棚龄、灌溉方式对大棚土壤盐分及pH的影响

山西农业科学2021,49(1):59-63J our nal of Shanxi A gr i cul t ur al Sci ences
棚龄、灌溉方式对大棚土壤盐分及pH 的影响
钞锦龙,郝小梅,胡
磊,张鹏飞,李浩杰,赵德一
(太原师范学院地理科学学院,山西晋中030619)
摘
要:为了解大棚种植对土壤盐分及pH 的影响,试验选取山西省太谷县不同种植年限、不同灌溉方式大棚0～
1m 土壤进行E C 、pH 值的测定,并且以大棚外露天农田土壤为对照。

结果表明,在所研究大棚中,随着种植年限的延长,E C 值呈现出缓慢增长的趋势,pH 值呈现出缓慢下降的趋势;在0～1m 土壤范围内,随土壤深度的增加,EC 值不断减小,pH 值呈现出先增大后减小的趋势;土壤耕作层(0～0.4m )电导率及pH 值有明显的变动,其中,电导率急剧上升,达到3.07m S/cm ,出现盐渍化现象,且存在明显的表聚现象,pH 值有大幅度下降,最小值为6.86。

采用滴灌的大棚,土壤EC 值明显小于沟灌大棚,pH 值大于沟灌大棚,说明滴灌可以有效缓解土壤盐渍化但容易造成土壤盐碱化;土壤pH 值与EC 值间呈显著的负相关关系。

山西省太谷地区大棚栽培要注意土壤盐渍化和滴灌灌溉方式引起的pH 值增加的问题。

关键词:设施农业;种植年限;电导率;pH 值;山西省太谷县中图分类号:S153
文献标识码:A
文章编号:1002-2481(2021)01-0059-05
Effects of Greenhouse Age and Irrigation Methods on Soil Salinity and pH in Greenhouse
CH A O J i nl ong ,H A O X i aom ei ,H U Lei ,ZH A N G Pengf ei ,LIH aoj i e ,ZH A O D eyi
(C ol l ege ofG eogr aphi calSci ence ,Tai yuan N or m alU ni ver s i t y ,J i nz hong 030619,Chi na )
Abstract :To under st and t he ef f ect s ofgr eenhous e pl ant i ng on s oi ls al i ni t y and pH ,t he E C (El ect r i calConduct ance )and pH val ues ofs oi li n t he dept h of0-1m wer e det er m i ned f or di f f er entpl ant i ng year s and i r r i gat i on m et hods i n Tai gu count y ofShanxi .M eanwhi l e,adj acent s oi l i n t he open f i el d w er e t ook as a cont r ol pl ot .The r es ul t s s howed t hat t he EC val ue s howed a s l ow gr owt h t r end wi t h t he ext ensi on oft he pl ant i ng year s ,and t he pH val ue changed i n t he oppos i t e di r ect i on,t he EC val ue decr eas ed w i t h t he i ncr ease ofs oi ldept h i n t he r ange of0-1m ,whi l e pH val ue s howed a t r end ofi ncr eas i ng f i r s tand t hen decr easi ng.The EC and pH val ue changed si gni f i cant l y i n t he t i l l age l ayer (0-0.4m ),am ong,t he E C val ue r eached 3.07m S/cm ,s howi ng by sal t i ng and obvi ous s ur f ace aggr egat i on phenom enon.H owever ,t he pH val ue decr eas ed si gni f i cant l y (t he m i ni m um val ue was 6.86).Soi lE C val ue i n gr eenhous e under dr i p i r r i gat i on was si gni f i cant l y s m al l er t han f ur r ow i r r i gat i on gr eenhouse,and pH val ue was gr eat er t han f ur r ow i r r i gat i on gr eenhous e,w hi ch i ndi cat ed t hat dr i p i r r i gat i on coul d ef f ect i vel y al l evi at e s oi l s al i ni z at i on,but easi l y caus e al kal i z at i on.Ther e was a s i gni f i cant negat i ve cor r el at i on bet ween s oi lpH and EC val ues.Soi ls al i ni z at i on and pH i ncr ease caused by dr i p i r r i gat i on s houl d be pai d m or e at t ent i on t o dur i ng gr eenhouse cul t i vat i on i n Tai gu count y ofShanxiand s ur r oundi ng ar ea.
Key words :f aci l i t y agr i cul t ur e;cul t i vat i ng year s ;conduct i vi t y;pH val ue;Tai gu count y ofShanxi
收稿日期:2020-07-26
基金项目:山西省2020年度高等学校哲学社会科学项目(I 0200614);2020年度山西省社科联重点课题(SSK LZD K T2020109)作者简介:钞锦龙(1984-),男,山西临县人,副教授,主要从事区域自然资源开发利用及可持续发展研究工作。

改革开放以来,随着经济的快速发展和农业产业结构的不断调整,设施农业发展迅速[1],其种植面积不断扩大,到2015年达到2.20×107hm 2,占全部作物种植面积的13.20%
[2-3]。

设施农业的发展不仅
极大地提高了土地利用效率,成为缓解区域人多地少、制约可持续发展问题中最有效的技术工程;同时其作为现代反季节、跨地域水果蔬菜种植的重要方式,极大地提高了农民的收入[4-5]。

但在种植过程中,由于大棚栽培具有长期高集约化、高复种指数、
高施肥量等特点,使得大棚土壤出现次生盐渍化、土壤酸化、养分不平衡等诸多问题[6-8]。

其中,土壤盐渍化以及土壤酸化是设施农业栽培中最常见的土壤问题[9]。

因此,对土壤盐分及酸碱度状况进行探究,不仅可对设施土壤盐渍化以及酸化现象进行科学预估,也可对设施农业的发展提出实质性建议。

目前,相关学者对大棚土壤盐分以及酸碱度进行了大量的研究,普遍认为,土壤酸化及土壤盐渍化是随着种植年限的增加不断显现的。

马占元等研
59
山西农业科学2021年第49卷第1期
究得出,大棚栽培由于常年进行连续性覆盖种植,一般种植2～3a便发生盐害,pH值随着种植年限的增加而变小[10-11];曹舰艇等[12]通过对藏东南地区大棚
土壤pH值及养分变化特征研究发现,电导率随着种植年限的延长呈现明显的增加,且表聚现象明显。

还有些学者对土壤盐渍化及酸化产生的原因进行了研究,如施毅超等[13]通过对江苏宜兴市大棚及邻近大棚土壤调查研究发现,大棚菜地轮作使得土壤电导率显著高于露地菜田土壤;刘兆辉等[14]研究发现,对设施农业大量施肥使得肥料利用率变低,土壤出现富营养化以及明显的酸化现象;张菊等[15]研究发现,施肥量过大会造成土壤盐分含量增加,出现土壤酸化现象。

从这些研究结果可以发现,设施农业土壤盐分及酸碱度具有明显的地域性差异,由于区域气候、水文及土壤背景值等因素具有一定差异,在设施农业种植过程中呈现出不同的特点。

因此,在指导实际农业生产实践中,要对所研究区域的差异性进行深入分析,并提出针对性指导建议。

太谷县位于汾河谷地,土壤肥沃、水热条件良好、大棚种植业发展迅速,其已成为晋中、太原以及周边城市重要的蔬果供应基地。

到2015年,设施蔬菜产量达85万t,产值达1.0×109元。

2016年,山西省政府通过《山西农谷建设初设方案》,山西“农谷”建设正式上升为省级战略,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[16]。

设施农业发展面临很大的发展机遇,其中,设施土壤的质量是实现设施农业可持续发展的重要条件。

目前,相关学者对太谷县大棚土壤盐渍化及土壤酸化方面的相关研究主要集中在演变特征及原因方面,而关于不同种植年限及灌溉方式对盐渍化和酸化的影响以及大棚种植对于深层土壤影响的研究相对欠缺。

土壤电导率和pH值是评价土壤盐渍化和酸化的重要指标[17]。

本研究调查了太谷县不同种植年限、不同灌溉方式大棚0～1m土壤的电导率及pH值,以探讨不同种植年限及灌溉方式对土壤盐渍化及酸碱度的影响以及土壤盐渍化及酸化产生的原因与机制,为当地设施农业生产提供科学指导。

1材料和方法
1.1研究区概况
太谷县位于山西省晋中市中部、省会太原市以南60km处,地理坐标为E112°～113°,N37°,面积为1050km2,山地、丘陵、平川分别占总面积的62.8%、20.2%和17%,区内土壤以褐土为主。

所研究大棚种植区在建大棚之前均为玉米和谷子轮作大田;大棚均为以竹木-复合棚架结构为主的TG L1028型大棚,面积为100m×10m;大棚内种植的作物主要是草莓、黄瓜、西葫芦;施用的化肥以氮磷钾复合肥(N∶P2O5∶K2O＝15%∶15%∶15%)、硫酸钾等为主,农家肥为辅;大棚土壤每年育苗前均进行40cm 的深翻耕作,以提高土壤孔隙度。

目前,太谷县“农谷”建设是引领现代农业发展、打造国家现代农业示范区的有效载体,设施农业作为特色产业是“农谷”建设的重点项目之一。

大棚种植覆盖太谷全县,因此本研究所选大棚均为密集种植区,因大棚为统一规划建设,年份跨度相对较大且各地区种植年份集中,故均匀选取各年份大棚,同时各年份尽量选取同一农户建造耕作,以保证栽培模式基本一致。

1.2试验设计
本研究选取太谷县胡村镇孟高村、范村镇上安村以及温庄3个地方大棚作为研究对象,并选取相应大田土壤进行对照。

选择不同棚龄(2、3、10、14、20a)、不同灌溉方式大棚,其中,每个种植年限大棚各调查3个。

1.3土壤样品采集与测定
土壤采样采用原状土壤采样器按照“S”形多点(20个)混合取样法,采集0～1m深度的土壤,每10cm采集一次,每样点采集10个土壤样品,装进聚乙烯袋封装并标记。

大田土壤采样方法与大棚一致。

大棚样地采集150个样品,大田土样采集50个。

土样带回实验室置于烘箱内烘干,进行研磨,过筛去掉根系、石块等杂质,保存于聚乙烯袋中,备用。

样品测定要先制作水土溶液,之后用电导率仪、pH值测量仪进行测定。

1.4数据处理与分析
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Excel2003和SPSS22.0进行,作图均采用O r i gi n8.0完成。

2结果与分析
2.1种植年限对土壤电导率及pH值的影响
2.1.1不同种植年限大棚土壤电导率及pH值的变化特征通过对大棚土壤采样分析,结果表明(图1、2),大棚土壤E C值随着种植年限的延长不断增加; pH值随着种植年限的延长不断减小。

对种植年限和E C、pH值进行相关和回归分析得出,种植年限与E C
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钞锦龙等:棚龄、灌溉方式对大棚土壤盐分及pH的影响
值相关关系为y＝0.0093x＋0.6076(R2＝0.0065,n＝50);种植年限与pH值相关关系为y＝-0.0094x＋7.8930(R2＝0.0298,n＝50)。

表明大棚经过连续种植后,土壤EC值不断增加,pH值不断减小,但与种植年限均未达到显著相关水平。

电导率随种植年限不断增加,是因为农户为追求高产和高利润,加大了肥料的使用量,造成大量养分在土壤中堆积,成为盐基离子的主要来源[18-19];
再加上设施栽培处于封闭环境中,蒸发量大且无雨水淋溶,使得土壤EC值随种植年限延长不断增加。

设施栽培虽具有一致性,但是种植作物以及水肥管理措施不可能完全一致,使得其与种植年限间没有呈现显著相关,这与冯武焕等[20]对西安设施菜田土壤EC值与种植年限关系的研究结果一致。

大棚土壤pH值随着种植年限的延长不断下降,一方面是由于化肥的投入量远大于作物需求量,致使SO42-、Cl-等离子在土壤中残留,随着时间的延长不断累积,造成pH值下降;另一方面作物根系的呼吸、分泌及降解都会使得土壤pH值不断下降[6]。

2.1.2不同种植年限大棚0～1m土壤电导率及pH值的变化特征由图3可知,与自然条件下土壤(CK)电导率相比,设施农业大棚中土壤E C值在垂直剖面中发生了较大转变,随着深度的增加不断减小,且E C值整体呈现出CK＜2a＜14a＜20a。

表明随着种植年限的延长,盐分在土壤剖面的垂直运移使得盐分在大棚土壤不断累积,表现出深度越深,EC 值越小。

值得注意的是,在0～0.4m土壤耕作层由于灌溉频繁使得盐分离子发生了重新分配,变化显著。

在0～0.1m土壤表层,由于灌溉时间以及种植作物的差异性,电导率呈现出CK＜2a＜20a＜14a。

由图3可知,土壤耕作层电导率值显著大于其余深度,说明在土壤耕作层灌溉及施肥频率的增加使得大量盐分离子在土壤表层累积,再加上种植作物的差异性,使得EC值在土壤表层并没有呈现出随着种植年限增加EC值增大的趋势。

盐分在土壤耕作层(0～0.4m)形成了明显的表聚现象,且根据文方芳等[21]研究提供的盐渍化分级标准,土壤耕作层已经出现次生盐渍化障碍,14a大棚表层已经有严重的次生盐渍化(EC＞3m S/cm),结合采样时土壤湿度状况发现,这可能与土壤中水分含量过高有关。

从图4可以看出,大棚土壤pH值均小于露天土壤,pH值整体呈现出C K＞14a＞2a＞20a,且所研究大棚pH值均表现出随着深度的增加呈现出先增大后减小的趋势,但没有表现出随着种植年限的增加不断增长的趋势,说明除种植年限的影响外, pH值还易受作物生长季节和周期、微生物活动及人为因素等的影响,使得pH值有较大的波动变化[22]。

尤其在土壤耕作层,与E C值变化规律相似,pH值在耕作层有明显的降低,说明在土壤耕作层由于受施肥量大、灌溉频繁及蒸发量大等因素影响,使得土壤酸性离子在表层累积,造成土壤酸化[23]。

根
据61
于群英等[23]、史桂芳等[24]研究成果界定土壤酸碱度,发现所研究大棚土壤为中性土壤(pH＝6.5～7.5),表明太谷县大棚种植没有造成土壤酸化。

2.2不同灌溉方式对大棚土壤电导率与pH值的影响
由图5可知,滴灌条件下大棚土壤EC值整体小于沟灌条件,其中,滴灌条件下,土壤E C值为0.23～0.33m S/cm,平均为0.25m S/cm;与滴灌条件下大棚土壤EC值相比,沟灌大棚有很大的变动,变化范围为0.35～3.07m S/cm,平均为0.81m S/cm。

说明滴灌灌溉方式对缓解大棚土壤盐分的累积起到了很大的作用,是因为滴灌是一种局部湿润土壤的灌溉方式,灌溉的水量少且水分在土壤剖面中是双向运动的,有效避免了地下水盐分以及其他物质在土壤表层大量累积[25]。

而沟灌条件下,土壤电导率显著增长,且在土壤剖面出现了盐渍化现象[21]。

说明沟灌条件下,大棚土壤水分含量显著增加且大棚栽培具有高温、高湿、无雨水淋溶的特点,使得大棚土壤水分向上运动更为强烈[26]。

当土壤中水分蒸发后,盐分就会在土壤表层集聚,再加上种植年限的增加也使得土壤通体盐分含量增加[27-28]。

由图6可知,滴灌条件下pH值范围为7.84～8.40,平均为8.22;沟灌条件下pH值为7.07～7.90,平均为7.70,可以看出,沟灌条件下的土壤pH值普遍小于滴灌条件,说明采用滴灌措施可以防止土壤酸化。

但是值得注意的是,所研究大棚不论是采取滴灌还是沟灌灌溉方式,土壤pH值大部分处于弱碱性(7.5～8.5)[23-24]。

说明太谷地区大棚种植虽然造成土壤pH值的减小,但是并没有出现酸化现象。

表明采用滴灌灌溉方式虽然有利于抑制土壤次生盐渍化,但是大棚土壤普遍呈现弱碱性,同样不利于作物养分吸收,会阻碍作物生长。

2.3不同种植年限大棚土壤电导率与pH值的相关性分析
从表1可以看出,不同种植年限大棚土壤中pH值与EC值之间均存在极显著相关性,并且电导率与pH值之间存在负相关关系,表明随着电导率不断增加pH值不断减小。

这与曾希柏等[29]的研究表1不同种植年限大棚土壤电导率与pH值的相关性分析种植年限/a
2
3
10
14
20
相关系数
-0.947**
-0.918**
-0.887**
-0.794**
-0.938
**
山西农业科学2021年第49卷第1期
62
结果一致,在大棚种植过程中要注意土壤EC值增加与pH值下降造成的蔬菜产量及品质下降问题。

因此,要通过采用合理的措施通过提升土壤质量来提高大棚种植的可持续发展。

3结论与讨论
本研究结果显示,大棚土壤EC值随种植年限增加表现出缓慢上升的变化趋势,pH值变化趋势则相反;在0～1m土壤剖面,大棚土壤E C值随深度的增加不断减小,pH值随深度增加呈现出先增大后减小的趋势;在0～0.4m耕作层内,EC值增长显著,盐分在耕作层出现明显的表聚现象且出现盐渍化现象,pH值下降明显,但没有达到土壤酸化程度。

滴灌条件下,大棚土壤EC值显著低于沟灌条件,变化范围为0.23～0.33m S/cm;pH值高于沟灌条件,变化范围为7.84～8.40。

说明采用滴灌灌溉方式可以有效抑制土壤盐渍化,但容易造成土壤pH值增加。

因此,大棚栽培需要科学调控大棚土壤水肥管理措施,必要时辅以工程改良措施。

本试验在所研究大棚中,土壤pH与EC值呈现出显著的负相关关系,在出现土壤E C值增加的同时,pH值会相应降低。

经过对太谷地区大棚土壤电导率以及pH值的采样测定,发现大棚土壤盐分含量显著增加,在耕作层已经出现盐渍化现象;pH 值下降幅度不大,没有造成土壤酸化,但容易出现盐碱化问题。

大棚作物适宜在微酸性土壤中生长,因此在进行设施农业生产过程中,要加大对大棚土壤盐分及酸碱度的实时监控,以便及时了解大棚土壤状况,对土壤问题做出及时反映。

为进一步了解大棚种植对土壤造成的盐渍化及酸碱性问题,今后研究需扩大范围,使所选大棚棚龄尽量呈等差数列分布,再结合控制性实验设置,为农谷建设过程中大棚栽培提供更科学合理的建议,以实现“科学”农谷建设。

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