不同灌溉条件下大棚土壤次生盐渍化特征与质量评价.pdf

文 章 编 号 不 同 灌 溉 条 件 下 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 与 质 量 评 价 钞 锦 龙 郝 小 梅 胡 磊 陶 军 张 鹏 飞 赵 德 一 太原师范学院地理科学学院 山西晋中 6 北京师范大学地理科学学部 北京 摘 要 为 了 解 汾 河 谷 地 设 施 农 业 土 壤 次 生 盐 渍 化 状 况 选 取 太 谷 县 不 同 灌 溉 条 件 滴 灌 和 沟 灌 下 大 棚 m 土 壤 进 行 全 盐 量 及K C g C HCO SO CO 含 量 的 测 定 并 且 采 集 大 田 土 壤 作 为 对 照 结 果 表 明 在 m 深 度 大 棚 土 壤 中 全 盐 量 呈 现 出 随 深 度 不 断 下 降 的 趋 势 滴 灌 土 壤 全 盐 含 量 范 围 为 g kg 沟 灌 土 壤 全 盐 量 范 围 为 g kg 且 盐 分 在 土 壤 表 层 m 出 现 明 显 的 集 聚 现 象 沟 灌 大 棚 土 壤 在 表 层 出 现 中 度 的 盐 渍 化 现 象 对 土 壤 盐 基 离 子 进 行 分 析 发 现 除HCO 外 其 余6 大 盐 基 离 子 均 表 现 出 滴 灌 沟 灌 太 谷 县 大 棚 土 壤 阳 离 子 以C g 为 主 阴 离 子 以SO C 为 主 C g SO C 增 加 是 造 成 沟 灌 土 壤 次 生 盐 渍 化 的 主 要 原 因 对 m 之 间 大 棚 土 壤 进 行 相 对 质 量 指 数 分 析 滴 灌 土 壤 相 对 质 量 指 数 小 于 沟 灌 土 壤 其 中 最 大 值 出 现 在 沟 灌 土 壤K 中 为 66 最 小 值 出 现 在 滴 灌 土 壤C 中 为 采 用 滴 灌 可 以 有 效 减 缓 大 棚 土 壤 中 盐 分 含 量 的 积 累 能 有 效 抑 制 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 的 形 成 本 研 究 可 为 太 谷 地 区 设 施 农 业 的 可 持 续 发 展 提 供 科 学 参 考 关 键 词 设 施 土 壤 次 生 盐 渍 化 相 对 质 量 指 数 中 图 分 类 号 S 文 献 标 识 码 CharacteristicsandQualityEvaluationofSoilSecondarySalinization inGreenhouseunderDifferentIrrigationConditions CHAOJin long HAOXiao mei HULei TAOJun ZHANGPeng fei ZHAODe yi Sc oo ofGeogr ic Sciences T iyu n orm Universi y Yuci 6 S nxi C in De r men ofGeogr ic Sciences Bei ing orm Universi y Bei ing C in Abstract norder ounders nd esecond rys iniz ionof e gricu ur soi in eFen e ey esoi underdifferen irrig ion dri irrig ion ndfurrowirrig ion w sse ec ed ode ermine e o s ndK C g C HCO SO ndCO con en in ede of m nd efie dsoi w sco ec ed s con ro T eresu ss owed e o s con en s owed decre sing rendwi de m T e o s con en ofdri irrig ionr ngedfrom g kg w i er ngedfrom g kgunder efurrow irrig ion nd es ini y ccumu edobvious yon esoi surf ce m T ere e redmoder e ys inizedon esurf ceunder efurrowirrig ion e n ysisofb sec ionsfound eo ersixc ionss oweddri irrig ion furrowirrig ionexce HCO T e soi c ionswerem in yC nd g nd e nionswerem in ySO ndC in egreen ouseinT iguCoun y T eincre seofC g SO C w s em inre sonfor esecond rys iniz ionoffurrowirrig ionsoi T ere ivequ i yindexofsoi underdri irrig ionw s ower n offurrowirrig ion roug ere ivequ i yindex n ysisfor egreen ousesoi be ween m mong em em ximumv ue e redinK underfurrowirrig ionsoi w ic w s 66 w i e eminimumv ue e redinC underdri irrig ion w ic w s Dri irrig ioncou deffec ive ys owdown e ccumu ionofs con en ingreen ousesoi ndeffec ive y in ibi ed e form ion of second ry s iniz ion in green ouse soi T is s udy c n rovide scien ific reference for e sus in b e deve o men off ci i y gricu ureinT igu re Keywords f ci i ysoi second rys iniz ion re ivequ i yindex 收 稿 日 期 基 金 项 目 年山西省哲学社会科学规划课题 YY 太原师范学院研究生教育创新项目 SYYJSJC 年山西省社科联重点 课题 SSKLZDKT 作 者 简 介 钞锦龙 男 副教授 主要从事资源评价与开发研究 E m i c o ne 6 com 节 水 灌 溉 年 第 期 sgu cb cnki ne 0 引 言 随着经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高 人们 对于反季节 可持续供应新鲜蔬菜水果的需求不断扩大 因 此 设施农业在农业产业结构不断调整的过程中发展成了渐受 欢迎的农业种植模式 不仅实现了蔬菜水果的反季节供给 同 时极大地增加了农民收入 缓解了就业压力 但是在设施 农业生产过程中 由于高度集约化种植再加上设施栽培具有高 温 高湿且无雨水淋溶等特点 使得设施土壤出现一系列问 题 其中土壤次生盐渍化是设施土壤最为常见也是最为严 重的土壤问题 6 土壤盐渍化大大降低了作物根系的吸收作 用 影响作物对养分的吸收 随着年份的增长造成土壤板 结 作物质量和产量下降 甚至对作物产生毒害 针对设施农业土壤次生盐渍化 已经有大量学者做了较为 详细的研究 其中 在土壤次生盐渍化形成原因方面 大量学 者通过研究发现设施农业栽培的固定性 特殊性以及管理措施 的集约性 使大棚土壤经常处于高温 高湿 高蒸发且无雨水淋 洗的环境中 再加上不合理的水肥管理措施使得土壤出现次生 盐渍化现象 如施毅超等学者 对宜兴 苏州 常州 镇 江 扬州 市设施农业土壤抽样发现 近 大棚土壤出现次 生盐渍化现象 一般连续种植 年以上的土壤就有可能发生次 生盐渍化 YKi mur 等 提出由于设施农业往往经过连续 栽培且由于土壤常年得不到雨水的淋洗而导致盐分向表土积 聚 再加上人为管理措施导致设施土壤次生盐渍化现象严重 在设施土壤次生盐渍化表现特征方面 大部分学者主要通过对 土壤盐基离子及土壤养分中选取重要指标进行研究 得出形成 土壤次生盐渍化贡献率大的盐基离子 从而分析盐渍化的形成 原因 如陈碧华等 通过对新乡市大棚土壤水溶性盐进行研 究发现K C O O SO 随种植年限的累积是造成 土壤盐渍化的重要原因 钱哓雍 通过对上海郊区设施菜地 土壤次生盐渍化进行研究发现设施菜地土壤酸化 盐渍化 养 分累积明显 田间最大持水量和土壤呼吸速率降低 表层土壤 可溶性盐分 硝态氮和全磷含量较露天菜地有很大的增长 并 且运用质量评价法对土壤进行质量评价 通过对现有研究结 果总结发现 设施土壤次生盐渍化形成原因及表现特征因地区 自然因素以及人为耕作措施不同表现出明显的地区差异性 针对某一特定区域土壤次生盐渍化形成原因及特征方面的研 究对于改良土壤盐渍化现象变得尤为重要 因此在研究过程中 要着重关注地区差异性来指导实践 太谷县作为黄河一级支流 汾河流域重要的农业大县 农业发展历史悠久 近年来设施农业发展迅速 现已成为所临 周边城市甚至省外重要的水果蔬菜供应基地 6年 山西省 政府通过 山西农谷建设初设方案 山西 农谷 建设上升为 省级战略 要求把太谷建设成一个以创新驱动 转型升级为核 心 吸引力 创新力和竞争力较强的现代农业样板区 示范 区 因此 太谷县设施农业发展在山西 农谷 建设道路中 面临很大的机遇 在前期对太谷县设施农业调研过程中发现 研究区大棚种植比例较大 年太谷县大棚面积达到 万m 6 抽取地下水灌溉成为大棚种植的唯一灌溉水源 且灌 溉方式普遍采用滴灌 沟灌这两种灌溉方式 根据前期对大棚 种植农户的走访 调查 发现当地农户对大棚灌溉返盐以及土 壤盐分状况及危害了解甚少 这一现象不仅会造成灌溉水的 浪费 同时也会促使盐碱的表聚 不利于区域农业生产的可持 续发展 因此 对研究区现有大棚不同灌溉方式下土壤次生盐 渍化研究对当地农业生产具有现实的指导意义 为了提升本 研究的科学性 所选大棚包括了区域主要棚龄类型 即近两年 刚修建好的 年棚龄大棚 还有 年棚龄大棚以及 年棚龄 大棚 本研究旨在探究太谷县大棚农业在现有滴灌和沟灌两 种灌溉方式下 土壤 m不同深度盐分状况及土壤八大离子 的再分配状况 为完善区域农业水盐运动规律提供更为详细的 参考 同时也可为山西 农谷 建设的可持续发展提出切实可行 的建议 1 材 料 与 方 法 1 1 研 究 区 域 概 况 太谷县位于山西省晋中盆地中部 地处 七区二十三带 农 业战略格局中的汾渭平原主产区 太原都市农业多功能示范区 的核心示范区 距省会太原市6 km 经度范围为 E E 纬度范围为 面积为 km 山地 丘陵 平川分别占总面积的6 和 区内 土壤以褐土为主 年平均气温 日照时数 无霜 期 d 年降雨量 6 mm 昼夜温差大 设施农业作为 太谷县重要特色产业之一 已经经历了 多年的发展 到 年 设施蔬菜产量达到 万 产值达到 亿元 所研究 大棚均为竹木 复合棚架结构为主的TGL 型大棚 面积为 m 所研究大田土壤均为玉米种植区 1 2 样 品 采 集 本研究选取太谷县不同灌溉方式下设施大棚作为研究对 象 使用原状土样采集器采集 m 个不同深度的土壤 按对角线采样法采集新鲜土壤 采样时间 为 年 月 当季主要作物有黄瓜 西葫芦 茄子 番茄 草 莓 施肥方式主要是底施和追施 所施化肥主要有活力酶 黄腐 酸钾 有机肥 三铵 钾肥等 同时采用同样的采样方法采集大 田土壤作为对照 大田所种植植物为玉米 不进行灌溉 且采集 时大田处于休耕状态 本次采集共获得设施大棚土壤样品 个 大田土壤样品 个 采集到的土壤装入聚乙烯塑料袋 标 记密封 带回实验室 风干后研磨过 mm筛 用于测定土壤 盐分含量 1 3 测 定 方 法 土壤全盐量采用残渣烘干 质量法测定 重碳酸根离子 碳酸根采用双指示剂滴定法 氯离子采用硝酸银滴定法 硫酸 根 钙离子 镁离子采用EDT 滴定法 钾离子 钠离子采用火 焰光度计法 电导率 EC 采用电导仪测定法 水土比 测定 1 4 土 壤 质 量 评 价 方 法 为了解太谷地区灌溉方式对设施土壤次生盐渍化的影响 程度 以大田土壤作为参考值 采用土壤相对质量评价法进行 分析 具体计算公式如下 不 同 灌 溉 条 件 下 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 与 质 量 评 价 钞 锦 龙 郝 小 梅 胡 磊 等P ij S ij C ij P jAverage n n i S ij C ij 式中 P ij 为不同灌溉条件下某特征指标相对质量指数 i为各个 特征指标 包括全盐量 K C g C HCO SO j为 不同灌溉方式 S ij 为不同灌溉方式下某特征指标值 C ij 为大田 土壤某特征指标值 P jAverage 为不同灌溉条件下各特征指标的平 均相对质量指数 1 5 数 据 处 理 本研究中所有数据均为研究样本所测数据的算术平均值 数据处理采用Exce 和SPSS 作图均采用Origin 完成 2 结 果 与 分 析 2 1 设 施 大 棚 与 大 田 土 壤 盐 分 含 量 据表 可知 设施土壤全盐量以及电导率均大于大田土 壤 说明设施农业种植造成大棚土壤盐分含量增加 其中 大 田土壤全盐范围为 g kg 电导率范围为 mS cm 土壤中盐分含量小 并未出现土壤次生盐渍化现象 大 棚土壤全盐量范围为 6 g kg 电导率范围达到 mS cm 说明太谷地区大棚种植造成大棚土壤盐分含量 大大增加 根据土壤盐分分级标准 已经出现较为严重的 土壤盐渍化现象 不利于作物的培育与生长 表1 大 田 与 设 施 菜 地 土 壤 盐 分 含 量 状 况 Tab 1Soilsalinityinfieldandvegetablefields 项目 统计值 全盐量 g kg EC mS cm 最大值 大田 最小值 平均值 最大值 6 设施菜地 最小值 平均值 2 2 不 同 灌 溉 条 件 下 设 施 土 壤 剖 面 盐 分 含 量 变 化 特 征 据图 可知 与大田土壤全盐量相比设施大棚土壤不论是 采取滴灌还是沟灌灌溉方式全盐量都有所增长 其中 滴灌土 壤全盐量增长量少且变化趋势与大田土壤盐分保持一致 滴 灌条件下全盐量范围为 g kg 在 m深度范围内全盐 量波动幅度小且各深度变化范围也较小 说明滴灌条件下灌 溉水量及盐分与作物根系吸收可基本达到动态平衡 盐分在土 体内没有形成集聚 尽管随着种植年份的增长 盐分含量 也有了一定增长 但增长幅度很小 而采用沟灌灌溉方式的土 壤盐分较大田土壤盐分有很大的变化 全盐量大大增加且在 m之间存在明显的表聚现象 全盐量范围为 g kg 最大值大于 g kg 这与沟灌灌溉特点有直接关系 沟灌灌 溉方式会使得大量水分在短时间内进入耕作层土壤 这一水分 供给远大于作物的吸收能力 使得大量剩余水分在土壤表层 m 聚积 在设施农业高温 高湿环境的作用下 水分 蒸发使得大量盐分在土壤表层聚集 表层土壤盐分的大量增 加使得土壤养分不能有效供给深层土壤从而对作物生长形成 障碍 随着种植年限的增加不利于设施农业的可持续发展 图1 不 同 灌 溉 条 件 下 设 施 菜 地 土 壤 盐 分 状 况 Fig 1Soilsalinityinprotectedvegetablefieldsunder differentirrigationconditions 2 3 不 同 灌 溉 条 件 下 设 施 土 壤 盐 基 离 子 变 化 特 点 所有土壤样本中均未测出CO 据图 可知 设施土壤盐 基离子在不同灌溉条件下均表现出CK 滴灌 g K 阴离子在 m也表现出明显的集聚现象 具体表现 为 SO C HCO 通过研究发现设施土壤盐分含量的增长 在阳离子中以C g 为主 这与大棚栽培大量使用磷肥有 很大的关系 也可能与太谷地区土壤以褐土为主有关 阴离 子以SO C 为主 根据李文庆等 研究结果表明 C 的增加 主要是由于使用 H C 及KC 肥料有关 而SO 作为主要阴 性盐基离子占土壤全盐量的很大一部分 是由于施加了大量酸 性肥料以及腐质农家肥导致 2 4 不 同 灌 溉 条 件 下 设 施 土 壤 盐 渍 化 特 征 指 标 相 对 质 量 指 数 大棚土壤盐分含量变化特征指标相对质量指数如表 所 示 根据实地调研 太谷地区设施农业种植大棚土壤每年育苗 前均进行 m的深翻耕作 因此对设施土壤 m之间 进行相对质量指数分析 了解大棚种植造成的土壤盐分指标增 长率范围 根据相对质量指数分析结果 在所选质量指标中采 用沟灌的设施土壤整体大于滴灌设施土壤 且各指标相对质量 指数整体呈现出随着深度的增加不断减小的趋势 具体表现为 沟灌较滴灌相比造成土壤中盐分离子在土壤耕层增长加快 尤 其是C 和K 而这两个离子是许多化肥含量较多的盐分离 子 说明沟灌灌溉的大量水分会造成化肥中的盐分离子在土壤 耕层积累 相反 滴灌相较于沟灌水分下渗深度浅 不会造成 耕作层土壤盐基离子的垂向显著迁移 尤其是因蒸发而导致的 上升迁移 持续而稳定的灌溉使得滴灌条件下土壤盐分离子得 不 同 灌 溉 条 件 下 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 与 质 量 评 价 钞 锦 龙 郝 小 梅 胡 磊 等图2 不 同 灌 溉 条 件 下 设 施 土 壤 盐 基 离 子 变 化 特 征 Fig 2Characteristicsofsaltionsinfacilitysoilunderdifferentirrigationconditions 表2 0 0 4m 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 相 对 质 量 指 数 Tab 2Relativequalityindexofsoilsecondarysalinizationingreenhouse 模式 深度 m 全盐量 K C g HCO SO C 滴灌 66 6 6 6 6 6 6 沟灌 66 6 6 6 6 到有效压制 减缓土壤盐分离子在耕作层的集聚 3 讨 论 大棚土壤次生盐渍化的形成是由于不合理的水肥投入和 设施农业高温高湿的特点等因素造成的 而滴灌作为重要 的灌溉技术 在很大程度上可以缓解土壤的次生盐渍化形成 谭军利 等人通过研究证明滴灌灌溉的水量少 经过土壤的 吸收之后尽管在土壤表层有盐分含量的累积 但经过深翻之后 土壤重新混合 使得土壤上层盐分累积状况得到缓解 因此在 很大程度上不会形成土壤次生盐渍化 在本研究中 为探究灌 溉方式对大棚土壤次生盐渍化的影响 对太谷地区普遍采用的 两种灌溉条件下的大棚土壤进行采样分析 研究结果发现滴灌 不 同 灌 溉 条 件 下 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 与 质 量 评 价 钞 锦 龙 郝 小 梅 胡 磊 等土壤全盐量在 m深度之间变化平缓 且都小于 g kg 而 沟灌土壤不仅全盐量在 m之间大大增加且出现土壤次 生盐渍化现象 其他深度也大于滴灌土壤全盐量 在对土壤盐 分离子进行测量分析发现 K C g SO C 盐基离 子在 m之间出现集聚现象 之后随着土壤深度呈现不断 下降的趋势并且均高于大田土壤盐分 这与杜连凤等 学者 研究结果一致 选取土壤质量指标对 m土壤次生盐渍 化进行相对质量指数计算 离子的相对质量指数整体呈现出滴 灌土壤均大于沟灌土壤 其中沟灌土壤K 表层相对质量指数 最高 为 66 其次为C 为 最小值出现在滴灌土壤 C 中 为 现有研究表明 滴灌是有效的节水灌溉措施 在本研究 中可以得出 滴灌灌溉条件下 不仅可以大大缓解大棚土壤表 层中盐分含量的集聚 而且在土壤深层与大田土壤相比也没有 造成盐分含量大幅度的增加 因此有效减缓了大棚土壤次生盐 渍化现象的发生 对于太谷地区水资源相对缺乏以及急需改 善大棚土壤质量的情况下 滴灌灌溉是大棚种植未来可以加大 推广的灌溉方式 而对于不同作物在不同灌溉条件下大棚土 壤中盐分含量状况以及灌溉水自身对于盐渍化影响的探究 还 需要做进一步的深入研究 因此 现已对不同灌溉条件下大棚 土壤进行了采样 并且扩大了大棚棚龄的选择年份 争取尽可 能控制变量得出灌溉方式对大棚土壤次生盐渍化的影响 4 结 论 大棚土壤深度 m范围内 全盐量呈现出随着深度 的增加不断下降的趋势 其中滴灌条件下土壤全盐量范围为 g kg 没有出现土壤次生盐渍化现象 而沟灌土壤全盐量范 围为 g kg 土壤次生盐渍化较严重且在土壤表层 m 呈现明显的表聚现象 滴灌灌溉方式可以有效缓解大棚土 壤盐分聚集现象 盐基离子均表现出滴灌 g K 阴离子表现为SO C HCO 且表现出 在 m之间的明显集聚 沟灌造成土壤离子大幅度增长 通过研究结果发现造成设施土壤盐分含量的增长在阳离子中 以C g 为主 阴离子以SO C 为主 对 m之间大棚土壤进行相对质量指数分析 发 现相对质量指数整体呈现出随着深度的增加不断减小的趋势 且沟灌大于滴灌土壤 其中沟灌土壤K 表层相对质量指数最 高 达到 66 其次为C 为 最小值出现在滴灌土壤 C 中 为 参 考 文 献 张金锦 段增强 设施菜地土壤次生盐渍化的成因 危害及其分类 与分级标准的研究进展 J 土壤 6 66 刘庆芳 吕家珑 李松龄 等 不同种植年限蔬菜大棚土壤中硝态 氮时空变异研究 J 干旱地区农业研究 6 熊汉琴 王朝辉 宰松梅 种植年限对蔬菜大棚土壤肥力的影响 J 水土保持研究 陈碧华 杨和连 苏世鸣 等 山东寿光不同种植年限设施土壤的 酸化与盐渍化 J 生态学报 史 静 张乃明 包立 我国设施农业土壤质量退化特征与调控研 究进展 J 中国生态农业学报 6 高新昊 张英鹏 刘兆辉 等 种植年限对寿光设施大棚土壤生态 环境的影响 J 生态学报 王京伟 覆膜滴灌对大棚作物根区土壤微环境及作物生长的影响 D 陕西杨凌 西北农林科技大学 杜 岩 设施土壤次生盐渍化危害及解决途径研究 D 江苏扬 州 扬州大学 时唯伟 支月娥 王 景 等 土壤次生盐渍化与微生物数量及土 壤理化性质研究 J 水土保持学报 6 66 唐 冬 毛 亮 支月娥 等 上海市郊设施大棚次生盐渍化土壤 盐分含量调查及典型对应分析 J 环境科学 SH YC HUZY H EKL USS e Sui bi i yofsoi e ec ric conduc ivi y s n indic or of soi ni r e s us in re ion o vege b ecu iv ion r c icesin eY ng zeRiverde ofC in J L ndb uforsc ung o kenrode K T UR Y Y OT HO T e C usesoff rm nds ioniz ion ndremedi me suresin e r Se b sin rese rc on w erm n gemen o reven second rys iniz ion in rice b sed cro ingsys emin rid nd J gricu ur W er n gemen 6 陈碧华 杨和连 李亚灵 等 不同种植年限大棚菜田土壤水溶性 盐分的变化特征 J 水土保持学报 6 钱晓雍 塑料大棚设施菜地土壤次生盐渍化特征 J 中国土壤 与肥料 王 珏 山西农谷建设情况 黄河新闻网 6 太谷区人民政府 EB OL www igu gov cn ub ic y yx c 6 李尚科 上海市设施菜田土壤次生盐渍化污染现状及修复剂筛 选研究 D 上海 东华大学 王子璐 天津设施 蔬菜 土壤酸化与次生盐渍化变化特征及成 因分析 D 天津 天津师范大学 范庆锋 张玉龙 杨春璐 等 灌溉方法对蔬菜大棚土壤盐渍化及 酸化的影响 J 贵州农业科学 姚 静 邹志荣 杨 猛 等 设施栽培中土壤次生盐渍化问题及 解决途径 J 陕西农业科学 谭军利 康跃虎 焦艳萍 等 不同种植年限覆膜滴灌盐碱地土壤 盐分离子分布特征 J 农业工程学报 6 6 李文庆 李光德 骆洪义 大棚栽培对土壤盐分状况影响的研究 J 山东农业大学学报 6 6 6 文方芳 种植年限对设施大棚土壤次生盐渍化与酸化的影响 J 中国土壤与肥料 6 李明思 刘洪光 郑旭荣 长期膜下滴灌农田土壤盐分时空变化 J 农业工程学报 杜连凤 刘文科 刘建玲 三种秸秆有机肥改良土壤次生盐渍化 的效果及生物效应 J 土壤通报 6 不 同 灌 溉 条 件 下 大 棚 土 壤 次 生 盐 渍 化 特 征 与 质 量 评 价 钞 锦 龙 郝 小 梅 胡 磊 等