2018, Vol. 55
设施菜地栽培是玻璃温室、日光温室、塑料大棚等园艺设施栽培的总称[1-2]。由于设施菜地栽培具有产量高、经济效益高等特点，近年来，中国设施菜地栽培发展迅速，并在蔬菜和其他重要经济作物的反季节和跨地区种植中有着重要作用[3-4]。据不完全统计，2008年全国设施蔬菜368×104 hm2，总产量2.51×108 t，占全国蔬菜产量的34%以上[5-6]。有调查表明，大棚蔬菜生产每公顷产量较露地蔬菜高598.6 kg[7]，利润率是露地蔬菜的3倍~4倍[7-8]。但是，由于设施菜地栽培处于密闭空间中，缺少雨水淋洗，温度、湿度、通气状况和水肥管理等均与露地栽培有较大差别[9]，加之长期栽培管理措施不当、肥料施用量过大，导致了地下水位上升、土壤板结、次生盐渍化、养分失衡等诸多问题[3, 10-12]。设施菜地发生次生盐渍化，土壤中可溶性盐类过多，会引起植物根细胞吸收土壤水分困难或脱水，造成植物生理干旱，同时产生离子毒害作用[10]，以致生长发育不良，病虫害加重等，严重影响蔬菜的产量和品质。设施菜地发生次生盐渍化已成为限制设施蔬菜发展的主要障碍因子[1, 13-14]，因此，了解设施土壤次生盐渍化的现状、特征、成因、影响因素及其对土壤性质的影响，对于指导农业生产，实现设施土壤的可持续利用具有十分重要的现实意义。
山东省共辖17市，是全国重要的设施蔬菜生产基地，也是全国设施蔬菜优势主产区之一，2013年底全省耕地总面积为7.64×107 hm2[15]，蔬菜种植面积1.83×107 hm2[16]。由于肥料投入量大、设施栽培年限增加及管理不当等原因[17]，山东设施菜地土壤出现不同程度的次生盐渍化，影响了区域设施栽培的可持续发展[3, 13]。本文以山东省设施菜地土壤为研究对象，分析其次生盐渍化分布、程度及典型原因，以期为全省设施菜地次生盐渍化管理提供数据支持和参考。
1 材料与方法 1.1 数据来源本研究数据来源于山东省土壤肥料总站对全省17市蔬菜地次生盐渍化状况的调研。
2014年5月至6月，在山东省17市设施菜地采集土样，分析土壤全盐含量数据，并对农户进行调查。在采样过程中，每133~333 hm2布置一个调查点，0~20 cm全层均匀取样，8~10个小点混合，并考虑蔬菜种植年限、盐渍化程度及代表性。共采集了设施菜地样点2 751个，其中，日光温室采样1 489个，大拱棚采样861个，中小拱棚采样401个。
1.2 调查方法农户调查数据通过填写调查表格“菜地基本情况调查表”获得，统计种植类型、种植制度、地形部位、成土母质、土种类型、质地、灌溉水源、灌溉方式、耕作方式、障碍因素等资料。
1.3 分析方法测定土壤水溶性盐总量，并对土壤水溶性盐总量大于6 g kg-1的土样，进行K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、Cl-和SO42-分析[18]：水溶性盐总量用质量法测定；CO32-和HCO3-用双指示剂中和法测定；Cl-用硝酸银滴定法测定；SO42-用硫酸钡比浊法测定；Ca2+、Mg2+用EDTA络合滴定法测定；Na+、K+用火焰光度法测定，仪器为火焰光度计（Ap1302，傲谱，上海）。
1.4 盐渍化程度划分标准参考全国第二次土壤普查硫酸盐型盐化潮土划分标准[19]，土壤水溶性盐总量2~4 g kg-1为轻度盐渍化，4~6 g kg-1为中度盐渍化，6~10 g kg-1为重度盐渍化，大于10 g kg-1为盐土。
1.5 数据处理采用Excel 2003和Canoco 4.5将试验所得数据资料进行整理分析。
2 结果 2.1 山东省设施菜地土壤次生盐渍化基本特征山东省蔬菜生产地基本在平坦的平原地貌上，母质为河流冲积物、湖积物、洪冲积物、洪积物等。土壤类型主要有棕壤、褐土、潮土和砂姜黑土等。质地类型主要为轻壤土和中壤土。全部菜地具有水源保障，沟灌占调查点位总数的89.79%，畦灌占0.25%，微灌占9.96%。耕作方式以旋耕和深耕为主，旋耕占调查点位总数的76.4%，深耕占21.01%，其他为2.58%。
据山东省土壤肥料总站调研（表 1），2014年全省设施菜地（含瓜类）总面积（日光温室、大拱棚含棚间面积）为64.98×104 hm2，占全省菜地面积的35.45%，其中，日光温室25.06×104 hm2，大拱棚20.94×104 hm2，中小拱棚18.98×104 hm2。潍坊、聊城和临沂的设施菜地面积较大，分别为10.23×104 hm2、9.525×104 hm2、9.061×104 hm2；莱芜、威海和东营的面积较小，分别为0.092×104 hm2、0.615×104 hm2、0.929×104 hm2。
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表 1 山东省17市不同类型设施菜地面积 Table 1 Area of greenhouse vegetable land in the 17 cities of Shandong Province relative to type of greenhouse(×104 hm2) |
本次调查数据（表 2）显示，山东省设施菜地土壤中非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤和盐土调查点位分别占总点位60.27%、28.64%、8.37%、2.29%、0.43%。设施菜地次生盐渍化推算面积通过各设施菜地的面积（表 1）与采样点所占比例相乘进行推算，结果分别为39.16×104 hm2、18.61×104 hm2、5.439×104 hm2、1.49×104 hm2、0.28×104 hm2。总体看，山东省设施菜地出现中度以上盐渍化的比例约为11.09%，需引起高度关注。
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表 2 不同类型设施菜地次生盐渍化所占比例及推算面积 Table 2 Proportions and areas of facilitated vegetable lands under secondary salinization relative to type of greenhouse |
山东省设施菜地土壤盐分离子组成（图 1）中阴离子以SO42-离子为主，占阴离子总量的65.56%，其次为Cl-和HCO3-，分别占27.59%和6.96%，SO42-和Cl-摩尔比大于2，为硫酸盐型；阳离子以Ca2+为主，占阳离子总量的48.36%，其次为Na+和Mg2+，分别占22.74%和14.79%。
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图 1 山东省设施菜地土壤盐分离子组成 Fig. 1 Composition of salt ions in the soils under greenhouse in Shandong Province |
日光温室、大拱棚和中小拱棚覆盖设施不同，种植类型与施肥管理亦不同，使得土壤积盐程度不同。本文将日光温室、大拱棚、中小拱棚分别讨论。通过对土壤样本的调查分析得到不同设施类型土壤次生盐渍化面积及所占比例（表 2），在不同设施类型中，日光温室土壤盐渍化发生程度最高，为46.91%；其次是大拱棚，为38.10%；中小拱棚最低，为32.17%。日光温室和大拱棚分别出现了8个、6个全盐量大于10 g kg-1的盐土点位。
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图 2 山东省各地市日光温室次生盐渍化状况 Fig. 2 Secondary salinization of the soils under sunlight greenhouse in the 17 cities in Shandong Province 注：1-济南，2-青岛，3-淄博，4-枣庄，5-东营，6-烟台，7-潍坊，8-济宁，9-泰安，10-威海，11-日照，12-莱芜，13-临沂，14-德州，15-聊城，16-滨州，17-菏泽。下同 Note:1-Jinan, 2-Qingdao, 3-Zibo, 4-Zaozhuang, 5-Dongying, 6-Yantai, 7-Weifang, 8-Jining, 9-Taian, 10-Weihai, 11-Rizhao, 12-Laiwu, 13-Linyi, 14-Dezhou, 15-Liaocheng, 16-Binzhou, 17-Heze. The same below |
由山东省17市日光温室土壤次生盐渍化现状（图 2）可知，山东省日光温室非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤和盐土调查点位分别占总点位的53.19%、32.44%、9.81%、4.03%、0.53%，推算面积分别为13.33×104 hm2、8.129×104 hm2、2.458×104 hm2、1.01×104 hm2、0.133×104 hm2，各地市情况各有不同，聊城、莱芜、东营和烟台土壤盐渍化发生程度相对较高，淄博、青岛、潍坊和临沂土壤盐渍化发生程度相对较低。
聊城、莱芜、东营和烟台发生盐渍化的土壤调查点位占总点位的比例均超过了65%，分别为83.62%、77.78%、76%和65.71%。莱芜虽然盐渍化程度较高，但轻度盐渍化土壤占比为66.67%，无中度、重度盐渍化土壤和盐土。东营的中度盐渍化土壤达到52%，烟台重度盐渍化土壤达到了7.14%，聊城中度、重度盐渍化土壤和盐土均有占比，需引起注意。聊城、东营是易发生盐渍化和潜在盐渍化地区，更易发生或加重盐渍化。
淄博、青岛、潍坊和临沂非盐渍化土壤调查点位占总点位的比例均超过了65%，分别为98.41%、82.42%、68.51%和65.91%。
2.3 大拱棚土壤次生盐渍化状况由山东省各地市大拱棚次生盐渍化现状（图 3）可知，山东省大拱棚非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤和盐土调查点位分别占总点位61.90%、27.88%、8.59%、0.93%、0.70%，推算面积分别为12.96×104 hm2、5.838×104 hm2、1.799×104 hm2、0.195×104 hm2、0.147×104 hm2，各地市情况各有不同，莱芜和滨州土壤盐渍化程度相对较高，淄博、日照、枣庄、德州、济南和潍坊非盐渍化程度相对较高。
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图 3 山东省各地市大拱棚次生盐渍化状况 Fig. 3 Secondary salinization of the soils under large arched hut in the 17 cities in Shandong Province |
莱芜和滨州发生盐渍化的土壤调查点位占总点位的比例均超过了65%，分别为85.71%、75%，其中，莱芜土壤盐渍化比例较高，但全部为轻度盐渍化土壤，无中度、重度盐渍化土壤和盐土。滨州是易发生盐渍化和潜在盐渍化地区，更易发生盐渍化或加重。
淄博无发生盐渍化土壤；日照、枣庄、德州、济南和潍坊非盐渍化土壤调查点位占总点位的比例均超过了70%，分别为90.91%、89.06%、87.5%、81.58%和72.22%，但枣庄有0.78%的中度、重度盐渍化土壤和盐土。
2.4 中小拱棚土壤次生盐渍化状况由山东省各地市中小拱棚次生盐渍化现状（图 4）可知，中小拱棚土壤次生盐渍化发生率较低，无盐土。非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤和盐土调查点位分别占总点位67.83%、24.44%、6.23%、1.50%、0.00%，推算面积分别为12.87×104 hm2、4.639×104 hm2、1.182×104 hm2、0.285×104 hm2、0 hm2。各地市情况各有不同，威海、泰安和滨州土壤盐渍化程度相对较高，济南、淄博和日照无盐渍化土壤。
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图 4 山东省各地市中小拱棚次生盐渍化状况 Fig. 4 Secondary salinization of the soils under middle and small arched shed in the 17 cities in Shandong Province |
威海、泰安和滨州发生盐渍化的土壤调查点位占总点位的比例分别为64.71%、60.87%和58.33%，其中，滨州均为轻度盐渍化土壤。
济南、淄博和日照无盐渍化土壤。枣庄、聊城、德州、潍坊、青岛和临沂非盐渍化土壤调查点位占总点位的比例均超过了65%，分别为87.78%、85.71%、80%、73.33%、69.23%和69.14%，临沂有1.23%重度盐渍化土壤，枣庄有1.11%的重度盐渍化土壤。
3 讨论 3.1 施肥对设施菜地土壤次生盐渍化的影响在设施生产中，种植户常过量施用化肥和大量施用有机肥。有研究表明，盲目大量施肥和偏施氮肥是造成设施土壤次生盐渍化的另一重要因素，氮、磷养分远远超出了蔬菜本身的吸肥量[20-21]，一些未被作物吸收利用的肥料及其副成分便大量残留于土壤中，成为土壤盐分离子的主要来源[20, 22]。
分别对设施菜地氮、磷、钾平均施用量计算得到表 3，全省年平均施用化肥纯养分为1 624 kg hm-2，其中，施用氮肥（N）、磷肥（P2O5）、钾肥（K2O）分别为559.5、465.2、599.3 kg hm-2。日光温室平均施用氮肥、磷肥、钾肥量最高，分别为643.8、529.7、683.7 kg hm-2；中小拱棚施用氮肥、磷肥、钾肥最低，分别为564.2、386.8、524.3 kg hm-2。文献[23-24]表明，山东省用于设施栽培的化肥年施用量达6 000~9 000 kg hm-2，与此相比，2014年化肥年施用量已明显降低。
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表 3 不同类型设施菜地氮、磷、钾年平均施用量 Table 3 Mean annual application rate of nitrogen, phosphorus and potassium in facilitated vegetable land relative to type of greenhouse(kg hm-2) |
通过对不同设施类型、不同盐渍化程度菜地氮、磷、钾平均施用量计算（表 4）发现，化肥施用与可溶性盐分增加有一定关系。日光温室中，氮肥施用量与盐渍化发生程度呈线性关系；磷肥和钾肥为先增后降，在重度盐渍化情况施用量降低，盐土情况下最高。大拱棚和中小拱棚中，氮肥、磷肥和钾肥施用量均为非盐渍化土壤较高，轻度和中度盐渍化情况较低，重度盐渍化或盐土最高（中小拱棚无盐土）。由此可见，设施栽培条件下化肥的高投入是其可溶性盐分增加的一个重要原因[10]，但在实际生产中受各种因素影响，不呈完全线性相关关系。
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表 4 不同设施类型、不同盐渍化程度菜地氮、磷、钾平均施用量 Table 4 Mean annual application rate of nitrogen, phosphorus and potassium in facilitated vegetable land relative to type of greenhouse and degree of salinization(kg hm-2) |
由于设施菜地土壤仅在凉棚期才受降雨淋洗，施入的多余肥料则大部分残留于土壤中并逐年累积。因此，随着棚室使用年限不断延长，土壤中盐分的累积量也不断增加[25]。
全省设施菜地种植年限（表 5）调查表明，大部分菜地种植年限均较短，种植年限在0~15 a的调查点位数占到了调查点位总数的80%~90%。在日光温室栽培中，种植年限最长为25 a，其中，种植年限＜5 a的调查点位占日光温室调查点位的41.22%，种植年限5~10 a的调查点位占31.05%，种植年限＞10 a的调查点位占27.72%；在大拱棚生产中，种植年限最长为30 a，其中，＜5 a的调查点位占大拱棚调查点位的41.02%，种植年限5~10 a的调查点位占31.72%，种植年限＞10 a的调查点位占27.26%；在中小拱棚生产中，种植年限最长为32 a，其中，＜5 a的调查点位占中小拱棚调查点位的34.54%，种植年限5~10 a的调查点位占32.99%，种植年限＞10 a的调查点位占32.48%。
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表 5 山东省不同类型设施菜地种植年限分布 Table 5 Distribution of facilitated vegetable lands relative to type of greenhouse and cropping history in Shandong Province(%) |
同时，按不同设施类型土壤盐渍化平均种植时间进行统计分析（表 6）表明，三种设施类型种植年限与土壤全盐量变化趋势不尽相同。
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表 6 不同设施类型土壤盐渍化平均种植时间 Table 6 Mean number of years of cropping under greenhouse relative to grade of secondary salinization and type of greenhouse |
在日光温室中，种植年限越长，盐渍化程度越高，但盐土出现年限一般为9 a，低于中度盐渍化的平均年限10.17 a，可能与土壤和地下水矿化度有关；大拱棚中，种植年限越长，盐渍化程度越高，盐土种植年限最长，为20 a，非盐渍化和轻度盐渍化年限较短，为8.65 a和8.67 a；中小拱棚中，种植年限较为平均，最低为9.32 a，最高为10.89 a，表现为先升高后降低又升高，轻度盐渍化土壤最高。在日光温室中出现盐土的年限最短，说明盐渍化程度不完全与种植年限密切相关，可能与设施菜地有季节性揭棚等因素相关。有研究[3]表明，盐分含量在一年中会出现明显的季节性消积变化现象，即冬春覆棚时表土盐分积累，夏季揭棚后，表土含盐量明显下降，但随着使用年限的增长，整个土体内盐分仍呈逐年累积趋势。设施菜地含盐量有随种植年限的增加而上升的趋势，在约0~8 a时随着种植年限的增加，土壤全盐含量呈现增加的趋势；而在8~15 a间，则有随种植年限增加而降低的趋势[26]。
3.3 山东省设施菜地土壤盐分离子与环境变量的关系为进一步研究，利用Canoco 4.5软件对设施菜地土壤的盐分离子进行典型对应分析，以反映盐分离子与环境变量和采样区域之间的关系，获得如图 5所示的结果。典型对应分析（Canonical correspondence analysis）是研究两组变量之间相关关系的非线性多元直接梯度分析方法[27-28]。利用降维的思想，分别对两组研究变量提取主成分，将对应分析与多元回归分析相结合，将盐分离子、样点和环境指标同时表示在一个低维的空间中，直观地反映出三者之间的关系。
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图 5 山东省设施菜地土壤盐分离子的典型对应分析 Fig. 5 Canonical correspondence analysis of salt ions in the soils under greenhouse in Shandong Province 注：Years为种植年限，N为氮肥，P为磷肥，K为钾肥，OF为有机肥 Note: Years stands for cropping history, N for nitrogen fertilizer, P for phosphate fertilizer, K for potash fertilizer, OF for organic manure |
盐分离子间的距离为卡方距离，表明它们之间的亲疏关系。盐分离子中，Ca2+、Mg2+与SO42-的距离较近，说明硫酸盐积累较高的区域，Ca2+、Mg2+的浓度也比较高。
盐分离子对环境变量线段的投影点至空箭头的距离表示环境变量对盐分离子的影响，距离越短，影响越大，即在该环境变量中，盐分离子有较大的积累量。Ca2+、Mg2+与SO42-对Years（种植年限）的投影点至空心箭头的距离较近，说明2种离子的积累量随种植年限的增加而增大。K+、Na+、HCO3-、Cl-受种植年限的影响较小。N、P、K对K+、Na+、Mg2+的影响较大。
环境变量间夹角的余弦值表示二者的相关关系。OF（有机肥）与Years呈负相关，说明短期内有机肥在一定程度上可以改良盐渍化土壤。
4 结论通过调研发现，山东省约39.73%的设施菜地出现不同程度的次生盐渍化现象，其中，轻度盐渍化为28.64%，中度盐渍化为8.37%，重度盐渍化为2.29%，盐土为0.43%，肥料投入量大和设施栽培年限增加是发生次生盐渍化的重要原因。不同地市不同设施类型次生盐渍化发生程度不均衡，从类型看，日光温室＞大拱棚＞中小拱棚；从不同地市看，聊城、莱芜和东营发生程度相对较高。盐渍化在一定程度上影响区域设施栽培的可持续发展，针对山东省的情况，可根据不同地市不同设施类型，从肥料投入、种植年限等方面加强管理，以减少次生盐渍化的发生或降低其程度的加深。
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