兰州市日光温室土壤盐分积累及离子组成变化特征

杨思存，霍　琳，王成宝，姜万礼（甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070）

兰州市日光温室土壤盐分积累及离子组成变化特征

杨思存，霍琳，王成宝，姜万礼
（甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070）

为探讨兰州市日光温室土壤盐分积累和离子组成变化特点，通过对不同耕地利用方式和种植年限条件下土壤的取样调查，分析了盐分积累特征及耕层土壤盐分离子组成变化特点，结果表明：耕地利用方式、种植年限、土壤通透性、农户经营管理水平等，都会影响日光温室土壤盐分积累和离子组成变化，普通粮田改为日光温室种植后，0～100 cm土层含盐量普遍增加，增幅达到了17.56%～29.77%，盐分表聚现象明显，耕层（0～20 cm）土壤含盐量平均增加了40%以上；随着种植年限的延长，日光温室耕层土壤盐分含量持续增加，累积量最大的离子是和Na+，阴离子的积累量显著高于阳离子，阴离子的组成从以为主变为以和为主，阳离子的组成始终以Ca2+为主，同时K+和Na+的含量大幅度增加。盐分的大量累积，以及等离子的相对富集，不仅会对蔬菜生长造成生理毒害、养分供需失衡、品质下降，还会引起土壤酸化、地下水污染等环境问题。

日光温室；盐分积累；离子组成；种植年限；兰州市

杨思存，霍琳，王成宝，等.兰州市日光温室土壤盐分积累及离子组成变化特征［J］.农业环境科学学报，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.

蔬菜产业是兰州市农产品中商品量最大、市场潜力最好、外销量最高、发展最为活跃的一个重要优势产业，在保障兰州市民冬春淡季新鲜蔬菜需求中的地位和作用越来越突出。从1994年开始，兰州市政府就实施了以日光温室为主的科技战略，经过20多年的生产和经营，种植面积已超过了2000 hm2，并形成了自己的特色，在稳定占有省内和国内市场的同时，也带动了加工业、运销业和贮藏业的发展，成为兰州市农业结构战略性调整的一个重要方向和农业增效、农民增收的一项有效手段［1］。由于日光温室蔬菜栽培具有位置相对固定、生长期短、复种茬口多、土壤耕作频繁等特点，菜农为获得更高的产量及产值，不惜成本地大量施用化肥，不仅增加了生产成本，还导致盐分在表层土壤富集，造成土壤次生盐渍化，影响了蔬菜产量和品质，并对土壤环境造成潜在的威胁［2-4］。大量研究表明，土壤盐渍化已成为制约设施农业生产的一个重要障碍因子［5-7］，在深处内陆腹地的兰州市也是如此，很多温室经过连续几年的种植后土壤性质已明显变差，土壤表面甚至出现盐霜，有些温室已弃耕，严重制约了这一产业的可持续发展。因此，深入系统地研究温室土壤盐渍化形成机理及其调控技术研究，提高温室土壤管理水平，对于兰州市温室蔬菜产业的可持续发展都具有重要的理论和实践意义。兰州市日光温室生产区土壤母质类型、水文地质条件和区域农户经营管理水平等都存在着很大差异，关于本地温室栽培方式下蔬菜合理施肥及土壤盐分累积状况的研究尚鲜见报道。我们选择3个典型区域开展了耕地利用方式和连作年限对日光温室土壤盐分积累、离子组成变化影响的研究，旨在为兰州市日光温室蔬菜产业的发展提供参考依据。

1　材料和方法

1.1供试土壤

1.1.1基本概况

选择榆中县来紫堡乡骆驼巷村、皋兰县西岔镇团庄村和红古区金沙台农业科技示范园具有代表性的日光温室及相邻普通粮田和露地蔬菜，通过现场访谈和发放调查问卷，了解采样区农户的建棚时间、种植面积、主栽品种、轮作制度、土壤条件、产量产值、肥料种类、施肥量、施肥时期、施肥方法及比例、土壤管理及施肥经验、肥料占投资的比例等。研究区采样点的基本概况见表1。

表1　不同采样区域日光温室生产概况Table 1 General information of greenhouse cultivation in different regions

1.1.2采样方法

在榆中县来紫堡乡骆驼巷村、皋兰县西岔镇团庄村和红古区金沙台农业科技示范园区日光温室相对集中的区域，选择棚龄分别为1年、3年、5年、8年、10年、12年、15年的3个具有典型代表性棚作为重复（红古区金沙台农业科技示范园区没有8年以上的棚，皋兰县西岔镇团庄村没有12年和15年的棚），并分别选择3～5块与日光温室相邻的普通粮田和露地蔬菜作为对照。根据每个棚或每块地的大小按“S”型布点，按照5点采样法采集0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土样，将相同层次的土样充分混合后代表该样点土样，采集的土样带回实验室后自然风干，研磨、过筛（2 mm）后装瓶备用。日光温室土壤样品的采集在6月下旬蔬菜收获后进行，普通粮田和露地蔬菜土壤样品的采集在10月上旬蔬菜和粮田作物收获后进行。

1.2测定项目及方法

土壤样品室内分析选取的指标为0～100 cm各土层水溶性盐分总量和耕层土样（0～20 cm）盐分离子。土壤浸提液的制备采用去离子水，按水土比5∶1混合，振荡5 min，离心，过0.45 μm滤纸所得。水溶性盐分总量采用干残渣法；用双指示剂盐酸滴定法；Cl-用AgNO3滴定法用EDTA间接滴定法；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，连续流动注射分析仪测定（Skalar San++）。

1.3数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件处理数据及制图，用SAS8.0统计软件进行统计分析。

2　结果与分析

2.1日光温室土壤剖面盐分含量特征

2.1.1不同区域日光温室间的差异

从图1可以看出，普通粮田土壤剖面含盐量相对较低，平均含量只有1.91～2.04 g·kg-1，分布比较均一，各土层间的含量差异相对较小。普通粮田改为种植露地蔬菜后，虽然施肥量和灌溉量都加大，但0～100 cm土层含盐量变化并不大，增幅在0.95%～1.86%，即便是耕层土壤（0～20 cm）也没有过多盐分积累，只增加了1.52%。普通粮田改为日光温室种植后，耕作栽培措施发生了重大变化，施肥量和灌水量的大幅度增加，导致了盐分离子向下淋洗量的增加，造成0～100 cm土层含盐量普遍增加，增幅达到了17.56%～29.77%。同时，由于日光温室是一个封闭的环境，内部温度相对较高，土壤蒸发量和作物蒸腾量很大，盐分离子又会随着土壤水分的向上运动而逐渐向表层迁移、聚积，出现明显的表聚现象，使得耕层土壤（0～20 cm）盐分含量比相邻普通粮田平均增加了40%以上。这种增加会抑制蔬菜根系对水肥的吸收，造成明显的盐分胁迫现象［2，5］。

图1　不同地区日光温室土壤盐分的剖面变化Figure 1 Variation of salt content in greenhouse soil profiles in different regions

由于有机肥和化肥的投入水平不同，造成了不同区域土层的土壤含盐量差异，而且这种影响在耕层表现得更加突出。榆中县来紫堡乡骆驼巷村有机肥和化肥投入相对较高，盐分平均含量也最高，达到3.58 g· kg-1；皋兰县西岔镇团庄村有机肥和化肥投入略低，盐分平均含量也略低，为3.15 g·kg-1；红古区金沙台农业科技示范园区几乎没有有机肥投入，化肥施用量也不高，因此盐分平均含量最低，只有2.94 g·kg-1。三个地区土壤剖面中盐分的分布，明显受到土壤类型、土体构型、土层深度和地下水位等的影响。榆中骆驼巷土层深度在1.5 m左右，下层为沙石层，皋兰团庄土层深厚，没有障碍层，土体通透性都很好，土壤剖面中的盐分随灌水淋出了1 m土层，虽然在0～20 cm和20～40 cm土层有返盐情况发生，但总体而言，两地日光温室土壤剖面中的含盐量都随着深度的加深而呈下降趋势。红古金沙台土层也比较深，但在1 m左右有一层红胶泥层，阻碍了土壤盐分和水分的下渗，导致盐分在下层聚集，越往下层土壤盐分含量越高。

2.1.2不同种植年限日光温室间的差异

日光温室高出普通粮田4～10倍的肥料投入，这几乎是蔬菜实际需肥量的6～8倍，再加上棚室特殊的环境（密闭、高温、高湿、低淋溶），极易导致土壤发生次生盐渍化［7，9-10］。从表2可以看出，随着种植年限的延长，三个地区日光温室土壤剖面盐分含量都呈明显增加趋势，只是在盐分分布上榆中骆驼巷和皋兰团庄表现为表聚型，红谷金沙台表现为底聚型。榆中骆驼巷日光温室耕层土壤含盐量在种植的第1年为2.64g·kg-1，第5年时增加了18.6%，第10年时增加了46.6%，第15年时增加了77.3%，含盐量已高达4.68 g·kg-1。相比较而言，皋兰团庄和红谷金沙台的增幅略小，但在第5年时也分别增加了21.0%和23.7%。20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层也表现出了相同的趋势，土壤含盐量都是随着种植年限的延长而增加，同一种植年限相同土层含盐量的增幅变化趋势与耕层是一致的，都是榆中骆驼巷＞皋兰团庄＞红谷金沙台。这既与不同地区的土壤类型、土体构造等有关，也与当地农户的灌溉、施肥和所种植的蔬菜类型等生产管理情况有关。

2.2日光温室耕层土壤盐分离子含量及其组成变化特点

2.2.1不同区域日光温室间的差异

从表3、表4可以看出，耕地利用方式对耕层土壤盐分离子含量影响很大。普通粮田和露地蔬菜的阴离子以为主，占阴离子总量的35.17%～38.83%，其次是Cl-和，分别占17.72%～24.11%和22.82%～25.00%；阳离子以Ca2+为主，占阳离子总量的32.72%～40.76%，其次是Na+，占28.22%～32.34%。改为日光温室种植后，由于施肥量大幅度增加，导致盐分总量也有了大幅度增加，阴离子中的和、阳离子中的Ca2+和Na+成为累积量最大的离子，特别是的含量分别高达对应普通粮田、露地蔬菜的4.1倍和2.9倍，成为决定盐分含量高低的主导因素。同时，随着各种离子的大量累积以及某些离子的相对富集，也导致土壤中盐分离子的组成发生了变化，阴离子中的和Cl-所占比例分别降低了10.4%～18.4%和7.9%～12.3%和分别增加了14.6%～23.6%和3.7%～7.2%；阳离子中的Ca2+和Mg2+含量虽然都有所增加，但所占比例分别降低了4.4%～7.3%和1.9%～3.0%，K+和Na+分别增加了7.0%～9.0%和0.2%～0.6%。

表2　不同种植年限日光温室土壤盐分的剖面变化Table 2 Variation of salt content in greenhouse soil profile under different planting ages

表3　不同地区日光温室土壤耕层（0～20 cm）阴离子含量及其组成变化Table 3 Content and composition of anions in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil in different regions

表4　不同地区日光温室土壤耕层（0～20 cm）阳离子含量及其组成变化Table 4 Content and composition of cations in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil in different regions

从不同区域来看，由于耕地利用方式和区域农户经营管理水平（施肥水平、灌溉量、轮作模式等）等不同，三个地区日光温室耕层土壤盐分离子的含量均有差异（表3、表4）。和Cl-都是红古金沙台＞皋兰团庄＞榆中骆驼巷，、Ca2+、K+和Na+都是榆中骆驼巷＞皋兰团庄＞红古金沙台。从耕层土壤中的阴离子组成比例来看，三地都以和为主，占到了阴离子总量的60%左右，其中榆中骆驼巷最高（36.49%），超过了（31.78%），可能与日光温室种植的年限更长有关；皋兰团庄和所占比例都在30%左右和Cl-也相对较高，分别占24.8% 和13.8%；红古金沙台阴离子中和，都在28%左右，Cl-占16%，相对较高。从耕层土壤中的阳离子组成比例来看，三个地区都是Ca2+最高，所占比例在33%左右，皋兰团庄＞榆中骆驼巷＞红古金沙台；其次是Na+，所占比例在31%左右，地区间差异不大，榆中骆驼巷＞皋兰团庄＞红古金沙台；再次是K+，所占比例在22%左右，地区间差异也不大；Mg2+在阳离子组成中所占的比例最小，在13%左右，红古金沙台＞皋兰团庄＞榆中骆驼巷。

2.2.2不同种植年限日光温室间的差异

从不同种植年限的日光温室来看，随着种植年限的延长，耕层土壤盐分含量在不断增加（表5、表6）。累积量最大的阴离子是和，且这两种离子的含量在很大程度上决定了不同种植年限日光温室耕层土壤盐分含量的高低。与第1年相比含量在第5年、第10年和第15年分别达到了1.7、2.6、3.4倍左右含量分别达到了1.3、1.8、2.3倍左右和Cl-含量均呈下降趋势，在第5年、第10年和第15年分别下降了4%、25%、45%和11%、29%、28%左右。随着种植年限的增加，4种阳离子在土壤中的累积量都在增加，但增幅明显低于阴离子。与第1年相比，K+含量在第5年、第10年和第15年分别达到了0.9、2.2、3.4倍左右，Na+含量分别达到了1.3、1.9、2.2倍左右；Ca2+含量分别平均增加了35.7%、39.1%和65.7%，Mg2+含量变化相对较小，分别平均增加了21.1%、29.0%和51.1%。

表5　不同种植年限日光温室土壤耕层（0～20 cm）阴离子含量及其组成变化Table 5 Content and composition of anions in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil of different planting ages

表6　不同种植年限日光温室土壤耕层（0～20 cm）阳离子含量及其组成变化Table 6 Content and composition of cations in topsoil（0～20 cm）of greenhouse soil of different planting ages

随着种植年限的延长，盐分离子的组成也发生了变化（表5、表6）。第1年时，土壤中的阴离子以为主，平均占到了阴离子总量的31.8%，其次是占28.0%，平均只占21.6%；到第5年时，土壤中的阴离子以和为主，分别占到了30.1%和30.5%所占比例下降到25.6%；从第8年开始，土壤中的阴离子已经是以为主，占到了33.5%，第10、12、15年时分别占到了阴离子总量的38.5%、46.1%和46.8%，成为影响土壤含盐量的主要因素；Cl-所占比例在13.5%左右，一直呈下降趋势，阴离子组成的变化巨大。阳离子的组成变化不大，Ca2+所占比例虽然在不同种植年限间表现出了增减变化，但基本上维持在40%左右，始终是土壤中最主要的阳离子；其次是Na+，年际间变幅不大，维持在32%左右；K+所占比例在15%左右，始终呈增加趋势；Mg2+所占比例在13%左右，始终呈降低趋势。

3　讨论

土壤盐分大量积累是日光温室蔬菜生产最主要的特征和限制因子，也是国内外温室栽培中普遍存在的技术难题［11-13］。随着种植年限的延长，盐分在土壤中的积累过程和程度则不尽相同。余海英等［9］研究表明，设施土壤连续种植到4年左右为盐分累积的高峰期，平均含盐量达到1 861.28 mg·kg-1，已超过所种作物的生育障碍临界点；曾希柏等［14］研究表明，设施菜地全盐含量变化的转折点出现在连续种植10年左右；吴凤芝等［15］研究表明，大棚土壤总盐量高于露地2.1～13.4倍，施肥技术直接影响盐类的积累。本研究表明，随着种植年限的延长，土壤盐分含量一直是增加的，即便是连续种植15年，含盐量也只达到普通粮田的2.3倍。这与吕福堂等、范亚娜等的研究结论是一致的［16-17］，原因主要在于：一是气候条件，兰州地处内陆，半干旱，气候干燥，日照充足，易导致土壤盐表聚；二是兰州的土壤通透性都较好，地下水并没有参与土壤返盐过程；三是蔬菜栽培的茬次频繁程度，施肥的次数和量较低，没有造成土壤盐大量输入；四是栽培习惯，每年6月中旬上茬蔬菜收获结束后至9月上旬下茬蔬菜种植前，有个揭棚晾晒过程，而这三个月正值该地区降雨集中，有一部分土壤盐分被降雨淋出了1 m土层；五是轮作制度，有些农户习惯在正茬蔬菜收获后种植一季甜（糯）玉米或速生型叶菜，吸收了一部分耕层土壤中积累的肥料养分和盐分离子；六是土壤母质，兰州是石灰性土壤，普通粮田的盐分含量本身就高，致使盐分积累程度的差异并没有那么悬殊。

土壤盐分积累过多会造成作物根际土壤溶液渗透势下降，从而使作物发芽及根系对水、肥的吸收受到影响，作物会出现明显的生理性干旱和生长不良反应。杨月红等［24］认为：一般植物在土壤盐分含量达到1 g·kg-1时，其正常生长就会受到影响；达到2～5 g·kg-1时，根系吸水困难；高于4 g·kg-1时，植物体内水分易外渗，生长速率显著下降，甚至导致植物死亡。而兰州市日光温室种植区耕层土壤的含盐量在2.57～4.68 g· kg-1之间，远远超出了蔬菜正常生长的耐盐极限，作者实地调查中也发现，榆中骆驼巷和皋兰团庄的日光温室种植到8年左右就会普遍出现蔬菜生长不良、土传病害加重等问题，从而导致蔬菜减产甚至绝收。这与土壤次生盐渍化的危害密切相关。是兰州市温室土壤中积累最多的盐分离子之一，平均含量在0.6 g·kg-1左右，占阴离子总量的30%以上。这种积累不仅会造成的单盐毒害，也可能打破土壤养分平衡，给蔬菜的养分均衡吸收带来影响，最终导致蔬菜产量与品质下降。有资料表明，当Cl-的含量达到0.10 g·kg-1时，便会对蔬菜作物生长产生抑制作用［25］。兰州市温室土壤中Cl-所占比例不高且含量一直下降，但95%采样点的Cl-含量都超过了0.2 g·kg-1，虽然这与土壤母质Cl-含量高有关，但这对蔬菜生长造成影响是必然的。魏国强等［26］、杨秀玲等［27］的研究表明，Na+胁迫下黄瓜幼苗株高、地上和地下部鲜重及根冠比等都显著降低；王宝山等［28］认为大量Na+破坏了作物体内的离子平衡，特别是Ca2+的平衡，使得Ca2+介导的CaM调节系统和磷酸醇调节系统失调，细胞代谢紊乱甚至伤害死亡。而兰州市温室土壤中Na+含量一直呈增加趋势，第8年时已超过了0.5 g·kg-1，占阳离子总量的比例也始终在30%以上，必然会对蔬菜的生长造成严重影响。

4　结论

（1）兰州市日光温室含盐量与普通粮田、露地蔬菜相比明显增加，区域间盐分含量变异较大。

（2）普通粮田改为日光温室种植后，不同层次的土壤可溶性盐分都有大幅度增加，榆中骆驼巷和皋兰团庄土体通透性好，剖面含盐量随土层深度增加而下降，红古金沙台由于有红胶泥层的阻碍，导致盐分在上层和下层都有聚集。

（3）随着种植年限的延长，日光温室耕层土壤盐分含量持续增加，累积量最大的离子是、、Ca2+和Na+，阴离子积累量显著高于阳离子，阴离子组成从以为主变成了以和为主，阳离子组成始终以Ca2+为主，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

甘肃省农业科学院科技创新专项（2015GAAS03）；兰州市科技攻关计划项目（06-2-32，07-1-01）

杨思存（1971—），男，甘肃靖远人，副研究员，主要从事土壤养分管理及盐碱地改良利用研究。E-mail：yangsicun@sina.com