO3 - 從麥地土壤的5.8%、 1.4%、6.5%分別增加到種植 6 年后的 25.4%、5.4%、 19.9% ，而 Na + 、HCO3 - 和 SO4 2- 的 比 例 則 由 15.1% 、 24.8%、19.4%分別降至7.2%、7.7%、8.7%。種植西瓜6 年后設(shè)施西瓜棚土壤鹽基離子占可溶性鹽總量的大小順序?yàn)镃a2+ >K+ >Na+ >Mg2+ ，陰離子的大小順序?yàn)镹O3 - > Cl- >SO4 2- >HCO3 (- 圖2)。

　　2.4 種植年限對可溶性鹽含量的影響

　　從圖 3a 可以看出，隨著設(shè)施西瓜種植年限的增加，土壤可溶性鹽總量顯著增加(P<0.01)。土壤電導(dǎo)率與可溶性鹽也極顯著相關(guān)(圖3b)。土壤可溶性鹽總量與土壤速效養(yǎng)分含量相關(guān)關(guān)系不顯著。隨著設(shè)施西瓜種植年限的增加，Na + 、Ca2 + 、Mg2 + 、NO3 - 、Cl- 和 HCO3 - 的含量顯著增加(表4)。各離子與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不顯著。Ca2+ 、Mg2+ 、NO3 - 、Cl- 和HCO3 - 與土壤電導(dǎo)率顯著相關(guān)(P<0.05)。土壤速效磷含量與Na+ 、K+ 和SO4 2- 顯著相關(guān)。土壤速效鉀含量與 Na+ 和Mg2+ 相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平(表4)。

　　3 結(jié)論

　　(1)麥地改為設(shè)施西瓜地后土壤pH值顯著降低，電導(dǎo)率顯著增加;土壤速效磷、速效鉀和堿解氮含量顯著增加。

　　(2)麥地改為設(shè)施西瓜地后，土壤可溶性鹽總量及各組分含量發(fā)生了顯著變化。設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽總量顯著高于麥地且隨著種植年限的增加呈線性增加。設(shè)施西瓜土壤增加的可溶性鹽量基離子主要分配于Ca2+ 和NO3 - 組分中，占總可溶性鹽基離子的54.9%。

　　(3)相關(guān)分析表明，土壤電導(dǎo)率與可溶性鹽總量及鹽基離子相關(guān)性顯著，土壤可溶性鹽基離子含量是影響設(shè)施西瓜土壤電導(dǎo)率的重要因素。

　　在設(shè)施西瓜種植的過程中，在考慮經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，應(yīng)充分考慮設(shè)施土壤的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境效益，減少化學(xué)肥料的施用。對于已出現(xiàn)鹽漬化現(xiàn)象的設(shè)施西瓜土壤，可以采用強(qiáng)還原的方法改善土壤鹽漬化的狀況。

　　4 討論

　　4.1 設(shè)施西瓜土壤酸化與速效養(yǎng)分累積

　　土壤酸化問題目前已經(jīng)成為設(shè)施作物種植過程中面臨的重要問題，嚴(yán)重制約著設(shè)施西瓜種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[15] 。據(jù)報(bào)道，國內(nèi)農(nóng)田土壤均發(fā)生了不同程度的酸化現(xiàn)象，其主要原因是氮肥的大量施用[7] ，而連續(xù)種植西瓜和蔬菜的設(shè)施土壤表現(xiàn)的更加明顯。本研究結(jié)果表明，麥地改為設(shè)施西瓜棚連續(xù)種植西瓜6年后，土壤pH值較麥地土壤顯著降低，土壤電導(dǎo)率(EC)顯著增加且隨西瓜種植年限的增加呈線性增加(圖3)。同時(shí)土壤速效養(yǎng)分顯著高于麥地土壤，這可能是由于農(nóng)民為了追求高產(chǎn)而過量施肥造成的[16] 。有研究認(rèn)為，單位面積的設(shè)施土壤肥料的用量是大田土壤的4倍之多，而設(shè)施作物吸收利用的養(yǎng)分卻僅為大田作物的2 倍左右，大量未被利用的養(yǎng)分及其他化學(xué)組分(Cl- 、 NO3 - 、SO4 2- )積累于土壤中導(dǎo)致土壤酸化(pH值降低)和鹽分的積累[18] 。本研究結(jié)果也表明，設(shè)施西瓜種植過程中施用的化肥和有機(jī)肥的量遠(yuǎn)超西瓜本身需要的量，不僅造成氮磷鉀肥在土壤中的積累，同時(shí)也造成了土壤酸化，而且殘留在土壤中未被利用的養(yǎng)分成為鹽基離子的主要來源，造成設(shè)施土壤可溶性鹽含量增加[18] 。

　　4.2 不同種植年限設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽含量及其組成的測定意義

　　小麥地改為設(shè)施西瓜地后，可溶性鹽含量顯著增加，導(dǎo)致土壤中累積了大量的鹽基離子。供試土壤中累積的陰離子以SO4 2- 和NO3 - 離子為主，分別占陰離子總量的 16.9%~39.2%和 13.7%~38.5%。2 種陰離子累積的主要原因除肥料的大量施用外，硝態(tài)氮的累積還可能是因?yàn)橥恋乩梅绞降母淖兇碳ち送寥赖南趸饔?，增加了土壤硝態(tài)氮的產(chǎn)生量。硝態(tài)氮累積的一個(gè)直接后果就是提高土壤鹽分含量，引起設(shè)施西瓜土壤質(zhì)量退化[19] 。本研究中，硝態(tài)氮的含量與EC呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2 =0.950，P<0.01)，進(jìn)一步證實(shí)了硝態(tài)氮是影響土壤鹽分的一個(gè)重要因子[20] 。設(shè)施西瓜種植過程中大量的灌溉會增加硝態(tài)氮的淋溶，極易引起當(dāng)?shù)氐叵滤鯌B(tài)氮含量升高[9] 。根據(jù)國內(nèi)對硫酸鹽型鹽化潮土的劃分標(biāo)準(zhǔn)[20] ，土壤水溶性鹽總量在2.0~4.0 g/kg 時(shí)，土壤即為輕度鹽漬化土壤，4.0~6.0 g/kg 為中度， 6.0~10.0 g/kg 為重度，高于 10.0 g/kg 則為鹽土。在本研究的供試土壤中，種植6年的設(shè)施西瓜土壤可溶性鹽總的含量為 2.31 g/kg，已達(dá)到輕度鹽漬化的程度。根據(jù)供試土壤可溶性鹽總量隨種植年限的變化規(guī)律(圖3a)，預(yù)計(jì)再過6年即可達(dá)到中度鹽漬化程度，如果種植過程中有促進(jìn)可溶性鹽含量增加的管理措施(如增加施肥等)，到達(dá)中度和重度鹽漬化程度的時(shí)間會縮短。因此，需要采取合理、有效的措施控制設(shè)施西瓜土壤的鹽漬化程度，如減少施肥、垂直淋洗和淹水條件下添加有機(jī)物料等[21-24] 。

　　4.3 展望

　　西瓜是對土壤鹽分含量較為敏感的作物。文獻(xiàn)報(bào)道表明，在苗期土壤可溶性鹽含量達(dá)到2.0 g/kg即可抑制西瓜苗的生長并影響后期西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)[25- 26] 。本研究區(qū)域以設(shè)施西瓜棚種植西瓜為主，在夏季換茬休閑期大多采用揭膜或灌溉淋洗等方式去除一定量的可溶性鹽基離子，且西瓜多以嫁接苗為主，加之種植西瓜的時(shí)間不長，所以因連作產(chǎn)生次生鹽漬化危害的現(xiàn)象還不多，但其發(fā)展趨勢值得重視。本研究結(jié)果表明，設(shè)施西瓜土壤鹽基離子以 Ca2+ 、Mg2+ 、NO3 - 和 SO4 2- 為主，在關(guān)注這些鹽基離子的同時(shí)也不可以忽略 Cl- 和 HCO3 - 離子在土壤中的積累，因?yàn)楹笳邔ξ鞴系奈：Ρ萐O4 2- 和NO3 - 嚴(yán)重[27-29] 。綜上所述，種植6年后，設(shè)施西瓜土壤酸化、次生鹽漬化問題已初現(xiàn)，如不及時(shí)采取措施治理，這些問題將制約該地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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