保護地土壤生態(tài)問題及其防治措施的研究

1、保護地土壤生態(tài)問題及其防治措施的研究摘要:從土壤次生鹽漬化、土壤板結(jié)、土壤酸化、土壤病蟲害等方面分析了目前規(guī)?；谋Ｗo地中出現(xiàn)的土壤生態(tài)問題,提出了相應(yīng)問題的具體防治措施,并在此基礎(chǔ)上指出了該領(lǐng)域今后應(yīng)加強的研究方向。關(guān)鍵詞:保護地;土壤生態(tài)問題;防治措施 保護地土壤不同于其它露地土壤,由于其內(nèi)部高溫、缺少雨水淋洗、蒸發(fā)強烈,再加上大量施肥等因素的影響,使表層土壤鹽分積累,且隨著保護地使用年限的增加,土壤次生鹽漬化、土壤板結(jié)、酸化及病蟲害等生態(tài)問題日益加重,故常引起各種作物的生理障礙15。目前,因蔬菜經(jīng)濟效益顯著,保護地的種植主要以蔬菜為主,其種植面積達1 600多萬hm2,約占世界種植面積的

2、35%。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)迅猛發(fā)展的同時,引發(fā)了一系列生態(tài)問題,嚴重影響了蔬菜生產(chǎn)和農(nóng)民收益,日本相馬曉研究表明6,ec值的上升伴隨著對營養(yǎng)元素吸收量的降低和生長的抑制。因此,對于保護地土壤的生態(tài)問題,已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的一大問題。一、保護地土壤生態(tài)問題的表現(xiàn)就環(huán)境因素而言,保護地處于一封閉環(huán)境,其內(nèi)氣溫、土溫、土壤濕度較外部高,因而原生礦物風化強烈,礦物中離子釋放加快;從人為管理措施角度看,保護地內(nèi)施肥量相當高,每年投入大量的化肥,同時還有大量有機肥的投入,作物對肥料都存在選擇吸收,不能被吸收的成分不受雨水直接沖刷,則會殘留在土壤中而產(chǎn)生積累。因此,就其生態(tài)問題主要表現(xiàn)在以下幾方面。1、土

3、壤次生鹽漬化次生鹽漬化土壤是指由于人為因素的影響引起含鹽地下水位的上升,使非鹽漬化土壤或已經(jīng)得到改良的鹽漬化土壤經(jīng)過演變成為鹽漬化土壤。對于引發(fā)保護地次生鹽漬化的原因歸納起來主要有兩個方面。其原因之一是由于化肥用量大,利用率低,殘留土體中多。在保護地中,據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計資料表明,化肥增產(chǎn)作用約占40%60%,我國農(nóng)業(yè)部也認為在40%左右。但氮、磷、鉀利用率分別在13%15%、8.9%、30%40%。在一些地區(qū),往往較長時間內(nèi)偏施某一肥料,尤其以鹽分較多的雞糞為主,進而將一些鹽分帶到土壤中。設(shè)施內(nèi)環(huán)境與露地差異較大,由于雨水沖刷時間短,溫度較高,土壤水分被植被植株吸收量和蒸發(fā)量較大,地下水中

4、鹽分隨水帶到耕層而積累。孫松發(fā)等7研究發(fā)現(xiàn),溫室土壤次生鹽漬化成因中的主要因素是土壤得不到雨水淋洗,溫室中表層土壤鹽分含量與大氣積溫有很好的相關(guān)關(guān)系。據(jù)肖千明等研究8,n素施用量與土壤中no-3-n呈正相關(guān),是土壤發(fā)生次生鹽漬化的主要原因。鹽分在土壤垂直剖面上分布的不均勻性是鹽分積累和土壤次生鹽漬化發(fā)生的另一重要原因。據(jù)調(diào)查,溫室內(nèi)土壤溶液的電導(dǎo)率從下層向地表方向呈梯度遞增,表層土壤的電導(dǎo)率一般較下層土壤高13倍。李文慶等人9研究,保護地鹽分在土體中的分布一般是表層含量高,向下逐漸減少,在不同土壤上鹽分的組成有一定差異。其中no-3-n占陰離子總量的70%左右,其含量達300400 mg/kg

5、,有的高達700 mg/kg10。李先珍等11也研究認為,硝酸根是保護地土壤鹽漬化增加最多的成分,形成了多種硝酸鹽,從而提高了土壤溶液的鹽濃度和滲透壓。通過在西南區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)查發(fā)現(xiàn),與露地土壤相比,不管利用年限如何,保護地土壤硝酸鹽含量均顯著增加,鹽分隨著硝酸鹽含量的增加而增加。薛繼澄等報道12,05cm土壤含鹽量在0.1%0.5%,高的可達0.88%。栽培5年的保護地,表層鹽分含量比露地增加了45倍。2、土壤板結(jié)由于長期施入磷酸二銨、尿素、硫酸銨,加之用水不合理,灌水次數(shù)頻繁,引起地下水位進一步上升,礦化度增大,土壤團粒結(jié)構(gòu)被破壞,大孔隙減少,通透性變差,毛管作用增強,鹽分表積逐漸加劇,造成不

6、同程度的土壤板結(jié)。主要表現(xiàn)是土壤容重增大,土壤通氣孔隙比例相對降低,耕作層變淺,土壤通氣透水性變差,物理性狀不良13,14。3、土壤酸化為了追求保護地單產(chǎn),長期施用化學(xué)肥料和有機肥,尤其是生理酸性肥料和沒有腐熟完全的有機肥料,致使土體中有機肥施用不足,有機質(zhì)含量降低,土壤的緩沖性減弱,進而導(dǎo)致保護地土壤的酸化。許多研究表明8,1517,保護地蔬菜土壤ph值隨種植年限的增加呈逐年下降的趨勢。種植36年的保護地土壤,ph值比露地土壤降低了0.5個單位;種值13年的保護地,土壤酸度值最低的已經(jīng)降到ph 4.31,土壤酸化現(xiàn)象非常嚴重。嚴重時產(chǎn)生酸害,使作物生長緩慢,有時發(fā)生生長點壞死和死苗等現(xiàn)象。造

7、成上述原因是低ph值下、h+會對作物產(chǎn)生直接危害、破壞生物膜使其透性增加、降低土壤微生物活性、影響作物根系發(fā)育,嚴重時造成根尖死亡。同時、低ph值下、游離鋁和交換性鋁濃度過高、還原態(tài)錳濃度過大、鋁、錳等元素過多,影響酶的活性,抑制根細胞分裂和膜結(jié)構(gòu),影響礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收、運輸和生物功能。而且,土壤養(yǎng)分有效性下降、引起氮、磷、鉀、鈣、鎂、鋁等多種養(yǎng)分的缺乏。4、土壤微生物與病蟲害由于保護地所處的特殊環(huán)境,使得土壤有益微生物的生長受到抑制,有害微生物大量繁殖,土壤微生物區(qū)系發(fā)生了很大變化,導(dǎo)致了微生物和無機物的自然平衡破壞,造成肥料分解轉(zhuǎn)化過程受阻,土壤病菌和病害蔓延。同時,隨著連作年限和次數(shù)的增多

8、,細菌的種類和數(shù)量減少,而有害真菌的種類和數(shù)量增加,寄生型長蠕孢菌大量滋生,作物病害嚴重13,16,18,19。造成這一原因是由于保護地土壤微生物區(qū)系失衡,有害微生物增加,土傳病害嚴重。有關(guān)調(diào)查表明20,引起蔬菜連作障礙70%的地塊是由于病蟲害所導(dǎo)致,由于大量化肥的使用,病原拮抗菌大量減少,導(dǎo)致病蟲害的進一步蔓延。保護地栽培比露天栽培能提高土壤中微生物的數(shù)量。但隨著連作年限的增加,土壤中有害真菌數(shù)量也增加,而細菌、放線菌的數(shù)量隨大棚種植年限的增加而減少。保護地栽培條件下土壤微生物數(shù)量高于露地;在保護地中,種植年限長的土壤微生物數(shù)量低于種植年限短的。二、保護地土壤生態(tài)問題的相應(yīng)對策針對與上述保護

9、地中出現(xiàn)的一系列土壤生態(tài)問題,可采取下列相應(yīng)措施去緩解或防治其作用進一步加劇。1、平衡施肥,重視微肥施用微生物肥料、有機無機復(fù)合肥及有機肥能提高作物產(chǎn)量,改善作物品質(zhì),提高作物的抗病性,這已在多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到充分證實。施用干雞糞的土壤ec值比未施用的下降20%25%3 ,21,22。因此,在集中施肥或大量施肥時,一定要考慮化肥的種類,與此同時應(yīng)根據(jù)前茬殘留的no3-n總量和目標產(chǎn)量確定最佳施氮量,充分利用土壤中殘留的no3-n,這是防治保護地土壤次生鹽漬化和硝酸鹽累積的重要途徑。2、合理用水,以水化鹽保護地土壤中累積的硝酸鹽原本是作物易吸收的養(yǎng)分,但因為濃度過高才導(dǎo)致根部吸收障礙。雙層暗管

10、排水、滴灌具有很強的淋洗鹽分的性能。楊建軍等人23研究灌水洗鹽對土壤鹽漬化程度和土壤養(yǎng)分的利弊關(guān)系,發(fā)現(xiàn)灌水洗鹽能很好地降低土壤鹽漬化程度、減少土壤硝態(tài)氮積累。張玉龍等24研究發(fā)現(xiàn),不同灌水方式對設(shè)施土壤鹽分積累狀況進行分析,滴灌最低,滲灌次之,溝灌最高,同時土壤ph值也發(fā)生變化。3、增加覆蓋,抑制返鹽使用作物秸稈是改良土壤次生鹽漬化的主要措施。其他禾本科作物秸稈的碳氮比大,施入土壤以后,在被微生物分解過程中,能夠同化土壤中的氮素,有效地降低土壤可溶鹽的濃度,達到改良土壤的目的,進而可防治鹽分隨水分蒸發(fā)積聚于地表。保護地內(nèi)畦面覆蓋地膜也有抑制表土積鹽的效果。地膜覆蓋可以降低土面蒸發(fā),減少隨水上

11、移的鹽分在土表積聚。張春蘭等人25先后對施用稻草及雞糞在減輕保護地土壤鹽分表聚中的效果進行了研究,結(jié)果表明其作用效果顯著。在國外,如荷蘭、加拿大、日本等常施用樹皮或桔稈等類有機物來防止保護地土壤鹽害的發(fā)生。據(jù)有關(guān)報道26,在夏季不揭膜的情況下,3年以上保護地含鹽量超過2.08 g/kg,14年和36年保護地05 cm土層含鹽量可達3.14 g/kg和7.11 g/kg.是露地土壤的410倍。而使用普通塑料薄膜的大棚季節(jié)性揭棚,土壤鹽分全年有明顯的消長過程。4、采用土壤改良劑與調(diào)理劑一些非金屬礦物質(zhì)(天然沸石、膨潤土等)既是天然的土壤改良劑,又是均衡土壤養(yǎng)分的緩沖劑,施入保護地,可改善土壤結(jié)構(gòu),

12、提高土壤養(yǎng)分有效性,凈化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,一般平均增產(chǎn)10%以上,可延長設(shè)施使用年限3年以上27,進而減少經(jīng)濟損失。5、雨季揭膜在雨季到來時,揭掉保護地上的塑料薄膜,使土壤得到充足的雨水淋洗,可使耕層土壤中多余鹽分隨水排走。及時排除雨水,能降低地下水位,減少土壤水蒸發(fā)積鹽,這是季節(jié)性覆蓋保護地最簡便有效的排鹽措施。6、翻土與客土,合理輪作、間套種以本土換本土是把底層含鹽濃度低的土壤翻至表層(耕作層),而把原含鹽濃度高的表層土壤翻至底層。由于土壤含鹽濃度高,換上的本土隨即處于潛在鹽漬化狀態(tài),這一方法隨可在某種程度上抑制鹽害。應(yīng)用間、套、輪作技術(shù)可使土壤鹽分上升變緩或有所下降。據(jù)研究在蘿卜地中栽辣椒和

13、在辣椒地中套莧菜,均可有效地降低保護地土壤表層的含鹽量,經(jīng)過1個月后,表土電導(dǎo)率可下降0.130.21 tms/cm。張春蘭等研究表明5,在番茄地上間種植玉米、黃瓜,均較連作能有效地降低保護地土壤表層的含鹽量。7、生物降解(使用半腐熟有機肥)通過種植耐鹽作物如田香、蘇丹草等措施進行生物除鹽,較方便,但效果有限28。施用半腐熟的有機肥對防治設(shè)施土壤次土鹽漬化更為有效,原因之一是在有機肥分解過程中、消耗了土壤鹽分中的氮源,土壤微生物暫時加以固定,從而降低了土壤溶液中鹽分的濃度;另一方面,有機肥還能吸收部分鹽分和阻斷部分毛管水流、由抑制鹽分聚集的作用。使用半腐熟有機肥,以肥壓鹽21,29。主要是在體

14、閑季節(jié),埋施半腐熟有機肥或作物秸稈,因其c/n比較大,在進一步腐熟過程中,土壤微生物吸收土壤溶液中的氮素,并加以固定,從而降低了保護地土壤中硝酸鹽的含量及滲透壓。8、煙霧劑熏蒸和土壤消毒滅菌煙霧劑熏蒸可有效減輕蔬菜病蟲危害,減少化學(xué)農(nóng)藥的殘留。在保護地內(nèi)部用硫磺粉拌鋸末點燃進行煙霧熏蒸,可防治白粉虱、紅蜘蛛及白粉病等。當前使用的煙霧劑由農(nóng)藥原藥和發(fā)熱劑、助燃劑等采用特殊方式配制而成,可起到殺菌防蟲的作用。另外,蒸汽消毒法可通過高壓密集的蒸汽,殺死土壤中的有害生物,改善土壤團粒結(jié)構(gòu),提高土壤通透性和排水性,無污染。蒸汽消毒的方法有地表覆膜消毒法、埋沒地下管道法以及負壓消毒法。發(fā)達國家已開發(fā)出專用

15、土壤消毒的可移動全自動蒸汽消毒機,在高效經(jīng)濟作物栽培中應(yīng)用。9、調(diào)節(jié)土壤酸堿度保護地內(nèi)土壤酸化是比較普遍和嚴重的障礙,因連作和施肥不合理,土壤中h+離子含量常比正常土壤高出10多倍,嚴重影響了作物生長。增施有機肥,提高土壤對酸堿的緩沖能力;盡量不用過磷酸鈣、氯化鉀等酸性和生理酸性肥料,改用鈣鎂磷肥、硫酸鉀等,這樣既可以調(diào)節(jié)土壤酸度,又可以補充鈣、鎂等元素;同時可使用石灰,明顯提高土壤ph值,并且能殺死土壤中的病菌。三、保護地土壤生態(tài)問題需要進一步研究的內(nèi)容綜上所述,對于保護地土壤生態(tài)問題上,雖然取得了一定的成就,但就以下問題,還需進一步研究。1、設(shè)施土壤水鹽運移機制及其規(guī)律土壤次生鹽漬化本質(zhì)上

16、是一個水鹽不平衡的問題,是鹽分的重新分配所引起。水分是土壤鹽分運移的載體,如何將水鹽平衡理論應(yīng)用與保護地中,并提出不同區(qū)域相應(yīng)的水鹽均衡指數(shù),建立鹽水土地處理系統(tǒng),指導(dǎo)保護地水分的管理。因此,對于保護地中水鹽平衡理論的正確運用,是揭示保護地次生鹽漬化本質(zhì)和有效防治其危害的重要途徑。2、設(shè)施土壤的平衡施肥薛繼澄認為22根據(jù)前茬殘留硝態(tài)氮來確定氮肥用量是防止設(shè)施土壤次生鹽漬化和硝酸鹽累積的最有效的措施。根據(jù)對保護地不同作物的需肥量和土壤中肥料的殘留量的測定,量化不同鹽分元素對作物的貢獻率,以此為基礎(chǔ),建立一個設(shè)施土壤的專家施肥系統(tǒng),指導(dǎo)設(shè)施土壤肥力管理,這樣既可降低成本,又可減少鹽分積累。3、保護

17、地土壤的水肥熱耦合狀況對土壤的影響因為保護地的土壤生態(tài)問題基本上由水、肥、熱因子所導(dǎo)致,但各因子相互作用的結(jié)果是導(dǎo)致保護地土壤生態(tài)問題的出現(xiàn)。因此,對于從其內(nèi)部的水肥熱耦合狀況著手研究,更能夠揭示各因子對保護地土壤的影響。4、設(shè)施土壤中氮氧化合物的排放對大氣的環(huán)境的效應(yīng)氮氧化合物是重要的溫室效應(yīng)氣體,它可導(dǎo)致全球氣溫升高,臭氧層破壞,再則n2o的濃度在大氣中可持久存在,難以得到控制,使其下降。張亞光等人研究表明30,設(shè)施栽培土壤n2o釋放通量比露地栽培土壤高1.39倍,灌水處理n2o釋放較未灌水處理高1.17倍。因此,對于不同區(qū)域,不同保護地的氮氧化合物排放的影響因素、排放規(guī)律及控制措施是亟待

18、解決的問題。5、設(shè)施土壤內(nèi)n、p等元素的積累的環(huán)境效應(yīng)保護地土壤的水溶態(tài)磷的含量較相鄰?fù)寥酪灿酗@著增加,各種離子含量與ec值間存在顯著或極顯著相關(guān)性,其中以ca2+、mg2+、no3-其與ec值的相關(guān)系數(shù)最高31。從環(huán)境角度來講,n、p元素的積累,一方面可造成肥料的浪費,且可導(dǎo)致保護地發(fā)生次生鹽漬化,進而影響作物生長及土壤的利用,同時可通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染。對于n、p素的在保護地中的變化規(guī)律及積累、遷移等作用過程應(yīng)進一步研究,一方面可提高氮、磷肥的利用率,同時也可便服務(wù)于面源污染的治理。6、設(shè)施土壤內(nèi)微生物區(qū)系及其土壤酶的變化機理目前,用于防治保護地土壤生態(tài)問題的辦法

19、有生物降解的方法,因為土壤酶可間接了解或預(yù)測土體內(nèi)部某些營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的強弱,尤其是氮、磷,但對于不同區(qū)域,就保護地土體內(nèi)部微生物區(qū)系及其土壤各種酶的變化機理,研究較少。參考文獻:1李文慶,李光德,駱洪義,等.大棚栽培對土壤鹽分狀況影響的研究j.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1995,26(2):165-169.2梁成華.蔬菜保護地土壤肥力特征及調(diào)控研究m.沈陽:沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),1996.3薛繼澄,畢德義,李家金,等.保護地栽培蔬菜生理障礙的土壤因子與對策j.土壤肥料,1994,(1):4-9.4孟鴻光.沈陽近郊溫室土壤特性調(diào)查研究j.土壤通報,2000,31(2):70-72.5張春蘭,張耀棟,周權(quán)鎖,等.

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