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我国现阶段设施蔬菜产业主要体现为塑料大棚、日光温室、中小拱棚及少量玻璃温室的时令及反季节蔬菜生产。栽培面积已发展到210万公顷,成为世界上设施蔬菜栽培面积最大的国家,设施蔬菜产量占世界设施蔬菜总产量的80%以上。但设施蔬菜的生产大多在冬春反季节进行,低温弱光抑制了蔬菜根系对土壤养分的吸收;同时,各地设施农业普遍向规模化和单一化栽培发展,追求高产和日益严重的连作障碍现象又促使许多农民试图通过多施肥料缓解生长障碍。不合理的肥料投入、缺乏雨水淋溶与落后的生产方式导致设施土壤质量的恶化,与此相关的设施土壤养分累积和次生盐渍化已成为我国设施蔬菜生产中普遍出现的问题,同时也是国内外设施栽培中要解决的技术难题。
碳元素在作物干物质中占45%,为氮、磷、钾等矿物质元素总和的11倍,而其来源为空气中的二氧化碳。作物通过光合作用,每合成1g干物质就需要吸收1.6g二氧化碳。最适合作物生长的二氧化碳浓度(体积分数)为1000-2000μmol/mol,而大气中二氧化碳的体积分数仅为300-400μmol/mol,远不能满足作物生长的需要。在封闭的温室内,光照充足时,二氧化碳体积分数会降至100μmol/mol以下,作物处于严重的二氧化碳饥饿状态,甚至停止进行光合作用,这是限制温室作物生长的重要原因。实践证明,适当提高温室内二氧化碳浓度,可使作物增强抗病能力,早熟,提高品质,产量大幅度增加。
本论文针对普遍出现的温室土壤次生盐渍化的问题展开研究,通过一系列的水培实验和盆栽实验研究了CO2浓度升高情况下,温室次生盐渍化土壤上黄瓜的生长情况,以及温室次生盐渍化土壤质量的变化情况。探寻了温室次生盐渍化土壤的治理措施,为温室土壤的健康、可持续利用提供了理论和方法依据。
本文首先研究了水培条件下,CO2浓度升高对NaCl胁迫下黄瓜生长的影响。结果表明,通过30d的培养,NaCl胁迫引起黄瓜幼苗干物重积累总量降低,并影响黄瓜幼苗叶片叶绿素的合成,引起叶绿素总量下降,诱导丙二醛含量增加,降低叶片中超氧化物歧化酶的活性,抑制了光合作用,同时黄瓜植株体内氮、磷、钾和钙的含量在盐分胁迫下减少,钠的含量增加。但高浓度的CO2处理却能减轻盐分胁迫对黄瓜幼苗的危害,使黄瓜幼苗干物重积累总量和叶绿素含量增加,降低丙二醛含量,增强超氧化物歧化酶的活性,增大光合速率,使黄瓜植株内氮、磷、钾和钙的含量增加,钠的含量降低。说明高浓度的CO2处理能缓解NaCl对黄瓜幼苗的胁迫,从而为研究温室次生盐渍化土壤的可持续利用提供了一条有利途径。
基于水培实验的研究结果,本文以露地土壤为对照,采用盆栽试验研究了CO2浓度升高对温室次生盐渍化土壤上黄瓜生长的影响,以及对温室次生盐渍化土壤的养分,盐分和生物活性的影响。研究结果显示,高浓度的CO2处理减轻了温室次生盐渍化土壤中黄瓜干物重积累总量的降低,增大了光合速率,使得温室次生盐渍化土壤中黄瓜植株内降低的氮和钾的含量有所增加。而经过一段时间高浓度CO2处理的温室次生盐渍化土壤的养分和盐分离子的含量均未发生显著变化。酸性磷酸酶活性和脱氢酶活性在高浓度CO2下增强,土壤微生物量氮的含量也增加,但是CO2浓度升高对土壤微生物群落功能多样性的影响不显著,这可能是因为土壤微生物群落功能多样性的变化需要较长时间的积累。总之,升高CO2浓度能促进温室次生盐渍化土壤上黄瓜的生长,并对温室次生盐渍化土壤的质量有一定的改良作用,为进一步研究温室次生盐渍化土壤的改良和利用提供了理论依据。
K在植物生长过程中起着维持离子平衡、调节渗透势、激发酶活性的作用。有研究表明,在盐渍化土壤上增施钾肥有利于提高作物的抗盐能力,有人认为,在盐渍化条件下,为使土壤有适宜的钾营养,钾肥的用量应比非盐渍条件下高20-50%。为此,以露地土壤作为对照,采用盆栽试验研究了CO2浓度升高和不同钾肥处理对温室次生盐渍化土壤中黄瓜生长的影响,以及对温室次生盐渍化土壤的养分和盐分的影响。结果表明,高浓度CO2和高钾处理(200、300 mg/kg)对温室次生盐渍化土壤中黄瓜生长存在交互作用,使黄瓜干物重的积累显著增加,并能促进植株对氮、磷、钾、钙、镁等的吸收。同时,升高的CO2和高钾处理(200、300 mg/kg)降低了温室次生盐渍化土壤氮磷钾养分的含量,并存在交互作用。温室次生盐渍化土壤中的NO3-、PO43-、Ca2+、Mg2+和SO42-等离子含量在高CO2浓度和高钾浓度下也显著降低。可见,在产生次生盐渍化的温室土壤中同时升高CO2浓度和增施钾肥不仅能促进温室内作物的生长,同时也可降低土壤养分含量和土壤盐分,从而减轻了温室土壤次生盐渍化的程度,促进了作物在其中的生长。这表明合理施用钾肥是次生盐渍化温室土壤调控并使之持续利用的一条有效途径。