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1、设施土壤次生盐渍化的绿色修复技术 （完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）上海交通大学硕士学位论文设施土壤次生盐渍化的绿色修复技术姓名:胡萍申请学位级别:硕士专业:农业生物环境与能源工程指导教师:何明20050110设施土壤次生盐渍化的绿色修复技术摘要上海地区的设施土壤由于受到栽培施肥等人为条件和地下水位高土壤板结现象严重次生盐渍化程度明显并适当增施有机肥灌水洗盐效果不佳设计盆栽试验单因素试验分析设施土壤次生盐渍化的成因有机肥炉渣等绿色修复因子对土壤盐分并考虑因子的综合影响又能大大提高作物产量和质量易推广的绿色修复技术结果表明混土试验中盐渍土与客土1:1混合的处理也
2、能提高西瓜的产量和含糖量但全部换客土费时 盐渍化改良剂更能促进土壤养分的运输直径以及根系和地上部的鲜重有机肥土壤盐渍化改良剂盐渍化改良剂不仅能有效降低土壤盐分有机肥和秸秆的单独使用对土壤的速效养分有一定的保持作用,为土壤的再利用打下坚实基础综合单因素试验的3个因子发现有机肥和秸秆一起使用与有机肥对改良土壤次生盐渍化的效果好便于推广使用关键词次生盐渍化AN APPROACH TO ENVIRONMENTALLYRESPONSIBLE REMEDIATION OF SECONDARY SALINIZATION OF THE SOILS IN THE GREENHOUSEABSTRACTThere
3、were very serious problems with secondary salinization of the soils in the watermelon greenhouse. Due to man-made cultivation, irrigation, fertilization and natural environment condition such as high underground water table and bordering the China East Sea, soils become easily hardened so that it wa
4、s difficult for irrigation water to penetration. The existing greenhouses in Shanghai have hardly underground tile-drainage, so the attempt of irrigation to decrease the salinity was not so effective.In this paper, from the point of environmentally friendly fertilizer and planting technology, the ex
5、periments of potted plant, mixed soil, single factor, and Latin equation were designed to analyze the reason of secondary salinization of the soils in the greenhouse, especially to discuss the effect of virescence approach on salinization and nutrition such as soil conditioner, organic fertilizer, s
6、traw, and slag. In addition, the combination of all factors was considered and an approach to remediation with low cost was concluded which could remediate the secondary salinization of the soils effectively and improve the quality and quantity of crops greatly.The following results were showed in d
7、ifferent experiments. In the mixed experiment, the disposal was to mix the non-salinization soils with the salinization soils in different proportions. It was concluded that the salinity of mixed soils in the ratio of 1:1 could reduce the secondary salinization of the soils effectively, and could in
8、crease the quantity and sugar content of watermelon with the same effect of using non-salinization wholly. However the latter need more labour force and higher cost. Potted plant with different concentration of soil conditioner for reduction of salinization and improvement of soil structure, soil co
9、nditioner for reduction of salinization can accelerate the transportation of nutrition further so as to improve the height, diameter, and fresh weight of root for young watermelon plant. Such five factors as organic fertilizer, straw, soil conditioner, slag, deep digging, and antitheses were conside
10、red and designed in the signal factor experiment. The soil conditioner forreduction of salinization could decrease the salinization of the soils and promote the growth of watermelon. Organic fertilizer and straw could keep the quick result nutritions of the soils so as to benefit to the reuse of soi
11、ls. The group matches of organic fertilizer, straw, and soil conditioner were designed in this experiment. We found that the combination of organic fertilizer and straw had the same effect with the combination of organic fertilizer, straw, and soil conditioner. The combination of organic fertilizer
12、and straw with low cost and least harm to environment is convenient to popularize for the application.Keywords: soils in the greenhouse, secondary salinization,environmentally responsible remediation上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明是本人在导师的指导下除文中已经注明引用的内容外对本文的研究做出重要贡献的个人和集体本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担胡萍日期上海交通大学学位论文版权使用授
13、权书本学位论文作者完全了解学校有关保留同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于不保密 请在以上方框内打学位论文作者签名何明日期2005年1月15日第一章绪论1.1设施土壤次生盐渍化修复意义盐渍化土壤在我国和世界各地都有广泛分布1-3约占陆地总面积的10%2,700万hm27%左右4-设施大棚生产是指在温室或者塑料薄膜覆盖下的集约化种植方式使土壤理化性状和生物学特性产生了很大的变化已成为蔬菜生产的主要土壤障碍因子9设施土壤的次生盐渍化过程是在新建立的有
14、效利用系数低的灌溉系统上灌溉系统中损失的水分可补给地下水地下水在其向地表上升的过程中使底土层盐分溶解很多情况下同时表现为硝酸盐含量增多作物因营养失调而引起生理性的和病理性的障碍12-1314-15-17-地下水的蒸发和蒸腾而有返盐现象18-20上海地处滨海盐渍土区受海水浸渍排水不畅水源充沛阻断了雨水作用而且人为的过量施肥和不合理的灌溉等造成设施土壤的次生盐渍化加剧近年来土壤污染的植物修复(即利用绿色植物来去除环境中的污染成分或将其转化为无毒的物质的过程受到世界各国的瞩目,并取得了很大的进展业采取绿色修复技术无害1.2设施土壤农化性状的特征1.2.1设施土壤与露地土壤理化性状的比较设施栽培土壤由
15、于特殊的栽培条件从而导致土壤农化性状的改变大棚栽培土壤的电导率是露地栽培的2.38倍pH降低0.67单位这说明露地栽培与大棚栽培的土壤农化性状有明显差异在大棚与地膜栽培条件下应重视防治土壤障害黄锦法,2000g/kg mg/kg 2000设施土壤可溶性盐基离子主要分布在表层可溶性盐增加56.90%pH差值约小0.1而NH4+-N略有减少明显地高于底层这主要是由于土壤施肥绝大多数在0-20 cm的耕作层中进行底层的含盐量也较高且矿化度较大这一方面是在蔬菜生育期间对盐分有一定的淋洗作用另一方面保护地内气温较高盐分又会随水分蒸发向上层迁移1995NO3-Mg2+与全盐量呈显著正相关1.2.4 设施土
16、壤pH与土壤酸化23-25引起设施栽培土壤pH下降主要有以下几个原因如KCl硝酸根 与等当量的钙结合而随水流失H+pH过低盐类浓度高及营养失衡等问题据日本研究菠菜洋葱茄子番茄在pH 4.5时的干物质重量仅为pH 6.5时的5%-30%26试验得出EC值与NO3-N成正相关性0.9039n,说明EC值与NO3-N有关NO3-N含量增加可能与偏施过量氮肥1.2.6设施土壤的硝化作用27-30在设施土壤高盐分的条件下也就使肥料中的氮所生成的亚硝酸不能立即转变为硝酸当设施温室内的温度在阳光照射下急剧上升时当浓度达到一定程度时甚至使之全部枯死危害人类健康吴凤芝31的研究表明危害人类的身体健康菠菜中的硝酸
17、盐含量与土壤中的硝酸盐含量成正比它约占总量的66-92Cokojiob, 1992近年来环境卫生学方面的大量试验证明还可间接与次胺结合形成强致癌物质亚硝胺宋圃菊, 1978因此受到了国内外极大关注蔬菜易于富集硝酸盐来自蔬菜341.3.2 影响蔬菜作物正常生长发育Ramaly(1990 35研究指出会降低作物体内干物质生产1984, 1994蔬菜秧苗定植后常出现苗老而不发发育迟缓叶片变小提前开花这些都是典型的症状3839 19951.3.3影响生态环境多生态环境的影响主要表现在NO3- 对水体的污染以及进入大气中的NO, 1995土壤硝态氮含量不仅影响蔬菜对硝态氮的吸收和积累吴多三, 1997其
18、中关于氮的淋溶引起地下水污染问题早就引起国内外一些专家的关注并投入了大量研究过量施肥特别是过量施用氮肥造成硝酸盐积累大水灌溉淋洗土壤表层的盐分至下层但又导致了带有大量硝酸盐的下渗水对地下水的侵染有资料表明地下水的硝态氮含量为61.6-124.0 mg/L43NO3-N本身移动性很强在表层聚积产生浓度障害随着土壤含盐量的增加谢承陶, 1993真菌可能与大棚内较高的湿度及较高的含盐量对其抑制有关45 NO2-和N2O积累1.4设施土壤盐渍化发生原因1.4.1过量化学肥料的投入46-50由于设施土壤复种指数高多数情况是过量施用化学肥料如NH4Cl中的Cl-这些副成分的比例不小必要时为了中和这些阴离子
19、就更提高了土壤的盐类浓度许多农户施人畜粪尿也会迅速分解形成次生盐渍化511998引起设施土壤次生盐渍化的盐离子中 阴离子以NO3-为主53,54 - 1994通常化肥中带有硫酸根及盐酸根等强酸阴离子大部分残留在土壤中采用设施大棚栽培后不仅表土中可溶性盐分别增加1.4.2设施生产特有的人造气候条件55设施土壤的栽培故温室内温度高蒸发量大矿物中离子释放加快缺乏雨水的淋洗土壤水分以上移运动为主大棚施肥量高同时还有大量有机肥的投入施入的肥料很少流失偏施氮肥不能被吸收的成分则会残留在土中而发生积累然后随着较强的毛管作用在土壤表层富积污染的灌溉水源1.4.3不安全的灌溉水源56-57灌溉水是灌溉土壤中盐分
20、的经常性给源城市郊区的灌溉水源或轻或重的受到周围工厂排污的影响灌溉水中的各种养分离子农用化学物质除草剂已大幅度超标不但加深土壤盐渍化程度降低农产品品质如饮用水的盐化和污染而且对土壤微生物有一定的毒害作用长期大量的灌溉和各种灌水洗盐措施按照“盐随水来”的规律积累在土壤表层也暂时性地向地下水中富集这样在强烈的土壤毛管作用力下地下水中的盐基离子如SO42-Ca2+等又随土壤蒸发水上移到地表高温高湿条件下盐基离子的释放也加快这是发生土壤次生盐渍化的一个内在作用1996EC值作物生长良好使土壤水分蒸发作用减弱不会引起土壤中盐类浓度的迅速提高还增加了土壤含水量培肥了地力一般年施用有机肥10-15万kg/h
21、m2库经微生物分解后可以增加土壤中有效养分含量有机物料在被分解过程中为微生物提供养分提高土壤有效养分的利用率增强土壤的通透性降低土壤的地下水位1.5.2测土施肥平衡土壤养分施肥过多是引起设施土壤次生盐渍化障碍的主要因子之一所以进行土壤养分的测定施用化学肥料是保证高产出和提高生产效率的一种重要手段必须做到N K肥的配比合理薛继澄62 认为根据土壤残留硝态氮数量控制氮肥施用但测土配方施肥因为生产者科学文化知识较低对温室环境肥料的释放盲目性较大 局部施氮能提高氮素利用率和改善品质32 , 19951.5.3土壤改良剂的施用64-67近年来制剂的新品种愈益增多我们可以按它原料的来源成分土壤结构改良剂的
22、性质常见的土壤结构改良剂可分为多糖类结构改良剂木质素类土壤结构改良剂腐殖酸类土壤结构改良剂以及无机土壤结构改良剂土壤改良剂能促使土壤形成大量水稳定性团粒特别是增加通气性孔隙加速洗盐排碱过程施用结构改良剂还能增加土壤的团粒结构板结层硬度提高表土吸水和耕作层透水性降低土壤和作物的蒸腾系数已有的研究表明增加盐基代换量提高土壤的生产性能促进微生物生长和激活土壤中的再生元素调整土壤pH值板结地的土壤生长作物条件正常化加快土壤有机物生长活动1.5.4定期人工洗盐68,69对出现盐渍化现象的土壤要进行灌水排盐应浇足浇透供作物根系吸收可在春茬蔬菜收获后的7-8月间并作成垄或按一定宽度修起土埂结合耙地使土壤里的
23、盐类及一些有害成分溶解于水中此过程可反复几次八月间高温期翻土最好在0.1 hm2的保护地上撒施细碎稻草500-1,000 kg50 -地下水的蒸发和蒸腾同时很多设施大棚地下无暗管设备1.5.5适时中耕松土70设施土壤内温度高土壤蒸发失水强烈从而出现季节性返盐使土壤疏松改善土壤结构在土壤表面迅速形成干土保护层土壤表面形成干土覆盖层后同时使毛管水以上的湿润层的水分不能达到土壤表面而是在干土层以下湿润的土层产生水汽同时水的汽化量少疏松表土比对照可减少潜水补给蒸发量的8-25而且深翻土地能将含盐量高的表土翻到下层有利于作物生长耐盐植物的根系作用在国内外都有报道64,71-74这类植物长期在盐渍环境下生
24、活形成了各自的特定耐盐机制以抵抗高盐的威胁来争得生存值得进一步研究土壤的多茬栽培一般不考虑种植耐盐1.5.7覆盖地膜76设施土壤采用塑膜覆盖可以有效的减少土壤水分蒸发地表塑膜覆盖后使土壤表面温度升高土壤中一部分水分气化离开土表面形成一种湿润的小气候减少了土壤水分的蒸发在春季干旱期4月28日-6月24日的50天时间内未覆盖地膜的为104.48 mm 70.8在冬季11月1日-第2年3月31日的151 天时间内而未覆盖地膜的为169.55 mm抑制蒸发量为701.5.8 添加炉渣77炉渣中含有促进植物生长所必需的元素磷氯钙硼等炉渣用于盐碱地不仅能起到中和盐碱的作用从而有利于微生物活动和养分分解其次
25、对提高地温保持土壤温度有明显作用使其充分干燥把表土层3-5 cm的土壤铲除换新土防止返盐来降低有害微生物的数量换土所需工作量大所以适用于小面积的盐碱地改良改良效果愈为显著而持久但大部分是在小农经济条件下取得的因此在本论文的试验中选择使用措施1. 6 课题的提出随着上海农业现代化的进程特别是上海市为丰富城乡人民的菜篮子多茬种植西瓜上海市郊西甜瓜种植面积2,167 hm21959年计划安排的西甜瓜种植面积扩大至6,100 hm2甜瓜2,420 hm21982年平均产量2,004 kg上市18.29万t1988年总产量53.71万t总产值2.1亿元西甜瓜生产更注重市场需求与经济效益品质更趋向优质84
26、24“京欣”等颇受市场青睐西甜瓜种植面积10,588 hm2 总产量24万t其中西瓜面积6,230 hm22001年的西瓜生产而言比2000年增加18%总生产量约48万t设施农业的发展是与上海经济发展水平和长期的技术积累密切相关的大型设施温室的引进在上海取得了阶段性的成果瓜果的高效标准化栽培技术体系基质和营养设施生产是一种综合利用地力及人工气候条件进行的高效生产其中最常见的问题如下81,82化肥肥效和当季利用率呈下降的趋势磷肥料当季利用率降为N: 30-35%K: 40-50%土壤环境质量的日益恶化成为遏制农业可持续发展的重要因素这种现象的产生虽然有自然因素的影响土壤的次生盐渍化现象不仅使设施
27、西瓜的产量与质量大为降低通常势必施用更多的化肥来维持土壤肥力及土壤生产力也进一步加重了土壤的次生盐渍化现象因此是在设施农业发展中一个亟待解决的关键技术问题关于在设施农业中衍生的土壤次生盐渍化现象的防治方法但是这些方法通常不但需要耗费过大的人力和物力此外其效果往往是短暂的研究表明必须从设施农业的土肥管理及栽培管理等技术面入手在上海设施农业发展过程中目前设施农业土肥管理和栽培技术相对来说还是极为粗放的从农业生产的角度来看次生盐害及地力退化等现象从环境生态的角度来看从而引起水体的富营养化等现象现有的粗放型设施农业土肥管理和栽培技术亟待以环保型绿色土肥管理和栽培技术所代替以保证设施农业的可持续发展近几
28、年来国际经济合作与发展组织颁布的中也在大力提倡农用耕地的生产环境保护由此可见因此寻找一条全新的综合防治设施西瓜栽培土壤次生盐渍化现象的成功之路由于设施园艺生产通常是集约型多肥栽培的重复作业因此只要施加超过作物吸收量以上的养分进而产生土壤板结地力退化等现象土壤电导率而所种植的作物还发生了与此相关的生理病害实施后彻底根除了次生盐害及生理病害总的来说日本等发达国家已经进行了全面细致的大量研究工作并因此形成了一套可供借鉴的标准化技术对于净化设施环境和提高作物品质具有十分显著的效果84的诱发因素上海濒临东海地下水位多在50-120 cm之间故地下水中所含的盐分易通过土壤的毛细管作用上升到地表返盐在设施农
29、业中使通常的雨水排盐作用及灌溉洗盐作用得不到发挥这种次生盐害的防治健全排水系统降低地下水位深耕细作削减土壤返盐在研发设施西瓜栽培土壤次生盐渍化现象的绿色综合防治技术过程中从根本上解决设施土壤的次生盐渍化问题但作为一个正在高度成长的国际大都市特别是在设施农业标准化生产技术及农业生态环境保护等方面尤为如此目前上海在设施园艺方面还未完全做到这一点19971996年上海的农药施用量为9,878 t化肥施用量为21.8万t 均按折纯量计算由此可见化肥农药的过量使用但加重了农业环境的负荷加速了土壤的次生盐害给现代农业的可持续发展带来十分不利的影响盐害的危险性在于作物产量就可能已经降低了20-30%而应该是
30、近2,000 kg本论文结合上海现行设施农业在自然条件施肥方法栽培技术以及管理水平等方面的特点以作为上海西瓜生产大户的南汇区作为试验基地在上海市南汇区现代化农业示范园区连栋温室内进行试验在设施西瓜栽培中应用和推广这些技术对于上海农业的可持续发展具有十分重要的意义第二章混土试验2.1试验目的在上海市南汇区惠南镇进行设施土壤次生盐渍化修复试验时发现传统耕作难以打破犁底层灌溉水不易下渗等原因因此尝试采用客土改良的方法针对该农业园区设施土壤的次生盐渍化现象进行不同比例的混土阐明此法对次生盐渍土的修复效果M2M4图2-1与南汇区祝桥镇土壤以1:01:10:1比例混合M2-3 M1-2 M5-1M1-3
31、M5-2 M4-1M5-3 M4-2 M3-1M4-3 M3-2 M2-1M3-3 M2-2 M1-1图2-1 混土试验小区示意图Fig. 2-1 Sketch map of the mixed soils in the experimental zone2.3试验方法2.3.1土壤样品的采集及制备分别于西瓜栽种前1周分别采取耕作层和犁底层的土样磨碎过20目和100目筛后备用2.3.1.1取样采用随机采样以免采取土层土壤样品时对下层土壤造成混杂污染土样分别取自表层和底层2.3.1.2土样的制备采回的土样如植物残根风干过程可以在低于40 并有空气环流的条件下进行并防止酸风干的土壤平铺在平整的模板
32、或塑料板上在风干和压碎过程中侵入体和新生体进一步剔除干净用20目筛过筛将过筛后的土样充分混匀后装入玻璃塞广口瓶或塑料袋中写明编号深度制备好的土壤要妥善贮存高温2.3.2小区面积准备3.85 1.75 m (0.0015=0.01亩每畦连沟宽1.75 m每小区间保护行0.20 m2.3.3测定方法2.3.3.1土壤物理化学性质分析方法90风干土含水量精确到0.0001 g置入已知重量的铝盒中在105 的烘箱中烘至恒定质量,计算样品中吸湿水含量下同根据司笃克斯定律采用吸管法沉降分离测定容重法测定在HNO3溶液中并用NaOH滴定沉淀物的水解物Fe2O3和Al2O3含量用1:1的HCl提取用原子吸收分
33、光光度法进行测定溶液中的Fe及Al的浓度土壤pH828型台式酸度仪测定5:1水土比振荡5分钟后土壤交换性盐基pH7.0收集上层浸提液并定容Na+Mg2+FeSO4的量计算土壤中还原性有机碳的含量土壤全氮在催化剂的存在下使氮转化为铵态加热蒸馏出氨用标准酸滴定其含量酸溶-钼锑抗比色法测定提取滤液用钼锑抗比色法测定土壤样品经强碱熔融后土壤矿物晶格中的钾转变成可溶态钾可供测定全钾含量用1.8 mol/L NaOH溶液处理土壤土壤于碱性条件下进行水解扩散后由硼酸溶液吸收,用标准酸滴定土壤速效磷pH 8.5HCO3-可和土壤溶液中的Ca2+形成CaCO3沉淀提取液中的磷用钼锑抗比色法测定91 1 mol/
34、L的NH4Ac溶液离心浸提浸出液中的钾可用原子吸收分光度计测定 CEC 1 mol/L的NH4Ac离心交换后用95Gerhardt凯氏定氮仪测定NH4+含量2.3.4西瓜栽培与品质测定试验小区栽培西瓜品种为春光“8424”2003年3月27日移栽2,100株/亩株行距0.750.35 m10株苗育苗与定植成熟度好的种子在50植株管理及时整枝打杈并采用双蔓式整枝方法重点防治西瓜的枯萎病和地下虫害肥水管理以腐熟有机肥作基肥避免田间积水并以氮叶面喷施磷随机取西瓜5个横径及皮厚所测数据采用邓肯氏新复极差法进行多重比较再测定横径和纵径测定其旋光糖度分别测定瓜瓤中心和边缘及中间三点的旋光性糖度2.4结果分
35、析2.4.1混合土壤的形态学及矿物学特性表2-1 混合土壤的形态学及矿物学特性Table 2-1 Morphological and mineralogical characteristics of the mixed soils in the study sites 混合比(% 砂粒 粉粒 粘粒 Fe Si Al土样 层次 (cmAB -(%-质地 -(g/kg-Sa 1M1-15 0-15 100 0 34.57 52.45 12.99 SiL 2 21.45 234.33 48.56 4.65 M1-30 16-30 100 0 29.86 57.11 13.03 SiL 10.39 3
36、18.27 63.44 4.84 M2-15 0-15 75 25 25.93 61.06 13.01 SiL 14.84 266.91 54.08 4.76 M2-30 16-30 75 25 22.39 60.20 17.41 SiL 8.79 313.50 59.05 5.12 M3-15 0-15 50 50 25.28 60.68 14.04 SiL 30.20 312.50 71.02 4.24 M3-30 16-30 50 50 20.26 61.18 18.56 SiL 14.56 265.67 46.35 5.53 M4-15 0-15 25 75 26.53 60.42 1
37、3.05 SiL 35.18 293.08 67.03 4.22 M4-30 16-30 257519.65 62.15 18.20 SiL 13.77 267.64 57.44 4.49 M5-15 0-15 0 100 27.29 59.76 12.95 SiL 32.58 268.83 63.17 4.10 M5-3016-300 10017.8463.6318.54SiL12.55 245.55 56.82 4.18注硅铝比 (SiO 2/Al 2O 3; 2 SiL之间之间之间土壤通气透水性良好由于土壤的混合土壤的Fe 含量在8.79-35.18 g/kg 之间Al 在46.35-7
38、1.02 g/kg 之间在4.10-5.53之间表明土壤风化淋溶度愈强高湿环境对土壤形成有很大影响水热状况直接影响矿物质的分解与合成及物质积累和淋失影响有机质的积累和分解特点是蒸发地下水接近地表在这种情况下则会导致土壤的次生盐渍化1风干土吸湿水含量3阳离子交换量 (pH=72-2这种土壤的酸碱度适合西瓜生长0-15 cm16-30 cm耕作层和犁底层的EC值大小依次为M1是惠南镇设施土壤M5是祝桥镇设施土壤试验土壤耕作层的电导值均超过了美国农业部对温室土壤可溶性盐浓度限定的安全范围0.25-0.8 dS/m有关这可增加土壤粒子表面的可变电荷量混合土壤耕作层的BS高于犁底层2.4.3混合土壤的养分含量表2-3 混合土壤的养分含量Table 2-3 Nutrition contents of the mixed soilsOM1T-N2T-P3T-K4avN5avP6avK7土样(% -(g/kg- -(mg/kg- M1-15 3.39 1.34 0.90 2.34 278.69 94.35 668.95 M1-30 2.57 0.81 0.60 3.26 126.45 62.26 503.10 M2-15 3.04 1.28 1.02 2.48 267.68 71.40 647.31 M2-30 2.44 0.71 0.53 3.14 134.61 43.51 4