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设施栽培年限对设施土壤生态环境的影响及次生盐渍化土壤的改良

王楠  
【摘要】:作为一种高效的农业生产方式,设施农业在蔬菜和其它重要经济作物的反季节和跨地区栽培中发挥了重要作用,因此得到大面积的推广应用。但是,在设施作物生长过程中土壤缺少雨水淋洗,设施内温度高、湿度大,通气状况差,加之长期处于高度集约化、高复种指数和高肥料使用的生产状态,随着设施栽培年限的增加,以硝态氮大量积累为主要特征的次生盐渍化逐渐加剧,由此引发连作障碍、土壤板结、土壤酸化、微生物区系变化、有害气体增加和作物病虫害加剧等多种设施环境问题。次生盐渍化给设施作物的产量和质量带来严重的不利影响,严重威胁地下水安全和人体健康。传统的次生盐渍化土壤改良技术存在成本高、周期长、易形成二次污染等问题,发展新的改良技术和方法显得尤其重要。 本文以上海南汇现代农业园区的温室土壤为研究对象,考察了设施栽培年限对土壤理化性质、氮素形态和含量、微生物数量和酶活性的影响;将面粉、秸秆、有机肥等碳源和能够高效吸收利用硝态氮的耐盐微生物(NCT-2)配合施入土壤,促进微生物对土壤中硝态氮的固持能力,降低土壤的盐渍化程度,达到利用农业废弃物和改良土壤相结合的目的,实现设施栽培生境的减排增汇,取得了如下的主要研究成果: (1)随着设施栽培年限的增加,设施栽培土壤的pH逐渐下降,电导率(EC)和盐度逐渐升高。栽培15年的温室表层土壤pH为7.21,较露地土壤降低了1.33个单位,EC和盐度分别达到8920μS·cm-1和0.54%,是露地土壤的85.4倍和54.0倍。硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、亚硝态氮(N02--N)和可溶态有机氮(SON)含量均随设施栽培年限的增加而升高,栽培15年的温室表层土壤中NO3--N、NH4+-N、NO2--N和SON的含量分别达到2868.4、35.4、1.54和971.9mg·kg-1,分别是露地土壤的121.1、9.5、7.1和33.7倍。 设施栽培年限的增加对蛋白酶、谷氨酰胺酶和蔗糖酶活性均有不同程度的抑制作用,对硝酸还原酶活性有一定的激活作用,对脲酶活性则无明显影响。设施土壤中微生物以细菌为主,约占微生物总数的70%-90%。低栽培年限土壤适合微生物的生长,高栽培年限土壤对微生物有明显的抑制作用。放线菌和真菌对设施土壤盐分积累的适应能力较强,细菌受次生盐渍化的影响较大。 相关性分析显示,研究区域土壤EC和盐度与氮素形态和含量均呈显著性正相关(P0.05,n=6)。土壤酶活性中,蛋白酶与EC和盐度呈显著负相关(P0.05,n=6),硝酸还原酶与EC和盐度呈显著正相关(P0.05,n=6)。微生物数量与EC和盐度有一定的负相关关系,但相关性不显著。 (2)在不同外源C/N下,采用室内培养实验,研究了NCT-2对N03-N和NH4+-N的固持特点。结果表明,加入高活性C源(葡萄糖)后,NCT-2对矿质态氮的转化均呈现先快速固持再缓慢矿化的特征,对矿质态氮的利用率和微生物量氮的增长量与外源C/N呈显著的正相关关系(P0.05,n=4),利用率达最大值的时间随外源C/N的升高而提前。 NCT-2对N03--N和NH4+-N的固持能力差异很大。培养结束时,在无活性碳源和低C/N(C/N=10)条件下,NCT-2对NH4+-N的利用率明显高于NO3--N,两者的差异性达到极显著水平(P0.01,n=3);在中C/N(C/N=25)和高C/N(C/N=40)条件下,差异性不如低C/N条件下显著。未施加活性有机碳源时,土壤中的NH4+-N能立即被NCT-2固持,N03--N要经过14d左右的滞后期后才被NCT-2明显固持;施加活性有机碳源后,NCT-2立即固持土壤中的矿质态氮,对NO3--N的最高利用率出现在培养的第3-4 d,而NH4+-N出现在第7d左右。表明增加碳源的用量,矿质态氮的固持向有利于N03--N的方向发展。 (3)相对于面粉、窄C/N的大豆秸秆和腐熟的有机肥,施加C/N较宽的小麦秸秆更有利于固持次生生盐渍化土壤中的N03--N,与耐盐菌NCT-2施配后对N03--N的固持更加明显。


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