Hans Journal of Agricultural Sciences
Vol.05 No.01(2015), Article ID:14849,5
pages
10.12677/HJAS.2015.51007
Measurement of the Anion in Vegetable Field Soil of Greenhouse in Xinxiang by Using Ion Chromatography
Bihua Chen, Weili Guo, Xinzheng Li, Guangyin Wang*
Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang Henan
Email: *wangguangyin@hist.edu.cn
Received: Dec. 22th, 2014; accepted: Jan. 8th, 2015; published: Feb. 16th, 2015
Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
ABSTRACT
In order to study evolution characteristics of the anion in vegetable field soil of greenhouse, the soil samples of different cultivating years (0 a, 5 a, 10 a, 15 a, 20 a, 25 a, 30 a) were collected, and their anion contents were determined by using ion chromatograph. The results showed that the contents of Cl−, , , and were most significantly correlated with the cultivating years. Annual growth of Cl− content was about 25.72 mg·kg−1 during 15 - 30 a, which was 9.2 times that during 0 - 15 a, and it increased 8 times in 30 a; the content of was decreased at annual rate of 1.7 mg·kg−1; the content of reached about 1038 mg·kg−1 in the soil of 30 a, 25.7 times compared to that in open field soil; annual growth of content was 0.85 mg·kg−1; and annual growth of content was 33 mg·kg−1.
Keywords:Ion Chromatography, Cultivating Years, Vegetable Field Soil, Anion
离子色谱法测定新乡市大棚菜田 土壤中的阴离子
陈碧华,郭卫丽,李新峥,王广印*
河南科技学院,河南 新乡
Email: *wangguangyin@hist.edu.cn
收稿日期:2014年12月22日;录用日期:2015年1月8日;发布日期:2015年2月16日
摘 要
为了研究大棚菜田土壤阴离子的演变特征,采集了不同种植年限(0、5、10、15、20、25、30 a)的大棚菜田0~20 cm土壤样品,用离子色谱法测定了土壤阴离子的含量。结果表明:Cl−、、、、与种植年限极显著相关,其中Cl−在15~30 a期间每年增速为25.72 mg·kg−1左右,是0~15 a增速的9.2倍,到30 a时增加8倍;含量以每年1.7 mg·kg−1的速度降低;在种植30 a的蔬菜大棚土壤含量高达到1038 mg·kg−1左右,较没有大棚覆盖的大田增加25.7倍;土壤中含量的增速为0.85 mg·kg−1·a−1;以每年33 mg·kg−1的速率持续增加。
关键词 :离子色谱法,种植年限,菜田土壤,阴离子
1. 引言
随着农业产业结构的调整,设施蔬菜已成为我国农业发展的主导产业。但是在设施蔬菜发展过程中,设施土壤次生盐渍化问题普遍发生[1] ,严重制约了设施蔬菜的可持续发展。新乡市牧野无公害蔬菜生产基地是以塑料大棚春提早黄瓜、秋延后番茄生产为主,这样连年重茬种植的结果,生产上出现土传病害严重,植物生长势弱,抗逆性下降导致减产甚至绝收。为了减少这一现象的发生,农民就不顾《无公害蔬菜生产技术规程》的规定,大量施用化肥、农药,甚至施用剧毒农药,无视农药安全间隔期,造成蔬菜产品的农药污染[2] 。而大量化学肥料的使用势必导致土壤中阴、阳离子的失衡,从而影响蔬菜作物根系的生长和吸收,使蔬菜产量降低、品质变差。
本文研究了新乡市不同种植年限(0 a、5 a、10 a、15 a、20 a、25 a、30 a)蔬菜大棚土壤中阴离子变化特征,探讨大棚土壤阴离子变化特征与种植年限的关系,明确大棚土壤盐渍化的原因与机理,对指导大棚土壤的科学管理,保证设施蔬菜生产的可持续发展提供理论依据。
2. 材料与方法
2.1. 样品的前处理
准确称取0~20 cm土层过2 mm土壤筛的风干土样50.0 g,放入500 mL浸提瓶中,然后加入去离子水250 mL,在真空恒温振荡机上振荡5分钟,立即用真空抽滤泵进行抽滤,滤清液储存于聚乙烯瓶中用于土壤阴离子的测定。
2.2. 水溶性阴离子的测定
2.2.1. 精密仪器
ICS2000离子色谱仪(美国Dionex公司),色谱柱:AS18阴离子分析柱(美国Dionex公司),抑制器型号ASRS300,内径为4 mm,流动相:Potassium Hydroxide淋洗液(美国Dionex公司),淋洗液流速1.0 mL·min−1,淋洗液浓度23 mmol·L−1,进样量25 μL。离子色谱分析进样前用13 mm × 0.22 µm的针头过滤器过滤。
2.2.2. 药品规格
HNO3、NaCl、NaNO2、NaNO3、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3均为分析纯,试验用去离子水为美国Milipore公司制水机制得(电阻率18.2 MΩ·cm)。试验用超纯水为德国SG公司生产的超纯水仪制得。
2.2.3. 线性关系考查
分别称取NaCl、NaNO2、NaNO3、NaSO4、NaHCO3、NaCO3配制成500 mmol·L−1的标准储备液,再按0.01 mmol·L−1、0.02 mmol·L−1、0.05 mmol·L−1、1 mmol·L−1 4个梯度配置混合标准溶液。用离子色谱仪(ICS2000)对其进行色谱分析,得到各离子标准色谱峰型图见附图1。
2.3. 统计分析
数据统计分析用Microsoft Office Excel 2003和DPS 7.55软件进行处理。
3. 结果与分析
3.1. 蔬菜大棚土壤中Cl−、含量的演变特征
试验中还测定了蔬菜大棚土壤中阴离子Cl−、,其含量 随种植年限的变化见图2,从图2可知土壤中Cl−含量在0~15 a期间呈缓慢增加趋势,15~30 a限内呈快速增加趋势。进一步分析知,土壤中Cl−含量在0~30 a随大棚种植年限变化可以用线性回归关系式表示为:
(r = 0.8693**)
(r = 0.9655**)
式中y代表每公斤土壤中含Cl−的毫克数,mg·kg−1,x为种植年限。大棚种植15 a时土壤Cl−含量达到98.9
Figure 1. Type ion chromatographic peak figure
图1. 离子色谱峰型图
mg·kg−1左右,相对于没有大棚种植的菜田增加0.75倍;在15~30 a期间每年增速为25.72 mg·kg−1左右,是0~15 a增速的9.2倍,到30 a时的蔬菜大棚土壤Cl−含量最高达到509 mg·kg−1左右,增加8倍。
蔬菜大棚土壤含量与种植年限的回归关系式为:y = −1.7089x + 56.033 (r = −0.9459**,式中y代表每公斤土壤中含的毫克数,mg·kg−1,x为种植年限),由此关系式的斜率可知,含量以每年1.7 mg·kg−1左右的速度降低,种植30 a时降低到12 mg·kg−1左右,降低3.7倍。
3.2. 蔬菜大棚土壤中、含量的演变特征
试验过程中测定的土壤阴离子、含量随种植年限的变化见图3,从图3可知蔬菜大棚土壤中离子在0~15 a增加缓慢,15~30 a期间则呈现快速增长趋势。二者关系可用关系式:y0~15 = 6.2314x + 38.88 (r = 0.9017**),y15~30 = 59.228x − 776.75 (r = 0.9945**)表示,式中y代表每公斤土壤中含的毫克数,mg·kg−1,x为种植年限,从关系式的斜率可知,大棚种植15 a以后的增加是0~15 a的10倍,种植30 a的蔬菜大棚土壤含量高达到1038 mg·kg−1左右,较没有大棚覆盖的大田增加25.7倍。
土壤中含量与种植年限的关系可以用线性回归关系式y = 0.8472x + 2.2229 (r = 0.9953**,式中y
Figure 2. The relationship between Cl−, content and cultivating years of vegetable plastic house soil
图2. 蔬菜大棚土壤Cl−、含量与种植年限的关系
Figure 3. The relationship between, content and cultivating years of vegetable plastic house soil
图3. 蔬菜大棚土壤、含量与种植年限的关系
代表每公斤土壤中的毫克数,mg·kg−1,x为种植年限)表示,由此关系式分析可知,随种植年限的增加土壤中含量的增速为0.85 mg·kg−1·a−1。
3.3. 蔬菜大棚土壤中含量随种植年限的变化
试验中测试的土壤中含量随种植年限的变化见图4,从图4可知,土壤中含量在0~25 a基本呈线性增加,其与种植年限的回归关系式为:y = 33.193x + 128.13 (r = 0.9832**,式中y代表每公斤土壤中含的毫克数,mg·kg−1,x为种植年限),从此关系式可知,在0~25 a期间含量的增速为33.19 mg·kg−1,到25 a时达到957.88 mg·kg−1,增加了6.5倍。试验中测得30 a的含量远远高出前25 a,可能是因为采集土样时30 a的大棚刚刚施过硫酸钾导致的。
4. 小结与讨论
本研究结果表明,土壤阴离子含量比与种植年限呈极显著正相关。其中,Cl−、、在15 a前增加缓慢,15 a以后增速加快,其中Cl−和在15~30 a的种植过程中,年递增率分别达到25.7和59 mg·kg−1。此外,在大棚种植开始后就以每年33 mg·g−1的速率持续增加,是盐总离子中贡献最大的一个离子。
造成蔬菜大棚土壤盐渍化的重要原因可能与、Cl−、等离子的大量积累有关,而这些离子的积累可能的原因是硫酸钾、硝胺、尿素等氮肥的大量使用导致的。项玉英等[3] 对25份2 a棚龄不同施肥量的土壤进行分析,结果土壤含盐量在0.2%以下的15个样品,一季化肥投入量折纯养分量为720 kg·hm−2,相当于施用氮、磷、钾含量各15%的复合肥1599.0 kg·hm−2;土壤含量在0.3%以上的10个样品,一季化肥投入量折纯养分量为1027.5 kg·hm−2,相当于施用氮、磷、钾含量各15%的复合肥2283.0 kg·hm−2。我们在试验区调查结果也显示,试验区域施用的化肥主要为氮磷钾复合肥,年均投入量7.5 t·hm−2·a−1,最高为9 t·hm−2·a−1,尿素做为追肥年均投入量1~2 t·hm−2·a−1,另外硫酸钾或磷酸二氢钾的年均投入量为3 t·hm−2·a−1。其中硫酸钾的使用导致了离子的大量积累,含N肥料尿素的过量使用经过硝化作用积累,Cl−的积累可能原因是由于大棚栽培时常常冲施人粪尿等农家肥较多,Cl−伴随粪尿肥进入土壤,导致其含量增高[4] 。养分的投入远远高于作物对养分的需求量,从而导致了土壤盐渍化的逐年升高。可见,大棚土壤次生盐渍化的直接原因与大量施肥有关。
Figure 4. The relationship between content and cultivating years of vegetable plastic house soil
图4. 蔬菜大棚土壤含量与种植年限的关系
由于在保护地蔬菜栽培中人们往往偏重施用氮肥,加上保护地土壤内硝化作用强烈,这就极易产生大量的H+和,在经过亚硝酸还原酶的作用转化成积累在土壤中,而过量H+超出土壤对酸的缓冲能力后有可能导致土壤pH的下降[5] 。含量随种植年限的增加表现出与其它盐分离子及全盐量相反的趋势,这可能是随种植年限的增加,土壤酸化现象日趋严重,大量的H+打破了土壤中CO2与的平衡[6] ,从而使得含量随种植年限的增加表现出减低趋势。
基金项目
河南省重大科技攻关项目(092101310300);河南省现代农业产业技术体系建设专项(S2010-03-G06);河南科技学院2012年度博士科研启动经费(207010612014)资助。
文章引用
陈碧华,郭卫丽,李新峥,王广印, (2015) 离子色谱法测定新乡市大棚菜田土壤中的阴离子
Measurement of the Anion in Vegetable Field Soil of Greenhouse in Xinxiang by Using Ion Chromatography. 农业科学,01,44-49. doi: 10.12677/HJAS.2015.51007
参考文献 (References)
- 1. 于锡宏, 于广健 (2002) 高寒地区节能日光温室存在问题及其解决途径. 北方园艺, 5, 14-15.
- 2. 王玉芳, 王春风, 夏黎, 董化旺 (2005) 新乡市牧野区无公害蔬菜生产存在的问题及对策. 河南科技学院学报(自然科学版), 2, 55 -57.
- 3. 项玉英, 杨祥田, 张光 (2006) 设施栽培土壤次生盐渍化的调查及防治对策. 浙江农业科学, 1, 17-19
- 4. 郭文忠, 刘声锋, 徐新福 (2004) 不同硝酸钙和氯化钠浓度处理土壤对番茄植株养分吸收的影响. 西北植物学报, 11, 2043-2047.
- 5. Malhi, S.J., Nyborg, M. and Harapiak, J.T. (1998) Effects of long-term N fertiliz-er-induced acidification and liming on micronutrients in soil and in bromegrass hay. Soil & Tillage Research, 48, 91-100.
- 6. 曾希柏, 白玲玉, 苏世鸣, 李莲芳 (2010) 山东寿光不同种植年限设施土壤的酸化与盐渍化. 生态学报, 7, 1853- 1859.