隔鹽方式對設施鹽漬化土壤主要鹽離子空間分布及酶活性的影響

孫凱寧, 王克安, 楊 寧

(山東省農(nóng)業(yè)科學院 蔬菜花卉研究所/國家蔬菜改良中心山東分中心/山東省設施蔬菜生物學重點實驗室, 濟南 250100)

目前我國設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域分布廣泛，主要集中于黃淮地區(qū)、東北南部、華北、西北等地區(qū)[1-2]。然而，設施生產(chǎn)高投入、高產(chǎn)出、高復種指數(shù)的生產(chǎn)模式，同時隨著設施種植年限的延長，設施菜地土壤次生鹽漬化現(xiàn)象不斷出現(xiàn)并日益加重，部分種植年限長(一般5～8 年以上)的設施菜地已不能再繼續(xù)生產(chǎn)，嚴重影響了蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，阻礙蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。為此，前人嘗試多種途徑進行修復改良，如王金龍等用填閑作物改良溫室次生鹽漬化土壤[6]，施毅超等采用輪作模式研究對土壤電導率和離子組成的影響[7]。張生田通過增施生物有機肥和改良劑以降低設施蔬菜土壤次生鹽漬化危害[8]。以上改良方式多針對露天鹽堿地，主要通過改變種植制度來實現(xiàn)，這在一些種植習慣固定的地區(qū)難以推廣，且在鹽漬化程度較高地區(qū)的效果并不理想，所需改良周期較長。隔鹽層在鹽堿地改良中有較多應用[9-12]，隔鹽層在土體中通過改變水鹽運移軌跡，可以有效抑制潛水蒸發(fā)和土壤返鹽，不用改變耕作制度，見效快，效果好，但該類改良方式多見于露天鹽堿地，在設施鹽漬化土壤中應用卻少有報道。土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物和土壤酶是農(nóng)田土壤比較活躍的組分，共同推動著土壤代謝過程，對自然和人為因素造成的變化反應敏銳[13]，也有研究者提出以脲酶、過氧化氫酶和磷酸酶所反映出的微生物學特性作為土壤環(huán)境質(zhì)量變異的有效指標[14]。土壤酶既是土壤有機物轉化的執(zhí)行者，又是植物營養(yǎng)元素的活性庫，并常被認為是土壤肥力與質(zhì)量的重要衡量指標[15-16]。本研究在前人研究的基礎上，設置了無機介質(zhì)隔層、有機介質(zhì)隔層以及復合隔層，探討隔鹽層在設施鹽漬化土壤中的抑鹽效果，分析不同隔鹽方式對設施鹽漬化土壤主要離子空間分布以及土壤酶活性的影響狀況，為設施土壤改良提供數(shù)據(jù)支持，為設施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻微薄之力。

1　材料與方法

1.1　試驗設計

采用土柱模擬試驗，土柱長80 cm，內(nèi)徑為25 cm。土柱中的填充物分隔鹽層和土壤，隔鹽層分對照(無隔層，CK)，砂礫層(厚10 cm，T1)，復合有機物料層(生物炭、菌渣，厚10 cm，T2)、砂礫+復合有機物料層(厚20 cm，T3)，共4各處理，各重復3次，每個土柱定植菠菜3株，土壤為通過人工方法均勻調(diào)配的中度鹽堿土(含鹽量0.3%)，基本理化狀況見表1。各處理隔層均在土柱上部30 cm土層以下。試驗于2016年11 月8 日到2017年2 月22 日在山東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所核心試驗區(qū)進行，各處理管理方式保持一致。植株光合特性在收獲當天測定，隨機采集植株樣品并采集0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm的土壤樣本，每個區(qū)內(nèi)重復取樣3次，植株樣品采用液氮保存，土壤樣品采用風干保存。

表1　供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2　測定項目與方法

1.2.1土壤離子7種離子形態(tài)采用美國戴安有限公司生產(chǎn)的離子色譜儀(Dionex ICS 3000)，將0.1 g風干土溶到10 ml超純水中，然后再稀釋20倍，測定計算。

1.2.2土壤酶活性測定酶活性參照嚴昶升的方法[17]。脲酶采用苯酚—次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法測定；磷酸酶用磷酸苯二鈉(4-氨基安替比林)比色法。

1.3　數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均用Excel做圖，SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析，單因素方差分析采用LSD法。

2　結果與分析

2.1　隔鹽層對設施鹽漬化土壤主要鹽離子空間分布的影響

圖1不同處理Na+含量

圖3不同處理K+含量

2.2　隔鹽層對設施鹽漬化土壤酶活性的影響

從0—30 cm土層脲酶活性來看(圖9)，與CK相比，T1對脲酶活性有一定的抑制作用，T2和T3分別提高了6.25%和7.30%；土壤蔗糖酶各處理間差別較大(圖10)，T1，T2均較CK有所降低，而T3達到1 240.6 Glu.mg/(g·24 h)，較CK升高了4.70%；就過氧化氫酶活性而言(圖11)，T1和T2較CK分別提高了0.87%和1.28%，而T3降低了8.53%；土壤磷酸酶與蔗糖酶的趨勢接近(圖12)，T1，T2均較CK有所降低，T3較CK提高了3.58%。

圖4不同處理Ca2+含量

圖5不同處理Cl-含量

3　討 論

3.1　隔鹽層對土壤主要鹽離子的影響

土壤中的鹽離子隨著水分的蒸發(fā)一起向地表遷移，使下層土壤的鹽分不斷向上層聚集。設置隔沙層后，由于隔鹽層物料和土壤毛管孔隙度的不同，使其阻斷了上下土層間的水力聯(lián)系，改變了土壤水分到沙層下界面時的運行速度和軌跡，使隨土壤水分遷移鹽離子在沙層下界面積累，鹽分在上層土壤的積累減少[18]。

圖8不同處理7種離子總含量

圖9不同處理脲酶活性

圖10不同處理蔗糖酶活性

圖11不同處理過氧化氫酶活性

砂層可以阻止水的入滲鋒面向土砂界面以下滲入，直至水流在界面以上土體迅速聚積至所具有的能量大于砂層中水分的能量后，入滲水才能滲入砂層，可見砂層的在一定程度上增大了上層土體的儲水能力，起到了阻水減滲作用[9]。砂礫層(T1)在本試驗中0—30 cm土層的隔鹽效果并不明顯，可能與砂礫的粒度、設施小環(huán)境等有關，需進一步試驗探究。生物炭具有豐富的孔隙結構，使其擁有巨大的比表面積，是一種良好的保水材料[19]，將其作為隔鹽層后，由于隔鹽材料和土壤毛管孔隙度的不同，使得隔層以上的土壤水分運行到土壤—隔層界面時發(fā)生停滯，隔層以下的土壤水分遷移鹽離子也在隔層下界面積累，鹽分在上層土壤的積累減少。本試驗中T2所用復合有機物料層(生物炭—菌渣)可在一定程度上降低土壤鹽離子含量。T3(砂礫+復合有機物料層)為各處理中隔鹽效果最優(yōu)處理，0—30 cm土層平均降鹽率達13.6%。設施土壤處于封閉狀態(tài)，小氣候因素明顯，關于隔鹽層的研究較少，在以后的研究中需進一步優(yōu)化隔層參數(shù)，提高隔鹽效果。

圖12不同處理磷酸酶活性

3.2　隔鹽層對土壤酶活性的影響

研究發(fā)現(xiàn)，對土壤酶活性的測定是最直接反映微生態(tài)狀況的方法，也有研究者提出以脲酶、過氧化氫酶和磷酸酶所反映出的微生物學特性作為土壤環(huán)境質(zhì)量變異的有效指標[14]。相對較高的鹽含量抑制了脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，激發(fā)了過氧化氫酶活性升高。有報道稱，當鹽脅迫增強至一定程度時，過氧化氫酶活性降低[20]，本試驗未出現(xiàn)該現(xiàn)象，這可能與鹽分含量有關。T1處理的7種鹽離子總量高于其他處理，其過氧化氫酶也表現(xiàn)出相似的趨勢，這也說明了鹽脅迫促使過氧化氫酶活性的提高是其應激反應之一[20]。鹽脅迫條件下，土壤中的微生物數(shù)量會減少，這勢必會減少微生物向土壤中分泌的土壤酶量[21]；另一方面，鹽分使土壤環(huán)境發(fā)生改變，鹽分產(chǎn)生的滲透脅迫及離子毒害都會抑制土壤酶的活性[22]。T3處理土壤含鹽量較低，所受鹽脅迫較弱，也表現(xiàn)出相似的特點，即脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均有所提高。

4　結 論

(2)在設施土壤0—30 cm土層范圍內(nèi)，T3(砂礫+復合有機物料層)處理的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性達較CK分別增加了7.30%，4.70%，3.58%，同時過氧化氫酶活性降低了8.53%，說明相對較高的鹽含量可以抑制設施土壤中的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，并激發(fā)了過氧化氫酶活性升高。

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