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杨凌地区不同种植年限对设施栽培土壤环境质量的影响及评价

杨凌地区不同种植年限对设施栽培土壤环境质量的影响及评价

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作者：伊田西北农林科技大学

学位级别：硕士

针对设施栽培建设需要及其存在的环境问题,本研究在总结前人相关领域研究成果的基础上,以杨凌区不同种植年限设施栽培土壤为研究对象,并选择菜地和农田作为对照,通过野外调查和室内分析,以土壤理化性质、生物学性质和重金属含量变化为重... 详细信息

针对设施栽培建设需要及其存在的环境问题,本研究在总结前人相关领域研究成果的基础上,以杨凌区不同种植年限设施栽培土壤为研究对象,并选择菜地和农田作为对照,通过野外调查和室内分析,以土壤理化性质、生物学性质和重金属含量变化为重点,对不同种植年限设施栽培土壤质量进行了比较,在综合分析土壤各种性质相互关系的基础上,对杨凌区不同种植年限土壤质量进行了评价,探讨了不同栽培年限对土壤环境质量的影响,提出了从土壤肥力指标、生物学指标和污染指标三方面来评价土壤环境质量的方法。通过以上研究,旨在为设施栽培土壤环境质量的评价和管理提供科学依据和实践指导。所取得的主要研究结论如下: 1.设施栽培土壤速效氮、速效磷、速效钾、有机质及有效态铜、锌和锰等养分含量在1年随着种植年限增加而增加,5年后趋于平稳。随着土层深度的增加,养分含量降低。设施栽培土壤硝态氮含量及电导率随种植年限的增加而上升,并显著高于普通菜地和农田。各土层土壤硝态氮含量与电导率均达到了显著相关。土壤pH随种植年限的增加降低,而随土层深度的增加而升高。土壤pH与硝态氮和速效磷含量呈极显著相关,说明导致设施栽培土壤酸化的主要原因是土壤硝态氮和速效磷的累积。通过分层聚类分析筛选出pH、有机质、速效磷和有效锌为典型指标来表征设施栽培土壤养分随种植年限的变化。 2.设施栽培土壤酶活性较农田和菜地有不同程度的提高,且其随种植年限的增加先升高而后略有下降。脲酶活性在3年达到最高,转化酶和多酚氧化酶活性在5年达到最高,过氧化氢酶活性在7年达到最高,碱性磷酸酶活性随种植年限的增加变化不显著。脲酶、碱性磷酸酶及转化酶活性随土壤深度增加而降低,过氧化氢酶和多酚氧化酶活性随土壤深度增加而升高。各土层土壤脲酶活性与速效氮均达到了显著相关;转化酶活性与速效磷、速效钾、pH及有效锌含量达到显著相关;碱性磷酸酶活性与速效磷、速效钾、有机质、pH及有效锌含量均呈显著相关;过氧化氢酶和多酚氧化酶活性在各土层中与理化性质相关不显著。通径分析表明:土壤速效养分、有机质、pH及有效态微量元素含量对碱性磷酸酶和转化酶活性的直接效应较大,是影响土壤酶活性的主要因素;建议以土壤碱性磷酸酶和转化酶活性作为评价土壤肥力的酶学指标。 3.设施栽培土壤Cu、Zn、Ni、Cd、Cr及Fe含量随种植年限升高而增加。土壤Cu、Ni、Cd、Cr和Fe含量高于菜地和农田土壤,Zn含量低于菜地和农田土壤,Mn含量在各年限和各栽培模式下无显著性差异。表层土壤Cu、Zn、Cd和Cr含量高于下层土壤,Fe、Mn含量上下层间无显著差异,而Ni则无固定规律。土壤重金属单因子污染指数评价结果表明Cd污染比较严重,Ni污染次之,Cu、Cr、Zn的污染指数较小。内梅罗综合污染指数评价结果表明,少数土壤不同土层的综合污染处于警戒水平,大多数处于轻污染水平。Hakanson潜在生态风险指数评价结果表明各土层土壤Cu、Zn、Ni和Cr污染处于轻微生态危害范围,而Cd达到了中等或强生态风险。RI多金属潜在生态风险指数评价表明,杨凌地区设施栽培土壤整体质量较好,生态风险较低。 4.设施栽培土壤重金属含量与酶活性显著相关:在不同深度土层,土壤Fe含量与过氧化氢酶活性及Zn含量与脲酶活性之间的关系最紧密,多酚氧化酶活性与Zn、Cd含量显著负相关,转化酶活性与Cu、Ni、Cd含量显著相关。多酚氧化酶和转化酶可作为评价土壤重金属累积的敏感性生物学指标。土壤速效钾、磷含量在各层土壤中与Cu、Ni及Cd含量相关性显著,表层(00 cm、100 cm)土壤各重金属含量与土壤理化性质间的相关性较下层(200 cm)的好,说明作物种植及耕作对设施栽培土壤Cu、Cd、Ni和Zn累积的贡献比较大。以土壤质量退化指数(SDI)评价土壤综合质量,结果表明土壤综合退化指数以第7年最高,且下层土壤的综合退化指数高于上层土壤。

关键词：设施栽培土壤种植年限理化性质酶活性重金属污染土壤环境质量与评价

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