濱海鹽漬麥田施用微生物菌肥的降鹽效果及冬小麥長勢響應

王啟堯，趙庚星，李 濤，李建偉，潘 登，涂 強

（1山東農業大學資源與環境學院土肥資源高效利用國家工程實驗室，山東泰安271018；

2山東省土壤肥料工作總站，濟南250013；3山東億安生物工程有限公司，濟南250014；4山東大學微生物技術國家重點實驗室，濟南250100）

0 引言

土壤是人類生活和農業生產的必要條件[1]，土地鹽漬化導致土地生態退化，嚴重危害農作物和植被生長，阻礙農業生產及糧食持續高產[2]。

山東省鹽漬化耕地面積38.4萬hm2，占全省耕地面積的5.05%[3]，其中濱海鹽漬化是制約沿海地區糧食持續穩定高產的主要原因之一[4-5]。自20世紀50年代初以來，各級政府開始大量投資，治理、改良鹽漬土，形成了灌溉排水、地表覆蓋、施加化學改良劑等鹽漬耕地改良措施[6-9]。隨著微生物改良鹽漬農田技術的逐步發展以及綠色農業理念的推進，鹽漬土的微生物改良逐步得到了廣泛的應用[10]。

微生物菌肥一般以大量有機物和有益微生物組成，其中嗜鹽微生物在自身生長繁殖過程中會大量消耗環境中的游離Na+，降低游離Na+濃度，進而降低土壤中的鹽離子濃度，減輕高濃度鹽離子對植物的毒害作用[12-14]。另一方面，利用細菌分解環境中的糖類向周圍釋放有機酸，可中和鹽漬土中的OH-，是降低鹽堿土pH的一種有效方法[15-17]。目前針對鹽漬農田適用的微生物土壤修復菌劑尚較少見，市面上存在一部分可以減輕鹽漬化危害的相關產品，但其效果不盡理想，難以真正大規模使用[18]。微生物菌劑在濱海農田中施用效果的系統研究有待進一步開展。

因此，本文以田間試驗手段，通過土壤鹽分、作物冠層觀測和產量分析方法，擬系統探索微生物土壤修復菌劑對濱海冬小麥鹽漬農田的改良效果，以期探明其對土壤鹽分和冬小麥生長的影響，從而為濱海鹽漬耕地微生物改良提供一種新的思路和方法[11]。

1 研究數據與方法

1.1 試驗區概況

試驗選擇渤海農場一分廠鹽漬麥田，隸屬山東省東營市利津縣，位于北緯37°47′23″東經118°36′25″。該地處于暖溫帶季風型氣候，大陸性強，雨熱同季，四季分明，總體地勢較低，地表平整，土壤類型為中度氯化物鹽化潮土。

1.2 試驗設計

試驗一：不同種類生物產品降鹽增產效果試驗。設計6組處理，每個處理重復3次，每個小區面積為8.5*40 m2，小區呈隨機區組排列，南北窄東西長，不同處理之間設計隔離帶，以防不同處理之間干擾。試驗所用微生物菌劑和產品來自山東億安生物工程有限公司。處理T1：空白對照，不施肥；處理T2：億安記產品（有機質+有益微生物）；處理T3：微生物菌肥（有機質+嗜鹽微生物）；處理T4：有機加無機輔料（不含微生物）；處理T5：商品有機肥（不含微生物）；處理T6：同處理T3的微生物菌肥（有機質+嗜鹽微生物），施用方法為壟間撒施后劃鋤，其他處理T2-T5均為麥苗根部追施，所有肥料施用量均為7 kg/hm2。

試驗二：不同用量微生物菌肥降鹽增產效果試驗。共設計5組處理，每個處理3次重復，每個小區面積為8.5×40 m2，小區隨機區組排列，不同處理之間設計隔離帶，所用產品為山東億安生物工程有限公司微生物菌肥。處理T1：空白對照；處理T2：施用量3.5kg/hm2；處理T3：施用量7 kg/hm2；處理 T4：施用量 14 kg/hm2；處理T5：施用量21 kg/hm2。采用條狀追施，距離苗帶3～5 cm，深度10 cm。

1.3 試驗數據采集

1.3.1 采集時間 小麥種植時間為2019年10月15日，之后經歷越冬期。2020年2月26日進行田間觀察，了解小麥及田間土壤狀況，確定試驗田塊及試驗時間；2020年3月3日，在小麥返青期布置上述試驗一、二；2020年5月7日，在冬小麥灌漿期采集土壤電導率數據，拍攝小麥冠層ADC影像，測量小麥株高、SPAD值等；2020年6月5日，進行田間測產，獲得各處理冬小麥產量數據。

1.3.2 數據采集方法

（1）土壤電導率數據采集

在每一組處理由南向北4 m處，利用測繩由東向西每隔10 m，選取一個樣點，利用EC110便攜式鹽分計測量該樣點北側一壟小麥，同時測麥壟根際和壟間2個點，每點均包括0～20 cm表層和20～40 cm下層的電導率數據，并采集了土壤樣品。

（2）小麥SPAD數據采集

同上，在每樣點周圍隨機選取9株小麥，利用SPAD502手持式葉綠素儀測量每株小麥從上到下第二片葉子，選擇葉鞘到葉尖不同位置測量3～5次取其平均值，以其平均值作為該點SPAD值。

（3）小麥冠層多光譜圖像獲取

獲取時間為2020年5月7日10:00—14:00，天氣晴、微風，按照上述選定的樣點位置，利用便攜式ADC多光譜相機拍攝小麥冠層圖像，獲取圖像時相機鏡頭與地面垂直，距離小麥冠層100 cm，每個樣點測量3次，各點測量之前都需要進行標準白板校正。

（4）小麥產量數據采集

采用取樣法測量小麥產量，每組處理隨機抽取3組樣方，每個樣方1 m 4行，抽取40穗，查穗粒數。實測行距為18 cm，公頃穗數和產量的計算分別見公式(1)和(2)。

1.4 數據處理與分析方法

1.4.1 土壤電導率數據處理 將采集的土壤帶回實驗室內自然風干，研磨過篩，利用烘干法測定鹽分含量，建立電導率(EC,μS/cm)與含鹽量(St,g/kg)間的轉化模型為St=0.00218EC+0.727，并以此模型將野外電導率數據轉化為含鹽量數據。并將土壤鹽漬化劃分為3個等級，輕度鹽化：土壤含鹽量1.0～2.0 g/kg，中度鹽化：2.0～4.0 g/kg，重度鹽化：4.0～6.0 g/kg[19]。

1.4.2 小麥冠層等觀測數據處理 利用Pixel Wrench2軟件對便攜式Tetracam ADC影像進行處理，首先找到白板影像（圖1A），通過Index Tools中Calibrate進行白板校正，打開原始影像（圖1B），對圖像進行校正并進行彩色合成處理（圖1C），根據小麥多光譜特點，對采集的小麥多光譜圖像，獲取每個采樣點的NDVI值（圖1D）。進而利用Excel匯總樣點NDVI、SPAD、株高數據，備下一步分析。

圖1 Pixel Wrench2處理多光譜影像

1.4.3 分析方法 運用經典統計學與地學結合的分析方法，比較不同處理間的指標差異，判定各處理的優劣。同時，利用SPSS軟件的單因素方差分析方法，判定不同處理間是否存在顯著差異，達到P＜0.05的標準則認為存在顯著差異。

2 結果與分析

2.1 不同品種生物產品的降鹽效果分析

表1為不同試驗處理的土壤鹽分數據，整體看，表層土壤含鹽量普遍比下層土壤含鹽量低。5組處理與對照組進行比較可以發現，每組處理均有不同程度的降鹽效果。按照表層含鹽量比對降幅T3＞T6＞T2＞T4＞T5，T3處理的降鹽效果最為明顯，T5處理降鹽效果最小。按照下層含鹽量比對降幅T3＞T2＞T4＞T6＞T5，T3處理的降鹽效果最為明顯，T5處理的降鹽效果最差。根據各處理差異性分析發現，不施肥對照T1處理的表層和下層土壤含鹽量均顯著高于其他各施肥處理，各處理間的土壤鹽分差異性表層高于下層。表層土壤含鹽量T2和T4之間、T3和T6之間差異不顯著，但后者在下層土壤含鹽量上差異顯著，說明微生物菌肥的效果受到耕作方式的一定影響，根部追施效果比壟間撒施后劃鋤效果更佳。綜合看，T3處理使用微生物菌肥的降鹽效果，對表層和下層土壤都是最佳的，降鹽幅度可達30%左右，降鹽效果優于億安登記產品(T2)和市面上的商品有機肥(T5)。值得一提的是，未加入菌劑的有機加無機輔料(T4)也呈現了一定的降鹽效果，顯示了微生物菌肥在中度鹽漬化農田改良中菌劑和輔料的雙重作用。

表1 不同品種生物產品處理的土壤鹽分數據

2.2 不同用量微生物菌肥的土壤鹽分分析

表2為微生物菌肥不同用量處理的土壤鹽分數據，從各處理比對照的降鹽幅度可以看出，微生物菌肥的降鹽效果隨著施用量增加呈現先增加而后下降的趨勢，施用量小于7 kg/hm2時，降鹽效果隨著施用量增長效果明顯，在超過7 kg/hm2后，增大施用量的降鹽效果隨之減小。通過差異性分析可知，施肥與不施肥對照處理的降鹽效果存在顯著差異，但不同施用量的降鹽效果差異不顯著，表層的降鹽幅度均高于下層，綜合考慮經濟效益與改良效果，7 kg/hm2微生物菌肥改良中度鹽漬化麥田效果最佳。

2.3 不同試驗處理的小麥長勢分析

表3為不同種類生物產品處理的小麥冠層NDVI、SPAD、株高等數據，以綜合分析不同處理的冬小麥長勢。從株高看，T3＞T2＞T4=T6＞T5＞T1，不同處理組對小麥株高均有促進作用，其中T3處理組比對照增幅達到17.68%；從SPAD值看，T3＞T2＞T4＞T6＞T5＞T1，其中T3處理的SPAD值比對照增幅達到31.64%；從冠層NDVI值看，T3＞T5＞T2＞T4＞T6＞T1，T3處理組NDVI值0.96遠大于T1對照組的0.67。綜合株高、SPAD、NDVI三個方面，說明各生物產品對小麥長勢均存在促進作用，其中以微生物菌肥效果最佳，其促進作用明顯高于其他處理組。

表3 不同品種生物菌肥的小麥冠層數據

表4為不同用量微生物菌肥處理的小麥冠層NDVI、SPAD、株高等數據，從株高看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理組比對照增幅達到13.15%；從SPAD值看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，T3處理的SPAD值比對照增幅達到18.92%；從NDVI值看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理組NDVI比對照增幅13.68%。因此，菌肥施用量與小麥長勢呈正態分布，在7 kg/hm2時達到峰值。施用量在7 kg/hm2時，隨施用量增加小麥長勢改善明顯，施用量大于7 kg/hm2后，其效果則隨施用量增加而減小，因此從小麥長勢的角度微生物菌肥的最佳用量是7 kg/hm2。

表4 微生物菌肥不同用量的小麥冠層數據

2.4 不同試驗處理的小麥產量分析

表5和表6為不同試驗處理的小麥產量數據，可以看出，不同品種各處理的小麥產量由高到低為：T3＞T2＞T4＞T6＞T5＞T1，與不施肥的對照相比，不同生物產品的5組試驗處理均有增產效果，其中T3處理組產量最高，比對照增產達到20.49%，為6組處理中增產效果最優的一組。不同用量微生物菌肥處理的產量順序為：T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理產量最高，比對照增幅23.92%。微生物菌肥施用量在7 kg/hm2時，隨施用量增加增產效果明顯，之后則增產效果隨施用量增加而減小，因此微生物菌肥最佳施用量為7 kg/hm2。

表5 微生物菌肥不同品種的小麥產量數據

表6 微生物菌肥不同用量的小麥產量數據

3 討論

（1）目前微生物改良鹽漬土研究多為次生鹽漬土降鹽效果[21]，缺少施用微生物改良劑小麥長勢響應的系統研究。本文選擇黃河三角洲濱海鹽漬麥田，布設不同種類生物產品、不同用量微生物菌肥的小麥田間試驗，同時利用小麥冠層多光譜圖像獲取NDVI指標，并實測SPAD值，通過小麥NDVI、SPAD、株高、產量等綜合評價微生物改良劑對小麥長勢的影響，可使研究結果更為準確和客觀。

（2）從不同用量微生物菌肥試驗發現，微生物菌肥改良效果隨用量增加先升后降，其可能的原因是由于嗜鹽微生物生長繁殖使環境中游離的Na+濃度的降低，因微生物繁殖受到其種群密度影響，當種群密度過大時，其繁殖速度下降，降鹽效果隨之下降[22-25]。從不同品種生物產品改良鹽漬農田的試驗效果看，各種生物產品，包括未加入菌劑的有機加無機輔料(T4)均呈現了一定的降鹽效果，取得了與種植耐鹽植物改良鹽漬土、種植綠肥作物改良鹽漬土[26-29]等相似的試驗結果，顯示了鹽漬土生物改良的可行性。說明生物有機物料可有效改善土壤理化性能,增加土壤孔隙度和貯水量，從而降低土壤鹽漬化程度，促進作物生長[20]。微生物菌肥的施用可以明顯降低土壤含鹽量，大幅提高作物產量和品質，從而可顯著降低農藥化肥的使用量，減輕農藥和化肥對土壤結構的破壞，因此，使用微生物菌肥有助高品質綠色有機產品的生產，保障土壤生態安全，為農業可持續發展提供有力保障[26]。

（3）本文選擇渤海農場一分廠鹽漬麥田開展了田間試驗，由于野外大田土壤含鹽量會受到地勢起伏、微地形等因素影響，同一處理中不同樣方會有微小差異，因此后續開展室內試驗減少微地形因素對鹽分數據影響。另外，本試驗重點開展了中度鹽漬麥田試驗，未探究微生物菌肥在不同鹽漬程度下的降鹽效果及小麥長勢響應，后續擬開展不同鹽漬濃度農田施用微生物菌肥的降鹽效果及作物長勢響應研究。

4 結論

本文針對黃河三角洲濱海鹽漬化農田的生物改良，開展了施用不同生物產品、微生物菌肥不同施用量的冬小麥田間試驗，取得主要結論如下：

（1）施用生物肥料產品能有效降低濱海鹽漬農田的土壤含鹽量，降幅在11.66%～33.89%之間，其中微生物菌肥根部追施的降鹽效果最為明顯，降幅可達33.89%。

（2）微生物菌肥能有效促進冬小麥生長，起到增產作用，冬小麥株高比對照增幅17.68%，SPAD值提高31.64%，冠層NDVI增高44.74%，產量提高20.49%。

（3）微生物菌肥施用量小于7 kg/hm2時，降鹽效果隨著施用量增加而加大，冬小麥株高、SPAD、NDVI和產量提高明顯，施用量超過7 kg/hm2后降鹽效果增幅逐漸變小，小麥長勢和產量開始輕微下降。微生物菌肥的最佳施用量為7 kg/hm2。

本文探討了微生物菌肥對鹽漬化農田的降鹽效果及冬小麥長勢響應，對濱海鹽漬農田的生物改良和冬小麥栽培管理有積極參考價值。