改良劑與微生物菌劑聯合施用對鹽堿地土壤和耐鹽植物的影響

汪立梅， 桂 丕， 李化山， 裴福云， 王茜徵， 江亞雄， 葉宇軒

(1.深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東深圳 518000； 2.廣東省深圳市福田區環境保護和水務局，廣東深圳 518000

耕地是我國最為寶貴的資源，牢牢守住耕地紅線是新形勢下糧食安全新戰略的重要環節。我國鹽堿地約有3.5×107hm2，其中濱海鹽堿地1 400萬hm2，約占全國鹽堿地的40%[1]。鹽堿土土壤結構差、pH值和含鹽量高、肥力缺乏的特點，使得植物難以生長，嚴重制約了濱海特色農業園區和濕地公園的建設。如何開發和利用好濱海地區的鹽堿地成為制約當地經濟發展的一大難題。

當前應用于鹽堿地的改良技術主要有灌溉排水、膜覆蓋、添加改良劑等措施[2-4]。客土、灌溉排水等工程措施由于投資大、成本高、易反復，難以大面積推廣。而土壤改良劑由于高效、經濟、方便的特點已在鹽堿地改良中被廣泛應用。相關研究表明，施用鈣改良劑(如磷石膏、氯化鈣等)能通過降低鹽堿土中交換性鈉離子(Na+)含量進而有效降低堿化土的pH值和堿化度[5-7]。施用酸性物質(如腐殖酸、風化煤等)能與鹽堿土的堿性中和，并與一些難溶鹽等形成絡合物，以改善土壤理化性質[8-9]。聚合有機改良劑能增大土壤總孔隙度，降低容重，加速排鹽效果[10]，并且幾種改良劑聯合配施的效果要優于單一施用。近年來，微生物菌劑在改良鹽堿地中的應用已成為研究熱點[11-13]。逄煥成等研究表明，施用微生物菌劑能有效降低鹽堿土的pH值和全鹽量，并通過增加土壤的有機質含量，達到增產效果[14]。鹽堿土改良的核心是通過改變土壤膠體吸附的陽離子組成，降低土壤的全鹽量，而目前微生物菌劑的研究主要集中在單一應用中，但無法達到這一效果。本研究旨在通過盆栽試驗探索組合改良劑與微生物菌劑聯用對濱海鹽堿地的改良效果，以期為濱海鹽堿地的改良研究提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自廣東省珠海市金灣區紅旗鎮八一社區和天津市濱海新區南港工業區海岸線，土壤樣品均分層(0～20、20～50、50～80 cm)取樣，試驗過程保持原土層結構。土壤樣品的基本理化性質：珠海土樣pH值為7.75，電導率為 2 543 μS/cm，全鹽量為0.92%，有機質含量為6.15 g/kg，有效磷含量為17.24 mg/kg，速效鉀含量為0.57 mg/kg。天津土樣pH值為8.20，電導率為6 248 μS/cm，全鹽量為2.33%，有機質含量為15.56 g/kg，有效磷含量為21.35 mg/kg，速效鉀含量為 1.07 mg/kg。

鹽堿土改良材料包括磷石膏、聚丙烯酰胺、園林廢棄物腐熟二次料、微生物菌劑。其中，磷石膏由江蘇省南京市秦淮區捷發礦粉廠提供；聚丙烯酰胺，陰離子型，分子量800萬，水解度15%～30%，由河南淼森環保科技有限公司提供；園林廢棄物有機肥，主要由腐熟的園林植物廢棄物構成，由筆者所在公司肥料廠提供；微生物菌劑耐鹽短桿菌，由筆者所在實驗室篩選培育擴繁，叢枝菌根真菌由深圳市園林科學研究所提供。供試植株為腎蕨與鳶尾。

1.2 試驗設計與步驟

1.2.1 試驗設計 本試驗選用的改良劑為前期土壤培養試驗篩選出的，對濱海鹽堿土具有較佳改良效果的A及B，配方見表1。微生物菌劑(以J表示)為耐鹽短桿菌菌液(按 5 mL/kg 施加)和叢枝菌根真菌基質載體(按叢枝菌根真菌基質載體與土壤的體積質量比 1 mL ∶10 g 比例添加)。每盆土壤6 kg，分別添加尿素2 g、過磷酸鈣3.4 g、硫酸鉀1.8 g，以尿素補充氮肥，過磷酸鈣、硫酸鉀補充磷和鉀。每個處理設3個重復，每盆種植3株植物。試驗于2016年8月21日至11月3日在深圳市綠化處樹枝粉碎廠進行。2016年8月23日進行耐鹽堿植物種植，并采集初期土壤樣品；2016年11月3日進行收割， 同時采集末期土壤樣品。種植后第1次澆灌量為每盆300 mL，后視天氣狀況而定，每隔2～3 d澆水1次，每次約200 mL，直至試驗結束，試驗周期為70 d。

表1 復合改良劑與2種植物集成土壤改良技術試驗設計

1.2.2 測定項目與方法 使用取土器每盆取3個點，裝盆后進行第1次采樣，試驗結束時進行第2次采樣。將采集的土樣自然風干，過2 mm篩后，裝入塑料袋密封保存，用于測定土壤各種指標。土壤pH值用pHs-2C型數字酸度計測定，按水土比5 mL ∶1 g的方式浸提。土壤電導率用DDS-11A型電導率儀測定，按水土比=5 mL ∶1 g方式浸提。陽離子交換量(CEC)采用氯化鋇-硫酸強迫交換法測定。土壤全鹽量參考朱曉濤等的方法[15]進行測定。植株收割前用SPDA-502型葉綠素儀測定葉綠素含量，用卷尺測定株高、冠幅，后齊土剪下，殺青烘干、稱質量，測定其生物量。

1.2.3 統計方法 試驗數據采用Excel 2007、SAS 9.0進行統計分析，多重比較采用Duncan’s法(α=0.05)。

2 結果與分析

2.1 耐鹽植物生長發育的影響

由圖1可看出，添加4種組合改良劑均能不同程度地增加耐鹽植物的生物量，促進效果因耐鹽植物品種不同而不同，總體表現為BJ>AJ>B>A。種植腎蕨處理中，珠海鹽堿地BJ處理生物量比CK、B處理分別增加18.14%、7.16%；天津鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加20.87%、10.17%。種植鳶尾處理中，珠海鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加22.17%、9.22%；天津鹽堿地BJ處理生物量較CK、B處理分別增加19.48%、8.29%。由此可見，菌劑與改良劑聯合使用對促進耐鹽植物的生長有更好的效果。

由表2可知，各處理間冠幅、株高的規律與生物量規律大致相似。添加4種組合改良劑均能增加不耐鹽植物的冠幅與株高，并且改良劑和添加菌劑聯合施用的處理效果更好。BJ處理珠海鹽堿地種植腎蕨的冠幅、株高較CK處理分別顯著增加17.31%、15.90%；BJ處理天津鹽堿地種植鳶尾的冠幅、株高較CK處理分別顯著增加45.84%、25.89%。

表2 不同改良劑處理對珠海、天津鹽堿土耐鹽植株冠幅、株高的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

由圖2可以看出，施加4種改良劑均能顯著增加腎蕨與鳶尾葉片的葉綠素含量，并且同樣以BJ處理效果最佳。種植腎蕨的處理當中，珠海鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加18.44%、5.41%；天津鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加8.65%、6.87%。種植鳶尾處理中，珠海鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加25.36%、3.71%；天津鹽堿地BJ處理葉綠素含量比CK、B處理分別增加24.48%、3.23%。

2.2 對鹽堿土鹽分指標影響

2.2.1 土壤電導率 土壤電導率(EC)反映的是土壤陰陽離子的總含量，也是表征土壤混合鹽分含量狀況最為直觀的指標。由圖3、圖4可知，種植2種耐鹽植物后，鹽堿土的電導率隨著改良時間的增加而降低，同樣添加4種組合改良劑均能一定程度地降低鹽堿土的電導率， 并且添加菌劑處理的電導率降幅更大。

珠海鹽堿地種植鳶尾70 d后，BJ處理末期的土壤電導率比BJ初期、CK末期、B處理末期分別降低31.14%、21.06%、9.83%。天津鹽堿地種植腎蕨70 d后，BJ處理末期的土壤電導率比BJ初期、CK末期、B處理末期分別降低 18.33%、16.31%、5.35%。可見，向土壤中添加微生物菌劑可使土壤微生物活性增強，進而使電導率值下降。

2.2.2 土壤全鹽量 鹽分含量高會抑制植物生長，可溶性鈉鹽在土壤表層聚集是鹽漬化土壤最明顯的特性。由表3可知，施用改良劑后，種植2種耐鹽植物的各處理土壤全鹽量與CK相比均有不同程度的降低，不同組合改良劑間BJ處理全鹽量的降幅最大。其中，珠海土壤改良初期鹽漬化程度為中度，天津土壤則為鹽土(土壤全鹽含量大于1%)。珠海鹽堿地種植鳶尾70 d后，BJ處理末期與初期相比土壤的全鹽量降幅為30.23%；與CK處理末期相比，降幅為17.81%。天津鹽堿地種植腎蕨70 d后，BJ處理末期與初期相比土壤的全鹽量降幅為16.76%，與CK處理末期相比降幅為14.92%。

通過施入4種組合的改良劑改善了土壤的環境特征，使土壤堅實度提高，土壤團聚體增加。這有利于減少土壤表面的水分蒸發，從而減少鹽離子在表面的聚集，使含鹽量降低。另外，耐鹽植物的種植也有利于對土壤表層鹽分的吸收。

2.2.3 土壤陽離子交換量 土壤陽離子交換量是土壤的基本特性，也是重要的肥力影響因素之一，它直接反映了土壤保蓄、供應和緩沖陽離子(Na+、K+)的能力，同時也對其他的土壤理化性質有影響。因此，CEC常被作為土壤質量的評價指標和土壤施肥、改良的重要依據。由表4可知，添加4種改良劑均能增加各處理的土壤陽離子交換量，且添加菌劑處理的增幅更大，2種植物間土壤陽離子交換量沒有明顯差異。從整體增幅上看，BJ處理效果最佳。珠海鹽堿地種鳶尾處理中，BJ處理末期土壤陽離子交換量比初期增加了32.72%，與CK處理相比增幅為45.01%，與單施改良劑處理(B)相比增幅為14.15%。天津鹽堿地種植腎蕨處理中，BJ處理末期土壤陽離子交換量比初期增加了10.23%，與CK處理相比增幅為 9.92%，與單施用改良劑處理(B)相比增幅為3.07%。

表3 不同改良劑處理對珠海、天津鹽堿土全鹽量的影響

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)。下同。

表4 不同改良劑處理對珠海鹽堿土CEC的影響

2.3 對鹽堿土養分指標的影響

土壤有機質是土壤中各種營養元素的重要來源，是植物生長的必要能源，對土壤理化性質具有重要的影響。土壤有機質能夠分解各種有機酸，活化土壤溶液中的離子，有利于離子代換，釋放養分，因此土壤有機質含量是評價土壤肥力的核心內容。由圖5可知，添加4種組合改良劑均能顯著增加珠海、天津濱海鹽堿土的有機質含量。珠海鹽堿地種植腎蕨處理中，BJ處理末期土壤有機質含量與CK相比，增加了2.41倍；與B處理差異不顯著。天津鹽堿地種植鳶尾處理中，AJ處理末期土壤有機質含量與CK相比增加了2.10倍，比A處理增加了4.93%。聯合改良劑中含有腐熟的二次料，提高了土壤的有機質含量，菌劑的加入也能促使土壤微生物大量繁殖，促進土壤有機質的釋放。有機質的增加不僅能改善土壤理化結構，而且能增加土壤團聚粒，改善土壤肥沃度。

從表5可以看出，添加2種組合改良劑及菌劑均能提高鹽堿土有效磷、速效鉀含量。聯合施用與單一施用的處理對末期土壤有效磷、速效鉀含量的影響無明顯規律。對于末期土壤有效磷含量，天津鹽堿地聯合施用處理均高于單一施用處理；而珠海鹽堿地BJ處理有效磷含量低于B處理。對于末期土壤速效鉀含量，珠海鹽堿地聯合處理均低于單一處理，天津鹽堿地B、BJ處理均高于CK。各處理有效磷、速效鉀含量變化規律不一致，可能是由于添加的菌劑活化了改良劑中磷石膏的鈣離子，使其置換出土壤中更多的鉀離子被植物吸收。

表5 不同改良劑處理對鹽堿土末期有效磷、速效鉀含量的影響 mg/kg

3 討論與結論

3.1 組合改良劑與微生物菌劑聯動對鹽堿土的改良作用

本研究中的組合改良劑含有的磷石膏，可以通過陽離子交換改變鹽堿土的離子組成，進而降低土壤的全鹽量和堿化度；聚丙烯酰胺能通過改善土壤的物理性狀，增強土壤的保水保肥能力，對肥料有吸附和釋放作用。但兩者均存在著成本高、效果單一的缺陷。添加微生物菌劑，有助于改善土壤的理化性質，增加土壤孔隙度，加快園林廢棄物有機質的分解產生各種有機酸，調節土壤中的離子平衡，同時，活化土壤中的鈣、鎂離子，使其置換出土壤中的鈉離子，從而使得鹽分降低[16-17]。同時，添加的菌劑中含有耐鹽短桿菌，這是一種能在含鹽量較高的土壤中存活的細菌，它能提高植物的耐鹽性，使作物免受鹽毒害[18]。因此，微生物菌劑與2種組合改良劑的聯合施用與單一施用組合改良劑相比效果更佳，這主要是改良劑與菌劑間相互作用的結果。

3.2 組合改良劑與微生物聯合施用對耐鹽植物生長的影響

鹽脅迫威脅著植物產量、蛋白質合成、光合作用及能量代謝[19]。對于濱海鹽堿地改良，生物改良措施尤其是篩選并種植耐鹽堿植物是行之有效的方法[20-21]。鳶尾與腎蕨均是園林綠化中應用較廣的植物，兩者有較強的耐鹽堿性。本研究結合2個濱海鹽堿地，應用腎蕨與鳶尾，聯合2種組合改良劑跟菌劑施用，結果表明，在濱海鹽堿地種植腎蕨、鳶尾均能有效地促進土壤脫鹽，并且脫鹽效果為鳶尾大于腎蕨；對于天津鹽堿土，CK、BJ處理種植鳶尾末期的土壤全鹽量較腎蕨處理分別降低5.51%、8.44%。前人關于單一添加菌劑對作物和耐鹽堿綠化植物的影響研究較多，如添加微生物菌劑能增加玉米、紫花苜蓿、食葵等的生物量[22-24]；但關于改良劑與菌劑聯用對耐鹽作物生長的影響研究較少。王金滿等通過室內短期灌溉淋洗試驗表明，磷石膏與微生物菌劑聯合施用對鹽堿土有較好的改良效果[25]。本試驗表明，添加2種改良劑與菌劑聯用均能提高腎蕨、鳶尾的葉綠素含量、冠幅、株高和生物量。原因可能是菌劑的加入改善了土壤結構，降低了土壤容重，顯著增加了土壤有機質和養分含量，從而改變了耐鹽堿植物的根系環境，提高其耐鹽堿能力，促進了植株生長發育[26]。

3.3 組合改良劑與微生物菌劑聯用對鹽堿土肥力指標的影響

本試驗結果表明，施用改良劑和菌劑均能在一定程度上提高濱海鹽堿土的有機質、有效磷、速效鉀含量，但其效果因耐鹽堿植物和鹽堿土而異。土壤中添加的微生物菌劑能與組合改良劑相互作用，促使土壤釋放有機質，從而在一定程度上補充土壤有機質，使末期土壤有機質含量升高，同時也促進有效態氮、磷、鉀的釋放，起到培土增肥的作用[27-28]。土壤肥力的增加會促進耐鹽植物的生長，植物生長會帶走一部分養分，土壤肥力系統的相互影響會導致試驗處理存在規律差異。