“双核”技术治理设施农业盐渍化土壤的应用研究

（济宁市农业农村发展服务中心，山东 济宁 272000）

蔬菜大棚栽培生产受季节约束和自然环境影响较少，能够实现产品不间断生产及供应，已经成为设施农业生产的重要组成部分[1]。然而，我国设施农业在设施环境调控、水肥管理、土壤特性演变以及品种选育等方面与以色列、荷兰等发达国家具有很大差距[2]。土壤盐渍化是当前我国设施农业面临的主要问题之一，主要表现为表土积盐，呈现绿苔、发白，甚至发红的现象，微生物丰度和多样性降低以及酶活性降低[3-5]。盐渍化发生的原因是设施栽培长期处于高强度种植的封闭环境，土壤微环境被改变，温度高，湿度大，土壤水分蒸腾和蒸发量加大[6]，再加上不合理的施肥及灌溉，导致土壤环境越来越恶劣，重茬、盐渍化等障碍因素逐渐加剧，导致种植投入加大、作物产出品质下降[7-8]。

为从根本上解决盐渍化问题，开发了“双核”盐渍化土壤改良技术，即将土壤盐渍化治理与微生物改良有机结合，高效降低土壤盐渍化并丰富土壤有益菌群，改善土壤团粒结构、平衡酸碱、消除板结，短时间内使得作物根系环境得到改善。本文将以大棚黄瓜为例，介绍“双核”技术应用效果，以期为设施农业盐渍化土壤改良提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验材料

黄瓜品种：申杂5号，北京中禾弘晟有限公司提供。有机肥：主要成分为牛粪，购买自当地农户。土壤改良剂：新型土壤调理剂（国家专利新产品，一种环境友好的高效土壤改良粉剂，富含有机质和螯合态中、微量元素等，其中钙含量≥8%，有机质≥4%），北京中禾弘晟有限公司提供。微生物菌肥：中禾菌肥，中国专利新产品，有效活菌数（cfu）≥0.2亿/g，有机质≥40%，北京中禾弘晟有限公司提供。

1.2 试验地点

于2019年4—8月在北京市高科技示范园区（116°E, 39°59′N）的温室大棚内进行试验。大棚种植年限为5年，长23 m，宽6.5 m，大棚脊高3 m，建筑面积为115 m2，沿东西方向种植作物。温室大棚内土壤类型为潮土，灌溉用水为当地地下水，0～20 cm土壤基础理化性质见表1。

1.3 试验方法

试验共设置5个处理（表2），3组重复，共15个试验小区，每个小区3畦，畦长度为5 m，宽度为1.5 m，垄宽0.8 m，垄沟宽0.7 m，每畦种植2行黄瓜，每畦中黄瓜行距0.5 m，每行种植12株黄瓜。黄瓜种植前，将各处理所用的有机肥、土壤调理剂、微生物菌肥按用量一次性施入土壤，深翻20 cm，确保肥料与土壤混合均匀。之后进行灌水泡田，每小区灌水量5 m3，待水层自然下渗4 d后定植。黄瓜定植后每4 d灌水1次，采用沟灌方式进行灌溉。追肥所用肥料为尿素、硫酸钾、过磷酸钙，用量分别为N 155 kg/hm2、K 136 kg/hm2、P 180 kg/hm2。采用沟灌方式进行追肥，追肥时期分别为初花期、坐果前期、坐果中期、坐果后期。所有处理的除草、农药等其他田间农艺管理措施统一按照当地管理措施进行。

在黄瓜成熟期，采用五点取样法在每个小区内采集黄瓜根际附近的土壤取混合土样，土壤样品的取土层深度为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，带回实验室后，去除土壤中的杂质，自然风干后磨碎，过1 mm孔筛，装袋保存。

表1 试验地土壤理化性质

1.4 测定指标及方法

主要测定黄瓜的生长状况和生理指标（茎粗、株高，叶绿素、丙二醛、可溶性固形物、酸度、VC、硝酸盐含量）、0～60 cm土壤的基础理化性质（土壤容重、pH值、EC值、全盐、盐分离子、土壤养分）以及根际土壤微生物群落结构，测定方法参照文献记载[9-11]。

黄瓜指标测定方法：茎粗用游标卡尺测茎基直径确定，株高用米尺测黄瓜植株除去地下根部的总长度确定；叶片的叶绿素用SPAD-502叶绿素仪测定；丙二醛用硫代巴比妥酸法测定；可溶性固形物采用手持折光仪进行测定；酸度用氢氧化钠显色滴定测定；维生素C用2,6-二氯靛酚滴定法测定；硝酸盐用紫外分光光度法测定。

土壤理化性质测定方法：土壤容重采用环刀法测定；pH值采用电位法测定；EC值采用电导仪法测定；全盐采用烘干法测定；钾和钠采用火焰光度法测定；钙和镁采用EDTA滴定法测定；碳酸氢根采用双指示剂—中和滴定法测定；氯离子采用硝酸银滴定法测定；硫酸根采用EDTA间接络合滴定法测定；土壤有效磷采用钼锑抗比色法测定；土壤有效钾采用火焰光度法测定；土壤有机质和全氮采用元素分析仪测定。

土壤微生物测定方法：采集10～20 cm根际土壤10～20 g，利用Illumina HiSeq高通量测序平台对土壤样品中的细菌进行16S rDNA水平上的测序，进行Alpha多样性分析。

1.5 数据统计分析

数据均由Microsoft Excel 2010软件进行整理，通过SPSS 12.0软件进行数据的方差分析和显著性分析，作图使用Origin 9.1软件完成。

表2 各处理物料用量 kg/hm2

2 结果与分析

2.1 对次生盐渍化土壤理化性质的改善

2.1.1 对土壤pH值和容重的影响

黄瓜生长适宜的土壤pH值在5.5～7.2，但由图1（a）可知，所有处理土壤的pH值均大于7，施用土壤调理剂和微生物菌肥后，在土层0～60 cm内，与CK相比，处理T1—T4的土壤pH值均有降低，T2、T3、T4与CK均呈显著性差异；其中，T4处理土壤pH值最低。比较T1—T4处理，在微生物菌肥用量一致的情况下，土壤pH值随土壤调理剂用量的增加而下降。

根据图1（b）所示，处理T1—T4在各土层的土壤容重较CK均有所下降，其中T2—T4与CK均呈显著性差异。在0～20 cm土层范围内，相较于CK，T1—T4处理下降了10.6%～20.5%；在20～40 cm范围内，T1—T4处理较CK的下降范围在2.8%～14.3%。

2.1.2 对土壤EC值和全盐含量的影响

由图2（a）可知，各土层深度T1—T4处理中土壤EC值均较CK显著降低，且随着土壤调理剂用量的增加呈下降趋势。其中，T4下降最为明显，在0～20 cm土层深度，T4土壤EC值相较于CK下降了51.8%。CK的EC值随着土层深度的增加逐渐减小；但是处理T3、T4土壤EC值随着土壤深度的增加大致呈现出逐渐增加的趋势。

如图2（b）所示，不同处理下随着土壤深度的增加，土壤全盐含量呈现出逐渐降低的趋势（除T4外）。与CK相比，处理T1—T4的土壤全盐量均有降低，且随改良剂用量增加全盐量呈逐渐降低趋势；其中，T2、T3、T4与CK呈显著性差异。

2.1.3 对土壤盐分离子的影响

在设施大棚的次生盐渍化土壤中，不同类型盐分的离子组成对设施作物的危害有很大区别，如表3所示，在0～20 cm土层中，土壤中阳离子含量大致为Na＋含量最高，其次是K＋和Mg2＋，Ca2＋含量最少；阴离子含量SO42－＞HCO3－＞Cl－；在0～20 cm土层中，添加改良剂后Na＋、Ca2＋、SO42－，Cl－降低，而在40～60 cm土层中，阳离子含量和硫酸根离子含量增加。整体来看，土壤调理剂和微生物肥的施用可显著降低表层土壤中Na＋含量，在深层土壤中Na＋、Mg2＋、K＋、Ca2＋、SO2－4相较CK含量增加，盐分有向下迁移的趋势。

2.1.4 对土壤养分的影响

土壤有机碳含量的多少直接关乎土壤肥力强弱。各处理土壤有机碳含量如图3（a）所示，在土层深度为0～60 cm内，处理T1—T4中土壤有机碳的含量较CK均有显著增加；同时随着土壤深度的增加各处理的土壤有机碳含量呈下降趋势，且不同处理间土壤有机碳含量差异逐渐减小；其中，各土层深度均以处理T4有机碳含量最高。

由图3（b）可知，在0～20 cm土层内，处理T1—T4较对照组CK的土壤全氮均有显著增加，处理T4中土壤全氮含量最高，为2.01 g/kg，较CK增加35.1%；在20～40 cm土层内，处理T3、T4全氮含量与CK相比显著增加，T4中土壤全氮含量最高，为0.9 g/kg，较CK增加33.9%；在40～60 cm土层内，各处理土壤全氮未有显著性差异。

表3 土壤调理剂对土壤盐分离子的影响 g/kg

如图3（c）所示，在0～60 cm土层内，土壤有效磷的含量随着土壤深度的增加呈现逐渐下降的趋势，且各处理与CK均呈显著性差异。在0～20 cm土层内，处理T1—T4中土壤有效磷含量比CK分别增加29.9%、32.0%、38.4%、46.2%；在20～40 cm土层内，处理T1—T4中有效磷含量较CK增加范围在35.7%～55.7%，其中处理T4中有效磷含量最高，为36.6 mg/kg；在40～60 cm土层内，处理T1—T4中有效磷含量较CK增加范围在55.3%～70.0%。

由图3（d）可知，随着土壤深度的增加，不同处理中土壤有效钾含量呈现递减趋势。在0～20 cm土层中，T1—T4各处理间的土壤有效钾含量无显著性差异，但均显著高于CK，处理T4中有效钾含量最高，为365.2 mg/kg；在20～40 cm和40～60 cm土层内，土壤有效钾变化趋势与0～20 cm土层一致，较CK增长范围分别为33.9%～55.7%和38.9%～53.9%。

2.2 对土壤微生物群落的影响

Alpha多样性常用于土壤样品中的微生物群落多样性的分析，通过对土壤样品数据中的Chao1指数、Shanon指数和Simpson指数分析来反映试验土壤中微生物的丰富度及多样性。由表4中数据分析可知，与对照组CK相比，处理T1—T4中微生物丰富度有一定程度增加，但土壤细菌群落多样性差异不显著，随着土壤调理剂用量的增加，微生物群落多样性略有增加；处理T2—T4中细菌群落的多样性和丰富度高于CK和T1。

2.3 对黄瓜的生长及品质的影响

2.3.1 对黄瓜生理学指标的影响

各处理黄瓜生长状况如表5所示，在黄瓜定植60 d后，随改良剂用量增加，株高、茎粗、叶片数以及SPAD值均逐渐增加，而丙二醛含量逐渐下降。处理T1—T4黄瓜的株高、叶片数比CK显著增加，但是在处理T1—T4间并无显著差异；处理T1—T4茎粗分别较CK显著增加10.5%、16.2%、21.9%、28.6%；不同处理间叶绿素含量差异明显，处理T4的叶绿素含量最高，较CK提高了11.7%。

2.3.2 对黄瓜品质和产量的影响

由表6可知，与CK相比，处理T1—T4的VC和可溶性固形物含量呈增加趋势，可滴定酸和硝酸盐含量呈减少趋势；其中T4处理的VC含量、可溶性固形物、可滴定酸及硝酸盐含量均与CK呈显著性差异。处理T1—T4单株质量较CK增幅分别为20.0%、21.7%、26.0%、31.0%，总产量较对照组CK增幅分别为20.0%、21.7%、25.9%、31.0%。

3 结论与讨论

在设施作物种植中，当土壤酸碱度超出作物生长的最适范围时，就会对作物生长产生不良影响[12]。有机肥与土壤调理剂和微生物菌肥混施下，较只施用有机肥的土壤pH值显著下降，一方面可能是由于土壤调理剂和微生物菌肥在土壤中分解释放出酸性物质，比如有机酸等中和土壤中的碱性离子，这与孙鸿彬[13]的研究结果一致；另一方面可能是土壤调理剂和微生物菌肥增加了土壤团聚体含量，增强了土壤活力，使得土质疏松[14]，土壤调理剂释放出某些阳离子将土壤中的Na＋置换出来，降低了土壤盐基粒子含量，使得盐分随水分上移受到抑制，从而使得土壤pH值降低，这与顾金凤[15]的研究结论一致。

施用土壤调理剂和微生物菌肥后，有机碳和全氮含量在0～20 cm土层中显著增加，这可能是有机肥的施加使得土壤中有机碳含量显著增加，同时微生物菌肥的施用改变了土壤中微生物的群落结构，促进土壤中难溶性养分的降解和土壤养分转化，同时土壤调理剂改善了土壤结构，使得土质疏松，利于土壤微生物对土壤中氮素的固持作用。有效钾和有效磷含量随着土壤调理剂用量增多而增加，这可能是土壤调理剂自身含有较多的钾磷元素，同时土壤调理剂的施用改善了土壤理化性质，土壤养分向下层土壤中移动，使得深层土壤中有效钾和有效磷含量增加。

土壤中的微生物对土壤的肥力以及作物生长同样具有极其重要的作用。本试验利用Illumina HiSeq测序平台对试验地中的黄瓜根际土壤细菌进行高通量测序分析，结果表明：处理T1—T4中细菌群落的多样性和丰富度较对照组CK要高，随着土壤调理剂用量的增加，土壤细菌群落多样性和丰富度趋于增加。这可能是土壤调理剂、微生物菌肥和有机肥的混施使得土壤中的细菌群落有了更加充足的养分用于繁殖，同时土壤表层盐分的下降给微生物群落生存提供了更加适宜的环境。

张景云等[16]研究表明叶绿体对土壤环境中的盐胁迫极其敏感，受土壤盐胁迫严重的黄瓜体内叶绿素含量显著降低。本试验结果中不同处理间叶绿素含量之间的差异说明土壤调理剂和微生物菌肥混施对缓解盐胁迫造成生长障碍，促进黄瓜生长优于有机肥。植物在正常生长情况下，体内的渗透调节物质处于稳定状态，脯氨酸是反应植物对盐碱胁迫的调节作用的重要指标之一[17]，通过施用土壤调理剂和微生物菌肥降低了丙二醛含量，说明在缓解植物盐胁迫方面，土壤调理剂和微生物菌肥混施较施用有机肥具有更明显的效果。同时，土壤调理剂和微生物菌肥配施降低了土壤盐分，对植物抗逆性起到增强作用，从而使得黄瓜植株正常生长，最终实现产量增加。

综上所述，本研究得出以下主要结论：（1）“双核”改良技术在不同的配施条件下对设施土壤进行改良后，土壤的理化性质均具有显著性变化，尤其在土壤表层变化更为显著，土壤容重、pH值、EC值、全盐量均有显著下降，且随着土壤调理剂用量的增加呈下降趋势。（2）“双核”技术改良后，可以增加耕层土壤中有机质、有效钾、全氮和有效磷含量，促进黄瓜吸收养分。（3）经“双核”土壤改良后的黄瓜植株的株高、茎粗、叶片数以及叶绿素含量均有一定程度增加，同时随着土壤调理剂用量的增加效果呈上升趋势；同时，可以降低黄瓜丙二醛含量，缓解黄瓜盐胁迫，增加黄瓜体内VC、可溶性固形物含量，最终促进黄瓜增产增质。

表5 黄瓜种植60 d后的生理学指标

表6 黄瓜品质特性检测值

本研究中，随着土壤调理剂用量增加，改良土壤和促进黄瓜生长效果增加，处理T4效果最好；因此，建议应用“双核”技术定期对设施盐渍化土壤进行调理，根据土壤改良技术路线，结合大棚土壤实际状况进行合理配施，摒弃单一肥料使用的旧习惯，保障土壤健康和可持续发展。