论文摘要
近20年来，日光温室在我国的发展十分迅速，已成为我国设施农业产业的主体。生产中十分重视肥料的施用，导致过量施肥、养分比例失调等问题相当普遍，由此产生了一系列不良后果，包括土壤盐分累积、养分利用率低、土壤质量退化及环境风险增加、有害物质积累、生物多样性衰退等，严重影响了日光温室产业的可持续发展。这些问题已引起不少研究者的重视，但已有研究更多的集中在温室土壤盐分累积及合理施肥等方面。土-液界面离子交换作用是陆地生态系统固相与液相物质交换的主要方式，不仅与土壤养分的保持和供应，而且与养分在土壤中的迁移和转化有紧密的联系。日光温室大量的养分投入，无疑会频繁地影响土壤固-液界面离子交换过程进行的方向和程度。日光温室栽培下出现的上述问题，实际上是过量施肥影响土-液界面离子交换后的表象。目前，关于日光温室这一高强度集约栽培方式下土壤养分累积导致的土壤离子组成变异而产生的土壤不健康问题以及土壤固-液相界面离子交换作用特性变化等对土壤质量和生态环境风险影响的研究相对较少。本文以陕西省关中地区日光温室为研究对象，采用常规化学分析方法、模拟试验与物理化学方法相结合，研究了日光温室栽培下不同土壤养分累积及交换性养分(K+、Ca2+、Mg2+等)含量及比例的变化，不同氮肥品种（尿素、碳酸氢铵、硫酸铵）及磷钾肥施用对日光温室土壤溶液电导率（EC）和不同离子组成及比例的影响，外源不同K+、Ca2+、Mg2+比例和浓度对土壤离子吸附交换特性的效应，以及温室栽培对土壤K-Mg、K-Ca交换选择系数、自由能变化等的影响。旨在揭示日光温室栽培土壤固-液相离子组成、比例、盐分累积和离子交换特性的演变趋势和机理，为有效评价土壤固-液界面养分离子交换特性与土壤养分供应的关系，针对性地调节土液界面养分离子的平衡状况，协调作物养分供应，维持和提高土壤质量和降低生态风险提供理论依据。研究取得了以下主要结论：（1）采用高速离心法提取土壤溶液方法，比较了温室栽培土壤和大田土壤溶液离子含量及比例差异后发现，温室栽培土壤溶液电导率（EC）、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-离子浓度以及K+／Ca2+、K-／Mg2+比例分别为大田土壤的2．5、95．0、16．6、1．9、3．2、4．0、31和39倍，表明日光温室土壤盐分累积及养分比例失调问题突出。（2）与大田土壤相比，日光温室土壤交换性K+含量显著增加，土壤交换性Ca2+含量无明显差异，土壤交换性Mg2+的含量及其离子饱和度有所提高，而日光温室土壤钙饱和度、Ca／K和Mg／K均明显低于大田土壤，这与日光温室栽培下大量施用钾肥有关。研究地区日光温室栽培番茄频频出现缺镁问题。研究表明，日光温室土壤交换性Mg2+含量及其离子饱和度与大田土壤相比并不低，且有所提高，而Mg／K均明显低于大田土壤。由于K+与Mg2+之间又存在明显的拮抗作用，再加上番茄是需镁较多的作物，因此，Mg／K比例失调可能是石灰性土壤地区日光温室栽培番茄频频出现缺镁的主要原因。（3）土培模拟与高速离心法直接提取土壤溶液相结合，研究了不同氮肥品种及用量对日光温室土壤溶液离子组成、比例的影响。结果表明，施用不同氮肥品种（尿素、碳酸氢铵和硫酸铵）对土壤溶液EC的影响有所差异，培养起始时硫酸铵对土壤溶液EC明显大于尿素和碳酸氢铵处理，之后不同氮肥品种对土壤溶液EC影响的差异变小。与氮肥种类相比，其施用量对土壤溶液EC更为明显，随着氮肥施用量的增加日光温室土壤培养过程中土壤溶液EC显著增加，说明氮肥施用量与土壤盐分累积具有十分密切的关系。同时，增施氮肥还促使土壤固相等量的将Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子解离进入土壤溶液中，从而造成盐分累积状况加剧。（4）采用土培模拟与高速离心法直接提取土壤溶液相结合，研究了磷钾肥不同配比对日光温室土壤溶液离子组成、比例的影响。结果表明，增加磷施用量，显著降低土壤溶液EC和Ca2+、Mg2+离子含量，对土壤溶液K+、NO3--N和NH4+-N离子浓度均无显著影响。增施钾肥，土壤溶液EC和K+、Na+、Ca2+、Mg2+、K+／Ca2+、K+／Mg2+比例均呈增加趋势。依据土壤特性，合理施用有机肥、氮、磷、钾肥，是防止温室栽培土壤盐分累积、阳离子养分比例失调，保持土壤结构的有效途径。（5）日光温室栽培土壤钾素Q／I曲线及参数与大田土壤明显不同，温室栽培下塿土和潮土土壤钾素活度比（AR0）较相应大田土壤分别提高了14．8和6．9倍。土壤对外源钾的缓冲能力下降；从K+和Ca2++Mg2+的交换自由能看，温室土壤存在因钾素过多可能引发钙、镁缺乏的风险。（6）塿土和潮土无论温室还是大田土壤K-Mg、K-Ca交换等温线均属“S”型曲线。随固相吸附K饱和度的增加，选择系数均呈指数趋势降低。K-Mg、K-Ca交换等温线与非选择交换等温线比较结果和选择系数变化均表明，土壤对K+离子的吸附选择均有转折点，对于K-Mg交换，大田塿土、温室塿土、大田潮土和温室潮土K+离子吸附选择转折点对应的交换性K+含量分别为1385．5、1355．5、1007．1和1106．3 mg／kg，对于K-Ca交换，K+离子吸附选择转折点对应的交换性K+含量分别为580．3、575．6、415．4和355．1mg／kg时，当土壤交换性K+含量分别小于转折点交换性K+含量时，K+可以自发代换Ca2+、Mg2+离子被土壤胶体吸附。
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