蚯蚓糞施用對(duì)濱海鹽堿地土壤質(zhì)量及玉米產(chǎn)量的影響

摘要： 為探究外源有機(jī)物料施用對(duì)濱海鹽堿地土壤質(zhì)量及玉米產(chǎn)量的影響，以蚯蚓糞作為外源有機(jī)物料，本研究設(shè)置對(duì)照（CK）、蚯蚓糞低施用量（V50）、蚯蚓糞中施用量（V100）和蚯蚓糞高施用量（V200）共4個(gè)處理，探討施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤理化性質(zhì)、酶活性、微生物碳源利用情況、微生物群落組成以及對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用蚯蚓糞的濱海鹽堿地玉米株高、生物量及產(chǎn)量顯著提升；蚯蚓糞改良后濱海鹽堿地土壤pH、鹽分含量顯著降低，有機(jī)碳、全氮、堿解氮和有效磷含量顯著增加；施用蚯蚓糞后土壤二乙酸熒光素水解酶、蔗糖酶、脲酶及堿性磷酸酶活性顯著提高，土壤微生物碳源代謝活性、香農(nóng)多樣性指數(shù)以及豐富度指數(shù)顯著提升，對(duì)氨基酸、酚酸、碳水化合物類能源的代謝能力顯著增強(qiáng)。此外，高通量測(cè)序結(jié)果顯示，蚯蚓糞重塑了濱海鹽堿地土壤微生物群落，脫硫單胞菌屬、芽孢桿菌屬、被孢霉屬等功能微生物類群的優(yōu)勢(shì)地位明顯提升；普魯克分析結(jié)果顯示，蚯蚓糞施用后濱海鹽堿地玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的提升與土壤理化性狀、酶活性、微生物群落組成及功能多樣性的改善顯著相關(guān)。綜上，蚯蚓糞可以通過(guò)消減土壤鹽害、堿害，增加土壤有機(jī)碳固持、提升養(yǎng)分供應(yīng)，重塑微生物群落并提升其功能多樣性，從而改善濱海鹽堿地土壤質(zhì)量，促進(jìn)玉米增產(chǎn)。其中，高施用量處理對(duì)濱海鹽堿地土壤改良及玉米產(chǎn)量的提升效果最佳，但單位有機(jī)物增產(chǎn)量有所降低。本研究結(jié)果對(duì)保障濱海鹽堿地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 濱海鹽堿地；蚯蚓糞；土壤質(zhì)量；玉米產(chǎn)量

中圖分類號(hào)： S156.4; S156.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-4440（2024）11-2053-09

Effects of vermicompost application on soil quality and maize yield in coastal saline-alkali land

LI Yunlong¹， XU Yiwei¹， YU Jie²， QIU Meihua²， WANG Xukui²， ZUO Wengang¹， SHAN Yuhua¹， BAI Yanchao^1，3

（1.College of Environmental Science and Engineering， Yangzhou University， Yangzhou 225127， China；2.Jiangsu Farmland Quality and Agricultural Environmental Protection Station， Nanjing 210029， China；3.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization， Nanjing 210018， China）

Abstract： In order to explore the effects of exogenous organic ameliorant application on soil quality and maize yield in coastal saline-alkali land， vermicompost was chosen as exogenous organic ameliorant. Four treatments were set up， including non-vermicompost application control （CK）， vermicompost application rate of 50 t/hm² （V50）， vermicompost application rate of 100 t/hm² （V100）， and vermicompost application rate of 200 t/hm² （V200）. The effects of vermicompost application on soil physicochemical properties， enzyme activity， microbial carbon source utilization pattern， microbial community composition， and maize growth and yield in coastal saline-alkali land were investigated. The results showed that compared with the control， the plant height， biomass and yield of maize in coastal saline-alkali land with vermicompost were significantly increased. After the application of vermicompost， the soil pH and salt content decreased significantly， and the contents of organic carbon， total nitrogen， alkali-hydrolyzable nitrogen and available phosphorus increased significantly. After the application of vermicompost， the activities of soil fluorescein diacetate hydrolase， sucrase， urease and alkaline phosphatase were significantly increased， the metabolic activity of soil microbial carbon source， Shannon diversity index and richness index were significantly increased， and the metabolic ability to amino acids， phenolic acids and carbohydrates was significantly enhanced. In addition， the results of high-throughput sequencing showed that vermicompost reshaped the soil microbial community in coastal saline-alkali land， and the dominant position of functional microbial groups such as Desulfomonas， Bacillus and Mortierella was significantly improved. Procrustes analysis indicated that the improvement of maize growth and yield in coastal saline-alkali land after vermicompost application was significantly correlated with the improvement of soil physical and chemical properties， enzyme activity， microbial community composition and functional diversity. In summary， vermicompost could improve soil quality and promote maize yield by reducing soil salt and alkali damage， increasing soil organic carbon， improving nutrient supply， reshaping microbial communities and enhancing their functional diversity. The treatment of vermicompost at application rate of 200 t/hm² exhibited the best effect on the improvement of soil quality and maize yield， but the increment of maize yield resulted by organics per unit mass decreased. The results of this study are of great significance to ensure the sustainable development of agriculture in coastal saline-alkali land.

Key words： coastal saline-alkali land;vermicompost;soil quality;maize yield

在中國(guó)耕地資源日趨緊缺，糧食安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的背景下，濱海鹽堿地作為重要的后備耕地資源，其合理利用對(duì)緩解人地供需失衡、端牢中國(guó)人飯碗具有重要戰(zhàn)略意義^[1]。然而，受土壤母質(zhì)、海潮沖積及地下水位高等因素影響，濱海鹽堿地具有高pH、高鹽含量、有機(jī)碳含量低、氮磷養(yǎng)分虧缺、微生物活性弱及群落組成單一等特殊性狀，嚴(yán)重制約濱海鹽堿地作物生產(chǎn)^[2-3]。因此，開(kāi)展鹽堿地高效改良，消減土壤障礙因子，實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)，是濱海鹽堿地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。

降低土壤鹽分含量是濱海鹽堿地土壤改良的先決條件?，F(xiàn)階段，消減濱海鹽堿地障礙因子的農(nóng)業(yè)措施主要涵蓋了水利、物理、生物和化學(xué)改良^[4-5]。水利改良遵循“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去”的水鹽移動(dòng)規(guī)律，通過(guò)明溝排水、暗管排鹽等途徑促進(jìn)土壤鹽分淋洗，土壤脫鹽效果明顯^[6-7]；物理改良多采用原位土層整改、秸稈覆蓋等措施降低地表水分蒸發(fā)，有效阻斷土壤返鹽^[8-9]；生物改良主要涉及耐鹽作物的培育及種植，通過(guò)其獨(dú)特的滲透調(diào)節(jié)機(jī)制，增加地表覆蓋，減緩地表鹽分積累^[10-11]?；瘜W(xué)改良則主要通過(guò)施用鈣質(zhì)改良劑（如脫硫石膏）、酸性改良劑（如腐殖酸等）及有機(jī)改良劑（如生物炭）等，置換濱海鹽堿地土壤膠體吸附的Na⁺和Cl^-，從而實(shí)現(xiàn)濱海鹽土的快速降鹽^[12-13]。然而，受限于水資源耗費(fèi)大且易返鹽、投資成本高、見(jiàn)效周期長(zhǎng)等因素制約，相關(guān)改良措施在生產(chǎn)上的推廣面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，以增加土壤有機(jī)碳為主導(dǎo)的有機(jī)培肥措施成為濱海鹽堿地土壤改良的重要農(nóng)業(yè)實(shí)踐，增加土壤有機(jī)碳固持不僅可以提升濱海鹽土的養(yǎng)分供給能力，還能改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，阻斷土壤毛細(xì)作用，抑制返鹽。相關(guān)研究結(jié)果表明，通過(guò)施用外源有機(jī)物料（如農(nóng)家肥、畜禽糞便、污水污泥等）可以改善濱海鹽堿地土壤質(zhì)量，從而提升作物產(chǎn)量，是一種實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄資源循環(huán)利用，保障濱海鹽土農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要措施^[14]?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，施用外源有機(jī)物料可有效消減濱海鹽堿地土壤中的障礙因子，促進(jìn)土壤微生物群落優(yōu)化重組，提升微生物群落功能活性及多樣性，從而實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)^[15-17]。然而，受土壤類型、物料種類及施用量、改良模式等諸多因素影響，目前關(guān)于有機(jī)改良對(duì)濱海鹽堿地土壤品質(zhì)及作物生長(zhǎng)等的影響存在較大的不確定性，尚未形成較為成熟的結(jié)論，仍需進(jìn)一步探究^[18-20]。例如，Zhang等^[21]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)（畜禽糞便）改良顯著提升了鹽漬土壤中微生物的數(shù)量及群落多樣性；而Lu等^[22]的研究結(jié)果卻表明施用外源有機(jī)物料（腐熟秸稈、有機(jī)肥）對(duì)鹽漬土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)沃土化具有負(fù)面影響；Li等^[16]和Kang等^[23]研究發(fā)現(xiàn)，鹽漬土壤微生物群落多樣性及功能活性與有機(jī)物料（污泥、蚯蚓糞）施用量間不成線性關(guān)系。有鑒于此，本研究依托南通濱海試驗(yàn)基地，選取蚯蚓糞作為外源有機(jī)物料，研究蚯蚓糞的施用對(duì)濱海鹽堿地土壤品質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響，以期為濱海鹽堿地合理培肥、提升作物產(chǎn)量提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

大田試驗(yàn)位于江蘇省南通市如東縣栟茶鎮(zhèn)方凌墾區(qū)（121°23′23″E，32°20′03″N），距離黃海海岸線約1.0 km。該地區(qū)海拔約4 m，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均溫度為15.1 ℃，年平均降雨量為1 000 mm。試驗(yàn)區(qū)于2010年圍墾，為淤漲型的淤泥質(zhì)海灘，濱海相地貌，地形平緩，土壤屬于典型的鹽堿土，試驗(yàn)前供試土壤主要理化性質(zhì)為：pH 9.02，鹽分含量0.851%，有機(jī)質(zhì)含量1.97 g/kg，全氮含量0.28 g/kg，全磷含量0.51 g/kg；地下水pH為8.25，鹽分含量為0.072%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及樣品采集

選取蚯蚓糞（主要理化性質(zhì)：pH 6.33，鹽分含量0.843%，有機(jī)質(zhì)含量464 g/kg，全氮含量19.27 g/kg，全磷含量24.12 g/kg）作為外源有機(jī)物料，共設(shè)置4個(gè)處理，分別是不施蚯蚓糞的空白對(duì)照（CK）、施50 t/hm²蚯蚓糞的低施用量處理（V50）、施100 t/hm²蚯蚓糞的中施用量處理（V100）和施200 t/hm²蚯蚓糞的高施用量處理（V200）。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各處理分別設(shè)置3個(gè)平行小區(qū)，各小區(qū)面積均為16 m²（長(zhǎng)×寬=4.0 m×4.0 m）。2019年10月將蚯蚓糞按照設(shè)計(jì)用量一次性施入，采用旋耕機(jī)將其與0～20 cm土層充分混勻。蚯蚓糞改良近1年后于2020年7月進(jìn)行玉米播種（玉米品種為江玉877，播種量30.0 kg/hm²，株行距均為40～50 cm），施肥及田間管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)玉米生產(chǎn)保持一致。

1.3 樣品采集與測(cè)定

2020年10月底，各小區(qū)分別采集9株代表性玉米植株測(cè)定株高及生物量，各小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn)，并根據(jù)小區(qū)面積和小區(qū)產(chǎn)量折算每1 hm²產(chǎn)量及單位有機(jī)物增產(chǎn)量（與空白對(duì)照相比，單位有機(jī)物料處理對(duì)應(yīng)的作物增產(chǎn)量）；采用“五點(diǎn)取樣法”采集各處理小區(qū)0～20 cm土層土壤，采集的土壤樣品過(guò)2 mm篩后混勻、分裝保存，用于后續(xù)土壤理化性質(zhì)及微生物胞外酶活性及碳源代謝活性測(cè)定。

1.3.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定 參照《土壤農(nóng)化分析》^[24]對(duì)土壤pH（電極法）、鹽分含量（電導(dǎo)法）、有機(jī)碳含量（H₂SO₄-K₂Cr₂O₇濕燒法）、全氮含量（凱氏定氮法）、全磷含量（硫酸-高氯酸消解法）、堿解氮含量（堿解擴(kuò)散法）、有效磷含量（碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 土壤微生物胞外酶活性及碳源代謝活性測(cè)定 分別采用二乙酸熒光素水解法、3，5-二硝基水楊酸比色法、苯酚鈉-次氯酸鈉比色法和磷酸苯二鈉比色法^[25-26]對(duì)土壤微生物總酶活性（二乙酸熒光素水解酶活性）、蔗糖酶活性、脲酶活性、堿性磷酸酶活性進(jìn)行測(cè)定。本研究中，二乙酸熒光素水解酶、蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性分別以每1 g干土培養(yǎng)24 h后熒光素、葡萄糖、NH₃-N和酚類物質(zhì)的含量表示。采用Biolog-ECO生態(tài)平板法^[27-28]對(duì)土壤微生物碳源代謝活性進(jìn)行測(cè)定，利用平均顏色變化率（Average well color development，AWCD）反映土壤微生物的碳源代謝活性。

1.3.3 土壤DNA提取及Illumina高通量測(cè)序 采用FastDNA^?Spin Kit for Soil試劑盒提取土壤總DNA，采用超微量分光光度計(jì)檢測(cè)DNA純度和質(zhì)量濃度。利用引物515-F（5′-GTGCCAGCMGCCGCGG-3′）和907-R（5′-CCGTCAATTCMTTTRAGTTT-3′）對(duì)土壤細(xì)菌16S rDNA的V4～V5區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。利用引物ITS1（5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS2（5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）對(duì)土壤真菌的ITS1區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)純化后利用Illumina MiSeq測(cè)序平臺(tái)完成高通量測(cè)序^[29]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用QIIME軟件對(duì)高通量測(cè)序平臺(tái)下機(jī)序列進(jìn)行拼接和引物去除等質(zhì)量控制操作，去除低質(zhì)量序列，提高后續(xù)序列融合比率，對(duì)經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后的序列進(jìn)行聚類。將細(xì)菌（置信度閾值80%）和真菌（置信度閾值70%）的代表序列分別同細(xì)菌數(shù)據(jù)庫(kù)（Greengenes 13_8）和真菌數(shù)據(jù)庫(kù)（UNITE）進(jìn)行比對(duì)，并進(jìn)行抽平處理（細(xì)菌抽平深度60 000；真菌抽平深度44 000），解析細(xì)菌和真菌群落組成多樣性。采用Excel 2016和SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)分析，本研究為單因素試驗(yàn)，采用單因素方差（ANOVA）結(jié)合鄧肯氏（Duncan’s）多重比較后檢驗(yàn)對(duì)不同處理組間玉米株高、生物量、產(chǎn)量、土壤理化性質(zhì)、酶活性、碳源利用活性及多樣性、微生物群落組成多樣性等進(jìn)行差異顯著性分析（Plt;0.05）；采用普魯克分析方法對(duì)土壤理化、酶活性、微生物碳源利用、微生物群落組成、玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

由表1可知，相較于CK，施用蚯蚓糞顯著增加了玉米株高及生物量（Plt;0.05），其中V200處理玉米株高和生物量分別達(dá)到205.0 cm和6.78 t/hm²。產(chǎn)量方面，與CK相比，V50、V100、V200處理玉米產(chǎn)量分別達(dá)到0.68 t/hm²、0.75 t/hm²和0.85 t/hm²，均顯著高于對(duì)照（Plt;0.05）。此外，V50、V100、V200處理玉米單位有機(jī)物增產(chǎn)量分別為2.60 kg、2.00 kg和1.50 kg，隨著蚯蚓糞施用量的增加，單位有機(jī)物對(duì)玉米的增產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)。

2.2 施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤中鹽、堿等障礙因子消減、有機(jī)質(zhì)含量提升以及氮磷等土壤養(yǎng)分改善具有顯著促進(jìn)作用（Plt;0.05）（表2）。鹽堿障礙因子方面，土壤pH及鹽分含量隨蚯蚓糞施用量的增加呈下降趨勢(shì)。與CK相比，V50、V100、V200處理土壤pH及鹽分含量均顯著降低，其中V200處理土壤pH和鹽分含量降低最顯著；相較于CK，V50、V100、V200處理土壤有機(jī)碳含量均顯著提升，分別達(dá)到13.40 g/kg、18.23 g/kg和24.96 g/kg；與CK相比，施用蚯蚓糞的濱海鹽堿地土壤中全氮、堿解氮和有效磷含量顯著增加，并且隨蚯蚓糞施用量的增加而增加，其中V200處理相關(guān)養(yǎng)分含量分別達(dá)到1.50 g/kg、202.0 mg/kg和194.6 mg/kg。

2.3 施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤酶活性的影響

由圖1可知，施用蚯蚓糞后濱海鹽堿地土壤中酶的活性與對(duì)照相比顯著提升（Plt;0.05）。V50、V100、V200處理土壤中二乙酸熒光素水解酶活性均顯著高于對(duì)照，分別達(dá)到2.152 μg/（g·h）、2.443 μg/（g·h）和2.707 μg/（g·h）（圖1A）；V50、V100、V200處理蔗糖酶活性顯著高于對(duì)照，其中V200處理比對(duì)照提升了188.2%（圖1B）；V50、V100、V200處理土壤中脲酶及堿性磷酸酶活性與對(duì)照相比差異均達(dá)顯著水平，且隨著蚯蚓糞施用量增加脲酶和堿性磷酸酶活性顯著提升，其中V200處理脲酶和堿性磷酸酶活性最高，分別達(dá)到0.046 mg/（g·h）、0.073 μg/（g·h）（圖1C、圖1D）。

2.4 施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤微生物碳源利用的影響

由圖2可知，施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤微生物碳源利用產(chǎn)生了不同程度的影響。V50、V100、V200處理土壤微生物碳源代謝活性與CK相比顯著提升，且隨著蚯蚓糞施用量的增加而顯著提升，其中V200處理土壤微生物碳源代謝活性達(dá)到0.70，顯著高于其他處理組（圖2A）。微生物碳源代謝多樣性方面，與CK相比，V50、V100、V200處理香農(nóng)多樣性指數(shù)均顯著提升（圖2B）。土壤微生物可利用碳源的豐富度指數(shù)方面，V50、V100、V200處理豐富度指數(shù)均顯著高于CK，分別達(dá)到11.3、15.3和21.0，且隨著蚯蚓糞施用量增加土壤微生物豐富度指數(shù)顯著提升（圖2C）。由圖2D可知，土壤微生物對(duì)氨基酸類碳源、酚酸類碳源及碳水化合物類碳源的代謝活性隨蚯蚓糞施用量的增加而增加，且均顯著高于CK；而對(duì)胺類碳源及羧酸類碳源的代謝活性則呈先升高后降低的趨勢(shì)；對(duì)多聚物類碳源的代謝活性與CK相比顯著降低。

2.5 施用蚯蚓糞對(duì)濱海鹽堿地土壤微生物群落的影響

圖3為施用蚯蚓糞后濱海鹽堿地土壤微生物群落的變化情況。細(xì)菌群落方面，施用蚯蚓糞對(duì)土壤細(xì)菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)的影響不顯著（圖3A），但顯著提升了土壤細(xì)菌群落的均勻度指數(shù)（圖3B）。脫硫單胞菌屬（Desulfuromonas）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、芽單胞菌屬（Gemmatimonas）、假單胞菌屬（Pseudomonas）、硝化螺菌屬（Nitrospira）細(xì)菌為不同處理組間的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群，其累積相對(duì)豐度隨蚯蚓糞施用量的增加而顯著提升，分別為8.4%（CK）、10.1%（V50處理）、11.9%（V100處理）和17.5%（V200處理）。隨著蚯蚓糞施用量的增加，土壤中占據(jù)主導(dǎo)地位的細(xì)菌類群發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由脫硫單胞菌屬細(xì)菌占比最高（CK及V50、V100處理）轉(zhuǎn)變?yōu)檠挎邨U菌屬細(xì)菌占比最高（V200處理）（圖3c）。真菌群落方面，V200處理土壤真菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)顯著低于其他處理（圖3D、圖3E）。被孢霉屬（Mortierella）、鐮刀菌屬（Fusarium）、赤霉屬（Gibberella）、鏈格孢屬（Alternaria）、枝頂孢霉屬（Acremonium）真菌為不同處理組間的優(yōu)勢(shì)真菌類群，其累積相對(duì)豐度隨蚯蚓糞施用量的增加先降低后增加再趨于平穩(wěn)，分別為28.2%（CK）、23.3%（V50處理）、35.5%（V100處理）和35.4%（V200處理）。隨著蚯蚓糞施用量的增加，土壤中占據(jù)主導(dǎo)地位的真菌類群也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由鐮刀菌屬真菌占比最高（CK）轉(zhuǎn)變?yōu)楸绘呙箤僬婢急茸罡撸╒50、V100、V200處理）（圖3F）。

2.6 濱海鹽堿地玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量與土壤質(zhì)量的關(guān)系

普魯克分析結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)、酶活性、微生物碳源利用模式、微生物群落組成與玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的主坐標(biāo)排序均呈現(xiàn)高度關(guān)聯(lián)且均達(dá)到顯著水平（表3）。其中，土壤酶活性、微生物群落組成、土壤理化性質(zhì)及微生物碳源利用模式同玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量主坐標(biāo)排序間的偏差平方和分別為0.550 9、0.245 2、0.155 7和0.122 3，表明其與玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度依次增強(qiáng)。

3 討論

外源有機(jī)物料的施用可以消減鹽堿障礙因子、增加土壤有機(jī)碳固持、緩解氮磷等養(yǎng)分虧缺、重塑土壤微生物群落并提升其功能多樣性進(jìn)而改善濱海鹽堿地土壤質(zhì)量^[15，30]。本研究中，施用蚯蚓糞后土壤pH與CK相比顯著降低，因?yàn)轵球炯S偏酸性（pH=6.33），施用后引起的稀釋作用及其酸堿中和作用可能是土壤pH下降的重要原因^[2，31]。土壤中有機(jī)碳、全氮、全磷等含量的提升與內(nèi)含豐富有機(jī)質(zhì)及氮磷養(yǎng)分的蚯蚓糞的施用直接相關(guān)^[32]。此外，與CK相比蚯蚓糞施用后濱海鹽堿地土壤鹽分含量顯著下降，這是由于蚯蚓糞改善了土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了礦物的絮凝，增加了土壤孔隙度和水穩(wěn)性團(tuán)聚體的比例，有效阻斷了鹽分通過(guò)土壤中毛細(xì)作用返鹽，從而實(shí)現(xiàn)了濱海鹽堿地鹽分的消減^[33]。

土壤微生物群落組成及其功能發(fā)揮與其棲息地環(huán)境密切相關(guān)^[34]。群落組成方面，高通量測(cè)序結(jié)果顯示，區(qū)別于細(xì)菌群落多樣性的積極響應(yīng)，蚯蚓糞施用后濱海鹽堿地土壤中真菌群落多樣性呈降低趨勢(shì)，這與細(xì)菌及真菌類群迥異的碳源利用偏好和/或碳源利用能力密切相關(guān)。功能方面，本研究中蚯蚓糞施用后土壤微生物胞外酶活性、碳源利用能力及多樣性與CK相比顯著提升，這表明外源有機(jī)物料的施用有助于提高濱海鹽堿地土壤微生物群落對(duì)基質(zhì)（碳源）的利用能力和效率^[35-36]。造成上述現(xiàn)象的主要原因是有機(jī)改良后濱海鹽堿地土壤pH、鹽分降低，碳氮磷含量提升等為土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖營(yíng)造了良好的環(huán)境，微生物大量富集，土壤微生物的活性及功能多樣性得以大幅度提升^[29]。值得注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)改良后土壤微生物群落對(duì)氨基酸、酚酸、碳水化合物類碳源的利用能力與CK相比顯著提升，而V50、V100處理土壤微生物群落對(duì)多聚物類碳源的利用能力與CK相比卻顯著降低，這主要是由于濱海鹽堿地土壤中不同微生物類群對(duì)外源有機(jī)物料（蚯蚓糞）中相對(duì)專一碳源的利用策略（如碳源利用偏好、碳源利用效率等）有差異。例如，有機(jī)改良土壤中脫硫單胞菌屬、芽孢桿菌屬及被孢霉屬類群相對(duì)豐度隨有機(jī)物料施用量增加而增加，而芽單胞菌屬、枝頂孢霉屬的相對(duì)豐度則隨有機(jī)物料施用量增加而降低，表明單一碳源（蚯蚓糞）的施用對(duì)濱海鹽堿地土壤中不同的微生物類群具有選擇性的促進(jìn)或抑制作用^[37-38]。

通過(guò)施用外源有機(jī)物料可以實(shí)現(xiàn)濱海鹽堿地高效改土，對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量提升具有促進(jìn)作用。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比施用蚯蚓糞顯著促進(jìn)了玉米在濱海鹽堿地的生長(zhǎng)發(fā)育，并顯著提高了其產(chǎn)量，這與Bai等^[39]和Li等^[15]的研究結(jié)果一致。本研究中，相關(guān)性分析結(jié)果表明，有機(jī)改良后濱海鹽堿地玉米生長(zhǎng)及產(chǎn)量與土壤理化性狀、酶活性、微生物碳源利用及微生物群落等顯著相關(guān)，佐證了土壤質(zhì)量是影響作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的重要因素。蚯蚓糞促進(jìn)濱海鹽堿地作物增產(chǎn)的原因可能在于：其一，蚯蚓糞的施用提升了土壤中有機(jī)碳的含量及養(yǎng)分供應(yīng)，有效消減“鹽害”與“堿害”，從而改善了土壤的理化性狀，為促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)繁殖及作物生長(zhǎng)發(fā)育營(yíng)造了良好的環(huán)境條件；其二，伴隨著微生物棲息地環(huán)境中障礙因子的消減，土壤中具備生防促生、有機(jī)碳固持及氮磷養(yǎng)分循環(huán)功能的微生物，如芽孢桿菌屬菌^[40]、被孢霉屬菌^[15]、脫硫單胞菌屬菌^[41]等大量富集，微生物群落組成及其功能沃土化，并最終促進(jìn)了有機(jī)改良后濱海鹽堿地作物的生長(zhǎng)及增產(chǎn)。值得注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓糞施用后雖然顯著提升了濱海鹽堿地的玉米產(chǎn)量，但與常規(guī)農(nóng)田相比，蚯蚓糞處理后的鹽堿地玉米產(chǎn)量依然較低，且增大蚯蚓糞施用量后，單位有機(jī)物玉米增產(chǎn)量反而呈降低趨勢(shì)。分析其原因，一方面與較短的濱海鹽堿地改良年限有關(guān)，意味著短期（1年）有機(jī)改良下濱海鹽堿地土壤的環(huán)境條件尚無(wú)法達(dá)到玉米豐產(chǎn)所需的土壤質(zhì)量；另一方面，過(guò)量的有機(jī)物料施用對(duì)作物的不利影響可能與土壤中引入的大量有機(jī)物的礦化分解速率有關(guān)^[42] 。因此，繼續(xù)開(kāi)展不同種類、不同施用量有機(jī)物料改良下濱海鹽堿地土壤質(zhì)量的演變及其對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)濱海鹽堿地高效改良尤為重要。綜上所述，本研究結(jié)果表明施用蚯蚓糞改善了濱海鹽堿地土壤理化性質(zhì)、微生物群落組成及功能多樣性，與CK相比顯著促進(jìn)了作物增產(chǎn)，是一種可以有效提升濱海鹽堿地土壤質(zhì)量的農(nóng)業(yè)措施。

4 結(jié)論

施用蚯蚓糞是一種快速有效消減濱海鹽堿地土壤障礙因子的方法，可以顯著降低濱海鹽堿地土壤pH及鹽分含量，顯著增加土壤有機(jī)碳固持及氮磷等養(yǎng)分供應(yīng)，還能夠重塑土壤微生物群落并提升其功能多樣性，并最終促進(jìn)玉米生長(zhǎng)及增產(chǎn)。不同施用量處理間，高施用量處理對(duì)濱海鹽堿地玉米的增產(chǎn)效果最好，相較于未改良土壤其玉米增產(chǎn)達(dá)到54.5%。因此，施用外源有機(jī)物料對(duì)濱海鹽堿地高效改良，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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（責(zé)任編輯：黃克玲）