土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用对小油菜连作障碍土壤的修复

王贻莲，黄鼎立，魏艳丽 ，李红梅 ，杨合同，李纪顺*

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院生态研究所 山东省应用微生物重点实验室，山东 济南 250103；2.威海益丰农业科技有限公司，山东 威海 264200)

设施蔬菜因多年连作，作物根系吸收养分单一，造成土壤养分失衡，而种植者为谋求短期的高效益，常大量施用化肥，使土壤中积累大量的氮磷养分，导致土壤酸化及次生盐渍化[1-2]。 在当前的蔬菜生产中，土壤酸化及次生盐渍化是主要的问题，已成为制约设施蔬菜生产的主要障碍因子[2-3]。

正常情况下，土壤pH在5.5～7.5范围内，作物能正常生长，过酸或强酸均会影响作物根系对土壤养分的吸收利用[4]。当土壤 pH< 5.5 时，会影响作物对土壤中有效氮及磷的利用，造成产量下降[5]。调查显示，山东、江苏两省设施土壤的盐渍化程度最为严重，设施菜田40%～89%的土壤含盐量超过了蔬菜正常生长的临界浓度(电导率>0.50 mS/cm)[6-8]。在长江中下游地区，长期种植叶菜的大棚土壤次生盐渍化和酸化面积达到种植面积的 40% 以上，已严重影响了叶菜的产量和品质[9]。在威海益丰农业科技有限公司种植基地，土壤酸化严重，大部分棚内土壤 pH<5.5，酸化严重的棚内土壤 pH<4.5(极强酸性)；电导率在500～2 100 μS/cm，严重地块的土壤电导率在4 000 μS/cm左右，叶菜根腐病发生严重，严重制约叶菜的安全生产。

小油菜(BrassicachinensisL.)是我国种植面积及范围最广的蔬菜品种之一[10]，在叶菜中属于较耐盐蔬菜，在弱酸性或中性土壤中能忍受0.20%～0.26% 的盐而正常生长。前期研究发现，土壤pH <4.5，电导率≥1 176 μS/cm，小油菜叶部盐害表现明显；pH <5.0，电导率≥1 500 μS/cm，小油菜不能正常生长。因此，叶菜的生产急需安全、有效和可持续的土壤改良措施。

国内外对土壤酸化、次生盐渍化及其改良已经开展了广泛的研究，目前，施用土壤改良剂是采用最多的改良方法[5]。然而，土壤改良剂多为化学和矿物类无机调理剂，对于快速提高土壤 pH 效果显著，但不能有效改善土壤生物学性状[11]，为弥补这项不足，探寻叶菜在连作障碍土壤中的安全生产措施，本研究尝试将土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用，旨在复合修复缓解叶菜障碍土壤对小油菜生产的限制影响，探索联合修复对连作障碍土壤的修复作用，以期为叶菜的安全生产提供参考，为农业可持续发展提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料

供试小油菜(上海常丰种苗有限公司黑叶五月慢青菜)，土壤调理剂(济南澳利新型肥料有限公司)，复合肥(河南心连心化学工业集团股份有限公司)，有机肥I(济南澳利新型肥料有限公司肥星®有机肥)，有机肥II(威海振威畜禽有限公司山壮®有机肥)，有机肥III(山东亿丰源生物科技股份有限公司億豊園®有机肥)，木霉LTR-2菌剂(山东省科学院生态研究所中试产品)。

1.2 试验设计

试验分别于2021年3月9日—5月29日和9月23日—11月25日在威海益丰农业科技有限公司16号试验大棚内(pH范围为3.91～4.50，电导率范围为660～6 813.5 μS/cm)进行。其中，3月9日—5月29日试验共设3个处理，其中A处理为CK：有机肥II+复合肥；B处理：土壤调理剂+有机肥I+复合肥；C处理：土壤调理剂+有机肥I+复合肥+木霉LTR-2。每处理设3次重复，随机排列，每小区面积20 m2(2 m×10 m)。具体实施是于3月9日按7 500 kg /hm2用量撒施土壤调理剂，然后旋耕(深度约 20 cm)、整地、喷水保湿。于3月20日分别按有机肥II ( 1 500 kg / hm2)、有机肥I(6 000 kg / hm2)、木霉菌剂(75 kg / hm2)和复合肥(450 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、划分试验区。同时在施肥前后分别多点混合采集小区土壤样品，进行风干、过筛后，用于测定pH、电导率、有机质及氮、磷、钾养分含量； 3月21日播种， 5月29日进行病害调查和产量测定，同时采集小区土壤样品，用于测定pH、电导率、有机质及氮、磷、钾养分含量。9月23日～11月25日的减肥试验共设6个处理，分别为A′处理：常规处理CK (有机肥III+复合肥)；B′处理：有机肥I；C′处理：有机肥I+木霉LTR-2；D′处理：有机肥I+LTR-2+1/3复合肥(150 kg/ hm2)；E′处理：有机肥I+LTR-2+2/3复合肥(300 kg/hm2),以不做任何处理为空白对照，每处理设3次重复，随机排列，每小区面积20 m2(2 m×10 m)。具体实施是于9月23日分别按有机肥III( 1 500 kg / hm2)、有机肥I(6 000 kg / hm2)、木霉LTR-2 (75 kg / hm2)和复合肥(0～300 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、划分试验区。同时取土样测定pH和电导率。9月24日播种，11月25日进行产量测定，同时采集土壤样品，测定 pH 和电导率。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性质检测

1. 3.1.1 土壤样品前处理

土壤充分自然风干，用孔径0.85 mm筛子过筛备用。

1.3.1.2 土壤pH和电导率的测定

1.3.1.3 土壤养分指标检测

土壤养分指标包括有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量。全氮采用半微量开氏法测定，全磷用HCLO4-H2SO4法测定，全钾用氢氧化钠熔融法测定；有机质用重铬酸钾-硫酸氧化法测定；碱解氮用氢氧化钠-硼酸-标准酸滴定测定；土壤速效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑抗分光光度法测定；土壤速效钾用1 mol/L乙酸铵溶液浸提-火焰光度计测定。

1.3.1.4 小油菜发病率及产量测定

按照长1 m、宽2 m随机取三方进行测产，并随机挑取10棵小油菜进行病害调查。小油菜产量以净菜(进超市标准)产量为准。

病株率=发病株数/10×100%；

防效=(常规对照组病株率-处理组病株率)/常规对照组病株率×100%；

增产率=(处理组亩净菜鲜重-对照组亩净菜鲜重)/对照组亩净菜鲜重×100%。

1.3.1.5 数据处理

利用SPSS 19.0对数据进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 土壤调理剂联合木霉LTR-2对土壤pH、电导率及小油菜发病率和产量的影响

土壤调理剂联合木霉LTR-2对土壤pH、电导率及小油菜发病率和产量的影响结果详见表1。由表1可知，经7 500 kg /hm2土壤调理剂处理后，土壤pH由4.50变为6.95；电导率由675.10下降至519.70 μS/cm。施用肥料和菌剂后，B(土壤调理剂+有机肥I+复合肥)处理和C(土壤调理剂+有机肥I+LTR-2+复合肥)处理组，土壤pH由6.95分别降至6.43和6.57，分别下降0.52和0.38；电导率分别升至1 011.43和959.47 μS/cm，经一茬种植后，pH降为6.06和6.26，电导率下降至955.70和863.43 μS/cm，均高于施肥前的519.7 μS/cm。与常规处理A(有机肥II+复合肥)相比，不论小油菜种植前后，B处理和C处理组中土壤pH和电导率均有升高，且存在显著差异；B处理和C处理对油菜根腐病的防效分别为65.39%和80.77%；亩净菜产量分别为1 392.36和1 459.06 kg，增产率分别为27.48%和33.59%。

表1 不同处理对土壤pH、电导率及小油菜发病率和产量的影响

2.2 小油菜种植对不同处理中土壤养分的影响

小油菜种植对不同处理中土壤养分的影响结果详见表2。由表2可知，A(有机肥II+复合肥)处理种植一茬油菜后，土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮、全氮均有不同程度的消耗，仅全钾含量不降反增；B(土壤调理剂+有机肥I+复合肥)处理种植一茬油菜后，仅有机质和全磷有消耗，有效磷、速效钾、碱解氮、全氮和全钾含量均增加，表明氮、磷、钾均过剩；C(土壤调理剂+有机肥I+LTR-2+复合肥)处理，土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮、全氮、全磷、全钾均有不同程度的消耗。C处理和B处理相比，土壤各养分含量正消耗明显提高。根据菜园土壤有效大中元素丰缺状况分级，适宜蔬菜生长的有效磷含量为60～90 mg/kg，速效钾含量为160～240 mg/kg、碱解氮含量为200～300 mg/kg[12-15]，A处理收获时有效磷为96.80 mg/kg，B处理收获时速效钾和碱解氮分别为259和366 mg/kg，C处理收获时碱解氮为313 mg/kg，表明A、B、C三个处理土壤速效养分均有不同程度的过剩累积。因为养分积累有可能是肥料施用过量导致，因此设计减肥试验，进一步探讨有利于菜地土壤养分均衡的施肥措施。

表2 小油菜种植对不同处理中土壤养分的影响

2.3 小油菜种植减肥试验

小油菜种植减肥试验结果详见表3。由表3可知，在小油菜种植前，试验设计组(B′、 C′、 D′、 E′)土壤pH在6.34～6.50，电导率在1 300.47～1 759.43 μS/cm；空白及常规处理组土壤pH均<5.0，电导率>1 596.9 μS/cm。收获时，试验设计组土壤pH在6.32～6.64，电导率在632.7～1 104.1 μS/cm，pH和电导率均在下一茬小油菜种植的适宜生长范围。

表3 小油菜种植减肥试验

小油菜净菜产量分别为1 172～1 656 kg/亩(1亩=666.67 m2)，与空白对照比，常规处理A′(有机肥III+复合肥)组增产率为29.27%；B′(有机肥I)处理组增产率为28.58%；C′(有机肥I+木霉LTR-2)处理组，增产率为29.78%；D′(有机肥I+LTR-2+1/3复合肥)处理组，增产率为41.30%；E′(有机肥I+LTR-2+2/3复合肥)处理组，增产率为28.58%。与常规处理A′组比，C′处理组在不施复合肥的情况下，增产率为0.4%；D′处理组在减施复合肥66.67%的情况下，增产率为9.31%。

3 讨论

目前，设施蔬菜土壤连作障碍问题日益突出。不同地区和作物间连作障碍因子各不相同，本研究中小油菜连作障碍因子主要是土壤酸化、次生盐渍化和根腐病。针对以上问题，本文研究了土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用对小油菜连作土壤的修复作用。研究结果显示，土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用，提高了小油菜连作障碍土壤的pH，增强了油菜根腐病的防治效果，促进了土壤有机质和氮、磷、钾的循环利用，提高了小油菜的生物量。

土壤pH是评价土壤肥力的指标之一[4]，土壤酸化影响作物的生长，降低作物生物量。小油菜对土壤pH的要求为5～8，pH 5.5～6.7最适宜小油菜的生长。本研究结果显示，经7 500 kg /hm2土壤调理剂处理后，土壤pH由4.50升至6.95，施用肥料和菌剂后，B(土壤调理剂+有机肥I+复合肥)处理和C(土壤调理剂+有机肥I+LTR-2+复合肥)处理组中土壤pH分别降至6.43和6.57，收获时pH分别为6.06和6.26，种植前后，土壤pH均适于小油菜的生长；下茬种植后，土壤调理剂处理区土壤pH在6.32～6.64范围，仍适合小油菜的下茬种植。研究表明使用土壤调理剂(7 500 kg /hm2)处理小油菜连作障碍土壤一次，土壤pH至少能适合三茬小油菜的种植需求。

次生盐渍化土壤含盐量与电导率成正相关，电导率过高或过低都会影响作物生长。设施土壤电导率>1 000 μS/cm即会对作物生长有影响，其对作物的影响大小与作物种类及土壤pH均相关。本研究中，土壤pH <5.0，电导率 ≥1 500 μS/cm，小油菜生物量少，亩产1 172 kg；经土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用区，土壤pH>6.0，电导率为632.7～1 471.97 μS/cm，小油菜生物量高，亩产1 656 kg(详见表3)。土壤调理剂和木霉LTR-2联合施用既提高了连作障碍土壤的pH，又降低了电导率，保障小油菜在适宜的土壤环境中生长，增加生物量。

土传病害严重影响作物的生长发育，木霉菌对土传病害的拮抗作用显著[16]。Ahmed等[17]利用哈茨木霉防治甜椒疫病，牛鑫斌等[18]利用长枝木霉防治油菜根腐病，防效为43.1%。本研究结果显示，添加木霉LTR-2处理组根腐病防效为80.77%，与对照组比，差异显著，表明木霉LTR-2能有效防治小油菜根腐病病原菌，缓解根腐病连作障碍。

有益微生物能使根际微生物适度生长以及使土壤酶加快根际土壤有效养分的转化与储存，刺激植物根系对养分的吸收，从而促进作物生长并提高产量[19]。本研究结果显示，添加木霉LTR-2有助于油菜连作土壤有机质和氮、磷、钾的循环利用，并提高小油菜净菜产量，增产率为33.59%。

科学施肥是治理土壤酸化及次生盐渍化的重要措施。研究表明，测土配方施肥可提高肥料利用率，减少化肥使用量，有利于减缓土壤酸化及次生盐渍化的速度[4]。本研究中小油菜种植对不同处理中土壤养分的影响结果显示，A处理收获时有效磷过剩，B处理收获时速效钾和碱解氮过剩，C处理收获时碱解氮过剩，表明A、B、C三个处理速效肥料均有不同程度的过剩累积。为减少土壤中累积的过剩肥料，提高肥料利用率，改善土壤环境，本文继续进行了小油菜种植减肥试验，结果显示，D′处理组，即有机肥I+LTR-2+1/3复合肥处理，在减施复合肥66.67%的情况下，与常规对照A′处理比，增产率为9.31%，；与空白对照比，增产率为41.30%。表明木霉LTR-2有减肥增效作用。

土壤次生盐渍化一旦形成，就很难彻底修复，主要原因是为使蔬菜高产，在经过一段时间的土壤治理后，在经济利益的驱使下，种植户又会过量投肥。实践中经常会有在连作地块不施任何肥料，植物仍可以保持旺盛生长的现象[20]。在本研究中发现，施肥后土壤电导率均会升高，为验证不施肥料是否能正常生产且能降低油菜连作障碍土壤的电导率，在减肥试验中增设了不施任何肥料的原始空白对照，结果发现，种植后产量明显受抑制，小油菜生物量最低。

连作障碍土壤的修复作用，不能仅从生物量的多少或土壤理化性状来做单一评价，应综合考虑修复评价指标。本研究从土壤pH、电导率、病害防效及增产率几方面来评价土壤调理剂联合木霉LTR-2对小油菜连作障碍土壤的修复作用，研究结果表明，土壤pH为5.5～7.0，电导率<1 500 μS/cm，根腐病发生率低于20%，增产率高于27%，即可认为小油菜连作障碍土壤得到良好修复。