不同改良劑對設施退化土壤的改良效果

李 彬， 李躍飛* ， 陶加樂， 祁石剛， 高學雙， 程芳梅， 吳紹軍， 楊年福

(1.宿遷市宿豫區農業技術推廣中心， 江蘇 宿遷 223800； 2.宿遷市農業技術綜合服務中心， 江蘇 宿遷 223800； 3.江蘇省農業科學院 宿遷農科所， 江蘇 宿遷 223800)

0 引言

【研究意義】土壤是農業生產的基礎，極大地影響作物的產量和質量；高質量的土壤是農業具有可持續發展的前提[1]。設施農業由于產值較高，近年來發展迅速，但在其發展過程中設施土壤存在不少問題。一是種植者為了追求較高的經濟效益長期種植單一作物，根系分泌物大量積累，有害病原菌增加，尤其是根結線蟲，導致有些營養元素得不到補充，或者由于拮抗而阻礙作物吸收，需求量小的礦質元素在土壤中富集，作物出現黃化和僵苗[2]。二是大量使用化肥，且長期使用氮磷鉀肥料，中微量元素缺乏，幾乎不使用有機肥，或施用未腐熟的有機肥，其富含重金屬和抗生素等，導致土壤耕層元素大量積累，有機質缺乏[3]。三是不合理的澆水習慣，如大水漫灌、小水勤澆，加上設施本身的封閉性，土壤水分向上蒸發，導致土壤硝態氮含量超標、土壤板結和孔隙度降低[4-5]。設施土壤普遍出現的鹽漬化、養分不平衡、菌群破壞、土壤酸化和土傳病害多發等一系列土壤質量退化問題,已成為制約設施農業可持續發展的關鍵因素。因此，探究不同改良措施對設施退化土壤的改良效果，提高設施土壤的質量，對設施農業健康綠色生態可持續發展具有重要意義。【前人研究進展】土壤改良可提高設施土壤質量，減緩設施農業土壤質量的衰退[6]。白勇興等[7]研究發現，不同改良措施均能提高土壤理化性質，其中，磷石膏、明沙和有機肥組合較對照土壤容重降低10.27%，孔隙度提高13.00%；土壤pH和堿化度分別下降7.17%和12.49%，土壤脫鹽率為42.96%。鄭亞楠[8]研究發現，種植燕麥使用農家肥和生物菌肥，可改變沙質土壤的基本結構，提高其保水保肥能力，土壤得到改善。簡紅忠等[9]報道，增施生物炭肥、腐熟豬糞和商品有機肥2年后可提高土壤酸堿度、土壤肥力和鈣離子交換量，生物炭肥和腐熟豬糞能顯著降低土壤交換性酸的含量，作物的產量和經濟效益提高。余桂紅等[10]研究發現，醋渣覆蓋能顯著降低土壤電導率和氯離子的含量，顯著提高小麥的株高、有效穗數、千粒重和籽粒產量。毛曉曦等[11]報道，有機物與微生物菌劑配施可減輕土壤次生鹽漬化，土壤鈉離子、鈣離子和鎂離子含量較對照降低，土壤可溶鹽總量可降低18.26%。可見，單一和綜合措施進行土壤改良都可提高土壤質量，降低土壤衰退速度，促進作物健康生長。【研究切入點】目前，少見關于宿遷地區的設施土壤改良效果的研究報道。為此，以不施用改良劑為對照(CK)，研究黃腐酸、復合微生物肥、土壤重茬劑和米糠4種改良劑對多年設施種植土壤理化性質、土壤肥力和土壤酶活性影響。【擬解決的關鍵問題】探明4種改良劑對多年設施種植土壤的理化性質、肥力和酶活性的影響，以期為改良劑在宿遷地區設施土壤改良上的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 土壤概況

試驗于2021年3-10月在江蘇省宿遷市宿豫區陸集鎮設施大棚進行，供試土壤為5年設施種植土壤，壤土，土壤堿解氮211.88 mg/kg，有效磷44.39 mg/kg，速效鉀200.39 mg/kg，有機質30.72 g/kg，pH 7.72。

1.2 材料

土壤改良劑：黃腐酸(黃腐酸50%，腐殖酸50%)，山東農大肥業科技有限公司生產；復合微生物肥(有效活菌數≥0.2億/g,有機質≥20%，總養分≥8%)，江陰市鵬鷂聯業生物科技有限公司生產；土壤重茬劑，濰坊綠科生物科技有限公司生產；米糠，購自宿豫區華東農業大市場。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用隨機區組排列，共設5個處理：對照(CK)，不施用改良劑；T1,施用黃腐酸；T2,施用復合微生物肥；T3,施用土壤重茬劑；T4,施用米糠。每個處理3次重復，每個小區面積10 m2，所有改良劑均勻施入土壤后進行翻耕。各改良劑均參照廠家的推薦量施用(表1)。

表1 不同改良劑的施用量及施用方式

1.3.2 指標測定 采用5點取樣法采集0～20 cm土壤用于各指標的測定。

1) 土壤理化性質。參照鮑士旦[12]的方法，K+和Na+采用火焰光度法測定，Ca2+和Mg2+采用原子吸收分光光度法測定，CO3-和HCO3-采用雙指示劑-中和滴定法測定，Cl-采用硝酸銀滴定法測定，SO42-采用硫酸鋇比濁法測定，NO3-采用紫外分光光度法測定。

2) 土壤肥力。參照遲春明等[13]的方法，土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用Olsen法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提法測定，pH采用電位法測定。

3) 土壤酶活性。參照關松蔭[14]的方法測定土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和多酚氧化酶的活性。

4) 土壤微生物量碳/氮。參照王文鋒等[15]的方法，采用氯仿熏蒸法-硫酸鉀浸提法測定微生物量碳/氮的含量。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2003進行平均數和標準差計算，用SAS 9.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 施用不同改良劑設施土壤的鹽分組成及含量

從表2可知，不同處理設施土壤陽離子、陰離子和總鹽的含量存在差異，其中，陽離子含量依次為Ca2+>K+>Na+>Mg2+，陰離子含量依次為SO42->Cl->NO3->HCO3-。

表2 施用不同改良劑設施土壤的鹽分組成及含量

2.1.1 土壤陽離子 Na+：各處理為0.56～0.92 g/kg，依次為CK>T1>T2>T4>T3，CK顯著高于其余處理，其余處理間差異不顯著。K+：各處理為0.86～1.48 g/kg，依次為T2>T4>CK>T3>T1，T2顯著高于其余處理，CK、T1、T3間差異不顯著，三者顯著低于T4。Ca2+：各處理為1.68～2.16 g/kg，依次為CK>T2>T3>T4>T1，CK顯著高于其余處理，T1顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。Mg2+：各處理為196.7～248.86 mg/kg，依次為CK>T4> T1>T3>T2，CK顯著高于除T4外的其余處理，T2顯著低于除T3外的其余處理，T1與T4間、T1與T3間、T2與T3間差異不顯著。

2.1.2 土壤陰離子 SO42-：各處理為4.87～7.88 g/kg，依次為CK>T2>T3>T4>T1，CK顯著高于其余處理，T1與T4間差異不顯著，二者顯著低于T2和T3，T2與T3間差異不顯著。Cl-：各處理為725.91～1 294.75 mg/kg，依次為CK>T3>T2>T1>T4，CK顯著高于其余處理，T4顯著低于其余處理，T1與T2間和T2與T3間差異不顯著。CO32-：各處理均未檢出。HCO3-：各處理為38.53～47.01 mg/kg，依次為CK>T3>T1>T2>T4，T4顯著低于除T2外的其余處理，CK、T1、T3間和T1、T2、T3間差異不顯著。NO3-：各處理為359.32～633.57 mg/kg，依次為CK>T2>T3>T4>T1，CK顯著高于其余處理，T1與T4間差異不顯著，二者顯著低于T2和T3，T2與T3間差異不顯著。

2.1.3 總鹽含量 各處理為9.76～14.36 g/kg，依次為CK>T2>T3>T4>T1，T1～T4較CK降低19.22%～32.03%。表明，土壤改良劑對土壤具有活化作用，其理化性質得到改善。

2.2 施用不同改良劑設施土壤的肥力與pH

從表3看出，不同處理設施土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質含量和pH的變化。堿解氮：各處理為208.89～328.49 mg/kg，T2最高，為328.49 mg/kg；T1其次，為236.32 mg/kg；CK最低，為208.89 mg/kg；T1～T4較CK提高5.70%～57.26%；T2顯著高于其余處理，CK顯著低于除T4外的其余處理，其余處理間差異不顯著。有效磷：各處理為39.36～58.44 mg/kg，T2最高，為58.44 mg/kg；T1其次，為46.52 mg/kg；CK最低，為39.36 mg/kg；T1～T4較CK提高16.01%～47.48%；T2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。速效鉀：各處理為99.95～255.13 mg/kg，T4最高，為255.13 mg/kg；T2其次，為240.97 mg/kg；CK最低，為99.95 mg/kg；T1～T4較CK提高132.41%～155.26%；T4顯著高于除T2外的其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。有機質：各處理為28.57～40.95 g/kg，依次為T2>T4>T1>T3>CK，T1～T4較CK提高3.47%～43.33%，T2顯著高于其余處理，CK顯著低于除T3外的其余處理，T1與T3間差異不顯著，二者顯著低于T4。pH：各處理為7.43～7.82，依次為CK>T4>T1>T2>T3，T1～T4較CK降低3.33%～4.99%，CK顯著大于其余處理，其余處理間差異不顯著。

表3 施用不同改良劑設施土壤的肥力與pH

2.3 施用不同改良劑設施土壤的酶活性

從表4可知，不同處理設施土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、過氧化物酶和多酚氧化酶活性的變化。蔗糖酶：各處理為28.40～42.53 mg/g，T2最高，為42.53 mg/g；T4其次，為33.90 mg/g；CK最低，為28.40 mg/g；T1～T4較CK提高10.04%～49.75%；T2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理間差異顯著或不顯著。脲酶：各處理為648.14～1 051.29 μg/g，T2最高，為1 051.29 μg/g；T1其次，為787.70 μg/g；CK最低，為648.14 μg/g；T1～T4較CK提高13.53%～62.20%；T2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。過氧化氫酶：各處理為3.48～5.02 mg/g，T2最高，為5.02 mg/g；T1其次，為4.79 mg/g；CK最低，為3.48 mg/g；T1～T4較CK提高21.26%～44.25%；T2顯著高于除T1外的其余處理，CK顯著低于其余處理，T1與T4、T3與T4差異不顯著。過氧化物酶：各處理為1.64～2.68 U/g，T2最高，為2.68 U/g；T4其次，為2.64 U/g；CK最低，為1.64 U/g；T1～T4較CK提高38.42%～63.41%；CK顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。多酚氧化酶：各處理為1.50～2.62 U/g，T4最高，為2.62 U/g；T1其次，為1.74 U/g；CK最低，為1.50 U/g；T1～T4較CK提高5.33%～74.67%；T4顯著高于其余處理，CK、T2、T3間和T1與T2間差異不顯著。表明，不同改良劑均可提高土壤酶活性，減緩土壤質量的退化速度。

表4 施用不同改良劑設施土壤的酶活性

2.4 施用不同改良劑設施土壤的微生物量碳/氮含量及碳氮比

從表5看出，不同處理設施土壤微生物量碳/氮的含量及碳氮比的變化。微生物量碳：各處理為34.88～67.37 mg/kg，T2最高，為67.37 mg/kg；T1其次，為48.00 mg/kg；CK最低，為34.88 mg/kg；T1～T4較CK提高18.66%～93.15%；T2顯著高于其余處理，CK、T3、T4間和T1、T3、T4間差異不顯著。微生物量氮：各處理為134.19～282.28 mg/kg，T2最高，為282.28 mg/kg；T1其次，為192.34 mg/kg；CK最低，為134.19 mg/kg；T1～T4較CK提高32.62%～110.36%；T2顯著高于其余處理，CK顯著低于其余處理，其余處理間差異不顯著。碳氮比：各處理為3.95～4.59，T4最高，為4.59；T2其次，為4.27；CK最低，為3.95；T1～T4較CK提高1.77%～16.20%；各處理間差異均不顯著。

表5 施用不同改良劑設施土壤的微生物量碳/氮含量及碳氮比

3 討論

3.1 施用不同改良劑對設施土壤理化性質的影響

設施栽培實現了傳統露天栽培向現代設施栽培生產方式的轉變，且隨著規模化和集約化設施栽培的發展，土壤質量惡化問題日益突出，而土壤改良劑是克服連作障礙有效途徑之一，具有安全、生態和環保等優點[16]。設施土壤次生鹽漬化的鹽分(主要有硫酸根離子、鈣離子和硝酸根離子，此外還有氯離子、碳酸根離子、鎂離子、鉀離子和鈉離子等)對設施土壤的質量影響較大[17]。設施土壤改良的目的是降低土壤鹽基離子對作物的危害、培肥土壤、提高土壤肥力，從而提高作物產量[18]。設施土壤陽離子和陰離子含量過多，易產生離子拮抗和土壤鹽漬化危害，引起作物生理干旱和作物生長受到抑制等一系列問題[19]。施用有機肥可改善土壤理化性質、降低土壤酸堿度和土壤全鹽含量，提高土壤有機質和速效氮磷鉀的含量[7]。種植填閑作物可降低土壤速效養分、鹽分離子和EC值，為下茬作物提供養分，有效降低土壤鹽漬化，具有改良設施土壤質量的作用，進而延緩設施土壤質量的衰退[20]。李杰等[21]研究發現，施入腐植酸鉀能提高土壤pH、降低電導率及鹽分含量，有效降低鈣離子和鈉離子。研究結果表明，各處理〔對照(CK)、黃腐酸(T1)、復合微生物肥(T2)、土壤重茬劑(T3)和米糠(T4)〕土壤Na+、K+、Ca2+和Mg2+等陽離子分別為0.56～0.92 g/kg、0.86～1.48 g/kg、1.68～2.16 g/kg和、196.7～248.86 mg/kg，依次為CK>T1>T2>T4>T3、T2>T4>CK>T3>T1、CK>T2>T3>T4>T1和CK>T4>T1>T3>T2，SO42-、Cl-、HCO3-和NO3-等陰離子各處理分別為4.87～7.88 g/kg、725.91～1 294.75 mg/kg、38.53～47.01 mg/kg和359.32～633.57 mg/kg，依次為CK>T2>T3>T4>T1、CK>T3>T2>T1>T4、CK>T3>T1>T2>T4和CK>T2>T3>T4>T1，施用黃腐酸對降低土壤K+、Ca2+、SO42-和NO3-的效果最好。原因可能是腐殖酸功能基解離以及胺基質子化，具有兩性膠體特點，可吸附陰、陽鹽基離子，促進陰陽鹽基離子的下降。另外，腐殖酸上的羧基等功能基可與鉀離子和鈣離子等金屬陽離子結合形成絡合物，其對鈣離子的吸附能力較大[22-23]，所以，施用腐殖酸可有效降低鈣離子的含量。研究結果表明，施用不同改良劑土壤總鹽含量較CK降低19.22%～32.03%，其中，施用黃腐酸土壤含鹽量較CK降低32.03%。原因可能是黃腐酸可改善土壤的基本理化性質，且其含有的酸性物質可加速溶解陰離子[24]。

速效氮磷鉀是土壤養分的重要組成成分，也是植物生長所需物質。隨著種植年限的延長，設施土壤的氮磷鉀有效養分減少，而NO3-和SO42-等有害離子大量集聚，致使土壤養分不均衡[25]。微生物菌劑含有大量的有機質和有益微生物，既可提高土壤有益微生物的活性，又可促進有機質的釋放，改變土壤的理化結構，如土壤容重降低，土壤三相比中的氣相占比增大，土壤孔隙度增加，從而使其通氣性增強[26]。逄煥成等[27]研究表明，施用微生物菌劑，土壤含鹽量降低9.8%，速效磷、速效鉀、有機質含量增加，平衡土壤酸堿性，降低土壤容重，增加土壤透氣性和微生物數量。張緒美等[28]研究表明，微生物菌劑及其代謝產物可活化土壤，使其土壤中被固定的離子被活化釋放出來，土壤有效養分含量提高，土壤酸堿性更趨平衡。研究結果表明，不同處理設施土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質的含量分別為208.89～328.49 mg/kg、39.36～58.44 mg/kg、99.95～255.13 mg/kg和28.57～40.95 g/kg，各改良劑處理較CK分別提高5.70%～57.26%、16.01%～47.48%、132.41%～155.26%和3.47%～43.33%，不同處理設施土壤pH為7.43～7.82，各改良劑處理較CK降低3.33%～4.99%。其中，施用復合微生物肥與張緒美等[28]的研究結果相近。

3.2 施用不同改良劑對設施土壤酶活性及微生物量碳/氮含量的影響

土壤酶主要來源于動植物殘體及其土壤分泌物，是一種生物活性物質，是土壤生物質量的重要指標[29]。土壤酶促作用是有機質和養分轉化的重要驅動力，影響土壤養分的有效性和利用率[30]。陸利民等[31]研究發現，松壤和木霉菌劑2種土壤改良劑均可提高脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、纖維素酶和過氧化氫酶活性。研究結果表明，不同處理設施土壤蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、過氧化物酶的活性均以T2最高，分別為42.53 mg/g、1 051.29 μg/g、5.02 mg/g、2.68 U/g，CK最低，分別為28.40 mg/g、648.14 μg/g、3.48 mg/g、1.64 U/g，表明，不同改良劑均可提高土壤酶活性，減緩土壤質量的衰退速度。與王濤等[32]在黃瓜連作土壤上的研究結果一致，與舒秀麗等[33]不同土壤改良劑在西洋參土壤酶活性的變化趨勢不同。可能是施用土壤改良劑后，土壤中微生物繁殖代謝所需碳、氮源增加及代謝環境得到改善有關。

土壤微生物量碳氮可直接或間接反映土壤肥力的變化[34]。施用中藥渣生物有機肥可增加黃壤微生物量碳和微生物量氮含量，其中，土壤微生物量碳含量隨施用比例的增加而顯著提高，土壤微生物量氮含量則隨著施用比例的增加呈先逐漸增加后降低的趨勢[35]。研究結果表明，不同處理設施土壤微生物量碳和生物量氮含量均以T2最高，分別為67.37 mg/kg和282.28 mg/kg，CK最低，分別為34.88 mg/kg和134.19 mg/kg，T1～T4較CK分別提高18.66%～93.15%和32.62%～110.36%；碳氮比T4最高，為4.59，CK最低，為3.95，T1～T4較CK提高1.77%～16.20%。原因是有機物料還田后直接增加微生物活動所需的碳源和氮源，促進微生物生物量的增長，且施用有機物料還可改善土壤的理化性質，提高微生物的活性和生物量[36-37]。

4 結論

施用不同改良劑土壤陽離子、陰離子和總鹽含量量均較CK降低，其中，黃腐酸對降低土壤K+、Ca2+、SO42-、NO3-和總鹽含量的效果最好，土壤重茬劑對降低Na+含量的效果較好，復合微生物肥對降低Mg2+含量的效果最佳，米糠對降低Cl-和HCO3-含量的效果最佳；堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質均較CK提高，pH均較CK降低，蔗糖酶、脲酶、過氧化氫酶、過氧化物酶和多酚氧化酶活性均較CK提高，微生物量碳和生物量氮含量均較CK提高。總體看，腐殖酸和復合微生物肥在設施退化土壤的改良效果較好，可減緩其質量的退化速度。