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

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：y_0~15 = 6.2314x + 38.88 (r = 0.9017**)，y_15~30 = 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

图2. 蔬菜大棚土壤Cl⁻、含量与种植年限的关系

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。

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)