孫凱寧, 王克安, 楊 寧

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所/國(guó)家蔬菜改良中心山東分中心/山東省設(shè)施蔬菜生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 濟(jì)南 250100)

目前我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域分布廣泛，主要集中于黃淮地區(qū)、東北南部、華北、西北等地區(qū)[1-2]。然而，設(shè)施生產(chǎn)高投入、高產(chǎn)出、高復(fù)種指數(shù)的生產(chǎn)模式，同時(shí)隨著設(shè)施種植年限的延長(zhǎng)，設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化現(xiàn)象不斷出現(xiàn)并日益加重，部分種植年限長(zhǎng)(一般5～8 年以上)的設(shè)施菜地已不能再繼續(xù)生產(chǎn)，嚴(yán)重影響了蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，阻礙蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。為此，前人嘗試多種途徑進(jìn)行修復(fù)改良，如王金龍等用填閑作物改良溫室次生鹽漬化土壤[6]，施毅超等采用輪作模式研究對(duì)土壤電導(dǎo)率和離子組成的影響[7]。張生田通過增施生物有機(jī)肥和改良劑以降低設(shè)施蔬菜土壤次生鹽漬化危害[8]。以上改良方式多針對(duì)露天鹽堿地，主要通過改變種植制度來實(shí)現(xiàn)，這在一些種植習(xí)慣固定的地區(qū)難以推廣，且在鹽漬化程度較高地區(qū)的效果并不理想，所需改良周期較長(zhǎng)。隔鹽層在鹽堿地改良中有較多應(yīng)用[9-12]，隔鹽層在土體中通過改變水鹽運(yùn)移軌跡，可以有效抑制潛水蒸發(fā)和土壤返鹽，不用改變耕作制度，見效快，效果好，但該類改良方式多見于露天鹽堿地，在設(shè)施鹽漬化土壤中應(yīng)用卻少有報(bào)道。土壤生態(tài)系統(tǒng)中的微生物和土壤酶是農(nóng)田土壤比較活躍的組分，共同推動(dòng)著土壤代謝過程，對(duì)自然和人為因素造成的變化反應(yīng)敏銳[13]，也有研究者提出以脲酶、過氧化氫酶和磷酸酶所反映出的微生物學(xué)特性作為土壤環(huán)境質(zhì)量變異的有效指標(biāo)[14]。土壤酶既是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫(kù)，并常被認(rèn)為是土壤肥力與質(zhì)量的重要衡量指標(biāo)[15-16]。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)置了無機(jī)介質(zhì)隔層、有機(jī)介質(zhì)隔層以及復(fù)合隔層，探討隔鹽層在設(shè)施鹽漬化土壤中的抑鹽效果，分析不同隔鹽方式對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤主要離子空間分布以及土壤酶活性的影響狀況，為設(shè)施土壤改良提供數(shù)據(jù)支持，為設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)微薄之力。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土柱模擬試驗(yàn)，土柱長(zhǎng)80 cm，內(nèi)徑為25 cm。土柱中的填充物分隔鹽層和土壤，隔鹽層分對(duì)照(無隔層，CK)，砂礫層(厚10 cm，T1)，復(fù)合有機(jī)物料層(生物炭、菌渣，厚10 cm，T2)、砂礫+復(fù)合有機(jī)物料層(厚20 cm，T3)，共4各處理，各重復(fù)3次，每個(gè)土柱定植菠菜3株，土壤為通過人工方法均勻調(diào)配的中度鹽堿土(含鹽量0.3%)，基本理化狀況見表1。各處理隔層均在土柱上部30 cm土層以下。試驗(yàn)于2016年11 月8 日到2017年2 月22 日在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所核心試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，各處理管理方式保持一致。植株光合特性在收獲當(dāng)天測(cè)定，隨機(jī)采集植株樣品并采集0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm的土壤樣本，每個(gè)區(qū)內(nèi)重復(fù)取樣3次，植株樣品采用液氮保存，土壤樣品采用風(fēng)干保存。

表1　供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2　測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1土壤離子7種離子形態(tài)采用美國(guó)戴安有限公司生產(chǎn)的離子色譜儀(Dionex ICS 3000)，將0.1 g風(fēng)干土溶到10 ml超純水中，然后再稀釋20倍，測(cè)定計(jì)算。

1.2.2土壤酶活性測(cè)定酶活性參照嚴(yán)昶升的方法[17]。脲酶采用苯酚—次氯酸鈉比色法；過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定；磷酸酶用磷酸苯二鈉(4-氨基安替比林)比色法。

1.3　數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Excel做圖，SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素方差分析采用LSD法。

2　結(jié)果與分析

2.1　隔鹽層對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤主要鹽離子空間分布的影響

圖1不同處理Na+含量

圖3不同處理K+含量

2.2　隔鹽層對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤酶活性的影響

從0—30 cm土層脲酶活性來看(圖9)，與CK相比，T1對(duì)脲酶活性有一定的抑制作用，T2和T3分別提高了6.25%和7.30%；土壤蔗糖酶各處理間差別較大(圖10)，T1，T2均較CK有所降低，而T3達(dá)到1 240.6 Glu.mg/(g·24 h)，較CK升高了4.70%；就過氧化氫酶活性而言(圖11)，T1和T2較CK分別提高了0.87%和1.28%，而T3降低了8.53%；土壤磷酸酶與蔗糖酶的趨勢(shì)接近(圖12)，T1，T2均較CK有所降低，T3較CK提高了3.58%。

圖4不同處理Ca2+含量

圖5不同處理Cl-含量

3　討 論

3.1　隔鹽層對(duì)土壤主要鹽離子的影響

土壤中的鹽離子隨著水分的蒸發(fā)一起向地表遷移，使下層土壤的鹽分不斷向上層聚集。設(shè)置隔沙層后，由于隔鹽層物料和土壤毛管孔隙度的不同，使其阻斷了上下土層間的水力聯(lián)系，改變了土壤水分到沙層下界面時(shí)的運(yùn)行速度和軌跡，使隨土壤水分遷移鹽離子在沙層下界面積累，鹽分在上層土壤的積累減少[18]。

圖8不同處理7種離子總含量

圖9不同處理脲酶活性

圖10不同處理蔗糖酶活性

圖11不同處理過氧化氫酶活性

砂層可以阻止水的入滲鋒面向土砂界面以下滲入，直至水流在界面以上土體迅速聚積至所具有的能量大于砂層中水分的能量后，入滲水才能滲入砂層，可見砂層的在一定程度上增大了上層土體的儲(chǔ)水能力，起到了阻水減滲作用[9]。砂礫層(T1)在本試驗(yàn)中0—30 cm土層的隔鹽效果并不明顯，可能與砂礫的粒度、設(shè)施小環(huán)境等有關(guān)，需進(jìn)一步試驗(yàn)探究。生物炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，使其擁有巨大的比表面積，是一種良好的保水材料[19]，將其作為隔鹽層后，由于隔鹽材料和土壤毛管孔隙度的不同，使得隔層以上的土壤水分運(yùn)行到土壤—隔層界面時(shí)發(fā)生停滯，隔層以下的土壤水分遷移鹽離子也在隔層下界面積累，鹽分在上層土壤的積累減少。本試驗(yàn)中T2所用復(fù)合有機(jī)物料層(生物炭—菌渣)可在一定程度上降低土壤鹽離子含量。T3(砂礫+復(fù)合有機(jī)物料層)為各處理中隔鹽效果最優(yōu)處理，0—30 cm土層平均降鹽率達(dá)13.6%。設(shè)施土壤處于封閉狀態(tài)，小氣候因素明顯，關(guān)于隔鹽層的研究較少，在以后的研究中需進(jìn)一步優(yōu)化隔層參數(shù)，提高隔鹽效果。

圖12不同處理磷酸酶活性

3.2　隔鹽層對(duì)土壤酶活性的影響

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)土壤酶活性的測(cè)定是最直接反映微生態(tài)狀況的方法，也有研究者提出以脲酶、過氧化氫酶和磷酸酶所反映出的微生物學(xué)特性作為土壤環(huán)境質(zhì)量變異的有效指標(biāo)[14]。相對(duì)較高的鹽含量抑制了脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，激發(fā)了過氧化氫酶活性升高。有報(bào)道稱，當(dāng)鹽脅迫增強(qiáng)至一定程度時(shí)，過氧化氫酶活性降低[20]，本試驗(yàn)未出現(xiàn)該現(xiàn)象，這可能與鹽分含量有關(guān)。T1處理的7種鹽離子總量高于其他處理，其過氧化氫酶也表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，這也說明了鹽脅迫促使過氧化氫酶活性的提高是其應(yīng)激反應(yīng)之一[20]。鹽脅迫條件下，土壤中的微生物數(shù)量會(huì)減少，這勢(shì)必會(huì)減少微生物向土壤中分泌的土壤酶量[21]；另一方面，鹽分使土壤環(huán)境發(fā)生改變，鹽分產(chǎn)生的滲透脅迫及離子毒害都會(huì)抑制土壤酶的活性[22]。T3處理土壤含鹽量較低，所受鹽脅迫較弱，也表現(xiàn)出相似的特點(diǎn)，即脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均有所提高。

4　結(jié) 論

(2)在設(shè)施土壤0—30 cm土層范圍內(nèi)，T3(砂礫+復(fù)合有機(jī)物料層)處理的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性達(dá)較CK分別增加了7.30%，4.70%，3.58%，同時(shí)過氧化氫酶活性降低了8.53%，說明相對(duì)較高的鹽含量可以抑制設(shè)施土壤中的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶的活性，并激發(fā)了過氧化氫酶活性升高。

參考文獻(xiàn):

[1]張俊俠,孫德平,司友斌.設(shè)施土壤蔬菜栽培的障礙因子研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2001(4):52-54.

[2]張金錦,段增強(qiáng).設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化的成因、危害及其分類與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的研究進(jìn)展[J].土壤,2011，43(3):361-366.

[3]夏立忠,李忠佩,楊林章.大棚栽培番茄不同施肥條件下土壤養(yǎng)分和鹽分組成與含量的變化[J].土壤,2005,37(6):620-625.

[4]孫凱寧,王克安,楊寧,等.輪作模式下設(shè)施菜地主要重金屬元素空間分布特征[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,48(11):81-84.

[5]杜新民,吳忠紅,張永清,等.不同種植年限日光溫室土壤鹽分和養(yǎng)分變化研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2007，21(2):78-80.

[6]王金龍,阮維斌.4種填閑作物對(duì)天津黃瓜溫室土壤次生鹽漬化改良作用的初步研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009，28(9):1849-1854.

[7]施毅超,胡正義,龍為國(guó),等.輪作對(duì)設(shè)施蔬菜大棚中次生鹽漬化土壤鹽分離子累積的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011，7(3):548-553.

[8]張生田.增施生物有機(jī)肥和改良劑對(duì)設(shè)施蔬菜土壤次生鹽漬化的改良效果研究[J].北方園藝,2011(12):52-54.

[9]張莉,丁國(guó)棟,王翔宇,等.隔沙層對(duì)鹽堿地土壤水鹽運(yùn)動(dòng)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010，28(2):197-200，207.

[10]郭相平,楊泊,王振昌,等.秸稈隔層對(duì)濱海鹽漬土水鹽運(yùn)移影響[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2016，35(5):22-27.

[11]翟鵬輝,李素艷,孫向陽,等.隔鹽層對(duì)濱海地區(qū)鹽分動(dòng)態(tài)及國(guó)槐生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2012，10(4):80-83.

[12]王婧,逄煥成,任天志,等.地膜覆蓋與秸稈深埋對(duì)河套灌區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)動(dòng)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012，28(15):52-59.

[13]謝顯傳,張少華,王冬生,等.阿維菌素對(duì)蔬菜地土壤微生物及土壤酶的生態(tài)毒理效應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào),2007，44(4):740-743.

[14]劉云國(guó),李欣,徐敏,等.土壤重金屬鎘污染的植物修復(fù)與土壤酶活性[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002，29(4):108-113.

[15]Weretilnyk E A, Alexander K J, Drebenstedt M, et al. Main-taining methylation activities during salt stress: The involvement of adenosine kinase[J]. Plant Physiol.,2001,125(2):856-865.

[16]Chen S L, Li J K, Eberhard F, et al. Sodium and chloride distribution in roots and transport in three poplar genotypes under increasing NaCl stress[J]. For. Ecol. Man.,2002,168(1/3):217-230.

[17]嚴(yán)昶升.土壤肥力研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1988.

[18]史文娟,沈冰,汪志榮,等.蒸發(fā)條件下淺層地下水埋深?yuàn)A砂層土壤水鹽運(yùn)移特性研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2005,21(9):23-26.

[19]姚俊卿,侯建偉,索全義,等.不同炭化條件對(duì)黑沙蒿生物炭保水性能的影響[J].北方園藝,2017(6):171-176.

[20]周德平,吳淑杭,褚長(zhǎng)彬,等.鹽脅迫對(duì)蔬菜地土壤微生物及土壤酶活的毒害效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011，30(8):1602-1607.

[21]Sardinha M, Muller T, Schmeisky H, et al. Microbial performance in soils along a salinity gradient under acidic conditions [J]. Applied Soil Ecology, 2003,23(3):237-244.

[22]劉善江,夏雪,陳桂梅,等.土壤酶的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2011,27(21):1-7.