NCT-2修復(fù)菌劑對(duì)設(shè)施大棚次生鹽漬化土壤的改良效果研究

王雨沁 閆龍翔 張 超 莊慶芳 闞雨晨 陳 露 唐慶華

（1上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 201201；2上海綠樂(lè)生物科技有限公司，上海市閔行區(qū) 201108；3浦東新區(qū)新場(chǎng)鎮(zhèn)集體資產(chǎn)管理事務(wù)中心，上海市浦東新區(qū) 201314；4浦東新區(qū)大團(tuán)鎮(zhèn)集體資產(chǎn)管理事務(wù)中心，上海市浦東新區(qū) 201300)

設(shè)施栽培是指通過(guò)建立結(jié)構(gòu)設(shè)施，人為地創(chuàng)造適宜作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品反季節(jié)生長(zhǎng)的生產(chǎn)方式[1]，這對(duì)促進(jìn)農(nóng)民增收和豐富蔬菜市場(chǎng)品種多樣化具有重要作用。近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)蔬菜、水果的需求日益增長(zhǎng)，雖然我國(guó)蔬菜、瓜果等設(shè)施栽培面積正逐年增加[2-3]，但由于設(shè)施蔬菜種植過(guò)程中作物種類(lèi)單一且多年連作，大棚長(zhǎng)期處于半封閉或封閉狀態(tài)[1]，尤其是長(zhǎng)期過(guò)量、不合理地施用化肥，使肥料利用率降低且殘留在土壤中并逐年累積，從而造成設(shè)施大棚土壤出現(xiàn)次生鹽漬化、酸化、養(yǎng)分失衡等現(xiàn)象[4-5]，最終導(dǎo)致設(shè)施大棚的土壤肥力退化、宜種性降低等諸多問(wèn)題[6]。其中，設(shè)施大棚土壤次生鹽漬化的影響較為嚴(yán)重，例如，次生鹽漬化土壤中鹽分積累，使作物根際土壤溶液的滲透勢(shì)下降，影響了作物根系對(duì)水、肥的吸收[7]，特別是硝酸鹽的積累，會(huì)抑制土壤硝化細(xì)菌的活動(dòng)，降低土壤中微生物的數(shù)量和活性，使作物生長(zhǎng)環(huán)境變差[8]；同時(shí)，硝酸鹽還是引起蔬菜生理障礙的主導(dǎo)因素，其濃度過(guò)高會(huì)造成蔬菜生長(zhǎng)受阻，最終不僅導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，還會(huì)使植株體內(nèi)硝酸鹽大量累積，降低農(nóng)作物品質(zhì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響[9]。針對(duì)設(shè)施大棚土壤次生鹽漬化問(wèn)題，已有許多研究者提出一些改良措施，如灌水洗鹽、生物洗鹽、使用化學(xué)改良物質(zhì)等[10-11]，但這些措施在降低土壤鹽分濃度的同時(shí)，也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題，如灌水洗鹽易造成地下水污染[12]，生物洗鹽則存在對(duì)耐鹽作物的篩選及影響作物存活率等問(wèn)題[13]。

與此同時(shí)，政府高度重視化肥過(guò)度使用帶來(lái)的問(wèn)題，開(kāi)始啟動(dòng)化肥減量行動(dòng)，中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出“到2020年化肥、農(nóng)藥使用零增長(zhǎng)”方案，通過(guò)提高肥料利用率、提升耕地土壤基礎(chǔ)地力來(lái)保證農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[14-15]。因此，上海綠樂(lè)生物科技有限公司和上海交通大學(xué)聯(lián)合研制了NCT-2土壤修復(fù)菌劑，其含有的巨大芽孢桿菌NCT-2是以硝酸鹽為唯一氮源來(lái)轉(zhuǎn)化硝態(tài)氮的菌株，能在土壤發(fā)生次生鹽漬化的情況下同化硝酸鹽，降低土壤硝酸鹽含量，緩解設(shè)施大棚土壤次生鹽漬化危害，提高肥料利用率，減少化肥用量。在此背景下，筆者以生菜為試驗(yàn)材料，對(duì)NCT-2修復(fù)菌劑對(duì)設(shè)施大棚次生鹽漬化土壤的改良效果及對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了研究，旨在為設(shè)施大棚綠色、可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)作物安全、高效生產(chǎn)提供理論支持。現(xiàn)將相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年10月—12月設(shè)在上海市金山區(qū)銀龍蔬菜專(zhuān)業(yè)合作社進(jìn)行，棚齡10年，土壤類(lèi)型為青黃泥，pH 5.87，電導(dǎo)率0.85 ms/cm，土壤有機(jī)質(zhì)含量36.2 g/kg，全氮含量2.06 g/kg，有效磷含量48.2 mg/kg，速效鉀含量97.6 mg/kg。

1.2 供試作物和供試肥料

供試作物為奶油生菜。供試肥料為綠樂(lè)NCT-2土壤修復(fù)菌劑，由上海綠樂(lè)生物科技有限公司提供，有效活菌數(shù)5.0億/g，硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率50%，胞外多糖1.0 mg/g，有機(jī)質(zhì)15.0%，劑型為粉劑；其他肥料為復(fù)合肥（15-15-15）、尿素（N 46%）、商品有機(jī)肥（有機(jī)質(zhì)60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為：（CK）習(xí)慣施肥，基肥每667 m2施有機(jī)肥500 kg、復(fù)合肥（15-15-15）60 kg；（1）習(xí)慣施肥+每667 m2施NCT-2土壤修復(fù)菌劑80 kg；（2）習(xí)慣施肥減肥10%+每667 m2施NCT-2土壤修復(fù)菌劑80 kg；（3）習(xí)慣施肥減肥15%+每667 m2施NCT-2土壤修復(fù)菌劑80 kg；（4）習(xí)慣施肥減肥20%+每667 m2施NCT-2土壤修復(fù)菌劑80 kg。每處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，每小區(qū)面積為40 m2。

將NCT-2土壤修復(fù)菌劑和基肥混合均勻后撒施，再用拖拉機(jī)翻耕土壤，使之和耕層土壤均勻混合，并保持土壤濕潤(rùn)。試驗(yàn)各處理除基肥施用不同外，其他田間灌水、除草、病蟲(chóng)害防治等管理措施均一致。

1.4 樣品采集和測(cè)定

采集各處理小區(qū)0～20 cm土層的土壤樣品，每處理各樣點(diǎn)土樣混合均勻后裝入塑料袋中，標(biāo)記、密封，并放入冰盒中，帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。從10月25日開(kāi)始采集土壤樣品，每隔15～20 d取樣檢測(cè)1次，到12月15日結(jié)束，共采集樣品4次，測(cè)定土壤pH、EC值、全鹽量和硝酸鹽含量。土壤指標(biāo)測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析》[16]，pH采用無(wú)CO2水浸提(水土比為5∶1)，玻璃電極法測(cè)定；EC值采用無(wú)CO2水浸提(水土比為5∶1)，電導(dǎo)率儀測(cè)定；全鹽量采用殘?jiān)|(zhì)量烘干法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7外加熱法測(cè)定；采用KCl溶液浸提，連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。

在收獲期測(cè)定生菜株高、葉片數(shù)、鮮重，并采樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定生菜干重及其硝酸鹽、維生素C、可溶性糖含量。生菜植株體內(nèi)含量采用GB/T 5009.33食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測(cè)定方法，維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定[17]，可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定[18]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性比較，用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，施用NCT-2菌劑處理的土壤EC值均顯著低于CK（p＜0.05），其中，處理（4）的土壤EC值最低，比CK低47.19%；施用NCT-2菌劑處理的土壤全鹽量也均較CK有所下降，其變化趨勢(shì)與EC值呈顯著的線性關(guān)系（R2=0.996），其中以處理（4）的土壤全鹽量最低，比CK降低43.71%；施用NCT-2菌劑處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH均與CK無(wú)顯著差異（p＜0.05）。上述結(jié)果表明，施用NCT-2菌劑可顯著降低土壤EC值和全鹽量，且以配合基肥減肥20%處理，對(duì)鹽漬化土壤全鹽量的降低效果最好。

2.2 不同處理對(duì)土壤硝酸鹽含量的影響

由圖1可知，施用NCT-2菌劑處理的土壤硝酸鹽含量均較CK顯著降低；同時(shí)，在生菜生長(zhǎng)期間，施用NCT-2菌劑處理的土壤硝酸鹽含量呈快速下降趨勢(shì)，至11月30日后下降趨勢(shì)趨于平緩，說(shuō)明NCT-2菌劑改良設(shè)施生菜次生鹽漬化土壤以在種植前期施入效果最佳，其中，以配合基肥減肥20%處理的降低效果最為明顯，土壤硝酸鹽含量從10月25日的316.69 mg/kg降低至12月15日的160.95 mg/kg；其次是配合基肥減肥15%處理；基肥減肥10%處理和不減肥處理的最終土壤硝酸鹽含量接近；CK的土壤硝酸鹽含量隨著時(shí)間的推移呈上升趨勢(shì)，12月15日土壤硝酸鹽含量為433.45 mg/kg。上述結(jié)果表明，土壤硝酸鹽含量不僅隨著NCT-2菌劑的施用而下降，還受基肥施用量的影響，且施用量越少，土壤硝酸鹽含量越低，鹽漬化危害程度越低。

2.3 不同處理對(duì)生菜生物學(xué)性狀的影響

由表2可知，處理（1）、處理（2）和處理（3）的生菜株高及鮮重均較CK顯著增加，增幅分別為7.07%～15.09%、5.07%～7.58%，而處理（4）的生菜株高較CK下降5.54%，單株鮮重與CK差異不明顯（p＜0.05）；處理（1）、處理（2）和處理（3）的生菜單株干重分別比CK增加2.08%、2.98%、4.52%，且處理（2）、處理（3）與CK間單株干重差異顯著，處理（1）與CK間單株千重相近，處理（4）比CK減少2.53%，但差異不顯著（p＜0.05）。說(shuō)明施用NCT-2菌劑后，生菜的生長(zhǎng)狀態(tài)得到改善，生物學(xué)指標(biāo)有不同程度的提高；處理（1）、處理（2）和處理（3）的生菜干物質(zhì)積累較好，生菜的生理代謝活動(dòng)旺盛，生長(zhǎng)發(fā)育較活躍。上述結(jié)果表明，施用NCT-2菌劑能促進(jìn)生菜生長(zhǎng)，且以配合基肥減肥15%的施用效果最佳。

表2 不同處理對(duì)生菜生物學(xué)性狀的影響

2.4 不同處理對(duì)生菜產(chǎn)量的影響

由圖2可知，處理（1）、處理（2）和處理（3）的生菜小區(qū)產(chǎn)量均較CK顯著提高，增幅為19.64%～26.00%，但3個(gè)處理間差異不顯著（p＜0.05），而處理（4）的生菜小區(qū)產(chǎn)量較CK下降7.78%。上述結(jié)果說(shuō)明，施用NCT-2菌劑可顯著增加生菜產(chǎn)量，且隨基肥施用量的減少，生菜產(chǎn)量呈先增加后下降的趨勢(shì)，其中以基肥減肥15%+NCT-2菌劑處理的增產(chǎn)效果最佳。這是因?yàn)槭┯肗CT-2菌劑可改善大棚土壤的理化性狀和微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而提高肥料的利用率；時(shí)唯偉[19]等研究也指出，在NCT-2菌株的同化作用下，被還原成，并可進(jìn)入細(xì)胞代謝，最終產(chǎn)生多種氨基酸、有機(jī)酸等有機(jī)氮化合物，從而降低土壤中硝酸鹽的毒害作用，促進(jìn)了生菜生長(zhǎng)。但當(dāng)基肥減肥20%時(shí)，由于土壤本身養(yǎng)分的限制，使生菜得不到足夠的養(yǎng)分供應(yīng)，導(dǎo)致生菜生長(zhǎng)受影響，產(chǎn)量減少。

2.5 不同處理對(duì)生菜硝酸鹽含量的影響

硝酸鹽含量是蔬菜安全品質(zhì)的重要指標(biāo)[20]，當(dāng)硝酸鹽的同化速度趕不上吸收速度時(shí)，便會(huì)在蔬菜體內(nèi)積累[21]。由圖3可知，施用NCT-2菌劑處理的生菜硝酸鹽含量均較CK顯著下降，降幅為30.09%～42.64%，處理（1）、處理（2）、處理（3）間差異不顯著，處理（1）與處理（4）間差異顯著。上述結(jié)果說(shuō)明，施用NCT-2菌劑可顯著降低設(shè)施栽培生菜的硝酸鹽含量，且隨著基肥施用量的降低，生菜中硝酸鹽的降低效果越好。

2.6 不同處理對(duì)生菜品質(zhì)的影響

維生素C在生菜貯藏過(guò)程中具有護(hù)綠和抗氧化作用[22]，可溶性糖是植株體內(nèi)碳素營(yíng)養(yǎng)狀況以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)性狀的指標(biāo)，與生菜的食用品質(zhì)和商業(yè)價(jià)值密切相關(guān)。由圖4可知，與CK相比，處理（1）、處理（2）、處理（3）的生菜中維生素C含量和可溶性糖含量分別增加8.20%和5.49%、7.09%和4.22%、7.89%和3.59%，而處理（4）的生菜中維生素C含量和可溶性糖含量較CK均略有減少，這是因?yàn)榛蕼p肥20%時(shí)，生菜得不到足夠的養(yǎng)分供應(yīng)。各處理間維生素C含量和可溶性糖含量無(wú)顯著差異，說(shuō)明施用NCT-2菌劑對(duì)生菜品質(zhì)的影響不顯著。

3 結(jié)論與討論

化肥在生菜生產(chǎn)中占據(jù)舉足輕重的地位，不僅影響生菜的長(zhǎng)勢(shì)，而且對(duì)生菜的產(chǎn)量和品質(zhì)具有顯著的促進(jìn)作用，但化肥的大量施用會(huì)帶來(lái)一系列的環(huán)境問(wèn)題，尤其是對(duì)于設(shè)施大棚來(lái)說(shuō)，將會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分含量過(guò)高，次生鹽漬化危害嚴(yán)重。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在設(shè)施生菜生產(chǎn)中施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑，能很好地改善設(shè)施大棚土壤的理化性狀，降低土壤EC值和全鹽量，緩解由硝酸鹽引起的次生鹽漬化危害，且在基肥減肥條件下施用效果更為顯著。該結(jié)論與黃紅艷[21]的試驗(yàn)結(jié)果一致，她利用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)證實(shí)了施用NCT-2菌劑不僅能增加土壤微生物含量，還可降低土壤EC值和硝酸鹽含量。同時(shí)，楊文平[22]等研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜中硝酸鹽含量隨著生長(zhǎng)介質(zhì)中硝酸鹽濃度的增加而增加，因此降低土壤硝酸鹽含量，對(duì)于降低生菜中硝酸鹽含量、提升生菜品質(zhì)具有重要作用。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑，可以提高肥料利用率，在基肥減肥條件下能促進(jìn)生菜生長(zhǎng)，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上添加NCT-2菌劑對(duì)生菜的株高、鮮重和干重均有不同程度的提升，在基肥減肥10%、15%的條件下，生菜的生物學(xué)指標(biāo)和產(chǎn)量仍較常規(guī)施肥顯著提高，其中以基肥減肥15%處理的表現(xiàn)最好。柴曉彤[10]在“上海青”青菜上的試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑可以增加“上海青”的株高和鮮重，提高產(chǎn)量；本試驗(yàn)結(jié)果與黃紅艷[21]的研究結(jié)論相似，其施用NCT-2菌劑可減少60%的施肥量，且青菜產(chǎn)量增加58%。究其原因，一方面，NCT-2菌株能溶解土壤中包括無(wú)機(jī)磷和有機(jī)磷在內(nèi)的多種難溶性含磷物，提高土壤的營(yíng)養(yǎng)水平，達(dá)到減肥不減產(chǎn)的目的；另一方面，土壤中被NCT-2菌株還原成，并進(jìn)入植物細(xì)胞代謝中，最終產(chǎn)生多種氨基酸、有機(jī)酸等有機(jī)氮化合物[19]，同時(shí)NCT-2菌株在溶磷過(guò)程中釋放出乙酸、丙酸、葡萄糖酸、琥珀酸、檸檬酸等有機(jī)酸[23]，提高了土壤中分解微生物的含量，從而增加了土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)了蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育。

硝酸鹽含量是衡量蔬菜安全品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，維生素C含量和可溶性糖含量則是蔬菜重要的品質(zhì)指標(biāo)，是影響生菜商品價(jià)值的重要因素[24]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑顯著降低了設(shè)施生菜的硝酸鹽含量，與CK相比，降幅為30.09%～42.64%，這是因?yàn)镹CT-2菌株可顯著降低土壤中的硝態(tài)氮，從而降低生菜的硝酸鹽含量。但對(duì)生菜中維生素C和可溶性糖含量進(jìn)行分析可知，施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑對(duì)生菜的品質(zhì)指標(biāo)沒(méi)有顯著影響，不會(huì)影響生菜的食用價(jià)值和商品價(jià)值。

綜上所述，在設(shè)施生菜生產(chǎn)中施用NCT-2土壤修復(fù)菌劑，對(duì)大棚次生鹽漬化土壤的改良效果顯著，不僅可降低土壤鹽分含量，緩解由硝酸鹽引起的次生鹽漬化危害，改善土壤理化性狀，提升土壤肥力，改善生菜生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，還可促進(jìn)生菜生長(zhǎng)發(fā)育，提質(zhì)增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)減肥不減產(chǎn)，從而促進(jìn)設(shè)施大棚蔬菜綠色、可持續(xù)發(fā)展。