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宿豫保护地土壤硝酸盐污染与土壤酸化、盐渍化状况调查与分析

范文

李跃飞李彬陶加乐靳辉勇

摘要：为了解宿迁市宿豫区保护地土壤氮素污染与土壤酸化、盐渍化状况，针对性地采取科学有效的治理与改良措施，对辖区保护地进行土壤样品的采集与测定。测定项目包括土壤pH值、硝酸根离子含量、土壤电导率、水溶性盐离子组成。结果表明：（1）土壤电导率介于203～3 516 μS/cm之间，平均值为1 173 μS/cm。近半数的土样电导率达到 1 000 μS/cm（中度盐渍化）以上，可能会对作物产生不良影响。（2）土壤总盐含量与电导率之间呈良好的线性正相关关系，原位快速测定土壤电导率后，将电导率乘以系数2.425 8即可估算得到土壤总盐含量。（3）土壤电导率主要与硝酸根离子、氯离子这2种阴离子和钙离子、镁离子这2种阳离子的关系密切，其中硝酸根离子、钙离子是影响次生盐渍化土壤电导率的决定性离子种类。（4）随着土壤硝酸根离子浓度的增加或土壤电导率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤发生明显的酸化作用，使土壤中钙离子、镁离子的浓度增加，加剧土壤盐渍化过程。

关键词：保护地土壤;氮素污染;土壤盐渍化;土壤酸化;电导率;相关关系

中图分类号： S153;X53 ?文献标志码： A ?文章编号：1002-1302（2020）23-0241-04

设施栽培具有生长周期短、茬口安排灵活、市场效益好等特点，近年来在各地都得到迅速发展，宿迁市宿豫区为加快乡村产业振兴、壮大农村经济、增加农民收入，对设施栽培也给予了高度重视，并取得了不少进展[1-6]。

设施保护地的温度和湿度较高，作物生长速度相对快、产量较高，与露天栽培相比，要求土壤提供更多的水分与养分[7-9]。菜农借鉴长期以来大量施用氮肥促进作物生长及产量形成的经验，在保护地常常过量施用氮肥[10-12]。保护地经过几年的种植，土壤中的硝酸盐不断积累，引发土壤次生盐渍化、酸化、养分失衡等问题，并造成恶性循环引起土壤物理学、化学和生物学复合污染[13-15]。为了简化肥料养分管理，提高土壤质量，笔者选择宿迁市宿豫区保护地进行多点采样，测定土壤pH值、电导率、水溶性盐离子组成[16]。分析评价宿豫区保护地土壤酸碱状况、土壤电导率、水溶性离子组成之间的关系，旨在为指导该区保护地氮素的科学施用，减少氮素对土壤质量的不良影响，提高农作物的产量和品质，促进保护地栽培产业发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2018年7—9月对宿迁市宿豫区陆集镇虎山村和官庄村、大兴镇卢集村、关庙镇桥口村共34 hm2保护地代表性地块进行土壤农化样品的采集。取样深度为0～20 cm，按照平均约1 hm2采集1个混合土样的方法，共采集32个土壤样品，每个土样采用“S”形混合采样法，按照四分法取样留存化验。土样经抽湿风干后，磨细过20目筛备用。

1.2 分析测定

pH值采用NY/T 1377—2007《土壤pH的测定》中的玻璃电极法测定;硝态氮与水溶性盐、K+、Na+ 等的含量用火焰光度法测定;Ca2+、Mg2+等的含量用火焰原子吸收分光光度法测定;HCO-3的含量用中和滴定法测定;Cl-的含量用硝酸银滴定法测定;SO2-4的含量用硫酸钡比浊法测定;NO-3的含量用紫外分光光度法测定。总盐含量为上述离子含量之和。另用电率仪测定土壤提取液的电导率。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 19.0统计分析软件对数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤电导率与总盐含量及其组成离子含量之间的关系

2.1.1 土壤电导率及其与总盐含量之间的关系 32个土样的测定结果表明，土壤电导率介于 203～3 516 μS/cm 之间，平均值为1 173 μS/cm。其中，电导率小于500 μS/cm的土样占25%，电导率为500～<1 000 μS/cm 的土样占28%，电导率为1 000～<1 500 μS/cm 的土样占19%，电导率为1 500～<2 000 μS/cm 的土样占16%，电导率为2 000 μS/cm以上的占12%。近半数的土样电导率达到 1 000 μS/cm（中度盐渍化）以上，可能产生对作物不良的影响。

土壤總盐含量与电导率的关系详见图1。从图1可以看出，二者之间呈极好的线性正相关，方程为y=2.241 5x+329.68（r2=0.950 4）。考虑到电导率测定比较快捷，甚至可以原位测定，因而在宿豫区特殊的次生盐渍化条件下，可以通过快速测定土壤电导率估算土壤总盐含量。为了方便估算，可以将方程的截距设置为0，则得到方程y=2.425 8x（r2=0.940 6），实际应用中可将土壤电导率直接乘以系数2.425 8（或2.4）粗略估算出土壤总盐含量。

2.1.2 土壤电导率与水溶性阴离子含量之间的关系土壤电导率与土壤硝酸根离子含量之间的关系详见图2。从图2可以看出，土壤硝酸盐含量与土壤电导率呈线性正相关，确定系数高达0.902 3。由于土壤硝酸盐主要来自含氮肥料的施用，因此氮肥施用过多不仅可能引起土壤硝酸盐污染，还是土壤次生盐渍化污染的决定性因素。土壤电导率与土壤硫酸根离子含量之间的关系可用幂函数方程拟合（图3）。可以看出，二者关系远没有硝酸根离子含量与电导率之间关系密切，其确定系数仅为0.462 8。

土壤电导率与碳酸氢根离子含量之间的关系也可用幂函数方程拟合（图4），其确定系数为0.518 6。但值得注意的是，土壤电导率与碳酸氢根离子含量的关系出现了负相关趋势，也就是说随着其他水溶性离子总量的增加，碳酸氢根的积累量呈减少的趋势。土壤电导率与氯离子含量之间的关系可用线性方程拟合（图5）。从图5可以看出，二者之间的确定系数达到了0.579 0，虽然远低于电导率与硝酸盐含量之间关系的确定系数（0.902 3），但高于电导率与硫酸根离子含量之间关系的确定系数（0.462 8），这可能与施肥结构中的氯、硫比例略高于作物吸收的氯、硫比例有关。

2.1.3 土壤电导率与水溶性阳离子含量之间的关系土壤电导率与土壤钙离子含量之间的关系详见图6。可以看出，土壤电导率与水溶性钙离子含量呈正相关，确定系数高达0.955 2，这可能是由于长期氮肥施用过多导致的铵态氮向硝态氮转化过程中产生氢离子，酸化土壤环境后引起了土壤含钙物质的溶解。土壤电导率与土壤镁离子含量之间的关系详见图7。可以看出，土壤电导率与土壤水溶性镁离子含量呈正相关，确定系数为0.771 1，也有可能与土壤酸化引起了土壤含镁物质的溶解有关。

土壤电导率与土壤钾离子含量之间的关系详见图8。可以看出，二者关系远没有钙、镁离子含量与电导率之间的关系密切，其确定系数仅为 0.489 5。也就是说，土壤次生盐渍化作用与含钾肥料的施用也有一定的关系。从图9可以看出，土壤电导率与水溶性钠离子含量呈正相关，确定系数为0.574 4，这可能与部分保护地长期或大量施用含钠有机肥存在关系。

2.2 土壤pH值与硝酸盐含量、电导率之间的关系

2.2.1 土壤pH值与硝酸盐含量的关系 32个土壤样品的测定结果表明，pH值介于7.15～8.42之间，平均值为7.62。土壤pH值介于7.15～<7.50、7.50～<8.00、8.00～8.50的土样比例分别为46.9%、34.3%、18.8%。土壤pH值与硝酸盐含量的关系可用函数y=10.295 0x-0.046（r2=0.741 4）拟合（图10）。硝酸盐含量在0～1 000 mg/kg 范围时，随着土壤硝酸根离子含量的增加，土壤pH值迅速下降。当硝酸根离子含量达到 1 000 mg/kg 以上时，随着土壤硝酸根离子含量的增加，土壤pH值几乎不变，稳定在7.3左右。也就是说，氮肥过量施用并在土壤中转化为硝酸盐后可导致石灰性土壤明显酸化。但由于土壤中存在大量的石灰性物质，土壤pH值降至7.3左右后不再明显下降。

2.2.2 土壤pH值与电导率的关系土壤pH值与电导率的相互关系可以用函数y=11.472 0x-0.060（r2=0.836 1）拟合（图11）。从散点图可以看出，电导率在1 200 μS/cm以下时，随着电导率的增加，土壤pH值从8.6迅速下降到7.3左右，其后则基本维持在7.3左右。可见，氮肥施用过量后，一方面由于累积硝酸盐而导致土壤次生盐渍化，另一方面铵态氮的硝化过程产生氢离子而导致土壤酸化，并可能引起石灰性土壤中碳酸钙、碳酸镁等物质的溶解而积累钙、镁离子，加剧土壤次生盐渍化进程。

2.3 土壤pH值与钙、镁、钾、钠离子含量的关系

土壤pH值与土壤水溶性钙、镁、钾、钠离子含量之间的关系也可以用幂函数方程加以拟合。随着土壤pH值的降低，土壤中几种水溶性阳离子含量都有增加的趋势，但相互关系的密切程度不尽相同。其中，水溶性钙、镁离子含量受土壤酸化作用的影响最大，幂函数方程的确定系数分别达到0.796 5、0.623 7。而水溶性钾、钠离子含量受土壤酸化作用的影响相对较小，幂函数方程的确定系数分别为0.300 9、0.224 7。可见，土壤酸化引起了土壤中含钙和含镁物质的大量溶解。

3 结论

（1）宿豫区保护地近半数的土样电导率达到 1 000 μS/cm （中度盐渍化）以上，可能对作物生长发育及产量、品质形成产生不良的影响。

（2）土壤总盐含量与电导率之间呈良好的线性正相关关系，快速测定土壤电导率后，将电导率乘以系数2.4258（或2.4）即可估算得到土壤总盐含量。

（3）土壤电导率主要与硝酸根离子、氯离子这2种阴离子和鈣离子、镁离子这2种阳离子的关系密切，其中硝酸根离子、钙离子是影响次生盐渍化土壤电导率的决定性离子种类。

（4）随着土壤硝酸根离子浓度的增加或土壤电导率的增大，土壤pH值迅速下降，土壤发生明显的酸化作用，并促进土壤中含钙、含镁物质的溶解，提高水溶性钙、镁离子的浓度，加剧土壤盐渍化过程。

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