“雙核”技術(shù)治理設(shè)施農(nóng)業(yè)鹽漬化土壤的應(yīng)用研究

（濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，山東 濟(jì)寧 272000）

蔬菜大棚栽培生產(chǎn)受季節(jié)約束和自然環(huán)境影響較少，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品不間斷生產(chǎn)及供應(yīng)，已經(jīng)成為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分[1]。然而，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)在設(shè)施環(huán)境調(diào)控、水肥管理、土壤特性演變以及品種選育等方面與以色列、荷蘭等發(fā)達(dá)國家具有很大差距[2]。土壤鹽漬化是當(dāng)前我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面臨的主要問題之一，主要表現(xiàn)為表土積鹽，呈現(xiàn)綠苔、發(fā)白，甚至發(fā)紅的現(xiàn)象，微生物豐度和多樣性降低以及酶活性降低[3-5]。鹽漬化發(fā)生的原因是設(shè)施栽培長期處于高強(qiáng)度種植的封閉環(huán)境，土壤微環(huán)境被改變，溫度高，濕度大，土壤水分蒸騰和蒸發(fā)量加大[6]，再加上不合理的施肥及灌溉，導(dǎo)致土壤環(huán)境越來越惡劣，重茬、鹽漬化等障礙因素逐漸加劇，導(dǎo)致種植投入加大、作物產(chǎn)出品質(zhì)下降[7-8]。

為從根本上解決鹽漬化問題，開發(fā)了“雙核”鹽漬化土壤改良技術(shù)，即將土壤鹽漬化治理與微生物改良有機(jī)結(jié)合，高效降低土壤鹽漬化并豐富土壤有益菌群，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、平衡酸堿、消除板結(jié)，短時(shí)間內(nèi)使得作物根系環(huán)境得到改善。本文將以大棚黃瓜為例，介紹“雙核”技術(shù)應(yīng)用效果，以期為設(shè)施農(nóng)業(yè)鹽漬化土壤改良提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃瓜品種：申雜5號(hào)，北京中禾弘晟有限公司提供。有機(jī)肥：主要成分為牛糞，購買自當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。土壤改良劑：新型土壤調(diào)理劑（國家專利新產(chǎn)品，一種環(huán)境友好的高效土壤改良粉劑，富含有機(jī)質(zhì)和螯合態(tài)中、微量元素等，其中鈣含量≥8%，有機(jī)質(zhì)≥4%），北京中禾弘晟有限公司提供。微生物菌肥：中禾菌肥，中國專利新產(chǎn)品，有效活菌數(shù)（cfu）≥0.2億/g，有機(jī)質(zhì)≥40%，北京中禾弘晟有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

于2019年4—8月在北京市高科技示范園區(qū)（116°E, 39°59′N）的溫室大棚內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。大棚種植年限為5年，長23 m，寬6.5 m，大棚脊高3 m，建筑面積為115 m2，沿東西方向種植作物。溫室大棚內(nèi)土壤類型為潮土，灌溉用水為當(dāng)?shù)氐叵滤?～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理（表2），3組重復(fù)，共15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)3畦，畦長度為5 m，寬度為1.5 m，壟寬0.8 m，壟溝寬0.7 m，每畦種植2行黃瓜，每畦中黃瓜行距0.5 m，每行種植12株黃瓜。黃瓜種植前，將各處理所用的有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、微生物菌肥按用量一次性施入土壤，深翻20 cm，確保肥料與土壤混合均勻。之后進(jìn)行灌水泡田，每小區(qū)灌水量5 m3，待水層自然下滲4 d后定植。黃瓜定植后每4 d灌水1次，采用溝灌方式進(jìn)行灌溉。追肥所用肥料為尿素、硫酸鉀、過磷酸鈣，用量分別為N 155 kg/hm2、K 136 kg/hm2、P 180 kg/hm2。采用溝灌方式進(jìn)行追肥，追肥時(shí)期分別為初花期、坐果前期、坐果中期、坐果后期。所有處理的除草、農(nóng)藥等其他田間農(nóng)藝管理措施統(tǒng)一按照當(dāng)?shù)毓芾泶胧┻M(jìn)行。

在黃瓜成熟期，采用五點(diǎn)取樣法在每個(gè)小區(qū)內(nèi)采集黃瓜根際附近的土壤取混合土樣，土壤樣品的取土層深度為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，帶回實(shí)驗(yàn)室后，去除土壤中的雜質(zhì)，自然風(fēng)干后磨碎，過1 mm孔篩，裝袋保存。

表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)

1.4 測定指標(biāo)及方法

主要測定黃瓜的生長狀況和生理指標(biāo)（莖粗、株高，葉綠素、丙二醛、可溶性固形物、酸度、VC、硝酸鹽含量）、0～60 cm土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)（土壤容重、pH值、EC值、全鹽、鹽分離子、土壤養(yǎng)分）以及根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，測定方法參照文獻(xiàn)記載[9-11]。

黃瓜指標(biāo)測定方法：莖粗用游標(biāo)卡尺測莖基直徑確定，株高用米尺測黃瓜植株除去地下根部的總長度確定；葉片的葉綠素用SPAD-502葉綠素儀測定；丙二醛用硫代巴比妥酸法測定；可溶性固形物采用手持折光儀進(jìn)行測定；酸度用氫氧化鈉顯色滴定測定；維生素C用2,6-二氯靛酚滴定法測定；硝酸鹽用紫外分光光度法測定。

土壤理化性質(zhì)測定方法：土壤容重采用環(huán)刀法測定；pH值采用電位法測定；EC值采用電導(dǎo)儀法測定；全鹽采用烘干法測定；鉀和鈉采用火焰光度法測定；鈣和鎂采用EDTA滴定法測定；碳酸氫根采用雙指示劑—中和滴定法測定；氯離子采用硝酸銀滴定法測定；硫酸根采用EDTA間接絡(luò)合滴定法測定；土壤有效磷采用鉬銻抗比色法測定；土壤有效鉀采用火焰光度法測定；土壤有機(jī)質(zhì)和全氮采用元素分析儀測定。

土壤微生物測定方法：采集10～20 cm根際土壤10～20 g，利用Illumina HiSeq高通量測序平臺(tái)對土壤樣品中的細(xì)菌進(jìn)行16S rDNA水平上的測序，進(jìn)行Alpha多樣性分析。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)均由Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行整理，通過SPSS 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析和顯著性分析，作圖使用Origin 9.1軟件完成。

表2 各處理物料用量 kg/hm2

2 結(jié)果與分析

2.1 對次生鹽漬化土壤理化性質(zhì)的改善

2.1.1 對土壤pH值和容重的影響

黃瓜生長適宜的土壤pH值在5.5～7.2，但由圖1（a）可知，所有處理土壤的pH值均大于7，施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥后，在土層0～60 cm內(nèi)，與CK相比，處理T1—T4的土壤pH值均有降低，T2、T3、T4與CK均呈顯著性差異；其中，T4處理土壤pH值最低。比較T1—T4處理，在微生物菌肥用量一致的情況下，土壤pH值隨土壤調(diào)理劑用量的增加而下降。

根據(jù)圖1（b）所示，處理T1—T4在各土層的土壤容重較CK均有所下降，其中T2—T4與CK均呈顯著性差異。在0～20 cm土層范圍內(nèi)，相較于CK，T1—T4處理下降了10.6%～20.5%；在20～40 cm范圍內(nèi)，T1—T4處理較CK的下降范圍在2.8%～14.3%。

2.1.2 對土壤EC值和全鹽含量的影響

由圖2（a）可知，各土層深度T1—T4處理中土壤EC值均較CK顯著降低，且隨著土壤調(diào)理劑用量的增加呈下降趨勢。其中，T4下降最為明顯，在0～20 cm土層深度，T4土壤EC值相較于CK下降了51.8%。CK的EC值隨著土層深度的增加逐漸減??；但是處理T3、T4土壤EC值隨著土壤深度的增加大致呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢。

如圖2（b）所示，不同處理下隨著土壤深度的增加，土壤全鹽含量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢（除T4外）。與CK相比，處理T1—T4的土壤全鹽量均有降低，且隨改良劑用量增加全鹽量呈逐漸降低趨勢；其中，T2、T3、T4與CK呈顯著性差異。

2.1.3 對土壤鹽分離子的影響

在設(shè)施大棚的次生鹽漬化土壤中，不同類型鹽分的離子組成對設(shè)施作物的危害有很大區(qū)別，如表3所示，在0～20 cm土層中，土壤中陽離子含量大致為Na＋含量最高，其次是K＋和Mg2＋，Ca2＋含量最少；陰離子含量SO42－＞HCO3－＞Cl－；在0～20 cm土層中，添加改良劑后Na＋、Ca2＋、SO42－，Cl－降低，而在40～60 cm土層中，陽離子含量和硫酸根離子含量增加。整體來看，土壤調(diào)理劑和微生物肥的施用可顯著降低表層土壤中Na＋含量，在深層土壤中Na＋、Mg2＋、K＋、Ca2＋、SO2－4相較CK含量增加，鹽分有向下遷移的趨勢。

2.1.4 對土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)碳含量的多少直接關(guān)乎土壤肥力強(qiáng)弱。各處理土壤有機(jī)碳含量如圖3（a）所示，在土層深度為0～60 cm內(nèi)，處理T1—T4中土壤有機(jī)碳的含量較CK均有顯著增加；同時(shí)隨著土壤深度的增加各處理的土壤有機(jī)碳含量呈下降趨勢，且不同處理間土壤有機(jī)碳含量差異逐漸減??；其中，各土層深度均以處理T4有機(jī)碳含量最高。

由圖3（b）可知，在0～20 cm土層內(nèi)，處理T1—T4較對照組CK的土壤全氮均有顯著增加，處理T4中土壤全氮含量最高，為2.01 g/kg，較CK增加35.1%；在20～40 cm土層內(nèi)，處理T3、T4全氮含量與CK相比顯著增加，T4中土壤全氮含量最高，為0.9 g/kg，較CK增加33.9%；在40～60 cm土層內(nèi)，各處理土壤全氮未有顯著性差異。

表3 土壤調(diào)理劑對土壤鹽分離子的影響 g/kg

如圖3（c）所示，在0～60 cm土層內(nèi)，土壤有效磷的含量隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，且各處理與CK均呈顯著性差異。在0～20 cm土層內(nèi)，處理T1—T4中土壤有效磷含量比CK分別增加29.9%、32.0%、38.4%、46.2%；在20～40 cm土層內(nèi)，處理T1—T4中有效磷含量較CK增加范圍在35.7%～55.7%，其中處理T4中有效磷含量最高，為36.6 mg/kg；在40～60 cm土層內(nèi)，處理T1—T4中有效磷含量較CK增加范圍在55.3%～70.0%。

由圖3（d）可知，隨著土壤深度的增加，不同處理中土壤有效鉀含量呈現(xiàn)遞減趨勢。在0～20 cm土層中，T1—T4各處理間的土壤有效鉀含量無顯著性差異，但均顯著高于CK，處理T4中有效鉀含量最高，為365.2 mg/kg；在20～40 cm和40～60 cm土層內(nèi)，土壤有效鉀變化趨勢與0～20 cm土層一致，較CK增長范圍分別為33.9%～55.7%和38.9%～53.9%。

2.2 對土壤微生物群落的影響

Alpha多樣性常用于土壤樣品中的微生物群落多樣性的分析，通過對土壤樣品數(shù)據(jù)中的Chao1指數(shù)、Shanon指數(shù)和Simpson指數(shù)分析來反映試驗(yàn)土壤中微生物的豐富度及多樣性。由表4中數(shù)據(jù)分析可知，與對照組CK相比，處理T1—T4中微生物豐富度有一定程度增加，但土壤細(xì)菌群落多樣性差異不顯著，隨著土壤調(diào)理劑用量的增加，微生物群落多樣性略有增加；處理T2—T4中細(xì)菌群落的多樣性和豐富度高于CK和T1。

2.3 對黃瓜的生長及品質(zhì)的影響

2.3.1 對黃瓜生理學(xué)指標(biāo)的影響

各處理黃瓜生長狀況如表5所示，在黃瓜定植60 d后，隨改良劑用量增加，株高、莖粗、葉片數(shù)以及SPAD值均逐漸增加，而丙二醛含量逐漸下降。處理T1—T4黃瓜的株高、葉片數(shù)比CK顯著增加，但是在處理T1—T4間并無顯著差異；處理T1—T4莖粗分別較CK顯著增加10.5%、16.2%、21.9%、28.6%；不同處理間葉綠素含量差異明顯，處理T4的葉綠素含量最高，較CK提高了11.7%。

2.3.2 對黃瓜品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

由表6可知，與CK相比，處理T1—T4的VC和可溶性固形物含量呈增加趨勢，可滴定酸和硝酸鹽含量呈減少趨勢；其中T4處理的VC含量、可溶性固形物、可滴定酸及硝酸鹽含量均與CK呈顯著性差異。處理T1—T4單株質(zhì)量較CK增幅分別為20.0%、21.7%、26.0%、31.0%，總產(chǎn)量較對照組CK增幅分別為20.0%、21.7%、25.9%、31.0%。

3 結(jié)論與討論

在設(shè)施作物種植中，當(dāng)土壤酸堿度超出作物生長的最適范圍時(shí)，就會(huì)對作物生長產(chǎn)生不良影響[12]。有機(jī)肥與土壤調(diào)理劑和微生物菌肥混施下，較只施用有機(jī)肥的土壤pH值顯著下降，一方面可能是由于土壤調(diào)理劑和微生物菌肥在土壤中分解釋放出酸性物質(zhì)，比如有機(jī)酸等中和土壤中的堿性離子，這與孫鴻彬[13]的研究結(jié)果一致；另一方面可能是土壤調(diào)理劑和微生物菌肥增加了土壤團(tuán)聚體含量，增強(qiáng)了土壤活力，使得土質(zhì)疏松[14]，土壤調(diào)理劑釋放出某些陽離子將土壤中的Na＋置換出來，降低了土壤鹽基粒子含量，使得鹽分隨水分上移受到抑制，從而使得土壤pH值降低，這與顧金鳳[15]的研究結(jié)論一致。

施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥后，有機(jī)碳和全氮含量在0～20 cm土層中顯著增加，這可能是有機(jī)肥的施加使得土壤中有機(jī)碳含量顯著增加，同時(shí)微生物菌肥的施用改變了土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤中難溶性養(yǎng)分的降解和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，同時(shí)土壤調(diào)理劑改善了土壤結(jié)構(gòu)，使得土質(zhì)疏松，利于土壤微生物對土壤中氮素的固持作用。有效鉀和有效磷含量隨著土壤調(diào)理劑用量增多而增加，這可能是土壤調(diào)理劑自身含有較多的鉀磷元素，同時(shí)土壤調(diào)理劑的施用改善了土壤理化性質(zhì)，土壤養(yǎng)分向下層土壤中移動(dòng)，使得深層土壤中有效鉀和有效磷含量增加。

土壤中的微生物對土壤的肥力以及作物生長同樣具有極其重要的作用。本試驗(yàn)利用Illumina HiSeq測序平臺(tái)對試驗(yàn)地中的黃瓜根際土壤細(xì)菌進(jìn)行高通量測序分析，結(jié)果表明：處理T1—T4中細(xì)菌群落的多樣性和豐富度較對照組CK要高，隨著土壤調(diào)理劑用量的增加，土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度趨于增加。這可能是土壤調(diào)理劑、微生物菌肥和有機(jī)肥的混施使得土壤中的細(xì)菌群落有了更加充足的養(yǎng)分用于繁殖，同時(shí)土壤表層鹽分的下降給微生物群落生存提供了更加適宜的環(huán)境。

張景云等[16]研究表明葉綠體對土壤環(huán)境中的鹽脅迫極其敏感，受土壤鹽脅迫嚴(yán)重的黃瓜體內(nèi)葉綠素含量顯著降低。本試驗(yàn)結(jié)果中不同處理間葉綠素含量之間的差異說明土壤調(diào)理劑和微生物菌肥混施對緩解鹽脅迫造成生長障礙，促進(jìn)黃瓜生長優(yōu)于有機(jī)肥。植物在正常生長情況下，體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，脯氨酸是反應(yīng)植物對鹽堿脅迫的調(diào)節(jié)作用的重要指標(biāo)之一[17]，通過施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥降低了丙二醛含量，說明在緩解植物鹽脅迫方面，土壤調(diào)理劑和微生物菌肥混施較施用有機(jī)肥具有更明顯的效果。同時(shí)，土壤調(diào)理劑和微生物菌肥配施降低了土壤鹽分，對植物抗逆性起到增強(qiáng)作用，從而使得黃瓜植株正常生長，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量增加。

綜上所述，本研究得出以下主要結(jié)論：（1）“雙核”改良技術(shù)在不同的配施條件下對設(shè)施土壤進(jìn)行改良后，土壤的理化性質(zhì)均具有顯著性變化，尤其在土壤表層變化更為顯著，土壤容重、pH值、EC值、全鹽量均有顯著下降，且隨著土壤調(diào)理劑用量的增加呈下降趨勢。（2）“雙核”技術(shù)改良后，可以增加耕層土壤中有機(jī)質(zhì)、有效鉀、全氮和有效磷含量，促進(jìn)黃瓜吸收養(yǎng)分。（3）經(jīng)“雙核”土壤改良后的黃瓜植株的株高、莖粗、葉片數(shù)以及葉綠素含量均有一定程度增加，同時(shí)隨著土壤調(diào)理劑用量的增加效果呈上升趨勢；同時(shí)，可以降低黃瓜丙二醛含量，緩解黃瓜鹽脅迫，增加黃瓜體內(nèi)VC、可溶性固形物含量，最終促進(jìn)黃瓜增產(chǎn)增質(zhì)。

表5 黃瓜種植60 d后的生理學(xué)指標(biāo)

表6 黃瓜品質(zhì)特性檢測值

本研究中，隨著土壤調(diào)理劑用量增加，改良土壤和促進(jìn)黃瓜生長效果增加，處理T4效果最好；因此，建議應(yīng)用“雙核”技術(shù)定期對設(shè)施鹽漬化土壤進(jìn)行調(diào)理，根據(jù)土壤改良技術(shù)路線，結(jié)合大棚土壤實(shí)際狀況進(jìn)行合理配施，摒棄單一肥料使用的舊習(xí)慣，保障土壤健康和可持續(xù)發(fā)展。