设施土壤环境控制.ppt
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1、设施土壤环境及其调控,第一节 设施土壤环境特征,一.设施土壤养分特征 设施内蔬菜复种指数高,精耕细作,施肥量大,再加上连作造成设施内养分不平衡。(一)土壤有机质含量高 吴凤芝等人对哈尔滨市郊的调查,棚室土壤有机质含量是露地菜田的13倍。据调查,大庆市宏伟小区设施园内分别种植3年、5年和8年的温室,土壤有机质含量分别为3.43%、4.55%、6.34%,而露地为3.12%。,(二)氮、磷、钾含量高 哈尔滨市郊的调查结果显示,棚室内速效磷是露地菜田的510倍,碱解氮是露地的23倍,但速效钾有降低的趋势。据调查,大庆市宏伟小区设施园内分别种植3年、5年和8年的温室,土壤速效氮含量分别为63mg/kg
2、、189mg/kg、198mg/kg,而露地为42mg/kg;速效磷分别为288mg/kg,420mg/kg,459mg/kg,露地为223mg/kg;速效钾肥含量分别为188mg/kg、321mg/kg、200mg/kg,而露地为164mg/kg。,(三)土壤盐类积聚 1.盐类积聚的原因:设施内施肥量大,且长年或季节性覆盖,改变了自然条件下的水分平衡,土壤得不到雨水的充分淋洗,再加上设施中特殊的由下到上的水分运动形式,导致盐分在土壤表层聚集。,自然土壤与设施土壤的差别(A.设施内;B.露地),根据对上海设施的调查,温室、大棚耕层土壤(025cm)盐分分别为露地的11.8倍和4倍。NO3浓度是
3、露地的16.5倍和5.9倍。1997年哈尔滨市郊设施的调查显示,大棚土壤总盐量是露地的213倍,并随着棚龄的增加而增加。当土壤中全盐浓度在0.3%以下时,一般植物不受害,但抗盐能力弱的草莓有时受害;盐类浓度在0.5%1.0%时,叶片变深,植株矮化、萎蔫等;盐离子超过1%时,植物萎蔫枯死。由于地下水造成的盐渍化叫初生盐渍化,由于施肥不当引起的土壤盐离子的积累称为次生盐渍化。,2.基本现状 大庆地区调查分析结构表明,随着棚龄的增加,土壤可溶性盐分呈上升趋势。,哈尔滨市郊不同连作年限、不同栽培方式的大棚土壤盐分含量、EC值和NO3差异很大,总盐含量高于露地2.113.4倍。同时,硝酸盐的积累量与总盐
4、的积累有相同的趋势。,有机肥,化肥,3.盐害对作物根系和生长发育的影响 吴凤芝等选择耐盐性较差的黄瓜为研究材料,对哈尔滨市南岗区新春乡拉林村连作3年和连作18年的大棚黄瓜进行定点观测,发现连作3年黄瓜土壤总盐量为0.92%,电导率值为0.281mS/cm,根系侧根多而细长,呈白色,产量1.84kg/m2;连作18年土壤总盐量2.98%,电导率值0.87mS/cm,侧根少而粗短、土壤表层根系呈锈红色,植株早衰、病害严重,产量只有0.512kg/m2。主要原因是多年连作,土壤理化性质恶化团粒结构被破坏、通水透气性差、根系生长受阻,再加上土壤盐溶液浓度增加、渗透压增大,根系吸水吸肥能力减弱,植物生长
5、发育不良,抗病力差。,二.土壤酸化,有研究表明,设施内土壤的pH值有随着种植年限的增加而降低的趋势,即土壤酸化。造成土壤酸化的原因有多方面,但最主要的是氮肥施用量过大,残留量大,连续施用硫铵、氯化铵时,pH下降明显.pH过低除直接危害作物外,还抑制磷、钙、镁等元素的吸收。,三.连作障碍,同一种作物或近缘作物连续种植后,即使在正常管理下,也会产生产量降低、品质变劣、病害严重、生育状况变差的现象,这一现象叫连作障碍。连作障碍的原因很多,但土传病害、土壤次生盐渍化和自毒作用是主要原因。,(一)连作障碍中的自毒作用 自毒作用(autotoxicity)是指某些植物通过地上部淋溶、根系分泌和植物残茬腐解
6、等途径来释放一些物质,从而对同茬或下茬同种或同科植物生长产生抑制作用,是化感作用的特殊形式,即发生在植物内的化感作用。Willis曾报道,在一茬黄瓜生长后移走3040cm深的表土,将完全新鲜的土壤移入温室,但仍然会导致减产,并认为衰弱的主要原因可能是由于在生长过程中,植物根所分泌的物质引起的。,Benedict H M观察到无芒雀麦在种植23年变得稀疏,将无芒雀麦的根烘干后与种子一起施入土壤中,结果幼苗的干重明显减少,把无芒雀麦的植株淋出液浇到幼苗上,也产生相似的结果。从菊花叶上淋溶下来的毒素完全抑制了莴苣种子的发芽,且对菊花本身的生长发育也有很强的抑制作用。,已经探明结构的化感物质在连作障碍
7、中的化感作用,(二)自毒作用对作物的影响 蔬菜作物的连作障碍与根系分泌的自毒物质密切相关,从黄瓜的根系分泌物质中已经分离出11种酚酸类物质。研究表明,酚酸类物质在50150umol/L浓度范围内对黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积、全株鲜重均有抑制作用,并随着处理浓度的增加和时间的延长作用增强。但在25umol/L低浓度下对幼苗的生长发育具有促进作用。黄瓜中分离出的11种酚酸类物质中有10种具有生物毒性,其中苯丙烯酸是毒性较强的一种。,1.苯丙烯酸对黄瓜幼苗叶面积、全株干样质量和叶绿素含量的影响。苯丙烯酸影响黄瓜的叶面积,减少植株干物质的积累,同时对叶绿素含量产生影响。,2.苯丙烯酸对黄瓜幼苗光合作
8、用的影响。苯丙烯酸降低黄瓜幼苗的光合速率,降低黄瓜幼苗的蒸腾速率和根系活力。,(三)根系分泌物与土传病害 许多学者研究表明,根系分泌物与植物抗性有密切关系,本实验选用了具有不同抗病性的黄瓜品种分析了根系分泌物与土传病害(枯萎病)的关系。,1.不同抗性黄瓜品种根系分泌物对病菌孢子萌发的影响 抗病品种根系分泌物对病原孢子的萌发有一定的抑制作用,感病品种有一定的刺激作用,中抗品种也略有刺激作用。,2.不同抗性黄瓜品种根系分泌物对枯萎病菌菌丝生长的影响 无论哪个时期,处理、枯萎病菌丝生长受到一定程度的抑制,处理、无明显变化,、受到一定程度的促进。,3.不同抗性黄瓜品种根系分泌物对病原菌 生长量的影响
9、无论3d,5d,处理、病原菌生物量都受到一定程度的抑制,处理、受到一定程度的促进;处理、生物量无明显变化,,4.不同抗性黄瓜品种根系分泌物中糖类成分和含量的差异 感病品种根系分泌物中糖类物质含量显著高于抗病品种的含量,中抗性品种含量介于两者之间。,(四)连作对作物产量的影响 连作2年土壤的黄瓜产量比较高,连作7年黄瓜的土壤产量达最低。连作土壤有随着连作年限的增加产量下降的趋势,轮作土壤间产量差异不显著。,(五)连作对作物品质的影响 硝酸盐含量与栽培方式的关系没有规律性,但与土壤的碱解氮含量有关,连作7年土壤的碱解氮低,硝酸盐含量也低。连作7年的土壤黄瓜Vc含量最低。,四.土壤生物环境特点,由于
10、设施栽培作物种类比较单一,形成了特殊的土壤环境,使硝化细菌、氨化细菌等有益微生物受到抑制,而对作物有害的微生物大量发展,土壤微生物区系发生了很大变化。由于设施内的环境比较温暖润湿,为一些病虫害提供了越冬场所,此外,连续种植同一作物或同源作物会使特定的病原菌繁殖,造成土传病害、虫害严重。,近年来的研究结果表明,设施土壤微生物多样性有降低的趋势。随着连作年限的增加,真菌的数量减少,但有害真菌的种类和数量增加,有益细菌的种类和数量随着连作年限的增加而减少。,(一)设施土壤微生物特点 1.土壤微生物数量的变化(1)各时期真菌的种类与数量 连作年限越长数量越少,但有害菌的种类和数量增加。,在番茄的各生育
11、期,根系真菌的数量和种类也不完全相同,一般是越到后期种类和数量越多,这与棚内的环境条件有关,并随连作年限的增加真菌数量有增加趋势,而且少数真菌群富集。,(2)细菌和放线菌的种类与数量 将各时期采集的样品分离,结果表明,土壤细菌的种类随连作年限的增加有所减少,在数量上有大幅度降低;在不同生育期数量上变化较大,后期要比前期有显著增加,但在种类上变化不大。放线菌变化一般较小,表明放线菌对连作年限的反应不敏感。,2.土壤微生物多样性的变化(1)土壤微生物多样性的概念 土壤微生物多样性指生命体在遗传、种类和生态系统层次上的变化。它代表微生物群落的稳定性,也反应土壤生态机制和土壤胁迫对群落的影响。土壤微生
12、物多样性还可以定义为微生物生命的丰富性,通常以土壤微生物区系的变化和生物化学过程间相互关系来反映。包括种类数量和分布。土壤微生物多样性被认为是土壤健康和质量的关键所在。,(2)土壤微生物群落DNA序列的Shannon-Weaver指数及其均匀度指数的变化 连作7年土壤Shannon-Weaver指数最低,轮作18年土壤微生物群落DNA多样性指数最高。轮作土壤微生物群落DNA多样性指数高于连作土壤,均匀度指数也高于连作土壤。,微生物多样性分析发现,长时间连作后,土壤有由细菌型向真菌型转变的特点,(二)设施土壤酶活性特点,土壤酶是由生物体产生的,具有高度催化作用的一类蛋白质。它在接近常温、常压和中
13、等酸度的条件下,大大加速生物化学反应的速度,并且具有突出的专一性。它主要来源于土壤中动物、植物根系和微生物的细胞分泌物以及残体的分解物。目前为止,已经被测定的土壤酶活性达到约60种。,土壤酶参与了土壤中一切生物化学:过程:腐殖质的合成与分解;有机化合物、动植物和微生物残体的水解与转化;土壤中有机、无机化合物的各种氧化还原反应等。这些过程与土壤中各营养元素的释放与贮存、土壤中腐殖质的形成与发育、以及土壤的结构和物理状况都是密切相关的。也就是说,它们参与了土壤的发生和发育以及土壤肥力的形成和演化的全过程。,已知的酶根据酶促反应的类型可分为六大类:a 氧化还原酶类:酶促氧化还原反应。主要包括脱氢酶、
14、过氧化氢酶、过氧化物酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶等。b 水解酶类:酶促各种化合物中分子键的水解和裂解反应。主要包括蔗糖酶、淀粉酶、脲酶、蛋白酶、磷酸酶等。c 转移酶类:酶促化学基团的分子间或分子内的转移同时产生化学键的能量传递的反应。主要包括转氨酶、果聚糖蔗糖酶、转糖苷酶等。,d 裂合酶类:酶促有机化合物的各种化学基在双键处的非水解裂解或加成反应。包括天门冬氨酸脱羧酶、谷氨酸脱羧酶、色氨酸脱羧酶。e 合成酶类:酶促伴随有ATP或其它类似三磷酸盐中的焦磷酸键断裂的两分子的化合反应。f 异构酶类:酶促有机化合物转化成它的异构体的反应。,以津优黄瓜为材料,研究设施蔬菜轮作(15、18、21年)和连作
15、(2、7年)对土壤酶活性的影响。发现过氧化氢酶、脲酶、转化酶、多酚氧化酶可以作为设施蔬菜敏感的土壤酶指标。轮作土壤的过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性显著高于露地和连作7年。,土壤脲酶参与上壤中含氮有机化合物的转化,水解尿素生成氨,其活性影响着土壤氮素的代谢脲酶活性随尿素施用量增加而增大,但土壤中脲酶活性过高,容易引起氨的挥发损失脲酶活性与土壤微生物量、有机质、全氮和速效磷呈显著正相关。,转化酶促进蔗糖分解成葡萄糖和果糖,能提高土壤的生物活性,在表征土壤生物活性强度上,转化酶比其它酶反映更明显。转化酶活性高,说明土壤生物活性好、肥力高。土壤转化酶的活性与土壤碳、氮状况密切相关,与中性磷酸酶和过氧化氢
16、酶有相互促进作用研究发现设施土壤转化酶活性有随种植年限的延长而降低的趋势,其高低因作物种类及种植年限而异.,过氧化氢酶能破坏土壤中生化反应生成的过氧化氢,减轻对植物的危害。过氧化氢酶与土壤有机质含量、土壤阳离子代换量呈极显著正相关,与土壤的呼吸强度和微生物数量也有一定关系。过氧化氢酶活性比较稳定,第二节 园艺作物对土壤环境的要求,一、对土壤养分的要求蔬菜作物蔬菜作物的产品器官多鲜嫩多汁、个体硕大,要求土壤肥水充足:设施栽培作物复种指数高、单位面积产量高,难以耐受贫瘠的土壤。不同蔬菜种类吸收养分的数量和比例不同:茄子、番茄等吸收能力中等,黄瓜较小;耐肥力茄子强、黄瓜、番茄中等,甜瓜、菜豆等弱蔬菜
17、作物喜硝态氮肥:铵态氮过多,会抑制对钙和钾的吸收。,2.花卉作物肥土植物:绝大多数观赏植物均喜欢生长在深厚、肥沃而适当润湿的土壤上,即生长在肥力高的土壤上,称为肥土植物。种植这类花卉植物需要通透性好、保水保肥力强、有机质含量多、土温比较稳定、对花卉生长比较有利的黏质栽培壤土。瘠土植物:又称耐贫瘠植物,是指在一定程度上能在较瘠薄的土壤上生长,即具有耐瘠薄能力的植物。这类花卉作物对栽培土壤养分条件要求不太严格。,二.园艺作物对土壤pH要求 土壤pH值指土壤溶液中H+离子浓度,多在49之间。土壤酸碱度与土壤物理化学性质有密切关系,土壤有机质和矿质元素的分解和利用也与土壤酸碱度密切相关。土壤酸碱度对作
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