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《西北农林科技大学》 2007年
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温室土壤疲劳及其对蔬菜生长影响机理的研究

孙艳  
【摘要】: 疲劳是温室土壤普遍存在的问题,它不仅影响到温室土壤的可持续利用,还对温室蔬菜的食用安全构成威胁。因此,研究温室土壤的疲劳症状及其对蔬菜的影响机理,对合理利用和科学调配土壤、保持地力常新有重要意义。 本试验以陕西省泾阳县云阳镇不同种植年限日光温室土壤及邻近露地菜地土壤为试材,研究了温室土壤的疲劳症状;并以容重为指标,模拟了温室土壤的物理疲劳症,研究了其对黄瓜生长发育、产量、果实品质的影响,探讨了其对黄瓜产生影响的生理机理。获得的主要结果如下: 1.温室土壤化学疲劳的主要特征是酸化和盐渍化的同时发生,酸化和盐渍化过程有明显的阶段性特征。 温室土壤酸化的特点是:0~40cm土层中均有不同程度的酸化现象,在耕层中表现得更为强烈;土壤的酸化疲劳过程并不是持续进行,而是始于温室种植的初期阶段,且在初期阶段土壤酸化强度高,之后随着种植时间的延长,土壤抗酸化疲劳能力增强,酸化的速率明显减慢,pH变化相对较小,达到较为稳定状态,范围为7.75~7.98。温室土壤盐渍化疲劳现象明显。0~40cm范围内温室土壤剖面各土层盐分总量均高于露地土壤;同一剖面上下土层间差异明显,表现为“上重下轻”,尤其表层0~10cm土壤积盐程度较重,达到中度盐渍化程度。温室菜地土壤盐渍化过程与一般露地土壤的次生盐渍化过程(仅在表层持续累积盐分)有所不同,有其明显的时空变异特点:在温室种植的5年内盐分累积过程主要发生在0~10cm的表层土壤中,但随后盐分累积和淋溶移动过程同时进行,使土壤剖面上盐分含量在递增过程中也在剖面上逐渐均匀化,随着温室种植年限的进一步增加,又在较高水平基础上出现表聚过程。温室菜地土壤盐渍化过程呈现表聚过程与均匀化过程交替进行的特点。 2. NO_3~--N累积是温室土壤疲劳的主要营养症状。在0~40cm土层中温室土壤NO_3~--N含量均高于露地土壤,NO_3~--N的累积明显,且随种植菜年限的延长而递增。3种种植年限温室土壤在0~10cm土层中NO_3~--N的含量显著高于露地土壤。温室菜地土壤硝态氮累积过程也有其明显的特征,表现为:在温室种植的初期阶段硝态氮素主要是急剧的表聚过程,其后表聚过程缓慢进行,使0~10cm土层中NO_3~--N累积的速率减小,但发生累积作用的土层厚度在逐渐增加,累积深度(即NO_3~--N的深层淋溶)随着种植年限的延长而递增。 水溶性钙含量是土壤钙供给能力的强度指标,而交换性钙是土壤钙供给能力的容量指标。温室菜地土壤钙的供给强度和容量都在明显的变化着,随着温室种植年限的递增,土壤供钙的强度逐渐增加,容量却在逐渐减少。3种种植年限温室菜地土壤0~40cm土层中水溶性钙的含量均显著地高于露地土壤,温室种植年限越长,土壤中水溶性钙含量越高,而土壤胶体上钙离子的饱和度却在逐渐降低;随着温室种植年限的延长,土壤剖面中0~10cm土层和30~40cm土层中水溶性钙含量的增加显著,土壤剖面中水溶性钙的分异程度表现得越明显,显示出在土壤水溶性钙递增过程中还伴随着钙的深层移动淀积过程。水溶性钙的递增对增强土壤抗营养疲劳能力发挥了重要作用。土壤中水溶性钙含量的增加与土壤中硝态氮素累积和次生盐渍化关系密切。 温室土壤0~40cm土层中的有机质含量均高于露地土壤,随着温室种植年限的延长,土壤中有机质含量增大。土壤中有机质含量的增加既为保持土壤的抗各种疲劳症能力奠定了物质基础,也增加了土壤中钙的供给能力。 3.在0~10cm土层中,温室土壤的容重高于露地土壤,表明耕作栽培方式对表层土壤容重的影响程度较大,表层土壤紧实板结现象是温室菜地土壤物理疲劳的主要特征之一;供试土壤之间30~40cm土层的容重差异较小,表明耕作栽培方式对下层土壤容重的影响程度较小;10~20cm和20~30cm土层中,露地土壤的容重高于温室土壤。 4.在0~40cm土层范围中,露地土壤剖面中0.01mm物理性粘粒含量和0.001mm粘粒含量最高,而且各层之间差异很小,物理性粘粒和粘粒均无下移现象。而3种种植年限温室土壤剖面中0.01mm物理性粘粒含量和0.001mm粘粒含量均低于露地土壤,且在各层次之间差异愈来愈明显,表现为“上低下高”的剖面特征,物理性粘粒和粘粒均从上层向下层移动淀积即温室土壤的淀积粘化作用,且这种作用随种植时间的延长而加强。粘粒的移动在一定程度上削弱了耕层土壤抗疲劳的能力。 5.用干筛法测得的各级别团聚体含量及MWD指标评判,温室土壤团聚体的机械稳定性低于露地土壤,主要由温室土壤的次生盐渍化所致。 根据0.25mm水稳性团聚体含量、水稳性团聚体的MWD值、团聚体的破坏率及团聚体的原始稳定系数和崩解速率等指标评判,温室土壤团聚体的水稳性高于露地土壤,这与温室土壤中有机质的含量较高有关。因为有机质是土壤抵抗各种疲劳症能力的物质基础,有机质含量的增加,不仅可使土壤中0.25~10mm团聚体的含量增加,还使其的水稳性提高。 6.用Van Genuchten方程对供试原状土壤的持水特性进行了拟合,估算出水分特性曲线参数。供试土壤之间的参数---θs和n明显的不同,露地土壤的饱和含水量(θs)低于温室土壤,而n值则高于温室土壤。从各供试土壤水分特性曲线推算出了主要水分常数,供试土壤之间萎蔫系数差异不大;温室土壤的田间持水量和有效水含量均低于露地土壤,并随温室种植年限的延长而减小,但种植年限长于5年后,土壤田间持水量基本稳定,降幅很小。供试土壤有效水含量与 0.01mm物理性粘粒及 0.001mm粘粒含量之间关系密切。 供试土壤经过一次干湿交替过程后,温室土壤饱和含水量(θs)降低的程度均高于露地土壤,说明温室土壤水分物理性质脆弱,抗干湿交替作用破坏的能力低;温室土壤n值的增幅高于露地土壤,说明温室土壤的失水速率增大、土壤持水能力和抗旱能力明显下降。干湿交替的结果使温室土壤田间持水量减小,萎蔫系数增大,有效水含量也明显减少。 7.在实验室条件下以土壤容重为指标,模拟了温室土壤的物理疲劳症。研究了紧实对土壤水分蒸发过程的影响。紧实增强了土壤的蒸发速率,降低了土壤保墒性,使土壤抗疲劳能力有所降低。紧实土壤水分蒸发的速率及蒸发持续的时间均大于疏松土壤,因此水分的损失量大。 8.以容重为指标,用盆栽试验模拟了温室土壤的物理疲劳症,研究了紧实土壤对黄瓜生长发育、产量及果实品质的影响。紧实土壤抑制黄瓜的株高及茎粗,却使第4片叶的长和宽增加,展开的叶片数减小,黄叶数增加;根系伸长生长受阻,活力显著下降,对氮磷钾的吸收量减少,根冠比降低;第一雌花节位降低;果实的增大速度受到抑制,糖/酸比大幅度下降,风味变差;生物学产量、经济产量及经济系数减小。紧实土壤使黄瓜植株内部产生了一系列生理变化,相对电导率及丙二醛(MDA)含量升高,细胞膜的透性增大;可溶性蛋白质含量降低,叶片的生理机能下降;超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)活性增强,植株内部的防御系统启动;叶片的光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的电子传递活性(Fm /Fo)、光能的最大转化效率(Fv /Fm)及PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)降低, PSⅡ的光能利用率下降,光合作用减弱,光合速率(Pn)、气孔导度(GS)、蒸腾速率(E)及比叶重减小,胞间CO2浓度(Ci)增大。其原因是紧实土壤中CO_2浓度及CO_2的平均释放通量较大所致。
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