京津冀设施农田土壤健康研究——以饶阳为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 曹志强 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 杨林生 ; 董云社 |
| 关键词 | 设施蔬菜 日光温室 土壤健康 京津冀地区 土壤剖面 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 设施农田（Facility Farmland, FCF）的飞速发展保证了全球粮食供应，但传统FCF中土壤健康（Soil Health，SH）问题日益凸显。设施农田土壤健康研究对 其可持续发展、生态环境保护与粮食安全意义重大。本研究基于衡水市FCF土壤重金属污染风险调查及影响因素分析，选定典型 FCF 集中区采集荒地、玉米地、不同年限日光温室（FCF-S）与塑料大棚（FCF-P）的土壤剖面（0~150 cm） 共 26 个，分析土壤物理、基础化学、肥力、污染物及微生物指标，解析土壤容 重（BD）、自然含水率（MC）、粒度分布、酸碱度（pH）、电导率（EC）、盐基指 数（BI）、钙铝比（Ca/Al）、有机质（OM）、总磷（TP）、速效磷（AP）、总硫（TS）、 水溶态钾（WSK）、氮素（N），镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）总量及有效态和细 菌与真菌多样性等 30 项指标在不同用地、不同种植年限 FCF 与土壤垂直方向的 变化规律，探究FCF土壤健康各方面的变化；使用定性与定量方法从指标的敏 感性、有效性、普遍性、经济实用性与系统性原则出发筛选、验证 SH 特征指标，建立特征指标的单因素隶属度评价模型，并用主客观组合赋权法确定权重，最终 构建综合评价体系进行SH评价。主要结论为： （1）衡水FCF土壤重金属存在超标但作物未发现超标。表土重金属总量高于筛选值点位达 7.26%，Cd、Cu 与 Zn 的累积与有效态风险较高，高风险点位主 要在饶阳县，高风险用地为 FCF-S。重金属在表土、心土均出现累积，表土 Cu、Zn 累积更严重，Cd 的高迁移性使其在心土层风险较高。粪肥是 FCF 中 Cu、Zn主要来源，而 As、Cd 来源还包括大气沉降与化肥等。粪肥超标率达 50%，主要 为猪粪与牛粪有机肥，以 Cu、Zn 超标为主，秸秆腐熟粪肥无超标，适宜推广使 用。长期设施种植下，FCF 土壤出现电导率过高、pH 降低与养分元素累积，SH问题不断凸显。 （2）FCF-S 对各项理化指标的影响普遍更强，在土壤深层也有显著影响， 而 FCF-P 主要影响 40 cm 以上，这与 FCF-S 复种频率、水肥强度更高有关。FCF种植对土壤物理指标的影响主要表现在 BD 与 MC，两类 FCF 表土在频繁翻耕下BD 下降，但犁底层 BD 显著增加，会妨碍作物向深层扎根；频繁灌溉使各层 MC显著增加，且随种植年限显著增加。基础化学指标中 pH 与 Ec 受 FCF 种植影响 较大，FCF-S 与 FCF-P 各层土壤均出现了酸化与盐渍化，在 60~150 cm 表现强 于 40~60 cm，与土壤底层的红黏土层能够固定淋滤下的离子有关。FCF-S 中 40 cm 以上土壤还出现了 BI 显著下降与剖面各层 Ca/Al 显著增加，分别与灌溉水淋 洗钙肥大量使用有关。肥力指标中 OM、TP、AP、WSK、TS 与 N 受 FCF 种植 影响较大，在剖面各层含量均增加，表明 FCF 过度施肥。但剖面各层 OM 含量 达到高品质菜地标准的不到 10%，说明肥料结构不合理，应推广高碳有机肥。FCF-S 中 Cu、Zn 累积与有效态风险在各层土壤均比 FCF-P 严重，其 60 cm 以上 土壤中均显著增加，表层与底层 Cd、Cu 与 Zn 均随种植年限极显著增加。Cd 的 贡献源包括化肥与大气沉降，使露天地 0~5 cm 土壤 Cd 高于 FCF, 但 Cd 的高迁 移性使 TCd 与 ACd 在 FCF 底层土壤都较高。相关与聚类分析表明，FCF 表土重 金属还受施肥外的因素影响，但 FCF-S 底层土中主要受施肥影响。 （3）FCF 使表土细菌、真菌的群落多样性下降，FCF-S 中更明显，但 20 cm 以下受 FCF 影响不明显。Alpha 多样性分析表明表土中，FCF-S 的细菌、真菌及FCF-P 真菌的群落多样性、均匀度显著低于荒地，FCF-S 真菌群落丰富度也显著 降低。随机森林分析表明，放线菌门（Actinobacteria）为 FCF 劣势物种，且其随FCF-S 种植年限增加，劣势度增加；该门的两科细菌随农业活动强度增加劣势度 递增，放线菌门可能能用于表征 FCF 土壤微生物群落变化。冗余分析表明，驱 动 FCF 表土壤细菌与真菌多样性变化的关键指标为 OM、TS、TP、AP、Ec 与Cd、Cu、Zn 总量及有效态；底土中 pH、BD、Silt 与 MC 起较强驱动作用。 （4）筛选 BD、MC、pH、Ec、OM、AP、总 Cu 与有效态 Cd 为特征指标， 构建的 SH 综合评价体系对各类型用地的判别准确度达 91%，专家认可度较高， 能够较好地代表土壤健康的各方面。SH 评价表明各类用地 SH 等级以一般与较 差为主，情况较好的是两类低年限 FCF，而中高年限较差，表明初期 FCF 建设 与土壤培肥改善了贫瘠土壤的 SH，而持续高强度复种与施肥灌溉使 SH 恶化。 本研究系统性地开展了设施农田土壤健康观测，基于此构建的设施农田土壤 健康评价指标体系易于应用与推广，对京津冀乃至潮土区设施农田可持续发展具 有理论与实践指导意义。本研究为土壤健康研究与管理提供了方法学参考。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 255 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184619]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 曹志强. 京津冀设施农田土壤健康研究——以饶阳为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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