设施栽培条件下土壤酸化与盐渍化耦合发生机理研究

发布时间：2018-06-05 13:31

本文选题：设施土壤 + 酸化　；参考：《浙江大学》2015年博士论文

【摘要】：当前,我国设施土壤酸化和次生盐渍化现象普遍,成为设施栽培系统中最为突出的土壤障碍问题。这些问题不仅直接危害作物的正常生长,而且也易引发养分失衡、病虫害增加等其他相关生产问题,威胁设施农业的可持续发展。有关设施土壤酸化或盐渍化发生的原因和调控措施研究也是长期以来土壤学、园艺学与环境科学等领域的焦点,并取得了大量可喜的进展。但以往的研究多针对酸化或盐渍化某一现象开展,同时考虑这两个过程的研究鲜见报道。为了深入探讨设施土壤酸化和盐渍化耦合发生的原因和机理,本文选取山东寿光、浙江宁波和金华初始pH值不同的设施土壤作为研究对象,在考察了初始pH值不同的设施土壤酸化和盐渍化特征后,以寿光设施土壤为对象,利用室内培养、盆栽试验,并结合统计模型研究了设施土壤酸化与盐渍化的内在联系、氮肥投入与不同种植年限设施土壤酸度和盐分累积之间的量化关系；另外,结合定量PCR和高通量测序技术,深入探讨了设施土壤中微生物群落的特征及硝化和酸化机理。主要研究结果如下：(1)初始pH值不同的设施土壤酸化与盐渍化特征与露地相比,寿光和宁波设施土壤表层(0-20 cm)和亚表层(20-40 cm)均表现出明显的酸化和盐渍化现象。且这两个调查地区的设施土壤pH值均随种植年限的延长而逐渐降低,但电导率(EC)值却呈现出相反的趋势。酸化和盐渍化更容易同时发生在土壤表层。寿光设施表层土壤pH值较露地平均约下降了1.01个单位,而EC均值达到了0.70mS cm-1,超过了大多数作物生育障碍临界点(EC 0.40mS Cm-1)。由露地改为设施栽培后,寿光设施土壤中K+和NO3-在全盐中的比例显著上升,而Ca2+和HCO3-的比例有所下降。设施土壤pH和EC之间呈现极显著的相关关系。进一步逐步多元回归分析表明,土壤pH值的下降与Ca2+、HCO3-的比例下降呈现显著相关。对于初始pH值较低的设施土壤酸化和盐渍化机理应做进一步的研究,从而来评估这类设施土壤酸化和盐渍化的相关关系。(2)盐分添加对设施土壤pH值的影响在伴随离子为Cl-时,各阳离子对设施土壤均有一定的致酸作用,作用顺序：Ca2+ NH4+ Mg2+ K+ Na+。随着各阳离子浓度的增加,土壤pH值下降幅度增加,这与离子的交换吸附密切相关。在伴随离子为Na+时,在高浓度Cl-条件下土壤pH值显著降低,这归结于Cl-的生理酸性和离子间的协同作用。因此,设施栽培中应尽量避免施用NH4Cl肥料。在HCO3-作用下,土壤pH值上升。离子的引入会活化土壤胶体上的相应交换位点,使交换态的离子进入到土壤溶液中,加速土壤次生盐渍化过程。(3)化学氮肥施用对不同种植年限设施土壤酸度和盐度的影响经过一季的栽培,各设施土壤酸度和盐度随着氮肥施用率的增加均有显著的增加,pH的下降范围为0.45-1.06个单位,电导率(EC)增加了0.24-068 mS cm-1。尿素作为氮肥,温室栽培下1mol(NO2-+N03-)-N的累积将释放约0.92 mol H+。在每季氮肥投入分别为600和1,200 kg N ha-1条件下,寿光不同栽培年限温室土壤质子负荷约分别为14.3-27.3和12.1-58.2kmol H+ha-1；生菜对过量盐基离子吸收的质子产生量仅占硝化作用的0.3-4.5%。此外,土壤中质子的释放将诱导盐基离子的溶出,加速土壤盐渍化。(4)高氮投入下不同施肥方式对设施土壤酸度和盐度影响保持采样地传统氮肥施用量(1,200kgha-1),经过一季的栽培,单施化学氮肥和化肥有机肥配合施用均会导致设施土壤酸度和盐度的增加,且单施化学氮肥处理下土壤酸化和盐渍化的速度更快(P0.05)。有机肥在一定程度上可缓解土壤酸化和盐分累积的进程,但过量施用也可导致设施土壤酸化和盐渍化。氮素的硝化作用导致设施土壤酸化,硝化作用对土壤酸度的影响程度受土壤初始pH值的影响。与此同时,硝酸盐的累积是导致设施土壤盐渍化的直接原因。不同栽培年限设施土壤对肥料处理的反应程度与土壤本身的pH缓冲容量和养分含量密切相关。植物生长过程中对硝态氮的吸收可改良土壤酸度和盐度。(5)设施土壤潜在硝化活性和硝化微生物群落组成设施栽培在一定程度上增加了土壤中养分含量和硝化微生物群体的多样性。但设施栽培14年后,由于土壤酸度和盐度的增加,硝化微生物群体丰度和多样性显著下降。中性偏碱性表层土壤潜在的硝化活性(PNA)与氨氧化细菌(AOB)丰度具有显著的正相关关系,与氨氧化古菌(AOA)丰度无显著相关关系。土壤PNA和AOB受pH值变化影响显著。硝化微生物群体AOA、AOB和亚硝酸盐氧化菌(NOB)中的优势种群分别为Nitrososphaeraceae.Nitrosomonadaceae和Nitrospiraceae.冗余分析(RDA)表明,设施土壤中硝化微生物群体结构与土壤盐度(EC)、有机碳(OC)和N03--N含量具有显著的相关关系。
[Abstract]:In order to explore the causes and mechanism of soil acidification and salination of facilities , this paper deals with the causes and mechanisms of soil acidification and salination of facilities . In order to further explore the causes and mechanisms of soil acidification and salination of facilities , this paper studies the relationship between soil acidification and salination of facilities , and studies the relationship between soil acidification and salination of facilities .
The results are as follows : ( 1 ) The soil acidification and salination characteristics of the facilities at different initial pH values decrease gradually with the extension of the planting years , but the conductivity ( EC ) values show the opposite trend . The pH value of the surface soil of Shouguang facility is decreased by 1.01 units at the same time , and the EC average reaches 0.70mS / cm - 1 , which exceeds the critical point of most crop growth barriers ( EC 0.40mS Cm - 1 ) . The soil acidity and salinity of the facilities increased significantly with the increase of the concentration of each cation . The soil acidity and salinity of the facilities increased with the increase of the concentration of each cation . The soil acidity and salinity of the facilities increased with the increase of the concentration of the ions .
The results showed that the soil acidity and salinity of the plant were significantly affected by soil acidity and salinity .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S158.1;S625.5

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