（植物营养学专业论文）设施农田土壤生态环境修复技术及其效应研究.pdf

摘要 设施农业在我国的迅速发展，对促进农业产业结构调整和提高城乡人民生活水平 发挥了重大作用。但由于菜农重产量、轻品质、忽视施肥对土壤环境的消极影响，导 致长期盲目大量施肥，破坏了设施农田的土壤生态环境，由此带来的作物抗病能力降 低、产量、品质下降等问题已引起社会各界的极大关注，采用何种措施解决这一问题 事关农业设施的持续利用和国民身心健康。本文采用盆栽、土培、田阃以及田间模拟 试验相结合的方法，系统地研究了平衡施肥、工程措施、秸秆和风化煤等综合措施对 设施农田土壤环境、肥力以及作物产量、品质的影响。试验结果表明：施用小麦 秸秆能显著提高土壤有机质含量，风化煤和秸秆配施处理，土壤有机质与秸秆用量间 的回归方程为：y = 0 2 3 斛1 8 3 0 ( r = 0 9 8 4 0 7 t ) ；单施秸秆处理，土壤有机质和秸秆用 量间的回归方程为：j ，= 0 】9 6 3 斛1 8 ，0 5 ( r = o 9 9 2 6 7 * * ) ；风化煤与秸秆配旌比单施秸 秆显著增加土壤有机质。小麦秸秆能明显提高土壤总腐殖酸含量，单施秸秆处理比 对照l ( 未旅肥处理1 增加了2 1 9 4 - 一7 4 9 2 ，与对照2 ( 羊粪+ 秸秆) 相比增加了 1 4 2 4 52 1 ；风化煤与秸秆配施的处理比对照1 增加了2 3 5 4 1 3 1 9 6 ，比对照 2 增加了26 3 9 2 7 0 ；秸秆用量为1 6 9 p o t 时，土壤总腐殖酸含量达最大，风化煤 与秸秆配施处理中腐殖酸含量最大为0 7 4 ，单旌秸秆的处理中为o ，5 6 ；风化煤与 秸秆配施比单施秸秆明显提高土壤总腐殖酸含量。平衡旌肥能减少土壤养分累积， 显著降低土壤盐分，提高土壤有机质，调节土壤p h 值，协调大量元素和微量元素比 例，促进土壤养分的活化，刺激作物对养分的吸收、提高了产量、显著改善了品质。 工程措施能显著降低土壤养分累积和土壤盐分含量，提高了土壤有机质含量，改善 了土壤环境提高了作物产量与品质。施用风化煤能显著降低土壤盐渍化程度，促 进土壤养分释放，活化土壤微量元素，显著提高了土壤有机质含量，刺激作物对n 、 p 、k 养分的吸收，提高作物产量，增加植株中v c 、可溶性糖含量，降低硝酸盐和有 机酸的含量。取自8 个地点的土壤，单独施用风化煤能显著增加苘蒿的干重、鲜重， 促进了茼蒿对土壤养分的吸收，显著提高了植株中氮、磷、钾的累积量，对土壤养分 起到了增效作用。 关键词：设施农田；土壤环境；修复技术；秸秆；腐植酸；工程措施：茼蒿 s t u d y o nt h er e m e d i a t i o n a lt e c h n o l o g yo fs o i le c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n dt h ee f f e c ti nf a c i l i t yf a r m l a n d a u t h o r ：w a n gy a n q u n m a j o r ：p l a n tn u t r i t i o na n df e r t i l i z e r t u t o r ：x u es h i c h u a n a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to f f a c i l i t ya g r i c u l t u r ei n c h i n ap l a y sag r e a tr o l et op r o m o t e a g r i c u l t u r a l i n d u s t r i a ls t r u c t u r ea d j u s t m e n ta n di m p r o v el i v i n gs t a n d a r d so ft h ep e o p l ei n u r b a na n dr u r a la r e a s b u tf a r m e r sa t t a c h i m p o r t a n c et oy i e l da n dn e g l e c tq u a l i t y a n d n e g a t i v ei n f l u e n c eo ff e r t i l i z e r , w h i c hh a sl e du pt oa p p l y i n gt j e r t i l i z e rb l i n d l yi nal a r g e a m o u n tf o ral o n gt i m ea n dd e s t r o y i n go ft h es o i l e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt h ef a c i l i t y f a r m l a n d t h e ns o m ep r o b l e m s ，s u c ha st h er e d u c i n go ft h ec r o p s r e s i s t a n c e a g a i n s t d i s e a s e sa n dt h ed r o p p i n go fy i e l da n dq u a l i t yh a v ea l r e a d ya r o u s e dg r e a tc o n c e r nf r o m v a r i o u sc i r c l e so fs o c i e t y a d o p t i n gw h a tk i n d so fm e a s u r e st os o l v et h o s e p r o b l e m s c o n c e r n s a g r i c u l t u r a ll a s t i n gd e v e l o p m e n t a n dt h eh e a l t ho f p e o p l e b o d ya n dm i n d i nt h et h e s i s ，t h es t u d yw a sc o n d u c t e dt od e t e r m i n et h ee f f e c t so fb a l a n c i n gf e r t i l i z e r e n g i n e e r i n gm e a s u r e s ，s t r a wa n dw e a t h e r e dc o a lo ns o i le n v i r o n m e n t ，s o i lf e r t i l i t y y i e l d a n dq u a l i t yo fc r o pi nt h ef a c i l i t yf a r m l a n d t h ep o tt e s t s o i lt e s t ，f i e l de x p e r i m e n ta n d s i m u l a t e df i e l dt e s tw e r eu s e d t h er e s u l t ss h o w e da sf o l l o w s ： t h e r ew a sas i g n i f i c a n ts i m p l e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ec o n t e n to fs o i lo r g a n i cm a t t e ra n dt h ew h e a ts t r a w t h er e l e v a n te q u a t i o ni nt r e a t m e n t s ( w e a t h e r e dc o a l + s t r a w ) w a sd e a l tw i t h ：y = 0 2 3 x + 1 8 ，3 0 ( r = 0 9 8 4 0 7 + ) ；t h er e l e v a n t e q u a t i o ni nt h et r e a t m e n t s ( s t r a w ) w a sd e a l tw i t h ：y = 0 1 9 6 3 x + 18 0 5 ( r = 0 9 9 2 6 7 ”) t h e s o i lo r g a n i cm a t t e ri nt h et r e a t m e n t s ( w e a t h e r e dc o a l + s t r a w ) w a sh i 曲e rt h a nt h a ti nt h e t r e a t m e n t s ( s t r a w ) c o r r e s p o n d i n g l y t h eu s i n go fw h e a ts t r a wc a ni n c r e a s et h et o t a l h u m i ca c i do ft h es o i l t h ec o n t e n to ft o t a lh u m i ca c i di nt h et r e a t m e n t s ( w e a t h e r e dc o a l + s t r a w ) w a si n c r e a s e db y2 3 5 4 1 3 1 9 6 t h a nc k i ( n of e r t i l i z e r ) ，b u ti n c r e a s e db y 2 6 3 - 9 2 7 0 t h a nc k 2 ( s h e e pd e j e c t a + c a r b a m i d e ) ；t h ec o n t e n to ft o t a lh u m i ca c i di n t h et r e a t m e n t s ( s t r a w ) w a si n c r e a s e db y2 1 9 4 7 4 9 2 t h a nc k l ，b u ti n c r e a s e d b y 1 4 2 - - 4 5 21 t h a nc k 2 t h et o t a lh u m i ca c i dg e t sh i 曲e s tw h e ns t r a wc o n s u m p t i o na t t h e1 6 9 p o t ，w e r e0 7 4 0 a n do 5 5 8 c o r r e s p o n d i n g l y t h ec o n t e n to ft o t a lh u m i ca c i di n t h et r e a t m e n t s ( w e a t h e r e dc o a l + s t r a w ) w a sm o r et h a nt h a ti nt h et r e a t m e n t s ( s t r a w ) b a l a n c e df e r t i l i z a t i o nc a nd e c r e a s et h es o i ln u t r i e n ta c c u m u l a t i o no b v i o u s l y ；r e d u c et h e s o i ls a l ts i g n i f i c a n t l y ；r a i s et h eo r g a n i cc o n t e n to fs o i l ；r e g u l a t es o i l p h ；c o o r d i n a t et h e p r o p o r t i o nb e t w e e nm a c r o n u t r i e n te l e m e n t sa n dt r a c ee l e m e n t s ；p r o m o t et h ea c t i v a t i o no f s o i ln u t r i e n t ；s t i m u l a t ec r o p st oa b s o r bn u t r i t i o n ，a n di m p r o v et h eo u t p u ta n d q u a l i t yo f t h e c r o ps i g n i f i c a n t l y ，t h ea p p l i c a t i o no f t h ep r o j e c tm e a s u r eh a sr e d u c e dt h ea c c u m u l a t i o n o ft h es o i ln u t r i e n ta n dc o n t e n to fs o i ls a l ts i g n i f i c a n t l y ；h a sr a i s e dt h eo r g a n i cc o n t e n to f s o i l ；h a si m p r o v e dt h es o i le n v i r o n m e n ta n dp r o m o t e dt h ei m p r o v e m e n to ft h ey i e l da n d q u a l i t yo fc r o w n d a i s yc h r y s a n t h e m u m t h eu s i n go f w e a t h e r e dc o a lc a nr e d u c et h es o i l s a l i n i z a t i o ns i g n i f i c a n t l y ；p r o m o t et h er e l e a s i n go fs o i ln u t r i e n t ；r a i s et h eo r g a n i cc o n t e n to f s o i l s i g n i f i c a n t l y ；a c t i v a t et h es o i l t r a c ee l e m e n t ；s t i m u l a t et h ea b s o r p t i o no f n i t r o g e n ， p h o s p h o r u s ，a n dp o t a s s i u mn u t r i e n to fc r o p ；i m p r o v et h eo u t p u t ；i n c r e a s ev ca n ds o l u b l e c o n t e n to fc a n d yo f p l a n t s ，a n dr e d u c et h ec o n t e n to f n i t r a t ea n da c i d i nt h e8d i f f e r e n t s i t es o i l s ，t h eu s i n go fw e a t h e r e dc o a lc a bi m p r o v et h ed r yw e i g h t ，f r e s hw e i g h to ft h e c r o w n d a i s yc h r y s a n t h e m u ms i g n i f i c a n t l y a n ds t i m u l a t ec r o w n d a i s y c h r y s a n t h e m u mt o a b s o r bt h es o l ln u t r i e n t t h eu s i n go f w e a t h e r e dc o a lc a r la l s oi m p r o v et h ea c c u m u l a t i o no f t h en i t r o g e n ，p h o s p h o r u s a n dp o t a s s i u mi np l a n t ss i g n i f i c a n t l y ；e n l a r g et h ea f f e c t i o no ft h e s o i 】n u t r i e n t k e yw o r d s ：f a c i l i t yf a r m l a n d ；s o i le n v i r o n m e n t ；r e m e d i a t i o n a lt e c h n o l o g y ；s t r a w ； h u m i c a c i d ；e n g i n e e r i n gm e a s u r e ；c h r y s a n t h e m u m s o r o n a r i u m l g a r l a n d c h r y s a n t h e m u m ； c k f c v c h a f j j n r 本文所用缩写说明 对照 电导率 维生素c 腐植酸 风化煤和秸秆配腌处理 单施秸秆处理 硝酸还原酶i t r i t er e d u c t a s ea c t i v i t y1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得渔j e 壅些太堂或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名签字日期：撇年歹月如日 f 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解塑韭壅些塞堂有关保留及使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门( 机构) 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查( 借) 阅。本 人授权塑j e 壅些太堂可以将论文的全部或部分内容编入有关数据厍进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等方法加以保存或编成学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 学位论文作者签名 签字日期： 刀。乡年厂月砧日 翮魏葡析1 1 签字日期：埘年月珥日 坪 至 设施农田土壤生态环境修复技术及其效应评价研究 1 1 研究目的和意义 1 引言 设施农业是指利用保护设施进行反季节栽培的高效农业生产方式。我国设施农、世 起步较晚，但发展迅速，到1 9 9 9 年设施栽培面积已达1 3 3 万h m q “。但是由于我国 设施栽培以农户分散经营为主，农民科技意识较差，受“粪大水勤不用问人”传统习 惯的影响，加之科学研究及技术应用滞后子生产发展的现状，把我国设施农业施肥带 入了“超量施肥必然带来超量回报”的误区，造成了土壤酸化、盐分积累、产量降低、 品质恶化，环境污染( 地下水污染、土壤重金属污染) 等一系列问题口“，从而严重破 坏了设旋农田土壤生态环境。而土壤环境因子与作物生产关系较其他因子要密切的 多，土壤的物理性质、化学性状是影响蔬菜产量和品质形成的物质基础，因此调控设 施内的土壤环境，修复已经受到污染的土壤环境使其适应蔬菜生产的要求，成了急需 解决的问题。 但是目前土壤环境修复的重点大多放在由于工业生产而导致的重金属以及难分 解有毒有机物质的污染治理方面，对于设施农田过量施用化肥、有机肥、农药而导致 的土壤重金属污染、土壤次生盐渍化、土壤大量元素养分累积、养分失衡、微生物区 系失衡等土壤问题研究较少。因此，设施农田土壤生态环境的修复研究，对促进我国 无公害蔬菜产业的发展，促进设施农业的可持续发展以及提高设施农田的使用寿命具 有重要意义。 l ，2 国内外研究进展 1 2 1 设施农田施肥状况研究 设施农业能全年生产，经济效益好、产量高、复种指数大，土壤养分消耗强度丈， 这使人们认为要获得高产就必须大量施肥。山东省芹菜越冬栽培一般每h m 2 旋6 1 0 4 k g 有机肥，1 5 0 0 - 2 2 5 0 k g 尿素，1 5 0 0 k g 普钙，7 5 0 1 5 0 0 k g 复合肥，据计算，这一 旌肥量已超过理论要求的5 0 - - 7 0 1 ”。程美延p j 对河北省永年县的日光温室调查结果 表明，氮肥超量严重。贾继文1 4 1 资料表明，山东省设施农田施肥量是大田的4 5 倍， 肥料用量远远高于作物需求。山东农业大学王学军 5 1 对1 0 个盐渍化日光温室一茬施 肥量调查表明，平均施用有机肥1 9 8 7t h m 2 ，草木灰1 0 2 0k g h m 2 ，化肥6 8 2 5k g h m 2 ， 其中含氮化肥5 8 6 5k 曲m 2 ，氮肥超量严重。陈新平川等对京郊2 3 个点进行了调查， 其每季蔬菜施氮7 8 1 5k g h m 2 ，施磷达6 1 5k g h m 2 。赵凤艳1 7 1 报道，黑龙江省大棚蔬 菜年投入鸡粪量为1 2 0l a m 2 ，减去被作物吸收带走的养分以及由其它途径离开土壤 圈的养分后土壤中仍然残留2 0 的氮，9 0 的磷和7 0 的钾。作者2 0 0 3 年对定州市 大棚施肥调查结果表明，一季蔬菜施用鸡粪酵素菌肥4 8 0 l h m 2 ，磷酸二铵9 7 5k g h m 2 、 3 - 1 b 农业大学硕士学位论文 硫酸钾9 7 5k g h m 2 ，硫酸铜、硫酸镁各2 2 5k g h m 2 。 设施农田施肥的另一个问题是大量施用未腐熟的有机肥料和重金属含量较高的 有机肥料。未经腐熟的有机肥特别是鸡粪含有许多对蔬菜和人体有害的病原菌，不仅 污染了土壤，而且在腐熟过程中产生的有害中间产物可能会导致种子蛋白质变性，影 响出苗。现在多数动物饲料中都或多或少的含有激素类物质，这类物质可以随畜、 禽粪便进入土壤，通过食物链对人体健康产生危害。 施肥导致的元素比例失调是设施农业生产中的另一个严重问题。元素t l 侈, l 失调包 括大量元素间比例失调以及大量元素和微量元素问的比例失调。实际生产中，微量元 素用量很少甚至不施，另外由于大量元素肥料的不恰当旋用也是诱发微量元素缺乏的 莺要原因，进而导致土壤营养失衡，如磷肥施用过多会抑制作物对锌的吸收1 8 , 9 i ，施 氮过多会使锌在根中形成锌蛋白复合体，从而减少锌向地上部的运输【1 0 ，另外微量 元素之间电存在着交互作用i i o “1 。 1 2 2 设施农田土壤环境特征研究 设施内处于半封闭状态，温度高，湿度大，土壤的理化性状和微生物组成发生了 显著变化，作物病害严重。管理不当会造成生产障碍，作物产量和品质下降。 1 2 2 1 土壤有机质 李中1 1 “报道，设施农田土壤有机质与露地相比有增加趋势，并且随种植年限增加 而增加。高艳明| l6 】研究表明，峡口现代农业示范园区日光温室的土壤有机质含量翻番。 河北省保护地土壤有机质也有相似特征，1 1 个蔬菜种植县、市的蔬菜保护地土壤有 机质平均比周围粮田增加了7 4 1 。汪建飞对安徽省有代表性的5 个温室及其相 邻的露地土壤表土有机质进行了研究，结果表明土壤表土有机质平均为1 3 9 4g k g ， 明昆高于相应的露地土壤，但差异不显著。黑龙江省设施土壤中有机质的含量在3 6 0 g k g 7 2 3g k g ，比露地高6 8 4 - - - 4 2 7 6 【1 引。虽然设施农田土壤有机质普遍高于露地， 但就我国大部分设施农田而言，土壤有机质普遍偏低。作者对定州市温室调查表明， 土壤有机质平均含量为1 4 0g k g ，处于较低水平。国外也有类似报道，如m o r a y 2 0 】 对土耳其马尔马拉海地区2 6 个黄瓜种植温室调查，约有7 5 的温室土壤有机质含量 低。 1 2 2 2 土壤p h 值 国内研究资料表明，设施农田土壤p h 值随种植年限的增加而呈下降趋势 1 6 , 1 9 , 2 1 , 2 2 1 另外不合理的施用肥料也可能使土壤p h 值下降。据南京农大资环学院【2 3 测定，普通大棚常规管理条件下连续栽培5 年后，土壤容重上升8 6 ，p h 值下降1 7 个单位。李俊良1 2 4 1 测定了寿光种植1 3 年的温室土壤，结果p h 值从7 ，5 下降到了4 - 3 。 汪江汉1 2 和郭晓东口刨研究表明，生理酸性肥料的大量施用是设旌农田土壤p h 降低的 一个重要原因。氮肥的过量施用也可能导致p h 值降低【2 5 。t 。 2 设施农田土壤生态环境修复技术及其效应评债研究 1 2 2 ，3 土壤盐分 关于设施农田土壤盐分的报道较多1 2 ”。赵风艳 7 1 报道，有机肥的过量施用会导 致土壤硝酸盐和铵盐浓度提高，速效磷和速效钾积累。刘德1 2 9 1 等对哈尔滨市郊大棚土 壤调查表明，上壤盐分是露地的2 1 3 倍。良成华o j 报道，辽宁大棚土壤盐分积累更 为严重，土壤盐分在剖面上呈t 型分布，表层积盐明显。据童有为【j l j 研究，上海温 室、大棚0 - 2 0 c m 土壤盐分分别是露地的1 1 8 倍和4 0 倍，盐类积聚主要是硝酸盐积 累。薛继澄。2 l 研究指出，南京等地大棚0 - 2 0 c m 土壤全盐含量为0 1 0 - 0 3 4 ，温室 为0 7 5 0 ，9 4 ，盐分中阴离子以n 0 3 - 为主，其次是c 1 和s 0 4 一，阳离子以c a ”、k + 为主。据李文庆【3 如对山东泰安、济宁、德州等地的调查表明，种植1 年和3 年的大棚， 耕层盐分分别是露地的l 3 倍和1 6 倍。r u b e i z i g l 3 4 研究表明黎巴嫩海岸温室土壤 经过1 0 年种植，e c 值为2 ，5 d s m ，土壤盐害足以使黄瓜减产。 1 2 2 4 土壤速效氮 设施农田土壤速效氮随种植年限和施肥量的增加而呈积累趋势，而且明显高于露 地土壤。李中【l5 j 对沈阳市于洪区温室进行了调查，棚龄3 年、7 年、11 年的土壤碱解 氮含量分别为1 0 56 1 、l1 0 5 8 和2 3 3 4 0 m g k g ，露地为1 0 2 2 7 m g k g 。刘建玲l i “对河 北省1 1 个区、县温室进行了研究，结果表明土壤碱解氮比相邻粮田增加了7 1 倍。 高艳明i l 圳通过对宁夏峡口园区土壤研究指出，土壤碱解氮比大田增加了2 5 倍，达到 1 6 0 m g k g 。黑龙江大棚土壤碱解氮含量为2 9 1 6 - 4 3 5 2 m g k g ，是露地的4 0 一一1 0 9 倍 1 9 1 。梁成华【3o j 报道，日光温室碱解氮含量比露地高2 - 4 倍，露地旱田含量为 1 1 3 4 5 m g k g ，种植3 年、1 4 年、3 6 年大棚碱解氮含量分剐达到2 4 5 2 2 、3 4 2 5 0 、和 4 2 2 9 4m g k g 。设施农田硝态氮积累严重，据北京市土肥站口5 1 1 9 9 7 年详查，硝态氮平 均含量为8 8 8 m g k g 。过量旋用氮肥，会使土壤氮素积累增加，导致亚硝酸盐及硝酸盐 的大量生成而污染土壤。据调查1 36 1 ”】，有的土壤硝酸盐高达9 0m g k g ，致使蔬菜积累的 硝酸盐含量超标。 1 2 2 5 土壤速效磷 磷素易被土壤固定，在大量施肥的条件下，磷素更易在土壤中累积。刘建玲| 3 8 1 报道，大量施用磷肥和有机肥导致土壤速效磷大量积累。李中5 j 研究表明，沈阳市温 室土壤中速效磷含量高于露地土壤，3 年、7 年、1 1 年的温室与露地相比，土壤速效 磷含量分别增加6 9 5 5 、8 5 7 8 和1 2 8 1 3m g k g 。肖千明1 2 1 j 对辽宁不同地区大棚研究表 明，土壤速效磷含量一般在1 0 0 - - - 1 7 0m g k g ，磷的积累达7 4 0 1 4 9 4 。据日本 o h k u m a l 3 9 报道，日本设施土壤速效磷积累也很明显，达到了2 1 4m g k g 。作者对定州 温室土壤养分进行了研究，结果表明，土壤速效磷含量变幅为3 5 1 7 9 6 9 6m g k g ， 已经达到严重超标累积程度。 1 2 2 6 土壤速效钾 作物对钾的需求较高，但是设施农田中长期大量施用也会导致速效钾的积累。刘 河北农业大学硕士学位论文 建玲r ”峙艮道0 - 2 0 c m 菜地土壤速效钾为9 21 - 6 8 5 0m g k g ，平均为3 0 0 6m g k g ，菜地 有效钾比相邻土壤平均增加了2 6 倍。高艳明【f6 】对宁夏峡1 5 1 园区土壤研究表明，士壤 速效钾达到了3 3 8 2 m g k g 。山东设旅土壤中速效钾在棕壤、潮土和褐土中含量分别为 2 6 7 5 、4 4 1 3 和2 2 8 o m g k g t 4 , 4 0 1 。作者对定州市温室土壤有效钾进行了调查，其变幅 为3 8 2 卜8 6 7 6m g k g ，平均含量为6 2 3 5m g k g 。据日本o h k u m a l 3 9 研究，日本设施 土壤有效钾积累也很明显，由原来的7 6m g k g 增加到了】8 3m g k g 。 1 2 27 土壤微量元素 据刘建玲【盯i 研究，设施农田中微量元素也呈积累趋势，但是积累量要远远低于大 量元素，菜地土壤有效锌、铁、锰、铜和硼的平均含量分别比相邻粮田增加了o 7 、 1 1 、o 2 、o 5 和o 3 倍，表现为菜地土壤大量元素和微量元素间的严重失衡。据北京 市土肥站1 3 靶1 9 9 7 年对京郊菜田详查表明，设施土壤有效f e 为2 6 9 2m g k g ，有效锰 为8 0 1m g k g ，有效铜为5 7 4m g k g ，有效锌为2 9 8m g k g 。辽宁1 2 】j 的研究结果表明， 有效f e 、m n 、c u 、z n 都高于露地壤。 1 2 3 土壤环境特征对作物品质的影响研究 土壤盐害对作物生长和品质可以产生不良影响，如黄瓜受盐害时，苗老不发，根 系生长受阻，植株早衰p j 。氮素过剩一方面会导致蔬菜结实不良，易染病害，另一方 面可能会造成气体障碍”。1 。吴多三1 4 2 】研究表明，合理旋用氮肥可以提高白菜可溶性 糖，v c 含量，过高或过低都会降低品质。磷素过量，会导致营养失调，微量元素缺 乏，进而导致生理病害，影响品质1 4 。吴多三【4 2 j 报道，番茄、花椰菜施钾可以提高 v c 含量，油菜施钾可促进对n 的吸收，减少硝酸盐含量，增加蛋白质含量。钾、锌 配合不仅能明显增加油菜产量，还可以明显提高油菜体内硝酸还原酶活性和显著降低 其硝酸盐积累4 ”。王景华1 46 j 研究表明，氮、钾、锌肥配施，明显降低了硝酸盐含量， 提高了v c 、可溶性糖含量，同时粗纤维含量也减少了。陈明华1 47 】报道，在施用化学 氮肥基础上，配施铜、钼微肥可提高小白菜v c 、可溶糖和硝酸盐含量，但菜体硝酸盐 含量远低于安全标准，所以适量配施铜、钼微肥对改善和提高蔬菜品质是有益的。张 永清1 4 埘研究表明，青花菜在施用氮、磷、钾肥的基础上，施用锌肥能显著降低硝酸盐 含量，并显著增加叶绿素、v c 及体内锌含量。微量元素锰、锌、硼单旌或配施，黄 瓜v c 含量明显提高，锰、锌配施较对照增加3 1 1 1 4 9 t 。申秀英 5 0 】报道，有机肥的施 用以及平衡旋肥是降低蔬菜硝酸盐含量的有效措施。张恩平 5 h 等对保护地茄子的研究 表明，土壤有机质含量和碱解氮水平的高低，是影响茄子可溶性蛋白和还原糖含量的 主要因索，速效钾对茄子中含量影响也较大。李亚灵1 5 2 1 报道，温室番茄无土栽培下， 果实鲜样v c 随营养液中电导率的增加雨呈线性降低。腐植酸的施用可以使产品质量 得到改善，甘薯、甜菜、西瓜、葡萄等含糖量增加。河北祟礼甜菜试验，施用腐肥处 理含糖量为1 7 4 2 ，对照仅为1 4 2 5 。于志民【5 副研究表明，腐植酸液肥能显著改善 番茄品质，提高果实v c ，果胶质和可溶固形物含量。彭正萍i 5 4 1 报道，投入养分量相 4 设施农田土壤生态环境修复技术及其效应评价研究 等条件下，腐植酸能显著降低油菜体内硝酸盐含量，提高v c 、可溶性糖含量及s o d 、 p o d 、n r 的活性，还能有效提高油菜体内叶绿素含量，使叶片增厚，外观油绿，商品 价值提高。 12 4 设施农田土壤环境修复的研究进展 对农业土壤环境修复的研究已经有了多年的历史，但是多集中在靠近工业区的点 源污染上，而对于设施农田这种小环境内的土壤修复问题研究不多，且多集中在产生 生产障碍的土壤环境的治理方面。 1 2 4 1 土壤次生盐渍化的治理 对设施农田土壤次生盐渍化治理的报道较多。双层暗管排水洗盐是治理土壤次生 盐渍化的一种有效措施1 2 7 1 。陈晓红【5 5 , 5 6 1 研究表明，浇透水可以使地表积聚的盐分稀释 下淋。在农闲时种植耐盐作物也是土壤除盐的一种措施”7 ，”j 。冯永军等报道1 5 ”，大棚 种植禾本科植物除盐效果明显，种植玉米可使大棚土壤的耕作层电导率降低6 4 。 郭晓东1 6 0 j 研究表明，秸秆还田，以肥压盐的措施可同时起到除盐、培肥和灭菌的 作用。据梁成华| 3 川报道，夏季施用稻草3 0 0 0 0k g h m 2 ，1 8 天后土壤耕层硝态氮含量 从2 7 3 ，7m k g 降低到l l8 3m g k g ，电导率也降至蔬菜生长的安全范围内。葛菁萍m 1 i 研究指出施用稻草可以除盐，因为微生物在分解稻草时会吸收土壤中的部分氮，而将 盐分固定。吴根良等【6 2 j 报道，畦面覆盖木屑能明显降低月季花温室土壤盐分含量，覆 盖木屑的表土层电导率比不覆盖的降幅均在5 0 左右。张春兰【6 3 】研究表明，覆盖稻 草也可以降低土壤盐分含量，而且随着覆盖时间的延长除盐效果越明显，覆盖4 2 天 比5 天的土壤电导率降低了近5 0 。宋述尧州j 指出，施用o 4 0 o 1 2 玉米秸秆能明 显降低土壤的电导度，遏制土壤次生盐渍化。风化煤对盐碱土改良也很重要，据测定 1 6 。”j ，土壤中粘土矿物的盐基交换量为1 0 - 3 0m e 1 0 0 9 ，而腐植酸高达2 0 0 3 0 0 m e 1 0 0 9 ，腐植酸与土壤溶液中的n a 十、o h 等有害离子发生交换反应，降低土壤含盐 量，改善土壤表层结构，阻止盐分上升，起到隔盐作用。 合理施肥以及施用半腐熟的有机肥也是降低土壤盐分的有效措施【2 7 , 6 7 6 8 。张春兰 旧州研究表明，施用干鸡粪后土壤电导率比未施用的下降2 0 , - - 2 5 。应用地膜等覆盖 物，也可减轻土壤盐分表聚1 7 0 , 7 1 1 ，另外，采用合理的耕作栽培措旌可以有效的降低土 壤盐分睇“。据吴志行等研究1 7 ”，在萝b 地中栽种辣椒和在辣椒地中套种苋菜，均可 有效的降低保护地土壤表层的含盐量，经过一个月后，表土电导率可下降 0 1 3 - - - 0 2 1s c m 。王遵亲驯报道，在番茄地上闻种玉米、黄瓜，较连作均能有效地降低 保护地土壤表层的含盐量。郭凤鸣等【7 4 】研究指出，通过深耕可以达到稀释盐分和减弱 毛细管作用，降低地下水位，从而防止盐分的表聚。 1 2 4 2 关于土壤物理性状、土壤微生物的研究 有机肥富含各种养分和生理活性物质，可通过改善土壤结构、调节土壤水分、空 河北农业大学硕士学位论文 气和温度而影响土壤物理性质，还能改善土壤胶体组成，有利于土壤形成稳定性的团 聚体，并且能影响微生物活性1 5 5 j 。宋述尧m f 研究表明，施用o 4 一1 2 玉米秸秆能 明显提高土壤有机质含量和j l 隙度、降低土壤容重，改善耕层的通透性。于砚民【7 ” 报道，盐碱湿地施用风化煤后，可以显著降低土壤容重，增加孔隙度，提高温度，缩 小膨胀率，明显改善土壤物理、化学性状，促进微生物的活性。殷永娴6 j 报道，大棚 增施稻草、豆秆可以促进各类微生物的正常活动和均衡发育，并能减少土壤病原真菌。 张夫道【7 7 研究表明，大麦秸秆和2 0 苕子配施，土壤微生物迅速增加，2 4 周后，微 生物总量增长了1 3 6 3 3 0 倍，细菌增长居多。段学军| 7 副报道，在黄土母质上，施用 风化煤2 4 15 0 3 2 4 0 0k g h m 2 ，同时配施玉米秸3 5 5 5 0 - 4 1 5 5 0k g h m 。，尿素1 0 8 0 1 2 9 0 k g h m 2 ，对土壤生物量碳和土壤呼吸强度、纤维分解强度等表征土壤生物学性状的指 标均有不同程度的促进作用，互作激发效应较明显。周鑫斌等i7 9 】以黄土母质生土为材 料，研究了玉米秸、风化煤、尿素3 种土壤熟化措施对生土熟化中土壤微生物量碳的 影响。结果表明，在土壤熟化的过程中，玉米秸的影响最大，尿素次之，风化煤最小； 玉米秸与风化煤配合，互作效应非常明显。赵东彦【8 0 1 研究指出，风化煤和玉米秸配施 可以改善土壤的结构性状，特别是对于土壤1 - 0 2 5 r a m 团粒结构有着显著的促进作 用，并且当风化煤和玉米秸用量分别为1 0 4 6 5 1 5 0 0 0k g h m 2 和1 0 4 6 5k g h m 2 时为促 进土壤各级团粒结构形成的最优旋用量。江永红【8 ”报道，秸秆还田能改善土壤物理性 状，降低土壤容重，增加土壤微生物数量，增强多种酶的活性，还能调节地温，蓄水 保墒。 1 2 4 3 土壤酸化的治理 黄锦法1 8 2 垮艮道，对于p h 6 的土壤，调整酸度的措施为全面推行施用碱性或生理 碱性肥料，如草木灰、钙镁磷肥等，少施含氯化肥、过磷酸钙等酸性肥料。对于p h 5 5 的土壤提倡施用石灰7 5 0k g h m 2 中和酸性。 1 3 技术路线 针对当前设施农田由于盲目施肥而导致的土壤环境恶化问题，采用盆栽试验、土 培试验、田间试验以及田间模拟试验相结合的方法，系统研究了平衡施肥措施、工程 措施、秸秆和风化煤对设施农田土壤生态环境的影响效应。采用的技术路线如下。 6 设施农田士壤生态环境修复技术及其效应评价研究 技术路线： 设施农田七壤环境恶化 + + 盆栽、士培试验田间、田间模拟试验 + 风秸 亚 工 化秆 衡程 煤培 效肥 施措 应研 肥施 研究 究 ，丁t弋 土上l土 主 主土上 养茼2 f _土土 壤 7 1 = 养 # 分蒿壤壤 壤壤分 吸生腐伺 养 分 有吸 质 收物植机 分 酸 机收 指 ， 利量酸质 状 喊 质利长 度 用 况 用 杯 势 t 上上 虱化煤、秸秆对土壤环境的影响及效应平衡施肥、工程措矗菹对土壤环境的影响及效应 i 上 改良土壤环境、改善作物品质 7 河北农业大学硕士学位论文 2 材料与方法 2 1 风化煤在士壤修复中的效应研究( 盆栽试验) 21 1 试验材料 供试盆钵：塑料盆规格：15 c m 2 0 c m 供试作物：茼蒿( c h r y s a n t h e m u ms o r o n a r i u ml g a r l a n dc h r y s a n t h e m u m ) ； 供试土壤：土壤取自定州园区有不同程度生产障碍的日光温室，属沙壤质褐土 基本农化性状见表1 。 表l 盆栽试验土壤的基础农化性状 t a b l ei a g r o c h e m i c a lp r o p e r t i e so f l e s t e dp o ts o l 2 1 2 试验方案 取自8 个地点的土壤均设置加入风化煤和不加两个处理共1 6 个组合，重复四 次，随机区组排列。 盆栽用土过筛，混匀备用，每盆装土2 2 5k g ：风化煤用量为o 0 3 5 k g 盆，风化 煤与土壤充分混匀后装盆。3 月2 9 日播种，种子表面覆土0 2 5 k g ，盆钵用黑色薄膜 覆盖。4 月2 日出苗，每盆定苗3 0 株，生长期间按容量法浇水，5 月1 0 日收获。 2 1 3 测定项目及方法 植株养分测定：将植株在1 0 5 1 2 t 杀青2 0 分钟，6 0 7 0 c 烘干至恒重，粉碎。按 土壤农化常规分析法测定植株的全氮、全磷和全钾含量，其中全氮用凯氏定氮法测定， 全磷采用钒铝黄比色法，全钾采用火焰光度计法1 8 3 】。 植株干、鲜重测定：将茼蒿从根部靠近地面处剪断，立即称鲜重；将鲜样于1 0 5 8 设施农田土壤生态环境修复技术及其效应评价研究 杀青2 0 分钟，6 0 7 0 c 烘干至恒重，测干重。 2 2 秸秆对：卜- 壤有机质、腐殖酸总量的影响( 土培试验) 2 2 1 试验材料 供试盆钵：塑料盆规格：1 5 c m 2 0 c m 供试土壤：土壤取自定州市中洲绿蔬菜高科技园区6 2 号棚，属沙壤质褐土，基 本农化性状见表2 。 表2 土培试验土壤的基础衣化性状 t a b l e2 a g r o c h e m i c a lp r o p e a i e so f t e s t e dp o ts o i l 2 2 2 试验方案 试验设4 个秸秆用量水平，分别简称为j 1 、j 2 、j 3 、j 4 ，同时每个水平设加入等 量的风化煤处理( 简称f j ) ，分别为f j l 、f j 2 、f j 3 、f j 4 ，并设置不施肥处理( c k i ) 和羊粪、尿素混施的处理( c k 2 ) ，同时j 和f j 的8 个处理均施入和c