蘭州市日光溫室土壤鹽分積累及離子組成變化特征

楊思存，霍　琳，王成寶，姜萬禮（甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，蘭州 730070）

蘭州市日光溫室土壤鹽分積累及離子組成變化特征

楊思存，霍琳，王成寶，姜萬禮
（甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，蘭州 730070）

為探討蘭州市日光溫室土壤鹽分積累和離子組成變化特點，通過對不同耕地利用方式和種植年限條件下土壤的取樣調查，分析了鹽分積累特征及耕層土壤鹽分離子組成變化特點，結果表明：耕地利用方式、種植年限、土壤通透性、農戶經營管理水平等，都會影響日光溫室土壤鹽分積累和離子組成變化，普通糧田改為日光溫室種植后，0～100 cm土層含鹽量普遍增加，增幅達到了17.56%～29.77%，鹽分表聚現象明顯，耕層（0～20 cm）土壤含鹽量平均增加了40%以上；隨著種植年限的延長，日光溫室耕層土壤鹽分含量持續增加，累積量最大的離子是和Na+，陰離子的積累量顯著高于陽離子，陰離子的組成從以為主變為以和為主，陽離子的組成始終以Ca2+為主，同時K+和Na+的含量大幅度增加。鹽分的大量累積，以及等離子的相對富集，不僅會對蔬菜生長造成生理毒害、養分供需失衡、品質下降，還會引起土壤酸化、地下水污染等環境問題。

日光溫室；鹽分積累；離子組成；種植年限；蘭州市

楊思存，霍琳，王成寶，等.蘭州市日光溫室土壤鹽分積累及離子組成變化特征［J］.農業環境科學學報，2016，35（8）：1541-1549.

YANG Si-cun，HUO Lin，WANG Cheng-bao，et al.Salt accumulation and ion composition changes in soil under solar greenhouses in Lanzhou Region［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1541-1549.

蔬菜產業是蘭州市農產品中商品量最大、市場潛力最好、外銷量最高、發展最為活躍的一個重要優勢產業，在保障蘭州市民冬春淡季新鮮蔬菜需求中的地位和作用越來越突出。從1994年開始，蘭州市政府就實施了以日光溫室為主的科技戰略，經過20多年的生產和經營，種植面積已超過了2000 hm2，并形成了自己的特色，在穩定占有省內和國內市場的同時，也帶動了加工業、運銷業和貯藏業的發展，成為蘭州市農業結構戰略性調整的一個重要方向和農業增效、農民增收的一項有效手段［1］。由于日光溫室蔬菜栽培具有位置相對固定、生長期短、復種茬口多、土壤耕作頻繁等特點，菜農為獲得更高的產量及產值，不惜成本地大量施用化肥，不僅增加了生產成本，還導致鹽分在表層土壤富集，造成土壤次生鹽漬化，影響了蔬菜產量和品質，并對土壤環境造成潛在的威脅［2-4］。大量研究表明，土壤鹽漬化已成為制約設施農業生產的一個重要障礙因子［5-7］，在深處內陸腹地的蘭州市也是如此，很多溫室經過連續幾年的種植后土壤性質已明顯變差，土壤表面甚至出現鹽霜，有些溫室已棄耕，嚴重制約了這一產業的可持續發展。因此，深入系統地研究溫室土壤鹽漬化形成機理及其調控技術研究，提高溫室土壤管理水平，對于蘭州市溫室蔬菜產業的可持續發展都具有重要的理論和實踐意義。蘭州市日光溫室生產區土壤母質類型、水文地質條件和區域農戶經營管理水平等都存在著很大差異，關于本地溫室栽培方式下蔬菜合理施肥及土壤鹽分累積狀況的研究尚鮮見報道。我們選擇3個典型區域開展了耕地利用方式和連作年限對日光溫室土壤鹽分積累、離子組成變化影響的研究，旨在為蘭州市日光溫室蔬菜產業的發展提供參考依據。

1　材料和方法

1.1供試土壤

1.1.1基本概況

選擇榆中縣來紫堡鄉駱駝巷村、皋蘭縣西岔鎮團莊村和紅古區金沙臺農業科技示范園具有代表性的日光溫室及相鄰普通糧田和露地蔬菜，通過現場訪談和發放調查問卷，了解采樣區農戶的建棚時間、種植面積、主栽品種、輪作制度、土壤條件、產量產值、肥料種類、施肥量、施肥時期、施肥方法及比例、土壤管理及施肥經驗、肥料占投資的比例等。研究區采樣點的基本概況見表1。

表1　不同采樣區域日光溫室生產概況Table 1 General information of greenhouse cultivation in different regions

1.1.2采樣方法

在榆中縣來紫堡鄉駱駝巷村、皋蘭縣西岔鎮團莊村和紅古區金沙臺農業科技示范園區日光溫室相對集中的區域，選擇棚齡分別為1年、3年、5年、8年、10年、12年、15年的3個具有典型代表性棚作為重復（紅古區金沙臺農業科技示范園區沒有8年以上的棚，皋蘭縣西岔鎮團莊村沒有12年和15年的棚），并分別選擇3～5塊與日光溫室相鄰的普通糧田和露地蔬菜作為對照。根據每個棚或每塊地的大小按“S”型布點，按照5點采樣法采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土樣，將相同層次的土樣充分混合后代表該樣點土樣，采集的土樣帶回實驗室后自然風干，研磨、過篩（2 mm）后裝瓶備用。日光溫室土壤樣品的采集在6月下旬蔬菜收獲后進行，普通糧田和露地蔬菜土壤樣品的采集在10月上旬蔬菜和糧田作物收獲后進行。

1.2測定項目及方法

土壤樣品室內分析選取的指標為0～100 cm各土層水溶性鹽分總量和耕層土樣（0～20 cm）鹽分離子。土壤浸提液的制備采用去離子水，按水土比5∶1混合，振蕩5 min，離心，過0.45 μm濾紙所得。水溶性鹽分總量采用干殘渣法；用雙指示劑鹽酸滴定法；Cl-用AgNO3滴定法用EDTA間接滴定法；Ca2+、Mg2+用EDTA滴定法；K+、Na+用火焰光度法［8］；NO3-用 0.01 mol·L-1CaCl2溶液浸提，連續流動注射分析儀測定（Skalar San++）。

1.3數據處理

采用Microsoft Excel 2007軟件處理數據及制圖，用SAS8.0統計軟件進行統計分析。

2　結果與分析

2.1日光溫室土壤剖面鹽分含量特征

2.1.1不同區域日光溫室間的差異

從圖1可以看出，普通糧田土壤剖面含鹽量相對較低，平均含量只有1.91～2.04 g·kg-1，分布比較均一，各土層間的含量差異相對較小。普通糧田改為種植露地蔬菜后，雖然施肥量和灌溉量都加大，但0～100 cm土層含鹽量變化并不大，增幅在0.95%～1.86%，即便是耕層土壤（0～20 cm）也沒有過多鹽分積累，只增加了1.52%。普通糧田改為日光溫室種植后，耕作栽培措施發生了重大變化，施肥量和灌水量的大幅度增加，導致了鹽分離子向下淋洗量的增加，造成0～100 cm土層含鹽量普遍增加，增幅達到了17.56%～29.77%。同時，由于日光溫室是一個封閉的環境，內部溫度相對較高，土壤蒸發量和作物蒸騰量很大，鹽分離子又會隨著土壤水分的向上運動而逐漸向表層遷移、聚積，出現明顯的表聚現象，使得耕層土壤（0～20 cm）鹽分含量比相鄰普通糧田平均增加了40%以上。這種增加會抑制蔬菜根系對水肥的吸收，造成明顯的鹽分脅迫現象［2，5］。

圖1　不同地區日光溫室土壤鹽分的剖面變化Figure 1 Variation of salt content in greenhouse soil profiles in different regions

由于有機肥和化肥的投入水平不同，造成了不同區域土層的土壤含鹽量差異，而且這種影響在耕層表現得更加突出。榆中縣來紫堡鄉駱駝巷村有機肥和化肥投入相對較高，鹽分平均含量也最高，達到3.58 g· kg-1；皋蘭縣西岔鎮團莊村有機肥和化肥投入略低，鹽分平均含量也略低，為3.15 g·kg-1；紅古區金沙臺農業科技示范園區幾乎沒有有機肥投入，化肥施用量也不高，因此鹽分平均含量最低，只有2.94 g·kg-1。三個地區土壤剖面中鹽分的分布，明顯受到土壤類型、土體構型、土層深度和地下水位等的影響。榆中駱駝巷土層深度在1.5 m左右，下層為沙石層，皋蘭團莊土層深厚，沒有障礙層，土體通透性都很好，土壤剖面中的鹽分隨灌水淋出了1 m土層，雖然在0～20 cm和20～40 cm土層有返鹽情況發生，但總體而言，兩地日光溫室土壤剖面中的含鹽量都隨著深度的加深而呈下降趨勢。紅古金沙臺土層也比較深，但在1 m左右有一層紅膠泥層，阻礙了土壤鹽分和水分的下滲，導致鹽分在下層聚集，越往下層土壤鹽分含量越高。

2.1.2不同種植年限日光溫室間的差異

日光溫室高出普通糧田4～10倍的肥料投入，這幾乎是蔬菜實際需肥量的6～8倍，再加上棚室特殊的環境（密閉、高溫、高濕、低淋溶），極易導致土壤發生次生鹽漬化［7，9-10］。從表2可以看出，隨著種植年限的延長，三個地區日光溫室土壤剖面鹽分含量都呈明顯增加趨勢，只是在鹽分分布上榆中駱駝巷和皋蘭團莊表現為表聚型，紅谷金沙臺表現為底聚型。榆中駱駝巷日光溫室耕層土壤含鹽量在種植的第1年為2.64g·kg-1，第5年時增加了18.6%，第10年時增加了46.6%，第15年時增加了77.3%，含鹽量已高達4.68 g·kg-1。相比較而言，皋蘭團莊和紅谷金沙臺的增幅略小，但在第5年時也分別增加了21.0%和23.7%。20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土層也表現出了相同的趨勢，土壤含鹽量都是隨著種植年限的延長而增加，同一種植年限相同土層含鹽量的增幅變化趨勢與耕層是一致的，都是榆中駱駝巷＞皋蘭團莊＞紅谷金沙臺。這既與不同地區的土壤類型、土體構造等有關，也與當地農戶的灌溉、施肥和所種植的蔬菜類型等生產管理情況有關。

2.2日光溫室耕層土壤鹽分離子含量及其組成變化特點

2.2.1不同區域日光溫室間的差異

從表3、表4可以看出，耕地利用方式對耕層土壤鹽分離子含量影響很大。普通糧田和露地蔬菜的陰離子以為主，占陰離子總量的35.17%～38.83%，其次是Cl-和，分別占17.72%～24.11%和22.82%～25.00%；陽離子以Ca2+為主，占陽離子總量的32.72%～40.76%，其次是Na+，占28.22%～32.34%。改為日光溫室種植后，由于施肥量大幅度增加，導致鹽分總量也有了大幅度增加，陰離子中的和、陽離子中的Ca2+和Na+成為累積量最大的離子，特別是的含量分別高達對應普通糧田、露地蔬菜的4.1倍和2.9倍，成為決定鹽分含量高低的主導因素。同時，隨著各種離子的大量累積以及某些離子的相對富集，也導致土壤中鹽分離子的組成發生了變化，陰離子中的和Cl-所占比例分別降低了10.4%～18.4%和7.9%～12.3%和分別增加了14.6%～23.6%和3.7%～7.2%；陽離子中的Ca2+和Mg2+含量雖然都有所增加，但所占比例分別降低了4.4%～7.3%和1.9%～3.0%，K+和Na+分別增加了7.0%～9.0%和0.2%～0.6%。

表2　不同種植年限日光溫室土壤鹽分的剖面變化Table 2 Variation of salt content in greenhouse soil profile under different planting ages

表3　不同地區日光溫室土壤耕層（0～20 cm）陰離子含量及其組成變化Table 3 Content and composition of anions in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil in different regions

表4　不同地區日光溫室土壤耕層（0～20 cm）陽離子含量及其組成變化Table 4 Content and composition of cations in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil in different regions

從不同區域來看，由于耕地利用方式和區域農戶經營管理水平（施肥水平、灌溉量、輪作模式等）等不同，三個地區日光溫室耕層土壤鹽分離子的含量均有差異（表3、表4）。和Cl-都是紅古金沙臺＞皋蘭團莊＞榆中駱駝巷，、Ca2+、K+和Na+都是榆中駱駝巷＞皋蘭團莊＞紅古金沙臺。從耕層土壤中的陰離子組成比例來看，三地都以和為主，占到了陰離子總量的60%左右，其中榆中駱駝巷最高（36.49%），超過了（31.78%），可能與日光溫室種植的年限更長有關；皋蘭團莊和所占比例都在30%左右和Cl-也相對較高，分別占24.8% 和13.8%；紅古金沙臺陰離子中和，都在28%左右，Cl-占16%，相對較高。從耕層土壤中的陽離子組成比例來看，三個地區都是Ca2+最高，所占比例在33%左右，皋蘭團莊＞榆中駱駝巷＞紅古金沙臺；其次是Na+，所占比例在31%左右，地區間差異不大，榆中駱駝巷＞皋蘭團莊＞紅古金沙臺；再次是K+，所占比例在22%左右，地區間差異也不大；Mg2+在陽離子組成中所占的比例最小，在13%左右，紅古金沙臺＞皋蘭團莊＞榆中駱駝巷。

2.2.2不同種植年限日光溫室間的差異

從不同種植年限的日光溫室來看，隨著種植年限的延長，耕層土壤鹽分含量在不斷增加（表5、表6）。累積量最大的陰離子是和，且這兩種離子的含量在很大程度上決定了不同種植年限日光溫室耕層土壤鹽分含量的高低。與第1年相比含量在第5年、第10年和第15年分別達到了1.7、2.6、3.4倍左右含量分別達到了1.3、1.8、2.3倍左右和Cl-含量均呈下降趨勢，在第5年、第10年和第15年分別下降了4%、25%、45%和11%、29%、28%左右。隨著種植年限的增加，4種陽離子在土壤中的累積量都在增加，但增幅明顯低于陰離子。與第1年相比，K+含量在第5年、第10年和第15年分別達到了0.9、2.2、3.4倍左右，Na+含量分別達到了1.3、1.9、2.2倍左右；Ca2+含量分別平均增加了35.7%、39.1%和65.7%，Mg2+含量變化相對較小，分別平均增加了21.1%、29.0%和51.1%。

表5　不同種植年限日光溫室土壤耕層（0～20 cm）陰離子含量及其組成變化Table 5 Content and composition of anions in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil of different planting ages

表6　不同種植年限日光溫室土壤耕層（0～20 cm）陽離子含量及其組成變化Table 6 Content and composition of cations in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil of different planting ages

隨著種植年限的延長，鹽分離子的組成也發生了變化（表5、表6）。第1年時，土壤中的陰離子以為主，平均占到了陰離子總量的31.8%，其次是占28.0%，平均只占21.6%；到第5年時，土壤中的陰離子以和為主，分別占到了30.1%和30.5%所占比例下降到25.6%；從第8年開始，土壤中的陰離子已經是以為主，占到了33.5%，第10、12、15年時分別占到了陰離子總量的38.5%、46.1%和46.8%，成為影響土壤含鹽量的主要因素；Cl-所占比例在13.5%左右，一直呈下降趨勢，陰離子組成的變化巨大。陽離子的組成變化不大，Ca2+所占比例雖然在不同種植年限間表現出了增減變化，但基本上維持在40%左右，始終是土壤中最主要的陽離子；其次是Na+，年際間變幅不大，維持在32%左右；K+所占比例在15%左右，始終呈增加趨勢；Mg2+所占比例在13%左右，始終呈降低趨勢。

3　討論

土壤鹽分大量積累是日光溫室蔬菜生產最主要的特征和限制因子，也是國內外溫室栽培中普遍存在的技術難題［11-13］。隨著種植年限的延長，鹽分在土壤中的積累過程和程度則不盡相同。余海英等［9］研究表明，設施土壤連續種植到4年左右為鹽分累積的高峰期，平均含鹽量達到1 861.28 mg·kg-1，已超過所種作物的生育障礙臨界點；曾希柏等［14］研究表明，設施菜地全鹽含量變化的轉折點出現在連續種植10年左右；吳鳳芝等［15］研究表明，大棚土壤總鹽量高于露地2.1～13.4倍，施肥技術直接影響鹽類的積累。本研究表明，隨著種植年限的延長，土壤鹽分含量一直是增加的，即便是連續種植15年，含鹽量也只達到普通糧田的2.3倍。這與呂福堂等、范亞娜等的研究結論是一致的［16-17］，原因主要在于：一是氣候條件，蘭州地處內陸，半干旱，氣候干燥，日照充足，易導致土壤鹽表聚；二是蘭州的土壤通透性都較好，地下水并沒有參與土壤返鹽過程；三是蔬菜栽培的茬次頻繁程度，施肥的次數和量較低，沒有造成土壤鹽大量輸入；四是栽培習慣，每年6月中旬上茬蔬菜收獲結束后至9月上旬下茬蔬菜種植前，有個揭棚晾曬過程，而這三個月正值該地區降雨集中，有一部分土壤鹽分被降雨淋出了1 m土層；五是輪作制度，有些農戶習慣在正茬蔬菜收獲后種植一季甜（糯）玉米或速生型葉菜，吸收了一部分耕層土壤中積累的肥料養分和鹽分離子；六是土壤母質，蘭州是石灰性土壤，普通糧田的鹽分含量本身就高，致使鹽分積累程度的差異并沒有那么懸殊。

土壤鹽分積累過多會造成作物根際土壤溶液滲透勢下降，從而使作物發芽及根系對水、肥的吸收受到影響，作物會出現明顯的生理性干旱和生長不良反應。楊月紅等［24］認為：一般植物在土壤鹽分含量達到1 g·kg-1時，其正常生長就會受到影響；達到2～5 g·kg-1時，根系吸水困難；高于4 g·kg-1時，植物體內水分易外滲，生長速率顯著下降，甚至導致植物死亡。而蘭州市日光溫室種植區耕層土壤的含鹽量在2.57～4.68 g· kg-1之間，遠遠超出了蔬菜正常生長的耐鹽極限，作者實地調查中也發現，榆中駱駝巷和皋蘭團莊的日光溫室種植到8年左右就會普遍出現蔬菜生長不良、土傳病害加重等問題，從而導致蔬菜減產甚至絕收。這與土壤次生鹽漬化的危害密切相關。是蘭州市溫室土壤中積累最多的鹽分離子之一，平均含量在0.6 g·kg-1左右，占陰離子總量的30%以上。這種積累不僅會造成的單鹽毒害，也可能打破土壤養分平衡，給蔬菜的養分均衡吸收帶來影響，最終導致蔬菜產量與品質下降。有資料表明，當Cl-的含量達到0.10 g·kg-1時，便會對蔬菜作物生長產生抑制作用［25］。蘭州市溫室土壤中Cl-所占比例不高且含量一直下降，但95%采樣點的Cl-含量都超過了0.2 g·kg-1，雖然這與土壤母質Cl-含量高有關，但這對蔬菜生長造成影響是必然的。魏國強等［26］、楊秀玲等［27］的研究表明，Na+脅迫下黃瓜幼苗株高、地上和地下部鮮重及根冠比等都顯著降低；王寶山等［28］認為大量Na+破壞了作物體內的離子平衡，特別是Ca2+的平衡，使得Ca2+介導的CaM調節系統和磷酸醇調節系統失調，細胞代謝紊亂甚至傷害死亡。而蘭州市溫室土壤中Na+含量一直呈增加趨勢，第8年時已超過了0.5 g·kg-1，占陽離子總量的比例也始終在30%以上，必然會對蔬菜的生長造成嚴重影響。

4　結論

（1）蘭州市日光溫室含鹽量與普通糧田、露地蔬菜相比明顯增加，區域間鹽分含量變異較大。

（2）普通糧田改為日光溫室種植后，不同層次的土壤可溶性鹽分都有大幅度增加，榆中駱駝巷和皋蘭團莊土體通透性好，剖面含鹽量隨土層深度增加而下降，紅古金沙臺由于有紅膠泥層的阻礙，導致鹽分在上層和下層都有聚集。

（3）隨著種植年限的延長，日光溫室耕層土壤鹽分含量持續增加，累積量最大的離子是、、Ca2+和Na+，陰離子積累量顯著高于陽離子，陰離子組成從以為主變成了以和為主，陽離子組成始終以Ca2+為主，但K+和Na+的含量在大幅度增加。

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Salt accumulation and ion composition changes in soil under solar greenhouses in Lanzhou Region

YANG Si-cun，HUO Lin，WANG Cheng-bao，JIANG Wan-li
（Institute of Soil，Fertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730070，China）

Soil salt accumulation is one of the most severe soil problems in greenhouse production.Here an investigation was conducted to evaluate the dynamic changes of salt accumulation and ion composition in soils under different land uses and planting years in solar greenhouse in Lanzhou region.Results showed that salt accumulation and ion composition in the soil were affected by regional soil parent materials，hydro-geological conditions，soil permeability，farmers′management practices，etc.When a conventional cropland was converted to solar greenhouse，soil salt content was increased by 17.56%～29.77%in 0～100 cm soil.Obvious salt accumulation occurred in topsoi（l0～20 cm），with average salt content being increased by 40%.Salt content in the topsoil increased with increasing planting age.Ions，Ca2+and Na+were the most accumulated ones in topsoil，with anion accumulation being significantly higher than that of cations.Moreover，the dominating anions in the topsoil shifted fromtoand.However，the major composition of cations remained to be Ca2+，with significant increases in K+and Na+.Salt accumulation andand Na+enrichment not only caused physiological toxicity to vegetables，but also influenced cropping system in solar greenhouses，such as disordered nutritional supply，declined vegetable quality，soil acidification and groundwater pollution，etc.

solar greenhouse；salt accumulation；salt ion composition；planting age；Lanzhou

S153.6

A

1672-2043（2016）08-1541-09

10.11654/jaes.2016-0059

2016-01-13

甘肅省農業科學院科技創新專項（2015GAAS03）；蘭州市科技攻關計劃項目（06-2-32，07-1-01）

楊思存（1971—），男，甘肅靖遠人，副研究員，主要從事土壤養分管理及鹽堿地改良利用研究。E-mail：yangsicun@sina.com