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快速城市化背景下设施蔬菜产业迅速发展，研究设施蔬菜地土壤结构演变特征及原因，对强烈人为作用下设施菜地土壤资源的绿色可持续利用具有重要意义。
20世纪80年代以来，设施菜地因高产、高集约化、高经济效益等优势，近年来在中国迅速扩张，截止到2017年，设施菜地种植面积已达370万公顷。与传统农田相比，设施蔬菜是一种高温高湿无降水、高复种指数和高肥料投入的集约化种植方式，易造成设施蔬菜地土壤板结退化，可能导致设施菜地减产，甚至绝产。因此，改良和维持设施菜地土壤结构是保证设施菜地生产力和可持续发展的重要措施。设施菜地长期种植后的土壤板结退化问题已经引起了学者们的普遍关注，但有部分地区设施菜地的研究结论却恰恰相反，所以设施菜地长期种植后土壤结构的变化趋势与土壤本身性质和后期的管理措施的关系，仍需进一步的研究。本研究结合历史资料和实地调查情况发现，长江中下游地区两处典型设施蔬菜种植土壤在长期种植后出现了不同的结构变化趋势，南京粉砂黏土水田转设施菜地后，土壤结构明显恶化，呈现容重增加、孔隙半径变小的趋势，宜兴粉砂土设施菜地土壤长期种植后土壤保持疏松多孔结构。因此，本研究假设土壤质地可能是影响设施菜地土壤结构变化的关键因子。研究选取宜兴太湖沿岸三种典型土地利用方式（设施菜地、露天菜地和水稻田）为研究对象，采集耕层土壤进行理化性质分析，以土壤大孔隙（＞50μm）、土壤水稳性团聚体表征土壤结构，分析土壤结构性质与土壤理化性质间的关系，探究设施菜地土壤结构变化过程中的关键因子;并设置了6组不同机械组成的土壤进行温室盆栽实验，模拟不同质地条件下的设施菜地土壤结构变化，进一步揭示设施菜地土壤结构变化的质地效应特征，为设施种植产业绿色可持续发展提供科学依据。主要研究结论如下:
1、太湖地区典型设施菜地土壤结构优化，质地起主导作用;
土壤结构退化是常规设施蔬菜种植中不可忽视的障碍因子，一般认为改种设施蔬菜后土壤结构变差，容重增加，土壤板结，增施有机肥可以有效缓解土壤板结现象。本研究结果显示，太湖粉砂壤土质地下进行设施蔬菜种植后，土壤容重仅1.06g·cm-3，土壤大孔隙度达14.2％，小团聚体向大团聚体转化明显，与传统水稻田和露天菜地相比，土壤结构明显优化，但传输孔隙(50-500μm)较少。关联分析显示，土壤质地在决定设施菜地土壤大孔隙形态和数量中起着决定性作用。在维持现有施肥水平条件下，轻质粉砂壤土中，粉粒增加促进传输孔隙(50-500μm)增加，粉粒每增加1‰传输孔隙可以增加0.5％。
2、基于13C-NMR揭示了复杂有机碳官能团促进土粒团聚;
设施菜地种植过程中的高肥料投入可能改变土壤有机碳的数量及质量，进而影响土壤有机碳库稳定性。然而，设施蔬菜种植后土壤有机碳组分的变化情况、有机碳组分变化与土壤结构演变关系仍未明确。研究结果显示，传统水稻田转为露天菜地再转为设施蔬菜地后，烷氧碳含量降低6.9％-8.1％，芳香碳和羧基羰基碳含量分别增加了22.3％-27.7％和21.2％-27.0％，脂肪碳与芳香碳的比例降低了22.9％-26.8％，芳香度增加25.2％-30.0％，设施菜地土壤芳香碳增加、脂肪族碳官能团减少、有机碳缩合度增加，土壤有机碳分子结构更加复杂;设施菜地和露天菜地中，核磁共振谱图的吸收峰峰度随团聚体粒径增加而增加，说明长期蔬菜种植导致了大团聚体中的有机碳增加。设施菜地土壤中芳香碳和羧基羰基碳含量提高促进了大团聚体形成，芳香碳含量每增加1％，大团聚体增加4.2％，而羧基羰基碳每增加1％，大团聚体增加4.0％。
3、温室模拟盆栽试验揭示了粉砂壤土设施菜地最佳土壤质地构成。
本研究结果显示，H1-H6均为粉砂（壤）土，土壤容重逐渐降低，变化范围为1.27g·cm-3-1.18g·cm-3。50-500μm传输孔隙和＞500μm大孔隙均随土壤质地变粗而增加，粉粒每增加1％，50-500μm传输孔隙增加0.58％，＞500μm大孔隙增加0.25％。土壤结构与土壤微生物生物量变化密切相关，H3（砂粒5.6％，粉粒73.0％，黏粒21.4％）粉砂壤土中，土壤大孔隙结构良好，根际微生物活性最高，小青菜干重最高。综上所述，砂粒5.6％，粉粒73.0％，黏粒21.4％的粉砂壤土最适宜进行设施蔬菜种植。
20世纪80年代以来，设施菜地因高产、高集约化、高经济效益等优势，近年来在中国迅速扩张，截止到2017年，设施菜地种植面积已达370万公顷。与传统农田相比，设施蔬菜是一种高温高湿无降水、高复种指数和高肥料投入的集约化种植方式，易造成设施蔬菜地土壤板结退化，可能导致设施菜地减产，甚至绝产。因此，改良和维持设施菜地土壤结构是保证设施菜地生产力和可持续发展的重要措施。设施菜地长期种植后的土壤板结退化问题已经引起了学者们的普遍关注，但有部分地区设施菜地的研究结论却恰恰相反，所以设施菜地长期种植后土壤结构的变化趋势与土壤本身性质和后期的管理措施的关系，仍需进一步的研究。本研究结合历史资料和实地调查情况发现，长江中下游地区两处典型设施蔬菜种植土壤在长期种植后出现了不同的结构变化趋势，南京粉砂黏土水田转设施菜地后，土壤结构明显恶化，呈现容重增加、孔隙半径变小的趋势，宜兴粉砂土设施菜地土壤长期种植后土壤保持疏松多孔结构。因此，本研究假设土壤质地可能是影响设施菜地土壤结构变化的关键因子。研究选取宜兴太湖沿岸三种典型土地利用方式（设施菜地、露天菜地和水稻田）为研究对象，采集耕层土壤进行理化性质分析，以土壤大孔隙（＞50μm）、土壤水稳性团聚体表征土壤结构，分析土壤结构性质与土壤理化性质间的关系，探究设施菜地土壤结构变化过程中的关键因子;并设置了6组不同机械组成的土壤进行温室盆栽实验，模拟不同质地条件下的设施菜地土壤结构变化，进一步揭示设施菜地土壤结构变化的质地效应特征，为设施种植产业绿色可持续发展提供科学依据。主要研究结论如下:
1、太湖地区典型设施菜地土壤结构优化，质地起主导作用;
土壤结构退化是常规设施蔬菜种植中不可忽视的障碍因子，一般认为改种设施蔬菜后土壤结构变差，容重增加，土壤板结，增施有机肥可以有效缓解土壤板结现象。本研究结果显示，太湖粉砂壤土质地下进行设施蔬菜种植后，土壤容重仅1.06g·cm-3，土壤大孔隙度达14.2％，小团聚体向大团聚体转化明显，与传统水稻田和露天菜地相比，土壤结构明显优化，但传输孔隙(50-500μm)较少。关联分析显示，土壤质地在决定设施菜地土壤大孔隙形态和数量中起着决定性作用。在维持现有施肥水平条件下，轻质粉砂壤土中，粉粒增加促进传输孔隙(50-500μm)增加，粉粒每增加1‰传输孔隙可以增加0.5％。
2、基于13C-NMR揭示了复杂有机碳官能团促进土粒团聚;
设施菜地种植过程中的高肥料投入可能改变土壤有机碳的数量及质量，进而影响土壤有机碳库稳定性。然而，设施蔬菜种植后土壤有机碳组分的变化情况、有机碳组分变化与土壤结构演变关系仍未明确。研究结果显示，传统水稻田转为露天菜地再转为设施蔬菜地后，烷氧碳含量降低6.9％-8.1％，芳香碳和羧基羰基碳含量分别增加了22.3％-27.7％和21.2％-27.0％，脂肪碳与芳香碳的比例降低了22.9％-26.8％，芳香度增加25.2％-30.0％，设施菜地土壤芳香碳增加、脂肪族碳官能团减少、有机碳缩合度增加，土壤有机碳分子结构更加复杂;设施菜地和露天菜地中，核磁共振谱图的吸收峰峰度随团聚体粒径增加而增加，说明长期蔬菜种植导致了大团聚体中的有机碳增加。设施菜地土壤中芳香碳和羧基羰基碳含量提高促进了大团聚体形成，芳香碳含量每增加1％，大团聚体增加4.2％，而羧基羰基碳每增加1％，大团聚体增加4.0％。
3、温室模拟盆栽试验揭示了粉砂壤土设施菜地最佳土壤质地构成。
本研究结果显示，H1-H6均为粉砂（壤）土，土壤容重逐渐降低，变化范围为1.27g·cm-3-1.18g·cm-3。50-500μm传输孔隙和＞500μm大孔隙均随土壤质地变粗而增加，粉粒每增加1％，50-500μm传输孔隙增加0.58％，＞500μm大孔隙增加0.25％。土壤结构与土壤微生物生物量变化密切相关，H3（砂粒5.6％，粉粒73.0％，黏粒21.4％）粉砂壤土中，土壤大孔隙结构良好，根际微生物活性最高，小青菜干重最高。综上所述，砂粒5.6％，粉粒73.0％，黏粒21.4％的粉砂壤土最适宜进行设施蔬菜种植。