土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用對小油菜連作障礙土壤的修復

王貽蓮，黃鼎立，魏艷麗 ，李紅梅 ，楊合同，李紀順*

(1.齊魯工業大學(山東省科學院) 山東省科學院生態研究所 山東省應用微生物重點實驗室，山東 濟南 250103；2.威海益豐農業科技有限公司，山東 威海 264200)

設施蔬菜因多年連作，作物根系吸收養分單一，造成土壤養分失衡，而種植者為謀求短期的高效益，常大量施用化肥，使土壤中積累大量的氮磷養分，導致土壤酸化及次生鹽漬化[1-2]。 在當前的蔬菜生產中，土壤酸化及次生鹽漬化是主要的問題，已成為制約設施蔬菜生產的主要障礙因子[2-3]。

正常情況下，土壤pH在5.5～7.5范圍內，作物能正常生長，過酸或強酸均會影響作物根系對土壤養分的吸收利用[4]。當土壤 pH< 5.5 時，會影響作物對土壤中有效氮及磷的利用，造成產量下降[5]。調查顯示，山東、江蘇兩省設施土壤的鹽漬化程度最為嚴重，設施菜田40%～89%的土壤含鹽量超過了蔬菜正常生長的臨界濃度(電導率>0.50 mS/cm)[6-8]。在長江中下游地區，長期種植葉菜的大棚土壤次生鹽漬化和酸化面積達到種植面積的 40% 以上，已嚴重影響了葉菜的產量和品質[9]。在威海益豐農業科技有限公司種植基地，土壤酸化嚴重，大部分棚內土壤 pH<5.5，酸化嚴重的棚內土壤 pH<4.5(極強酸性)；電導率在500～2 100 μS/cm，嚴重地塊的土壤電導率在4 000 μS/cm左右，葉菜根腐病發生嚴重，嚴重制約葉菜的安全生產。

小油菜(BrassicachinensisL.)是我國種植面積及范圍最廣的蔬菜品種之一[10]，在葉菜中屬于較耐鹽蔬菜，在弱酸性或中性土壤中能忍受0.20%～0.26% 的鹽而正常生長。前期研究發現，土壤pH <4.5，電導率≥1 176 μS/cm，小油菜葉部鹽害表現明顯；pH <5.0，電導率≥1 500 μS/cm，小油菜不能正常生長。因此，葉菜的生產急需安全、有效和可持續的土壤改良措施。

國內外對土壤酸化、次生鹽漬化及其改良已經開展了廣泛的研究，目前，施用土壤改良劑是采用最多的改良方法[5]。然而，土壤改良劑多為化學和礦物類無機調理劑，對于快速提高土壤 pH 效果顯著，但不能有效改善土壤生物學性狀[11]，為彌補這項不足，探尋葉菜在連作障礙土壤中的安全生產措施，本研究嘗試將土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用，旨在復合修復緩解葉菜障礙土壤對小油菜生產的限制影響，探索聯合修復對連作障礙土壤的修復作用，以期為葉菜的安全生產提供參考，為農業可持續發展提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小油菜(上海常豐種苗有限公司黑葉五月慢青菜)，土壤調理劑(濟南澳利新型肥料有限公司)，復合肥(河南心連心化學工業集團股份有限公司)，有機肥I(濟南澳利新型肥料有限公司肥星?有機肥)，有機肥II(威海振威畜禽有限公司山壯?有機肥)，有機肥III(山東億豐源生物科技股份有限公司億豊園?有機肥)，木霉LTR-2菌劑(山東省科學院生態研究所中試產品)。

1.2 試驗設計

試驗分別于2021年3月9日—5月29日和9月23日—11月25日在威海益豐農業科技有限公司16號試驗大棚內(pH范圍為3.91～4.50，電導率范圍為660～6 813.5 μS/cm)進行。其中，3月9日—5月29日試驗共設3個處理，其中A處理為CK：有機肥II+復合肥；B處理：土壤調理劑+有機肥I+復合肥；C處理：土壤調理劑+有機肥I+復合肥+木霉LTR-2。每處理設3次重復，隨機排列，每小區面積20 m2(2 m×10 m)。具體實施是于3月9日按7 500 kg /hm2用量撒施土壤調理劑，然后旋耕(深度約 20 cm)、整地、噴水保濕。于3月20日分別按有機肥II ( 1 500 kg / hm2)、有機肥I(6 000 kg / hm2)、木霉菌劑(75 kg / hm2)和復合肥(450 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、劃分試驗區。同時在施肥前后分別多點混合采集小區土壤樣品，進行風干、過篩后，用于測定pH、電導率、有機質及氮、磷、鉀養分含量； 3月21日播種， 5月29日進行病害調查和產量測定，同時采集小區土壤樣品，用于測定pH、電導率、有機質及氮、磷、鉀養分含量。9月23日～11月25日的減肥試驗共設6個處理，分別為A′處理：常規處理CK (有機肥III+復合肥)；B′處理：有機肥I；C′處理：有機肥I+木霉LTR-2；D′處理：有機肥I+LTR-2+1/3復合肥(150 kg/ hm2)；E′處理：有機肥I+LTR-2+2/3復合肥(300 kg/hm2),以不做任何處理為空白對照，每處理設3次重復，隨機排列，每小區面積20 m2(2 m×10 m)。具體實施是于9月23日分別按有機肥III( 1 500 kg / hm2)、有機肥I(6 000 kg / hm2)、木霉LTR-2 (75 kg / hm2)和復合肥(0～300 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、劃分試驗區。同時取土樣測定pH和電導率。9月24日播種，11月25日進行產量測定，同時采集土壤樣品，測定 pH 和電導率。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤理化性質檢測

1. 3.1.1 土壤樣品前處理

土壤充分自然風干，用孔徑0.85 mm篩子過篩備用。

1.3.1.2 土壤pH和電導率的測定

1.3.1.3 土壤養分指標檢測

土壤養分指標包括有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。全氮采用半微量開氏法測定，全磷用HCLO4-H2SO4法測定，全鉀用氫氧化鈉熔融法測定；有機質用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定；堿解氮用氫氧化鈉-硼酸-標準酸滴定測定；土壤速效磷用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測定；土壤速效鉀用1 mol/L乙酸銨溶液浸提-火焰光度計測定。

1.3.1.4 小油菜發病率及產量測定

按照長1 m、寬2 m隨機取三方進行測產，并隨機挑取10棵小油菜進行病害調查。小油菜產量以凈菜(進超市標準)產量為準。

病株率=發病株數/10×100%；

防效=(常規對照組病株率-處理組病株率)/常規對照組病株率×100%；

增產率=(處理組畝凈菜鮮重-對照組畝凈菜鮮重)/對照組畝凈菜鮮重×100%。

1.3.1.5 數據處理

利用SPSS 19.0對數據進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 土壤調理劑聯合木霉LTR-2對土壤pH、電導率及小油菜發病率和產量的影響

土壤調理劑聯合木霉LTR-2對土壤pH、電導率及小油菜發病率和產量的影響結果詳見表1。由表1可知，經7 500 kg /hm2土壤調理劑處理后，土壤pH由4.50變為6.95；電導率由675.10下降至519.70 μS/cm。施用肥料和菌劑后，B(土壤調理劑+有機肥I+復合肥)處理和C(土壤調理劑+有機肥I+LTR-2+復合肥)處理組，土壤pH由6.95分別降至6.43和6.57，分別下降0.52和0.38；電導率分別升至1 011.43和959.47 μS/cm，經一茬種植后，pH降為6.06和6.26，電導率下降至955.70和863.43 μS/cm，均高于施肥前的519.7 μS/cm。與常規處理A(有機肥II+復合肥)相比，不論小油菜種植前后，B處理和C處理組中土壤pH和電導率均有升高，且存在顯著差異；B處理和C處理對油菜根腐病的防效分別為65.39%和80.77%；畝凈菜產量分別為1 392.36和1 459.06 kg，增產率分別為27.48%和33.59%。

表1 不同處理對土壤pH、電導率及小油菜發病率和產量的影響

2.2 小油菜種植對不同處理中土壤養分的影響

小油菜種植對不同處理中土壤養分的影響結果詳見表2。由表2可知，A(有機肥II+復合肥)處理種植一茬油菜后，土壤有機質、有效磷、速效鉀、堿解氮、全氮均有不同程度的消耗，僅全鉀含量不降反增；B(土壤調理劑+有機肥I+復合肥)處理種植一茬油菜后，僅有機質和全磷有消耗，有效磷、速效鉀、堿解氮、全氮和全鉀含量均增加，表明氮、磷、鉀均過剩；C(土壤調理劑+有機肥I+LTR-2+復合肥)處理，土壤有機質、有效磷、速效鉀、堿解氮、全氮、全磷、全鉀均有不同程度的消耗。C處理和B處理相比，土壤各養分含量正消耗明顯提高。根據菜園土壤有效大中元素豐缺狀況分級，適宜蔬菜生長的有效磷含量為60～90 mg/kg，速效鉀含量為160～240 mg/kg、堿解氮含量為200～300 mg/kg[12-15]，A處理收獲時有效磷為96.80 mg/kg，B處理收獲時速效鉀和堿解氮分別為259和366 mg/kg，C處理收獲時堿解氮為313 mg/kg，表明A、B、C三個處理土壤速效養分均有不同程度的過剩累積。因為養分積累有可能是肥料施用過量導致，因此設計減肥試驗，進一步探討有利于菜地土壤養分均衡的施肥措施。

表2 小油菜種植對不同處理中土壤養分的影響

2.3 小油菜種植減肥試驗

小油菜種植減肥試驗結果詳見表3。由表3可知，在小油菜種植前，試驗設計組(B′、 C′、 D′、 E′)土壤pH在6.34～6.50，電導率在1 300.47～1 759.43 μS/cm；空白及常規處理組土壤pH均<5.0，電導率>1 596.9 μS/cm。收獲時，試驗設計組土壤pH在6.32～6.64，電導率在632.7～1 104.1 μS/cm，pH和電導率均在下一茬小油菜種植的適宜生長范圍。

表3 小油菜種植減肥試驗

小油菜凈菜產量分別為1 172～1 656 kg/畝(1畝=666.67 m2)，與空白對照比，常規處理A′(有機肥III+復合肥)組增產率為29.27%；B′(有機肥I)處理組增產率為28.58%；C′(有機肥I+木霉LTR-2)處理組，增產率為29.78%；D′(有機肥I+LTR-2+1/3復合肥)處理組，增產率為41.30%；E′(有機肥I+LTR-2+2/3復合肥)處理組，增產率為28.58%。與常規處理A′組比，C′處理組在不施復合肥的情況下，增產率為0.4%；D′處理組在減施復合肥66.67%的情況下，增產率為9.31%。

3 討論

目前，設施蔬菜土壤連作障礙問題日益突出。不同地區和作物間連作障礙因子各不相同，本研究中小油菜連作障礙因子主要是土壤酸化、次生鹽漬化和根腐病。針對以上問題，本文研究了土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用對小油菜連作土壤的修復作用。研究結果顯示，土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用，提高了小油菜連作障礙土壤的pH，增強了油菜根腐病的防治效果，促進了土壤有機質和氮、磷、鉀的循環利用，提高了小油菜的生物量。

土壤pH是評價土壤肥力的指標之一[4]，土壤酸化影響作物的生長，降低作物生物量。小油菜對土壤pH的要求為5～8，pH 5.5～6.7最適宜小油菜的生長。本研究結果顯示，經7 500 kg /hm2土壤調理劑處理后，土壤pH由4.50升至6.95，施用肥料和菌劑后，B(土壤調理劑+有機肥I+復合肥)處理和C(土壤調理劑+有機肥I+LTR-2+復合肥)處理組中土壤pH分別降至6.43和6.57，收獲時pH分別為6.06和6.26，種植前后，土壤pH均適于小油菜的生長；下茬種植后，土壤調理劑處理區土壤pH在6.32～6.64范圍，仍適合小油菜的下茬種植。研究表明使用土壤調理劑(7 500 kg /hm2)處理小油菜連作障礙土壤一次，土壤pH至少能適合三茬小油菜的種植需求。

次生鹽漬化土壤含鹽量與電導率成正相關，電導率過高或過低都會影響作物生長。設施土壤電導率>1 000 μS/cm即會對作物生長有影響，其對作物的影響大小與作物種類及土壤pH均相關。本研究中，土壤pH <5.0，電導率 ≥1 500 μS/cm，小油菜生物量少，畝產1 172 kg；經土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用區，土壤pH>6.0，電導率為632.7～1 471.97 μS/cm，小油菜生物量高，畝產1 656 kg(詳見表3)。土壤調理劑和木霉LTR-2聯合施用既提高了連作障礙土壤的pH，又降低了電導率，保障小油菜在適宜的土壤環境中生長，增加生物量。

土傳病害嚴重影響作物的生長發育，木霉菌對土傳病害的拮抗作用顯著[16]。Ahmed等[17]利用哈茨木霉防治甜椒疫病，牛鑫斌等[18]利用長枝木霉防治油菜根腐病，防效為43.1%。本研究結果顯示，添加木霉LTR-2處理組根腐病防效為80.77%，與對照組比，差異顯著，表明木霉LTR-2能有效防治小油菜根腐病病原菌，緩解根腐病連作障礙。

有益微生物能使根際微生物適度生長以及使土壤酶加快根際土壤有效養分的轉化與儲存，刺激植物根系對養分的吸收，從而促進作物生長并提高產量[19]。本研究結果顯示，添加木霉LTR-2有助于油菜連作土壤有機質和氮、磷、鉀的循環利用，并提高小油菜凈菜產量，增產率為33.59%。

科學施肥是治理土壤酸化及次生鹽漬化的重要措施。研究表明，測土配方施肥可提高肥料利用率，減少化肥使用量，有利于減緩土壤酸化及次生鹽漬化的速度[4]。本研究中小油菜種植對不同處理中土壤養分的影響結果顯示，A處理收獲時有效磷過剩，B處理收獲時速效鉀和堿解氮過剩，C處理收獲時堿解氮過剩，表明A、B、C三個處理速效肥料均有不同程度的過剩累積。為減少土壤中累積的過剩肥料，提高肥料利用率，改善土壤環境，本文繼續進行了小油菜種植減肥試驗，結果顯示，D′處理組，即有機肥I+LTR-2+1/3復合肥處理，在減施復合肥66.67%的情況下，與常規對照A′處理比，增產率為9.31%，；與空白對照比，增產率為41.30%。表明木霉LTR-2有減肥增效作用。

土壤次生鹽漬化一旦形成，就很難徹底修復，主要原因是為使蔬菜高產，在經過一段時間的土壤治理后，在經濟利益的驅使下，種植戶又會過量投肥。實踐中經常會有在連作地塊不施任何肥料，植物仍可以保持旺盛生長的現象[20]。在本研究中發現，施肥后土壤電導率均會升高，為驗證不施肥料是否能正常生產且能降低油菜連作障礙土壤的電導率，在減肥試驗中增設了不施任何肥料的原始空白對照，結果發現，種植后產量明顯受抑制，小油菜生物量最低。

連作障礙土壤的修復作用，不能僅從生物量的多少或土壤理化性狀來做單一評價，應綜合考慮修復評價指標。本研究從土壤pH、電導率、病害防效及增產率幾方面來評價土壤調理劑聯合木霉LTR-2對小油菜連作障礙土壤的修復作用，研究結果表明，土壤pH為5.5～7.0，電導率<1 500 μS/cm，根腐病發生率低于20%，增產率高于27%，即可認為小油菜連作障礙土壤得到良好修復。