改良劑與微生物菌劑聯(lián)合施用對(duì)鹽堿地土壤和耐鹽植物的影響

汪立梅， 桂 丕， 李化山， 裴福云， 王茜徵， 江亞雄， 葉宇軒

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東深圳 518000； 2.廣東省深圳市福田區(qū)環(huán)境保護(hù)和水務(wù)局，廣東深圳 518000

耕地是我國(guó)最為寶貴的資源，牢牢守住耕地紅線是新形勢(shì)下糧食安全新戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)鹽堿地約有3.5×107hm2，其中濱海鹽堿地1 400萬(wàn)hm2，約占全國(guó)鹽堿地的40%[1]。鹽堿土土壤結(jié)構(gòu)差、pH值和含鹽量高、肥力缺乏的特點(diǎn)，使得植物難以生長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了濱海特色農(nóng)業(yè)園區(qū)和濕地公園的建設(shè)。如何開發(fā)和利用好濱海地區(qū)的鹽堿地成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的一大難題。

當(dāng)前應(yīng)用于鹽堿地的改良技術(shù)主要有灌溉排水、膜覆蓋、添加改良劑等措施[2-4]?？屯痢⒐喔扰潘裙こ檀胧┯捎谕顿Y大、成本高、易反復(fù)，難以大面積推廣。而土壤改良劑由于高效、經(jīng)濟(jì)、方便的特點(diǎn)已在鹽堿地改良中被廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究表明，施用鈣改良劑(如磷石膏、氯化鈣等)能通過降低鹽堿土中交換性鈉離子(Na+)含量進(jìn)而有效降低堿化土的pH值和堿化度[5-7]。施用酸性物質(zhì)(如腐殖酸、風(fēng)化煤等)能與鹽堿土的堿性中和，并與一些難溶鹽等形成絡(luò)合物，以改善土壤理化性質(zhì)[8-9]。聚合有機(jī)改良劑能增大土壤總孔隙度，降低容重，加速排鹽效果[10]，并且?guī)追N改良劑聯(lián)合配施的效果要優(yōu)于單一施用。近年來(lái)，微生物菌劑在改良鹽堿地中的應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)[11-13]。逄煥成等研究表明，施用微生物菌劑能有效降低鹽堿土的pH值和全鹽量，并通過增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，達(dá)到增產(chǎn)效果[14]。鹽堿土改良的核心是通過改變土壤膠體吸附的陽(yáng)離子組成，降低土壤的全鹽量，而目前微生物菌劑的研究主要集中在單一應(yīng)用中，但無(wú)法達(dá)到這一效果。本研究旨在通過盆栽試驗(yàn)探索組合改良劑與微生物菌劑聯(lián)用對(duì)濱海鹽堿地的改良效果，以期為濱海鹽堿地的改良研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自廣東省珠海市金灣區(qū)紅旗鎮(zhèn)八一社區(qū)和天津市濱海新區(qū)南港工業(yè)區(qū)海岸線，土壤樣品均分層(0～20、20～50、50～80 cm)取樣，試驗(yàn)過程保持原土層結(jié)構(gòu)。土壤樣品的基本理化性質(zhì)：珠海土樣pH值為7.75，電導(dǎo)率為 2 543 μS/cm，全鹽量為0.92%，有機(jī)質(zhì)含量為6.15 g/kg，有效磷含量為17.24 mg/kg，速效鉀含量為0.57 mg/kg。天津土樣pH值為8.20，電導(dǎo)率為6 248 μS/cm，全鹽量為2.33%，有機(jī)質(zhì)含量為15.56 g/kg，有效磷含量為21.35 mg/kg，速效鉀含量為 1.07 mg/kg。

鹽堿土改良材料包括磷石膏、聚丙烯酰胺、園林廢棄物腐熟二次料、微生物菌劑。其中，磷石膏由江蘇省南京市秦淮區(qū)捷發(fā)礦粉廠提供；聚丙烯酰胺，陰離子型，分子量800萬(wàn)，水解度15%～30%，由河南淼森環(huán)?？萍加邢薰咎峁?；園林廢棄物有機(jī)肥，主要由腐熟的園林植物廢棄物構(gòu)成，由筆者所在公司肥料廠提供；微生物菌劑耐鹽短桿菌，由筆者所在實(shí)驗(yàn)室篩選培育擴(kuò)繁，叢枝菌根真菌由深圳市園林科學(xué)研究所提供。供試植株為腎蕨與鳶尾。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與步驟

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)選用的改良劑為前期土壤培養(yǎng)試驗(yàn)篩選出的，對(duì)濱海鹽堿土具有較佳改良效果的A及B，配方見表1。微生物菌劑(以J表示)為耐鹽短桿菌菌液(按 5 mL/kg 施加)和叢枝菌根真菌基質(zhì)載體(按叢枝菌根真菌基質(zhì)載體與土壤的體積質(zhì)量比 1 mL ∶10 g 比例添加)。每盆土壤6 kg，分別添加尿素2 g、過磷酸鈣3.4 g、硫酸鉀1.8 g，以尿素補(bǔ)充氮肥，過磷酸鈣、硫酸鉀補(bǔ)充磷和鉀。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每盆種植3株植物。試驗(yàn)于2016年8月21日至11月3日在深圳市綠化處樹枝粉碎廠進(jìn)行。2016年8月23日進(jìn)行耐鹽堿植物種植，并采集初期土壤樣品；2016年11月3日進(jìn)行收割， 同時(shí)采集末期土壤樣品。種植后第1次澆灌量為每盆300 mL，后視天氣狀況而定，每隔2～3 d澆水1次，每次約200 mL，直至試驗(yàn)結(jié)束，試驗(yàn)周期為70 d。

表1 復(fù)合改良劑與2種植物集成土壤改良技術(shù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 使用取土器每盆取3個(gè)點(diǎn)，裝盆后進(jìn)行第1次采樣，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)進(jìn)行第2次采樣。將采集的土樣自然風(fēng)干，過2 mm篩后，裝入塑料袋密封保存，用于測(cè)定土壤各種指標(biāo)。土壤pH值用pHs-2C型數(shù)字酸度計(jì)測(cè)定，按水土比5 mL ∶1 g的方式浸提。土壤電導(dǎo)率用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定，按水土比=5 mL ∶1 g方式浸提。陽(yáng)離子交換量(CEC)采用氯化鋇-硫酸強(qiáng)迫交換法測(cè)定。土壤全鹽量參考朱曉濤等的方法[15]進(jìn)行測(cè)定。植株收割前用SPDA-502型葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量，用卷尺測(cè)定株高、冠幅，后齊土剪下，殺青烘干、稱質(zhì)量，測(cè)定其生物量。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)方法 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SAS 9.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan’s法(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐鹽植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由圖1可看出，添加4種組合改良劑均能不同程度地增加耐鹽植物的生物量，促進(jìn)效果因耐鹽植物品種不同而不同，總體表現(xiàn)為BJ>AJ>B>A。種植腎蕨處理中，珠海鹽堿地BJ處理生物量比CK、B處理分別增加18.14%、7.16%；天津鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加20.87%、10.17%。種植鳶尾處理中，珠海鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加22.17%、9.22%；天津鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加19.48%、8.29%。由此可見，菌劑與改良劑聯(lián)合使用對(duì)促進(jìn)耐鹽植物的生長(zhǎng)有更好的效果。

由表2可知，各處理間冠幅、株高的規(guī)律與生物量規(guī)律大致相似。添加4種組合改良劑均能增加不耐鹽植物的冠幅與株高，并且改良劑和添加菌劑聯(lián)合施用的處理效果更好。BJ處理珠海鹽堿地種植腎蕨的冠幅、株高較CK處理分別顯著增加17.31%、15.90%；BJ處理天津鹽堿地種植鳶尾的冠幅、株高較CK處理分別顯著增加45.84%、25.89%。

表2 不同改良劑處理對(duì)珠海、天津鹽堿土耐鹽植株冠幅、株高的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

由圖2可以看出，施加4種改良劑均能顯著增加腎蕨與鳶尾葉片的葉綠素含量，并且同樣以BJ處理效果最佳。種植腎蕨的處理當(dāng)中，珠海鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加18.44%、5.41%；天津鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加8.65%、6.87%。種植鳶尾處理中，珠海鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加25.36%、3.71%；天津鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加24.48%、3.23%。

2.2 對(duì)鹽堿土鹽分指標(biāo)影響

2.2.1 土壤電導(dǎo)率 土壤電導(dǎo)率(EC)反映的是土壤陰陽(yáng)離子的總含量，也是表征土壤混合鹽分含量狀況最為直觀的指標(biāo)。由圖3、圖4可知，種植2種耐鹽植物后，鹽堿土的電導(dǎo)率隨著改良時(shí)間的增加而降低，同樣添加4種組合改良劑均能一定程度地降低鹽堿土的電導(dǎo)率， 并且添加菌劑處理的電導(dǎo)率降幅更大。

珠海鹽堿地種植鳶尾70 d后，BJ處理末期的土壤電導(dǎo)率比BJ初期、CK末期、B處理末期分別降低31.14%、21.06%、9.83%。天津鹽堿地種植腎蕨70 d后，BJ處理末期的土壤電導(dǎo)率比BJ初期、CK末期、B處理末期分別降低 18.33%、16.31%、5.35%?？梢?，向土壤中添加微生物菌劑可使土壤微生物活性增強(qiáng)，進(jìn)而使電導(dǎo)率值下降。

2.2.2 土壤全鹽量 鹽分含量高會(huì)抑制植物生長(zhǎng)，可溶性鈉鹽在土壤表層聚集是鹽漬化土壤最明顯的特性。由表3可知，施用改良劑后，種植2種耐鹽植物的各處理土壤全鹽量與CK相比均有不同程度的降低，不同組合改良劑間BJ處理全鹽量的降幅最大。其中，珠海土壤改良初期鹽漬化程度為中度，天津土壤則為鹽土(土壤全鹽含量大于1%)。珠海鹽堿地種植鳶尾70 d后，BJ處理末期與初期相比土壤的全鹽量降幅為30.23%；與CK處理末期相比，降幅為17.81%。天津鹽堿地種植腎蕨70 d后，BJ處理末期與初期相比土壤的全鹽量降幅為16.76%，與CK處理末期相比降幅為14.92%。

通過施入4種組合的改良劑改善了土壤的環(huán)境特征，使土壤堅(jiān)實(shí)度提高，土壤團(tuán)聚體增加。這有利于減少土壤表面的水分蒸發(fā)，從而減少鹽離子在表面的聚集，使含鹽量降低。另外，耐鹽植物的種植也有利于對(duì)土壤表層鹽分的吸收。

2.2.3 土壤陽(yáng)離子交換量 土壤陽(yáng)離子交換量是土壤的基本特性，也是重要的肥力影響因素之一，它直接反映了土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽(yáng)離子(Na+、K+)的能力，同時(shí)也對(duì)其他的土壤理化性質(zhì)有影響。因此，CEC常被作為土壤質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)和土壤施肥、改良的重要依據(jù)。由表4可知，添加4種改良劑均能增加各處理的土壤陽(yáng)離子交換量，且添加菌劑處理的增幅更大，2種植物間土壤陽(yáng)離子交換量沒有明顯差異。從整體增幅上看，BJ處理效果最佳。珠海鹽堿地種鳶尾處理中，BJ處理末期土壤陽(yáng)離子交換量比初期增加了32.72%，與CK處理相比增幅為45.01%，與單施改良劑處理(B)相比增幅為14.15%。天津鹽堿地種植腎蕨處理中，BJ處理末期土壤陽(yáng)離子交換量比初期增加了10.23%，與CK處理相比增幅為 9.92%，與單施用改良劑處理(B)相比增幅為3.07%。

表3 不同改良劑處理對(duì)珠海、天津鹽堿土全鹽量的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。下同。

表4 不同改良劑處理對(duì)珠海鹽堿土CEC的影響

2.3 對(duì)鹽堿土養(yǎng)分指標(biāo)的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素的重要來(lái)源，是植物生長(zhǎng)的必要能源，對(duì)土壤理化性質(zhì)具有重要的影響。土壤有機(jī)質(zhì)能夠分解各種有機(jī)酸，活化土壤溶液中的離子，有利于離子代換，釋放養(yǎng)分，因此土壤有機(jī)質(zhì)含量是評(píng)價(jià)土壤肥力的核心內(nèi)容。由圖5可知，添加4種組合改良劑均能顯著增加珠海、天津?yàn)I海鹽堿土的有機(jī)質(zhì)含量。珠海鹽堿地種植腎蕨處理中，BJ處理末期土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比，增加了2.41倍；與B處理差異不顯著。天津鹽堿地種植鳶尾處理中，AJ處理末期土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比增加了2.10倍，比A處理增加了4.93%。聯(lián)合改良劑中含有腐熟的二次料，提高了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，菌劑的加入也能促使土壤微生物大量繁殖，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的釋放。有機(jī)質(zhì)的增加不僅能改善土壤理化結(jié)構(gòu)，而且能增加土壤團(tuán)聚粒，改善土壤肥沃度。

從表5可以看出，添加2種組合改良劑及菌劑均能提高鹽堿土有效磷、速效鉀含量。聯(lián)合施用與單一施用的處理對(duì)末期土壤有效磷、速效鉀含量的影響無(wú)明顯規(guī)律。對(duì)于末期土壤有效磷含量，天津鹽堿地聯(lián)合施用處理均高于單一施用處理；而珠海鹽堿地BJ處理有效磷含量低于B處理。對(duì)于末期土壤速效鉀含量，珠海鹽堿地聯(lián)合處理均低于單一處理，天津鹽堿地B、BJ處理均高于CK。各處理有效磷、速效鉀含量變化規(guī)律不一致，可能是由于添加的菌劑活化了改良劑中磷石膏的鈣離子，使其置換出土壤中更多的鉀離子被植物吸收。

表5 不同改良劑處理對(duì)鹽堿土末期有效磷、速效鉀含量的影響 mg/kg

3 討論與結(jié)論

3.1 組合改良劑與微生物菌劑聯(lián)動(dòng)對(duì)鹽堿土的改良作用

本研究中的組合改良劑含有的磷石膏，可以通過陽(yáng)離子交換改變鹽堿土的離子組成，進(jìn)而降低土壤的全鹽量和堿化度；聚丙烯酰胺能通過改善土壤的物理性狀，增強(qiáng)土壤的保水保肥能力，對(duì)肥料有吸附和釋放作用。但兩者均存在著成本高、效果單一的缺陷。添加微生物菌劑，有助于改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤孔隙度，加快園林廢棄物有機(jī)質(zhì)的分解產(chǎn)生各種有機(jī)酸，調(diào)節(jié)土壤中的離子平衡，同時(shí)，活化土壤中的鈣、鎂離子，使其置換出土壤中的鈉離子，從而使得鹽分降低[16-17]。同時(shí)，添加的菌劑中含有耐鹽短桿菌，這是一種能在含鹽量較高的土壤中存活的細(xì)菌，它能提高植物的耐鹽性，使作物免受鹽毒害[18]。因此，微生物菌劑與2種組合改良劑的聯(lián)合施用與單一施用組合改良劑相比效果更佳，這主要是改良劑與菌劑間相互作用的結(jié)果。

3.2 組合改良劑與微生物聯(lián)合施用對(duì)耐鹽植物生長(zhǎng)的影響

鹽脅迫威脅著植物產(chǎn)量、蛋白質(zhì)合成、光合作用及能量代謝[19]。對(duì)于濱海鹽堿地改良，生物改良措施尤其是篩選并種植耐鹽堿植物是行之有效的方法[20-21]。鳶尾與腎蕨均是園林綠化中應(yīng)用較廣的植物，兩者有較強(qiáng)的耐鹽堿性。本研究結(jié)合2個(gè)濱海鹽堿地，應(yīng)用腎蕨與鳶尾，聯(lián)合2種組合改良劑跟菌劑施用，結(jié)果表明，在濱海鹽堿地種植腎蕨、鳶尾均能有效地促進(jìn)土壤脫鹽，并且脫鹽效果為鳶尾大于腎蕨；對(duì)于天津鹽堿土，CK、BJ處理種植鳶尾末期的土壤全鹽量較腎蕨處理分別降低5.51%、8.44%。前人關(guān)于單一添加菌劑對(duì)作物和耐鹽堿綠化植物的影響研究較多，如添加微生物菌劑能增加玉米、紫花苜蓿、食葵等的生物量[22-24]；但關(guān)于改良劑與菌劑聯(lián)用對(duì)耐鹽作物生長(zhǎng)的影響研究較少。王金滿等通過室內(nèi)短期灌溉淋洗試驗(yàn)表明，磷石膏與微生物菌劑聯(lián)合施用對(duì)鹽堿土有較好的改良效果[25]。本試驗(yàn)表明，添加2種改良劑與菌劑聯(lián)用均能提高腎蕨、鳶尾的葉綠素含量、冠幅、株高和生物量。原因可能是菌劑的加入改善了土壤結(jié)構(gòu)，降低了土壤容重，顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，從而改變了耐鹽堿植物的根系環(huán)境，提高其耐鹽堿能力，促進(jìn)了植株生長(zhǎng)發(fā)育[26]。

3.3 組合改良劑與微生物菌劑聯(lián)用對(duì)鹽堿土肥力指標(biāo)的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用改良劑和菌劑均能在一定程度上提高濱海鹽堿土的有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀含量，但其效果因耐鹽堿植物和鹽堿土而異。土壤中添加的微生物菌劑能與組合改良劑相互作用，促使土壤釋放有機(jī)質(zhì)，從而在一定程度上補(bǔ)充土壤有機(jī)質(zhì)，使末期土壤有機(jī)質(zhì)含量升高，同時(shí)也促進(jìn)有效態(tài)氮、磷、鉀的釋放，起到培土增肥的作用[27-28]。土壤肥力的增加會(huì)促進(jìn)耐鹽植物的生長(zhǎng)，植物生長(zhǎng)會(huì)帶走一部分養(yǎng)分，土壤肥力系統(tǒng)的相互影響會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)處理存在規(guī)律差異。