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随着我国城市化速度的加快,蔬菜的种植面积以及产量都急剧增加。蔬菜田土壤质量的可持续发展有着非常重要的意义。
本研究以太湖地区典型的蔬菜基地为背景,经详细调查,分别选取1年,5年,10年,15年,20年,30年和100年的不同种植时间序列蔬菜地,并以同一地区水稻田为对比,对水稻田转变为蔬菜地后不同利用方式和不同利用年限的影响进行了研究。选取的蔬菜地改种前,均为连续耕种水稻田。
本文对不同利用年限的土壤肥力质量、环境质量和微生物多样性的影响分别进行了研究分析。其中,土壤环境质量选取(有机氯农药和重金属为指标)进行分析,土壤微生物群落和多样性通过研究微生物生物量碳和氮,微生物群落(细菌、真菌等),BIOLOG方法以及分子生物学方法完成。另外,通过地统计学和随机统计学方法对不同利用方式的空间变异进行了分析。
在土壤肥力方面,土壤有机碳、全氮和全磷含量从水稻田变为蔬菜地后都有显著增加。但总体的土壤肥力在不同耕作年限中没有显著下降,其维持作物生产的能力得到了持续发展。
在重金属含量方面,蔬菜地的6种重金属(Cr,Cu,Pb,Zn,Cd,As)全量均低于土壤环境质量二级标准,其单项污染指数平均值均未超过1.0。从内梅罗综合污染指数分析,不同年限蔬菜地的土壤重金属含量处于安全水平,可以满足保证农业生产和维护人体健康要求。Cr,Cu,Pb,Zn,Cd五种重金属元素互相都有着极显著的相关性。
在有机氯农药(Organochlorine pesticides,OCPs)残留方面,从水稻田变为蔬菜地后,滴滴涕和六六六(∑HCH)是OCP的主要成分(平均为80.2%),大部分点都未超出中国土壤环境质量标准(GB15618-1995);α-HCE/γ-HCH和DDE/DDT的比值表明,所调查区域,近年没有新的六六六和DDT向土壤输入。主成分分析结果证实,土壤中有机氯农药主要来源于过去的使用。
在土壤微生物生物量方面,利用方式和利用时间对微生物生物量影响显著,但是呈上下波动。长时间种植蔬菜,对于功能性的微生物并没有大的影响,但是微生物生物量碳和氮呈下降趋势。水稻田的微生物生物量碳最高,而三种菌类都最低。纤维分解菌和亚硝酸细菌也都最低。
在土壤微生物组成和多样性方面,利用聚合酶链反应-限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLP,polymerase chain reaction-restriction fragment lengthpolymorphism)和测序分析的研究表明,长期(100年)的蔬菜地耕作引起土壤微生物多样性下降,表现为可操作分类单元(OTUs,Operational Taxonomic Unit)和克隆数的比率以及多样性指数下降,前者的变化顺序为:水稻田(0.95)>新菜地(0.84)>老菜地(0.36);Shannon指数的变化顺序为:新菜地(4.83)>水稻田(4.79)>老菜地(3.48)。
在土壤肥力性质的空间变异性方面,地统计学研究结果表明,长期的蔬菜地耕作引起土壤空间变异性增加,其中SOC的空间变异比pH大,水稻田、新菜地和老菜地的pH长轴变程分别为230.2m、165.9m和130.4m,而SOC分别为111.1m、51.9m和81.8 m。
通过主成分分析,建立了评价土壤质量(不包括土壤物理性质)最小数据集为:全氮,pH,全K,微生物生物量氮(MBN),Pb,Cd,NH4-N,C/N比率。总体上,水稻土转变为蔬菜地后,土壤养分含量增加,土壤污染没有显著增加,但土壤微生物生物量和多样性下降,土壤空间变异程度增加。