滨海盐土地力提升与土著微生物协同促生应用技术研究

裘高扬， 徐君言,2， 马宁,3， 郭彬， 林义成， 刘琛， 傅庆林*

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.中国计量大学 质量与安全工程学院，浙江 杭州 310018；3.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311302)

滨海盐土是海相沉积物在海潮或高浓度地下水作用下发育形成的全剖面含盐的土壤，1 m土体含盐量在0.6%～1.0%，其中氮、磷和有机质含量偏低，土壤贫瘠、盐碱化严重[1-2]。该土类约占浙江省土壤总面积的4.1%，主要分布于杭州、台州、温州、宁波等地区，浙江省山多地少，通过滨海盐土的围垦和改良种稻，对浙江省农业生产能力的提升、耕地数量的增加及粮食安全的保障具有重要意义[3]。降低盐分、碱度，改良土壤结构，是解决土壤盐碱问题的根本途径。传统的盐碱土壤改良措施主要包括水利和化学改良。但水利改良需要建立较大的排灌系统，成本较高；化学方法虽然见效较快，却易引发二次污染[4]。目前，滨海盐土的改良逐渐由水利工程为主的物理化学改良向生物改良转变。生物改良包括植物措施和微生物措施，植物措施主要通过种植耐盐植物，其在生长过程中可直接摄取土壤中的盐分，同时增加土壤养分，增加微生物数量和多样性[5]，但植物措施受植物种类、生长周期等因素的限制。微生物改良主要通过投加微生物菌肥实现对滨海盐土的修复，但该技术存在以下问题：(1)需要筛选富集适应滨海盐土高盐高碱环境的特定微生物；(2)滨海盐土有机质含量不足以支撑外源微生物生长，需要通过外加有机物料补充碳源；(3)滨海盐土土著微生物多样性低，外源微生物可能对原生态系统带来风险。因此，原位增加土著微生物的数量和活性是实现滨海盐土改良的关键[6]。

微生物作为植物的潜在养分库，可以生成胞外酶矿化土壤有机质，通过胞内周转，从而为植物提供养分[7-8]。此外，微生物参与植物残体和分泌物的分解过程，能够通过底物分解，释放植物可再次利用的无机养分。因此，微生物在农业生态系统的养分动态中具有关键作用。土壤盐渍化会对土壤土著微生物产生生长胁迫，土著微生物生长缓慢，限制了其数量和活性，从而间接影响土壤养分周转和植物生长发育，严重制约了土壤生态功能。由此可见，加快土著微生物的生长是解决问题的关键。研究表明，沸石具有很强的吸附能力和离子交换能力，能够为微生物的生长提供附着位点，促进土壤团聚体的胶结形成，改善土壤团粒结构，同时能够吸附土壤中的Na+、Cl-等离子[9]。陈江等[10]研究发现，添加沸石可降低土壤pH值和碱化度，增加盐碱土保肥能力，提高养分有效性，这为微生物的生长提供了有利环境。但目前通过沸石对滨海盐土进行提质、降盐和土著微生物活性提升的协同改良技术研究还不多见。为此，本研究选择浙江省台州市典型盐渍化稻田，开展沸石与有机肥料施用结合灌溉泡田等农艺措施的中早39水稻种植试验，探究有机肥和沸石投加入盐渍化土壤后对土壤盐分含量等理化性质、微生物数量、微生物活性和水稻产量的影响，旨在通过测定相关参数的变化和水稻生长情况，评估沸石和有机肥对当地盐渍化土壤的改良效果，以期为我国东部滨海盐土改良与土著微生物促生协同应用技术提供一定的理论和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

田间原位试验地点位于台州市路桥区农垦场某盐碱化稻田(28°50′E，121°57′N)，试验区属中亚热带季风区，全年平均气温17.5 ℃，年降雨量1 537.1 mm，年日照时数1 736.4 h。土壤类型为滨海盐土，土壤盐分、全氮和有机质含量分别为1.34、0.82、19.8 g·kg-1，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为60.4、6.2、91.3 mg·kg-1，土壤pH值为7.95，土壤微生物生物量碳浓度为223 μg·g-1，三磷酸腺苷(ATP)浓度为2.23 nmol·g-1。

1.2 供试材料

1.2.1 水稻品种

供试水稻品种为中早39[11]，由中国水稻研究所选育，2009年通过浙江省审定，连续多次列为农业农村部的主推品种，是浙江省产量最高的早稻品种，2009年引入台州地区，由于种植效益高，在当地推广迅速，截至目前已累计推广超4万hm2[12]。该品种综合性状优异，具有良好的抗病性和耐肥抗倒性，适合轻型栽培和机械化种植。水稻种子在播种前4 d浸种，浸种前晒种1 d，然后用25%氰烯菌酯悬浮液300倍浸种48 h，大田直播每667 m2用种量为6 kg，每667 m2基本苗10万～11万苗。水稻直播栽培于2021年4月24日播种，全生育期平均为105～110 d，始穗期7月2日，齐穗期7月5日，成熟期7月31日。

1.2.2 土壤降盐和土著微生物促生材料

沸石，分子式通式为Mn/2·Al2O3·xSiO2·yH2O，式中M为碱金属和碱土金属阳离子，n、x、y代表结合系数[9]。购自河北的矿粉厂家，沸石矿为经碎石研磨机粉碎后过48 μm筛制得，沸石原料和有害物质含量均符合国家标准《土壤调理剂通用要求》(NY/T 3034—2016)规定。有机肥购自台州市路桥区本地的有机肥厂，通过猪粪和水产养殖废弃物的堆肥制得，养分含量(以干物质计)为N 1.96%、P2O51.51%、K2O 1.73%，pH值为7.1。有机肥养分指标符合国家标准《有机肥料》(NY/T 525—2021)中的规定。

1.3 处理设计

首先平整田块，进行泡田洗盐，灌水深度为20 cm。农田翻耕第一次灌新鲜水，泡田2～3 d，迅速排出后；灌第二次新鲜水，第二次翻耕，第二次泡田1～2 d排出；再灌第三次新鲜水，第三次翻耕，第三次泡田1～2 d，然后排水；灌第四次新鲜水。统一施化肥基肥，旋耕，耙平待播种。

田间试验设4个处理。以旋耕+化肥+耙田为对照；在此基础上，翻耕2次，以667 m2施250 kg沸石、500 kg有机肥以及250 kg沸石+500 kg有机肥为处理，每处理重复3次，共计12个小区，小区面积75 m2(5 m×15 m)。每小区均设独立农灌渠和排水沟，小区间构筑顶宽40 cm、高30 cm的田埂，田埂覆盖薄膜，确保肥水不互窜，试验区外设置1.5 m的保护行。

沸石和有机肥随基肥一同施入，基肥为碳铵、尿素、过磷酸钙和硫酸钾，肥料分为基肥和追肥。在播前耙田时施基肥，每667 m2施碳铵19 kg，过磷酸钙20 kg；分蘖肥分2次施，当叶龄达3叶期时施第1次用尿素5.0 kg+硫酸钾8 kg，当达到6叶时施第2次，用尿素6.5 kg；当水稻第9叶露尖时施穗肥，用尿素10 kg+硫酸钾5 kg。施肥总用量折合N、P2O5、K2O分别为13.0、6.2和14.4 kg。除施肥外，各小区其余田间管理措施保持一致。

1.4 分析检测

1.4.1 水稻产量及其构成

水稻产量测定包括理论产量和实际产量。在水稻成熟期，理论产量通过各小区随机人工收割5块1 m2水稻田进行考种，测定有效穗数、每穗粒数和千粒重(水稻产量三要素)。实际产量为各小区随机收割20 m2水稻，晒干、脱粒、风干后称质量，折算实产。

1.4.2 土壤理化特性测定

试验前后通过五点采样法采集耕层(0～20 cm)土壤，并混合为一个土样，一部分土壤经风干、研磨、过筛后测定常规理化性质，另一部分土壤去除石砾等杂质后过2 mm筛，调节到40%最大田间持水量用于微生物指标测定。土壤全盐含量采用烘干残渣法测定，土壤pH值用玻璃电极测定(土水比1∶2.5)，土壤有机质和全氮通过元素分析仪(Elementarvario EL cube)测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，土壤有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定。

1.4.3 土壤微生物量碳

微生物量碳采用熏蒸提取法测定[13]。简要来说，称取2份40%最大田间持水量的新鲜土壤10 g(干重)，一份置于真空干燥器中，用烧杯取30 mL无酒精氯仿，一同放入干燥器，连通真空泵抽真空，氯仿沸腾2 min后关闭真空泵，随后将土壤暴露在氯仿蒸汽下避光培养24 h。培养结束后，通过真空泵将干燥器抽真空多次去除残留的氯仿。另一份不熏蒸土壤作为对照。添加40 mL 0.5 mol·L-1的硫酸钾到熏蒸和不熏蒸的土壤中，在摇床中以250 r·min-1振荡30 min。硫酸钾提取液用Whatman 42号定量滤纸过滤，过滤液通过总有机碳自动分析仪分析(MultiN/C 2100，Analytic Jena，Germany)。通过熏蒸土壤和不熏蒸土壤提取液的有机碳浓度差值和转换系数0.45(Kec)，换算成样品微生物生物量碳浓度[14]。

1.4.4 三磷酸腺苷

土壤三磷酸腺苷(ATP)的提取采用TIP提取-荧光素酶法[15]，TIP试剂由1.1 mol·L-1的三氯乙酸(T)、0.6 mol·L-1的咪唑(I)和0.25 mol·L-1的磷酸二氢钠(P)溶液混合配制而成。提取液分为2种，提取液A为TIP试剂，提取液B通过将5 mL 0.1 mol·L-1的ATP(A2383，Sigma，USA)用TIP试剂定容到1 L配制而成。应用提取液B是为了对未完全提取的土壤ATP部分进行计算修正。将25 mL提取液A或B分别加入干重2.5 g的土壤中，通过VCX750细胞超声破碎仪在50%功率下超声提取2 min，提取结束后冰浴降温2 min。取10 μL土壤ATP提取液，依次添加50 μL荧光素-荧光素酶(GN202-01，YPH-Bio，China)，150 μL砷酸钠缓冲液和13 μL氢氧化钠，通过生物荧光计数仪测定发光值(GloMax 96，Promega，USA)[16]。

1.5 数据分析

试验所得数据采用统计分析软件SPSS 21.0进行处理，采用单因素方差分析方法分析不同处理间的差异。

2 结果与分析

2.1 土壤理化性质变化

由表1可知，有机肥处理下的土壤pH值下降0.13个单位，沸石处理下土壤pH下降0.19个单位，有机肥+沸石处理下土壤pH显著下降了0.49个单位。在土壤养分方面，有机肥+沸石处理显著提升了土壤有机质和全氮含量，增幅分别为10.19%和16.67%。此外，有机肥+沸石处理能够显著增加碱解氮浓度，增幅为26.35%。沸石及有机肥+沸石处理下的土壤有效磷浓度显著高于对照，增幅分别为65.08%和32.20%。此外，所有沸石和有机肥处理均显著增加了土壤速效钾浓度，增幅范围为16.27%～72.15%。综合各处理对土壤养分的影响可知，有机肥+沸石混合施用对土壤碱化缓解和肥力提升的效果最佳。研究表明，沸石加入到土壤后，可通过吸附增加土壤对铵根离子、磷酸氢根离子和钾离子的保持能力，提高养分有效性[21]；沸石可以减少有机肥中养分的挥发、淋溶等损失，从而起到保肥供肥的作用。

表1 各处理土壤理化性质变化情况

2.2 水稻产量及构成因子

土壤中施用沸石不仅可以增加土壤养分的有效性，同时可以缓解盐分对植物的胁迫，减少盐分在植物体内的累积，有利于水稻生长[2,22]。由表2可知，有机肥和沸石处理下的水稻理论产量和实收产量相比对照的平均产量增加明显，理论产量增幅为12.81%～16.02%，实际产量增幅11%；从产量构成因素分析，有机肥和沸石土壤调理剂处理下水稻的每穗实粒数明显多于对照，沸石或有机肥单施增加了水稻的千粒重。综上表明，有机肥和沸石土壤调理剂处理在保障穗数稳定的基础上，可增加水稻每穗实粒数和千粒重，从而实现水稻产量的提升。

表2 各处理水稻667 m2产量及构成因子比较

2.3 土壤盐分、微生物数量和活性

沸石表面带有负电荷，可吸附盐碱土中的Na+、Cl-，从而降低土壤盐分。周恩湘等[23]研究发现，沸石可增加滨海盐土的盐基交换能力，减少土壤可溶性盐分。

由图1可知，对照土壤的盐分含量为1.02 g·kg-1，在沸石和沸石+有机肥处理下，土壤盐分含量显著下降，降幅分别为39.2%和42.2%，土壤盐碱化情况得到较大改善。微生物量碳是评估土壤微生物总量的经典和有效指标[24]。ATP仅存在于活细胞中，胞外ATP的半衰期非常短，一般不足1 h[25]，因此，ATP可作为土壤微生物活性的有效指标。本研究结果表明，每667 m2施用沸石250 kg+有机肥500 kg处理下，微生物量碳和ATP浓度均显著增加，且在所有处理中增幅最大，较对照分别增长39.3%和34.2%。随着盐分含量的减少，盐碱对微生物的生长胁迫降低，同时沸石投加后，土壤有机质等养分有效性增加，为土著微生物的生长创造了有利环境[10]。

柱上无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图1 各处理盐分、微生物生物量碳和三磷酸腺苷含量比较

3 小结

本研究表明，通过泡田洗盐，施用沸石+有机肥后，滨海盐土的有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量均显著提高，pH和土壤盐分显著下降。每667 m2施用沸石粉250 kg+有机肥500 kg，能够改善台州农垦场土壤肥力状况，缓解土壤盐碱化，提高水稻产量，同时还能增加土壤微生物数量和活性，实现滨海盐土降盐、提质、增产和微生物协同促生的改土目标。