棚龄对大棚土壤重金属及盐分含量的影响

余佳悦，王飞娟，林梦茜，朱 诚，蔡 冲

（中国计量学院生命科学学院，海洋食品加工质量控制技术与仪器浙江省工程实验，浙江杭州 310018）

随着经济的不断发展，近年来我国大棚蔬菜、水果等种植面积呈上升趋势。由于大棚蔬菜的高收益高回报，使其在我国蔬菜生产中一直占有相当重要的地位，各地蔬菜大棚面积一般占菜地总面积的10%～30%[1]，不仅丰富了市民的“菜篮子”，更为农民增收致富开辟了新途径。如继去年5 000万元打造万亩大棚地后，2011年广东将再度建3 000 hm2大棚蔬菜基地，确保恶劣天气下蔬菜收成，以上市量稳定蔬菜价格。大棚土壤常年覆盖或季节性覆盖改变了其自然状态下的土壤平衡，对土壤性质产生一定的负面影响。该研究从大棚土壤出发，通过探讨大棚棚龄对大棚土壤中重金属及盐分含量的影响，以期为今后采取有效地污染防治措施来提高农产品品质和保护人类的健康提供理论依据。

1 棚龄对大棚土壤重金属含量的影响

1.1 大棚土壤中重金属污染现状与棚龄的相关性

研究表明[1-3]，大棚土壤在大棚使用初期并未有重金属超标现象，但随着大棚使用年限的增加其重金属含量也会增加。李云见等[2]研究发现，大棚土壤中包括Pb、Zn、Cu等重金属的含量随棚龄的增加而增加，且这3种重金属的含量与棚龄呈极显著正相关，但Cd含量随棚龄的增加变化不大。将土壤环境背景值与土壤重金属含量进行比较，发现其含量均在国家环境质量标准范围内，表明该地区土壤未被污染。杜慧玲等[3]报道，随大棚使用年限增加，重金属元素 As、Hg、Cr、Pb、Cu、Cd 的含量也呈极显著正相关趋势增加，根据我国农业行业标准，除Hg超标1.5%外，其他各重金属元素的含量均在允许范围内。但是，当大棚土壤中重金属元素含量累积到一定程度时，将会对植物、人类造成危害。

李德成等[1]研究表明，江苏盐城地区蔬菜大棚土壤中重金属元素 As、Cd、Co、Fe、Mn、Mo、Cr、Cu、Hg、Zn、Pb和Ni的含量总体上是随棚龄的增加而增加的。第1年蔬菜大棚土壤中的重金属元素含量明显较低，可能是因为在露天大田改成设施大棚时一般要进行土壤深翻处理(深度为1 m左右)，而大田中表层土壤的重金属元素含量一般远高于深层土壤(50 cm以下)，从而使初期大棚的重金属含量较低，与大田土壤状况相比，一定使用年限的蔬菜大棚土壤中重金属元素含量会有所增加。

目前，尽管该研究区蔬菜大棚土壤中的重金属含量依然介于安全范围内，但外界投入条件的改变可能会随时打破这一动态平衡，因此，必须在今后蔬菜大棚生产和发展中予以重视。

1.2 大棚土壤重金属含量变化的原因

研究表明[1]，导致土壤中重金属含量增加的原因一般有农用薄膜残留、污灌、农药以及施肥等。目前，该研究区的水体污染并不严重，且国家对蔬菜大棚生产中农药施用标准的规定也非常严格，因此，农药和灌溉并非是导致该地区蔬菜大棚土壤中重金属含量增加的主要原因。施肥过量引起土壤中重金属元素含量增加的现象在世界各地均有发生[4]，而施用的含钙镁磷肥的复合肥以及家禽粪便等有机肥其成分中均含有一定量的重金属元素，这也可能是导致蔬菜大棚土壤中重金属元素含量增加的另外一个原因。

此外，大量使用地膜限制了土壤与外界物质的交换。大面积灌溉和强降雨时，在裸露的地表上，有相当数量的水分可迅速通过大孔隙(包括植物根孔、生物孔穴和裂隙)渗透，从而到达深层土壤或直接进入地下水，这可以带走部分重金属元素[5]。而薄膜覆盖在一定程度上使雨水难以渗透到土壤中，这部分原本可以被带走的重金属滞留在土壤中破坏了土壤的结构，这样也使大棚土壤中重金属含量增加。

1.3 重金属对农作物生长的影响

施用适宜浓度的重金属会对植物起到一定的刺激作用，从而达到增加作物产量的目的，但是随着浓度的增加会抑制作物的正常生长，从而造成作物减产，甚至绝产[6]。生长在重金属污染的环境中，过量的重金属元素被植株体吸收，损害了植物细胞膜系统，从而进一步影响植物细胞器的功能与结构，导致植物体内的各种生理及生化过程发生紊乱。如植物体中叶绿素的合成遭到抑制或破坏，降低了植物中叶绿素含量，从而影响与植物生长相关的酶的活性[7-9]，降低或抑制了植物的光合作用，最终过量消耗了供给植物生长的物质和能量，从而使植物生长受到抑制。

李秀珍等[10]研究表明，即使是耐性较强的品种，为了保持细胞正常功能，适应逆境，必然要过度消耗植物生长过程中的有效能量。最终损害机体功能，抑制正常生长或死亡。所以，当植物生长环境中的重金属元素含量超过一定浓度时，植物的生长发育就会受到影响。

2 棚龄对大棚土壤盐分含量的影响

2.1 大棚土壤中盐渍化现状与棚龄的相关性

研究表明[11-12]，大棚土壤中盐分的含量随着棚龄的增加而增加，且一些水溶性盐的含量比一般露天菜地高。魏迎春等[11]以露天菜地为对照，运用相关性及方差分析方法，分析了杨凌地区不同种植年限的大棚土壤水溶性盐分的变化特性。结果发现，大棚土壤中水溶性总盐含量与电导率（EC）比露天蔬菜土壤明显偏高，且随栽培年限的延长总盐含量与EC值逐渐升高。杜连凤等[12]通过调查取样的方法研究了河北省藁城市不同棚龄大棚的土壤盐分累积状况，结果表明大棚土壤的可溶盐分明显高于相邻土壤，各土层的增加幅度也有一定的差异。其中，0～20 cm土层盐分含量最高,且随着深度的增加盐分含量呈递减趋势。与相邻土壤比较，大棚土壤中除HCO3-含量有降低趋势外，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、SO42-、NO3和-Cl-离子含量都有一定程度的累积，且随棚龄的增加表现出一定的分布和累积规律。与相邻土壤比较，大棚土壤的水溶态磷的含量也有显著增加。各离子含量与EC值间存在显著或极显著相关性，其中以Mg2+、Ca2+和NO3-与EC值的相关系数最高。因此，大棚土壤盐渍化趋势随栽培年限的延长越来越明显。

2.2 大棚土壤盐分含量变化的原因

造成大棚土壤盐渍化的主要原因是化学肥料的大量使用，此外，耕作、灌溉等管理方式不当也是造成棚内土壤盐渍化的重要原因[13]。大棚的复种指数高于田间露地，施肥量大，另外由于大棚土壤长期处于高温、高湿的特殊生态环境条件下，加上无降水淋洗和土地的超负荷利用导致土壤物理及化学结构发生了改变，随着栽培年限的不断增加，土壤也容易出现不同程度的盐渍化[13]。合理施肥可以减轻或防止土壤盐渍化，延长大棚使用年限。增加有机肥的施用比例，是目前公认的最为有效的措施[14]。

有研究表明，施用半腐熟的有机肥能够有效防治设施土壤盐渍化,分析其原因是有机肥在分解过程中，消耗了土壤盐分中的氮源，被土壤中的微生物暂时固定，从而使土壤溶液中的盐分浓度有所降低；另外，有机肥还能吸收一部分盐分以及阻断部分毛管水流，起到抑制盐分聚集的作用。同时水盐运移也是影响盐分分布的重要原因，因此，应从灌水和栽培管理等方面进行优化，减少盐分的积累起到防治土壤盐渍化的目的[15]。

2.3 盐分含量对农作物生长的影响

土壤盐分过高是制约作物产量增加的主要原因，会导致作物尤其是灌溉农业的作物减产。盐胁迫会降低水势并导致离子失衡，影响几乎作物所有的重要生命过程[16]，同时盐分又是植物生长过程中不可缺少的物质。植物体内各种有机物的积累几乎都依赖于土壤中盐分的供应，但如果处于高浓度盐胁迫情况下，植物正常的生命活动就会受到限制甚至引起植株死亡。植物的外部形态、内部结构以及生理生化等方面将发生一系列的变化，如质膜结构损伤和其物质组分改变，酶活性发生变化，蛋白质合成受到抑制，有毒代谢产物的积累等[17]。

3 结论

综上所述，大棚土壤的重金属和盐分含量过高都对作物的生长造成了一定的负面影响。土壤重金属污染和盐渍化首先应从控制污染源抓起，要充分认识土壤重金属污染的隐匿性、长期性、不可逆性以及不能完全被分解或消逝的特点及盐分产生的原因，从根本上进行治理和改善[18]。发展大棚蔬菜是优化农业产业结构和实现促农增收的有效途径，从而实现经济效益、生态效益和社会效益的和谐统一。

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