宿豫保護地土壤硝酸鹽污染與土壤酸化、鹽漬化狀況調(diào)查與分析

李躍飛 李彬 陶加樂 靳輝勇

摘要：為了解宿遷市宿豫區(qū)保護地土壤氮素污染與土壤酸化、鹽漬化狀況，針對性地采取科學(xué)有效的治理與改良措施，對轄區(qū)保護地進行土壤樣品的采集與測定。測定項目包括土壤pH值、硝酸根離子含量、土壤電導(dǎo)率、水溶性鹽離子組成。結(jié)果表明：（1）土壤電導(dǎo)率介于203～3 516 μS/cm之間，平均值為1 173 μS/cm。近半數(shù)的土樣電導(dǎo)率達到 1 000 μS/cm（中度鹽漬化）以上，可能會對作物產(chǎn)生不良影響。（2）土壤總鹽含量與電導(dǎo)率之間呈良好的線性正相關(guān)關(guān)系，原位快速測定土壤電導(dǎo)率后，將電導(dǎo)率乘以系數(shù)2.425 8即可估算得到土壤總鹽含量。（3）土壤電導(dǎo)率主要與硝酸根離子、氯離子這2種陰離子和鈣離子、鎂離子這2種陽離子的關(guān)系密切，其中硝酸根離子、鈣離子是影響次生鹽漬化土壤電導(dǎo)率的決定性離子種類。（4）隨著土壤硝酸根離子濃度的增加或土壤電導(dǎo)率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤發(fā)生明顯的酸化作用，使土壤中鈣離子、鎂離子的濃度增加，加劇土壤鹽漬化過程。

關(guān)鍵詞：保護地土壤;氮素污染;土壤鹽漬化;土壤酸化;電導(dǎo)率;相關(guān)關(guān)系

中圖分類號： S153;X53 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0241-04

設(shè)施栽培具有生長周期短、茬口安排靈活、市場效益好等特點，近年來在各地都得到迅速發(fā)展，宿遷市宿豫區(qū)為加快鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興、壯大農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入，對設(shè)施栽培也給予了高度重視，并取得了不少進展[1-6]。

設(shè)施保護地的溫度和濕度較高，作物生長速度相對快、產(chǎn)量較高，與露天栽培相比，要求土壤提供更多的水分與養(yǎng)分[7-9]。菜農(nóng)借鑒長期以來大量施用氮肥促進作物生長及產(chǎn)量形成的經(jīng)驗，在保護地常常過量施用氮肥[10-12]。保護地經(jīng)過幾年的種植，土壤中的硝酸鹽不斷積累，引發(fā)土壤次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失衡等問題，并造成惡性循環(huán)引起土壤物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)復(fù)合污染[13-15]。為了簡化肥料養(yǎng)分管理，提高土壤質(zhì)量，筆者選擇宿遷市宿豫區(qū)保護地進行多點采樣，測定土壤pH值、電導(dǎo)率、水溶性鹽離子組成[16]。分析評價宿豫區(qū)保護地土壤酸堿狀況、土壤電導(dǎo)率、水溶性離子組成之間的關(guān)系，旨在為指導(dǎo)該區(qū)保護地氮素的科學(xué)施用，減少氮素對土壤質(zhì)量的不良影響，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進保護地栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2018年7—9月對宿遷市宿豫區(qū)陸集鎮(zhèn)虎山村和官莊村、大興鎮(zhèn)盧集村、關(guān)廟鎮(zhèn)橋口村共34 hm2保護地代表性地塊進行土壤農(nóng)化樣品的采集。取樣深度為0～20 cm，按照平均約1 hm2采集1個混合土樣的方法，共采集32個土壤樣品，每個土樣采用“S”形混合采樣法，按照四分法取樣留存化驗。土樣經(jīng)抽濕風干后，磨細過20目篩備用。

1.2 分析測定

pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH的測定》中的玻璃電極法測定;硝態(tài)氮與水溶性鹽、K+、Na+ 等的含量用火焰光度法測定;Ca2+、Mg2+等的含量用火焰原子吸收分光光度法測定;HCO-3的含量用中和滴定法測定;Cl-的含量用硝酸銀滴定法測定;SO2-4的含量用硫酸鋇比濁法測定;NO-3的含量用紫外分光光度法測定。總鹽含量為上述離子含量之和。另用電率儀測定土壤提取液的電導(dǎo)率。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤電導(dǎo)率與總鹽含量及其組成離子含量之間的關(guān)系

2.1.1 土壤電導(dǎo)率及其與總鹽含量之間的關(guān)系 32個土樣的測定結(jié)果表明，土壤電導(dǎo)率介于 203～3 516 μS/cm 之間，平均值為1 173 μS/cm。其中，電導(dǎo)率小于500 μS/cm的土樣占25%，電導(dǎo)率為500～<1 000 μS/cm 的土樣占28%，電導(dǎo)率為1 000～<1 500 μS/cm 的土樣占19%，電導(dǎo)率為1 500～<2 000 μS/cm 的土樣占16%，電導(dǎo)率為2 000 μS/cm以上的占12%。近半數(shù)的土樣電導(dǎo)率達到 1 000 μS/cm（中度鹽漬化）以上，可能產(chǎn)生對作物不良的影響。

土壤總鹽含量與電導(dǎo)率的關(guān)系詳見圖1。從圖1可以看出，二者之間呈極好的線性正相關(guān)，方程為y=2.241 5x+329.68（r2=0.950 4）。考慮到電導(dǎo)率測定比較快捷，甚至可以原位測定，因而在宿豫區(qū)特殊的次生鹽漬化條件下，可以通過快速測定土壤電導(dǎo)率估算土壤總鹽含量。為了方便估算，可以將方程的截距設(shè)置為0，則得到方程y=2.425 8x（r2=0.940 6），實際應(yīng)用中可將土壤電導(dǎo)率直接乘以系數(shù)2.425 8（或2.4）粗略估算出土壤總鹽含量。

2.1.2 土壤電導(dǎo)率與水溶性陰離子含量之間的關(guān)系 土壤電導(dǎo)率與土壤硝酸根離子含量之間的關(guān)系詳見圖2。從圖2可以看出，土壤硝酸鹽含量與土壤電導(dǎo)率呈線性正相關(guān)，確定系數(shù)高達0.902 3。由于土壤硝酸鹽主要來自含氮肥料的施用，因此氮肥施用過多不僅可能引起土壤硝酸鹽污染，還是土壤次生鹽漬化污染的決定性因素。土壤電導(dǎo)率與土壤硫酸根離子含量之間的關(guān)系可用冪函數(shù)方程擬合（圖3）。可以看出，二者關(guān)系遠沒有硝酸根離子含量與電導(dǎo)率之間關(guān)系密切，其確定系數(shù)僅為0.462 8。

土壤電導(dǎo)率與碳酸氫根離子含量之間的關(guān)系也可用冪函數(shù)方程擬合（圖4），其確定系數(shù)為0.518 6。但值得注意的是，土壤電導(dǎo)率與碳酸氫根離子含量的關(guān)系出現(xiàn)了負相關(guān)趨勢，也就是說隨著其他水溶性離子總量的增加，碳酸氫根的積累量呈減少的趨勢。土壤電導(dǎo)率與氯離子含量之間的關(guān)系可用線性方程擬合（圖5）。從圖5可以看出，二者之間的確定系數(shù)達到了0.579 0，雖然遠低于電導(dǎo)率與硝酸鹽含量之間關(guān)系的確定系數(shù)（0.902 3），但高于電導(dǎo)率與硫酸根離子含量之間關(guān)系的確定系數(shù)（0.462 8），這可能與施肥結(jié)構(gòu)中的氯、硫比例略高于作物吸收的氯、硫比例有關(guān)。

2.1.3 土壤電導(dǎo)率與水溶性陽離子含量之間的關(guān)系 土壤電導(dǎo)率與土壤鈣離子含量之間的關(guān)系詳見圖6。可以看出，土壤電導(dǎo)率與水溶性鈣離子含量呈正相關(guān)，確定系數(shù)高達0.955 2，這可能是由于長期氮肥施用過多導(dǎo)致的銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生氫離子，酸化土壤環(huán)境后引起了土壤含鈣物質(zhì)的溶解。土壤電導(dǎo)率與土壤鎂離子含量之間的關(guān)系詳見圖7。可以看出，土壤電導(dǎo)率與土壤水溶性鎂離子含量呈正相關(guān)，確定系數(shù)為0.771 1，也有可能與土壤酸化引起了土壤含鎂物質(zhì)的溶解有關(guān)。

土壤電導(dǎo)率與土壤鉀離子含量之間的關(guān)系詳見圖8。可以看出，二者關(guān)系遠沒有鈣、鎂離子含量與電導(dǎo)率之間的關(guān)系密切，其確定系數(shù)僅為 0.489 5。也就是說，土壤次生鹽漬化作用與含鉀肥料的施用也有一定的關(guān)系。從圖9可以看出，土壤電導(dǎo)率與水溶性鈉離子含量呈正相關(guān)，確定系數(shù)為0.574 4，這可能與部分保護地長期或大量施用含鈉有機肥存在關(guān)系。

2.2 土壤pH值與硝酸鹽含量、電導(dǎo)率之間的關(guān)系

2.2.1 土壤pH值與硝酸鹽含量的關(guān)系 32個土壤樣品的測定結(jié)果表明，pH值介于7.15～8.42之間，平均值為7.62。土壤pH值介于7.15～<7.50、7.50～<8.00、8.00～8.50的土樣比例分別為46.9%、34.3%、18.8%。土壤pH值與硝酸鹽含量的關(guān)系可用函數(shù)y=10.295 0x-0.046（r2=0.741 4）擬合（圖10）。硝酸鹽含量在0～1 000 mg/kg 范圍時，隨著土壤硝酸根離子含量的增加，土壤pH值迅速下降。當硝酸根離子含量達到 1 000 mg/kg 以上時，隨著土壤硝酸根離子含量的增加，土壤pH值幾乎不變，穩(wěn)定在7.3左右。也就是說，氮肥過量施用并在土壤中轉(zhuǎn)化為硝酸鹽后可導(dǎo)致石灰性土壤明顯酸化。但由于土壤中存在大量的石灰性物質(zhì)，土壤pH值降至7.3左右后不再明顯下降。

2.2.2 土壤pH值與電導(dǎo)率的關(guān)系 土壤pH值與電導(dǎo)率的相互關(guān)系可以用函數(shù)y=11.472 0x-0.060（r2=0.836 1）擬合（圖11）。從散點圖可以看出，電導(dǎo)率在1 200 μS/cm以下時，隨著電導(dǎo)率的增加，土壤pH值從8.6迅速下降到7.3左右，其后則基本維持在7.3左右。可見，氮肥施用過量后，一方面由于累積硝酸鹽而導(dǎo)致土壤次生鹽漬化，另一方面銨態(tài)氮的硝化過程產(chǎn)生氫離子而導(dǎo)致土壤酸化，并可能引起石灰性土壤中碳酸鈣、碳酸鎂等物質(zhì)的溶解而積累鈣、鎂離子，加劇土壤次生鹽漬化進程。

2.3 土壤pH值與鈣、鎂、鉀、鈉離子含量的關(guān)系

土壤pH值與土壤水溶性鈣、鎂、鉀、鈉離子含量之間的關(guān)系也可以用冪函數(shù)方程加以擬合。隨著土壤pH值的降低，土壤中幾種水溶性陽離子含量都有增加的趨勢，但相互關(guān)系的密切程度不盡相同。其中，水溶性鈣、鎂離子含量受土壤酸化作用的影響最大，冪函數(shù)方程的確定系數(shù)分別達到0.796 5、0.623 7。而水溶性鉀、鈉離子含量受土壤酸化作用的影響相對較小，冪函數(shù)方程的確定系數(shù)分別為0.300 9、0.224 7。可見，土壤酸化引起了土壤中含鈣和含鎂物質(zhì)的大量溶解。

3 結(jié)論

（1）宿豫區(qū)保護地近半數(shù)的土樣電導(dǎo)率達到 1 000 μS/cm （中度鹽漬化）以上，可能對作物生長發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)形成產(chǎn)生不良的影響。

（2）土壤總鹽含量與電導(dǎo)率之間呈良好的線性正相關(guān)關(guān)系，快速測定土壤電導(dǎo)率后，將電導(dǎo)率乘以系數(shù)2.4258（或2.4）即可估算得到土壤總鹽含量。

（3）土壤電導(dǎo)率主要與硝酸根離子、氯離子這2種陰離子和鈣離子、鎂離子這2種陽離子的關(guān)系密切，其中硝酸根離子、鈣離子是影響次生鹽漬化土壤電導(dǎo)率的決定性離子種類。

（4）隨著土壤硝酸根離子濃度的增加或土壤電導(dǎo)率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤發(fā)生明顯的酸化作用，并促進土壤中含鈣、含鎂物質(zhì)的溶解，提高水溶性鈣、鎂離子的濃度，加劇土壤鹽漬化過程。

參考文獻：

[1]韓順瓊.關(guān)于我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策的幾點思考[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016，36（24）：146.

[2]楊曙輝，宋天慶，歐陽作富，等. 關(guān)于我國設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的戰(zhàn)略研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技管理，2011，30（5）：1-5.

[3]張 震，劉學(xué)瑜. 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J]. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟問題，2015（5）：64-70.

[4]郭世榮. 江蘇省設(shè)施蔬菜發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J]. 中國蔬菜，2007（5）：6-8.

[5]王高勇. 加快設(shè)施蔬菜發(fā)展持續(xù)促進農(nóng)民增收[J]. 山西農(nóng)經(jīng)，2009（5）：6-12.

[6]鄭志軍. 三大戰(zhàn)略做強宿豫設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)[J]. 江蘇農(nóng)村經(jīng)濟，2010（5）：31-31.

[7]史春余，張夫道，張俊清，等. 長期施肥條件下設(shè)施蔬菜地土壤養(yǎng)分變化研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2003，9（4）：437-441.

[8]李文西. 揚州設(shè)施蔬菜園區(qū)施肥現(xiàn)狀與發(fā)展對策研究[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報，2015，5（10）：50-55.

[9]王秋君，馬 艷，郭德杰，等. 設(shè)施蔬菜土壤養(yǎng)分狀況分析及綜合評價[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2019，35（3）：624-630.

[10]劉兆輝，江麗華，張文君，等. 山東省設(shè)施蔬菜施肥量演變及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律[J]. 土壤學(xué)報，2008，45（2）：296-303.

[11]宋永林. 設(shè)施蔬菜施肥存在的問題及對策建議[J]. 中國農(nóng)業(yè)信息，2009（3）：33-34.

[12]王小波. 設(shè)施蔬菜施肥亟待解決的問題及其方法[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2007（4）：26-27.

[13]趙銀厚，張桂蓮，譚明星. 設(shè)施蔬菜施肥存在的問題及對策[J]. 中國果菜，2012（1）：16-17.

[14]王軍強，紀國才，蘭孝幫. 設(shè)施蔬菜栽培土壤污染的成因與對策[J]. 中國園藝文摘，2009（3）：136-137.

[15]彭 澎，梁 龍，李海龍，等. 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀、問題與發(fā)展建議[J]. 北方園藝，2019（5）：161-168.

[16]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.楊智景，顧海龍，顧 明，等. 稻蝦種養(yǎng)模式對土壤肥力的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（23）：245-249.