微生物堆肥法改良黃河三角洲鹽堿地作用的研究

王 磊

(黃河三角洲(濱州)國家農業科技園區管委會，山東 濱州 256600)

1 引言

豐富的土地資源給黃河三角洲地區高效生態發展提供了巨大潛力，但土壤鹽漬化制約了農業經濟的發展。黃河三角洲鹽漬化土地面積44.29萬hm2,占其總面積的50%以上，土壤中平均鹽含量超過17‰[1]，僅鹽堿光板地和重度鹽漬化土壤的面積超過萬23.63 hm2,約占黃河三角洲區域總土地面積的28.4%。土壤表層鹽分在0.4%～3.0%的區間內[2]。這是不適于小麥、玉米等糧食作物生長的。鹽堿地改良成為黃河三角洲高效生態農業發展的首要問題。

隨著土地退化問題不斷嚴重及世界人口增加帶來的糧食需求增加，對鹽堿地的改良及開發利用越來越受到世界各國的關注[3]。目前世界上主要的鹽堿地改良方法有加入土壤改良劑、水洗淋溶、種植耐鹽作物、生物—植物聯合改良鹽堿土等[4～8]。利用作物秸稈，通過微生物發酵，聯合小麥根基促生菌的應用改良黃河三角洲鹽堿地，進行小麥種植的報道尚未見到。本文旨在通過試驗，探索一種新的鹽堿地改良技術，大面積改善黃河三角洲鹽堿地，以用于小麥種植，擴大小麥種植面積，增加糧食產量，為國家保障糧食安全，促進黃河三角洲高效生態農業的可持續發展做出貢獻。同時，可實現農業固體廢棄物秸稈的綜合利用，保護農業環境。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

秸稈為當地農民收獲后的玉米秸稈。玉米秸稈降解發酵菌株為山東康地恩生物集團有限公司生產提供的纖維素酶菌粉，小麥根際促生菌為天津理工大學環境科學與安全工程學院實驗室篩選的B21、B81菌種。

菌種培養基為牛肉膏蛋白胨培養基，其組分為：蛋白胨0.5%、酵母粉0.1%、NaCl0.5%、KH2PO40.05%、CaCO30.2%、過40目篩玉米秸稈粉0.5%、MgSO40.05%。

2.2 秸稈發酵

在37 ℃條件下培養纖維素酶菌株24 h，血球計數板顯微鏡鏡檢計數，用生理鹽水稀釋，菌懸液濃度調整為5×107個/mL，備用；將玉米秸稈粉碎至80目，按照10 mL菌懸液/100 g玉米秸稈的比例添加菌懸液，調整含水率60%左右，作為發酵基質；將玉米秸稈發酵基質置于消毒后的發酵罐內，于室溫自然發酵12～15 d。

2.3 試驗土地

本文試驗土地位于濱州市無棣縣水灣鎮農業科技示范園區，面積約667 m2,土壤質地見表1。

表1 試驗土地土質分析

2.4 試驗處理

將發酵12～15 d腐熟后的玉米秸稈，配合小麥根際促生菌B21、B81使用，具體處理見表2。小區面積55.5 m2，重復3次，隨機區組排列。小麥播種前澆水造墑，按處理設計施腐熟的玉米秸稈和小麥根際促生菌，另施N 25 kg/666.7 m2,P2O530 kg/666.7 m2，K2O20kg/666.7 m2。小麥播種及管理同常規。小麥品種為當地農民使用的濟麥20。

表2 試驗處理

2.5 指標測定及方法

2.5.1 土壤指標測定方法

分別于小麥播種前和收獲后測定土壤的容重、土壤呼吸強度(靜態堿液吸收法)、液相率、pH值、總孔隙度、氣相率、有機質、EC(電導率)、含鹽量、速效 N、速效 P、速效 K等指標，測定方法參考程斐、孫朝暉和趙玉國等使用的方法。

2.5.2 小麥生長指標測定方法

根系SOD活性根據 GB/T5009.171-2003測定。小麥開花后的35 d內每隔7 d測定根系SOD活性一次。

根系MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法。小麥開花后的35 d內每隔7 d測定一次。小麥產量按小區產量計。

3 結果與分析

3.1 土壤指標測定結果與分析

3.1.1 播種前與收割后大田土壤理化性質變化

表3 播種前與收割后土壤理化性質變化

由表3可知，微生物堆肥后的試驗田與播種前相比發生了較大的變化，而未施堆肥的對照組變化相對較小，這說明了利用微生物堆肥法能夠改良黃河三角洲鹽堿土壤，尤其是處理1，pH值下降了0.56,EC 值也有所變化,播種后土壤容重在適宜作物生長范圍內,總孔隙度也有所提高,土壤呼吸強度增加。總體而言，盡管試驗結果表明微生物堆肥法對鹽堿土壤的改善效果明顯，但不是一蹴而就，呈現出逐漸改善的趨勢。

3.1.2 收割后大田土壤含鹽量變化

由圖1可知，利用微生物堆肥后試驗田土壤含鹽量較原土有較大幅度的降低，與對照土壤含鹽量相比也有一定程度的降低，這表明利用秸稈微生物堆肥對鹽堿土壤含鹽量具有一定的改良作用。

圖1 大田土壤含鹽量變化示意

3.1.3 收割后大田土壤有機質含量變化

由圖2可知，利用微生物堆肥后試驗田土壤有機質含量較原土有較大幅度的提高，提高了51.09%，與對照土壤有機質含量相比也相對較高，這表明利用秸稈微生物堆肥對鹽堿土壤有機質含量具有較好的改良作用。

3.1.4 大田土壤速效 N、P、K 含量變化

由圖3可知利用微生物堆肥后試驗田土壤速效N、P、K含量較原土有一定幅度的提高，但是提高幅度不是很明顯，分析原因可能是因為大田試驗面積太大，大幅度改良非一日之功。

圖2 大田土壤有機質含量變化示意

圖3 大田土壤速效N、P、K含量變化示意

3.2 小麥各項指標測定結果與分析

3.2.1 開花后小麥根系 SOD 活性變化

植物體內超氧化物歧化酶(SOD)活性處于一個較高的水平時有利于緩解根系的衰老[11]。小麥開花后根系SOD活性的活性如圖4所示。

圖4 開花后小麥根系 SOD 活性變化

由圖4可以發現，開花后小麥根系的SOD活性在試驗田和對照田中均呈現出先增加后降低的變化趨勢，對比試驗田和對照田小麥SOD活性，試驗田的SOD活性均高于對照田，其中以處理1SOD活性最高。試驗結果表明利用玉米秸稈微生物堆肥可有效提高小麥根系的SOD活性，提高小麥的生命力，延緩小麥衰老。

3.2.2 開花后小麥根系MDA含量變化

MDA含量的高低能夠直接反映植物受環境脅迫的程度和植物衰老程度，小麥根系的MDA含量越高則說明小麥根系越容易衰老。開花后小麥根系的MDA含量變化如圖5所示。

圖5 開花后小麥根系MDA含量變化

由圖5可知，開花后小麥根系的MDA含量隨著時間推移均呈現出增加的變化趨勢，對比試驗田和對照田小麥MDA含量，施加微生物堆肥的小麥MDA含量均低于未施加微生物堆肥對照，其中以處理1最低，其次是處理2。試驗結果表明利用玉米秸稈微生物堆肥可有效降低小麥根系的MDA含量，對延緩小麥的衰老具有一定的作用。

3.2.3 小麥成熟后產量指標對比

由圖6可以發現，利用微生物堆肥改良黃河三角洲鹽堿土壤可以顯著提高小麥產量，其中以處理1最高，畝產量可達到413 kg/666.7 m2，對照只有313 kg/666.7 m2，增產幅度31.95%。

5 結語

本文研究了利用玉米秸稈通過微生物堆肥法改良黃河三角洲鹽堿土壤，結果表明微生物堆肥法能夠有效改善鹽堿土壤土質，增加土壤有機質含量，降低含鹽量，速效N、P、K的含量也有一定幅度的提高。此外，本文還研究了微生物堆肥法對小麥種植的影響，結果表明微生物堆肥對提高小麥根系活力，延緩衰老具有促進作用，小麥產量可達到畝均413 kg/666.7 m2。

圖6 小麥產量對比

利用玉米秸稈微生物堆肥法不僅可以綜合利用農業秸稈，而且可以有效增加糧食產量，符合農業循環經濟發展的理念和黃河三角洲高效生態農業發展需求，在黃河三角洲鹽堿地改良和高效生態農業發展中具有廣闊的應用前景。