玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂对日光温室越冬茬番茄土壤盐及重金属含量的影响

王广印 郭卫丽 王胜楠 陈碧华

摘要：通过大田试验，探讨玉米秸秆、生物菌肥（EM）、土壤调理剂及其配施处理对日光温室越冬茬番茄土壤盐和重金属含量的影响。结果表明，玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂及其配施处理均可使土壤水溶性盐含量下降，尤其是玉米秸秆+土壤调理剂配施处理与对照相比降低24.39%。各试验处理对Na+含量几乎无影响，可使Ca2+、Mg2+和K+浓度降低，尤其是EM处理显著降低Ca2+浓度，而玉米秸秆、玉米秸秆+土壤调理剂和玉米秸秆+EM+土壤调理剂处理显著降低Mg2+和K+浓度。各试验处理对土壤中重金属Mn、Ni和Cr影响不大，处理间无显著差异；但玉米秸秆处理显著降低Pb含量，玉米秸秆处理及玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低Zn、Cd和Cu的含量。日光温室施用鸡粪，除Pb外，Zn、Mn、Cr、Ni、Cd含量均较高，是日光温室土壤重金属污染的主要来源之一。

关键词：玉米秸秆；生物菌肥；土壤调理剂；越冬茬番茄；土壤含盐量；重金属

中图分类号：S151.9+3；X53 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）06-0055-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.06.012

Abstract： The influence of corn straw，bio-bacterial fertilizer（EM） and soil conditioner on soil salt and heavy metals contents were studied in over-winter tomato of the solar greenhouse using a field experiment. The results showed that soil water soluble salt content in all treatments occurred decreased，especially the corn straw+soil conditioner treatment decreased 24.39% compared with the control. All treatments had almost no effect on the content of Na+ and made the contents of Ca2+，Mg2+ and K+ decreased，respectively. Especially the EM treatment significantly decreased the concentration of Ca2+，while three treatments （corn straw，corn straw+soil conditioner and corn straw+EM+soil conditioner） significantly reduced the concentrations of Ca2+，Mg2+ and K+，respectively. All treatments had little effect on heavy metals of Mn，Ni and Cr contents in soil，and shown no significant difference between treatments； While corn straw significantly reduced Pb content，two treatments（corn straw and corn straw+EM+soil conditioner） significantly decreased the contents of Zn，Cd and Cu. The application of chicken manure caused Zn，Mn，Cr，Ni，Cd contents higher except for Pb， respectively，which was one of the main sources of heavy metal soil pollution in solar greenhouse.

Key words： corn straw； bio-bacterial fertilizer； soil conditioner； over-winter tomato； soil salt content； heavy metals

設施栽培已成为中国蔬菜生产的重要方式，栽培面积逐年增加，其在提高蔬菜产量和效益，满足市场需求方面发挥了巨大作用。但设施栽培连作障碍造成的蔬菜减产和效益下降问题已成为目前设施蔬菜栽培的重大问题[1-4]，制约着设施蔬菜的可持续发展。设施蔬菜土壤盐渍化、酸化、板结、重金属污染和土传病害等是最常见的连作障碍问题[5-7]。

玉米秸秆中含有较多营养物质，其分解过程中会缓慢向土壤释放矿物质和有机质，增加土壤养分及土壤微生物数量，土壤质量得到明显改善。国内学者在秸秆覆盖[8，9]、秸秆还田[10，11]、秸秆有机肥改良盐渍化[12，13]、秸秆与化肥配施[13，14]、秸秆与有机肥配施[15-17]、秸秆和氮肥及有机肥配施[18，19]等方面都有不少研究。李尚科等[17]研究不同有机肥用量及秸秆用量对设施栽培次生盐渍化土壤的修复效果，表明有机肥和秸秆的5个处理均能显著降低土壤可溶性盐分，有效改良次生盐渍化土壤。

生物菌肥是由多种微生物所组成的菌群，包括光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、革兰氏阴性放线菌群和发酵系的丝状菌群等，各类微生物都发挥着重要作用[20]。生物菌肥改良盐碱[21]、生物菌肥与无机肥配施[22]等已有报道。马国辉等[23]研究发现，施用生物菌肥能明显降低Pb、Cd、Hg、As及Cr在稻谷中的含量。

土壤调理剂是指加入土壤中用于改善土壤的物理、化学、生物性状的物料，用于改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等[24，25]。前人在土壤调理剂方面研究较多[26-29]，各种土壤调理剂的功效已经被证明[30，31]，在调理剂与氮磷钾配施[32]、调理剂与有机肥配施[33]、调理剂与生物有机肥混合施用[34]、调理剂与微生物功能菌配施[35]等方面也有相关研究。靳辉勇等[36]通过田间试验发现，硅酸盐土壤调理剂可以明显增加土壤pH，有效降低了土壤Cd活性及红菜薹、小白菜、雪里蕻和莴笋4种蔬菜对Cd的累积量。

综上所述，秸秆、生物菌肥和土壤调理剂单施或两种配施，或与化肥、有机肥等配施的报道较多，但这3种肥料的配施对日光温室越冬茬番茄土壤盐和重金属影响方面的研究较少。因此，本研究通过大田试验，研究玉米秸秆、土壤调理剂和生物菌肥及其配施对日光温室越冬茬番茄土壤盐和土壤重金属含量的影响，旨在为优化设施蔬菜连作障碍缓解技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

番茄品种为金棚8号，由西安金鹏种苗有限公司生产。玉米秸秆由当地农民提供。生物菌肥（简称EM）为液体型，有效活菌数≥2.0亿个/mL，由山西省临汾市尧都区汾河氨基酸厂生产。土壤调理剂（中微量元素甚高，其中含有丰富的硅、钙、镁、亚铁、锰等二价阳离子）由陕西赛众生物科技有限公司生产。鸡粪，施用前腐熟3个月，由当地某养鸡场提供。

1.2 方法

试验在卫辉市某高效农业示范园日光温室内进行。该温室番茄连作达19年，有机肥以鸡粪为主。番茄于2015年10月4日穴盘育苗，2015年11月12日定植，采用双行栽培，株行距为34 cm×65 cm；每小区（畦）面积7.56 m2，每小区（畦）栽植36株。

田间试验共设6个处理：T1，玉米秸秆；T2，土壤调理剂；T3，EM；T4，玉米秸秆+土壤调理剂；T5，玉米秸秆+EM+土壤调理剂；T6，对照（只施底肥和追肥）。每个处理设3次重复，各处理在田间采用随机区组排列，并設有保护行。温室底肥施腐熟鸡粪（湿）（至少腐熟3个月）105 000 kg/hm2。土壤调理剂于定植前普施入处理区土壤，浅翻土壤10 cm拌匀，用量3 000 kg/hm2。当年新玉米秸秆用粉碎机铡成3 cm长段后，混施入处理区0～20 cm的土层中，用量7 500 kg/hm2。EM分别于番茄定植后、始花期、结果期顺水冲施到各处理区沟内，每次用量为60 030 mg/hm2。生长期其他追肥均按照温室越冬茬番茄常规管理进行。当植株高30 cm时吊蔓，结6层果打顶。

鸡粪于施肥前取样，样品预处理后用Optima 2100DV电感耦合等离子体-原子发射光谱仪（美国Perkin Elmer公司）测定重金属含量[37]。

2016年3月27日，采收各处理区番茄第二层果实时，采取土壤样品，测定土壤中盐离子和重金属的含量。取样采用“S”形多点（20点）混合法，在耕层（0～20 cm）取土样，每个点土样充分混合后按照四分法留取1 kg左右，装入聚乙烯塑料袋，标记密封，带回实验室置于室内通风阴凉处风干，用玛瑙研钵研磨后依次过直径2 mm和1 mm土壤筛，分别保存于聚乙烯袋中，用于各项化学指标的测定[38]。

土壤样品预处理后，用Optima 2100DV电感耦合等离子体-原子发射光谱仪（美国Perkin Elmer公司）测定土壤盐离子和重金属含量[37]。土壤水溶性盐总量用电导法进行测定，然后用标准曲线法计算土壤全盐量[38]。

1.3 统计分析

数据统计分析采用Excel和SPSS软件，方差分析采用邓肯氏新复极差法（DMRT）。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂对土壤水溶性盐含量的影响

由图1可以看出，与对照相比，各处理的土壤水溶性盐含量均有所下降，其中“玉米秸秆+土壤调理剂”配施处理降低了24.39%，且显著低于对照及其他处理。此外，不论是对照区还是各处理区，该温室土壤都属于重盐渍化土壤。

2.2 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂处理对日光温室土壤盐阳离子含量的影响

由表1可以看出，与对照相比，各处理对Na+含量均无显著影响；对于Ca2+，各处理均降低了Ca2+含量，但只有EM处理显著降低了Ca2+含量；对于K+，各处理均降低了K+含量，但玉米秸秆和玉米秸秆+土壤调理剂及玉米秸秆+EM+土壤调理剂3个处理均显著降低K+含量；对于Mg2+，除EM处理与对照相比含量降低未达显著差异外，其余各处理均显著降低了Mg2+含量。

2.3 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂处理对日光温室土壤重金属含量的影响

从表2可以看出，各处理对不同重金属元素的影响各异。就Zn而言，玉米秸秆及玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低土壤的Zn含量；就Mn、Ni、Cr而言，各处理均无显著差异，甚至Cr含量还稍有增加；对于Pb，以玉米秸秆处理降低最为显著，而其他处理则无明显效果，甚至还增加了土壤Pb含量；对于Cd，以玉米秸秆和玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低土壤Cd含量；对于Cu，则是玉米秸秆和玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低土壤Cu含量。

由表2、表3可见，该试验温室除Cd外，土壤重金属含量均超过新乡市土壤背景值。同时，土壤重金属含量Cd远超出温室环境标准值。

由表3可见，该温室施用鸡粪中除Pb外，Zn、Mn、Ni、Cd、Cr含量均较高，都超出有机肥行业标准，是土壤重金属污染的主要来源之一。

3 小结与讨论

3.1 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂施用可降低土壤水溶性盐含量

日光温室施用土壤调理剂可使总碱度、碱化度和全盐含量下降[30，35，39]。唐玉清等[35]采用土壤调理剂与微生物功能菌配合施用进行修复土壤的试验，表明总盐下降48.9%，土壤pH下降5.49%。王婧等[22]通过大田试验，研究了不同微生物菌肥产品对盐渍土壤微生物、土壤含盐量及食葵产量的影响，表明施用不同产品可降低0～40 cm土层盐分含量，单施生物菌肥对土壤微生态系统的作用效果较优，但其增产、抑盐效果均不如生物菌肥配施无机肥处理，不能完全代替化肥产品。本试验表明，试验地土壤达严重盐渍化程度，各试验处理均可使土壤水溶性盐含量有所下降，尤其是玉米秸秆+土壤调理剂配施处理与对照相比降低了24.39%。

土壤调理剂使盐碱土壤中水溶性盐分降低，主要是由于改良物质使盐碱土壤中的阳离子Na+被Ca2+、Mg2+等离子置换，降低盐碱土的盐含量，改善了盐碱土的理化性质，促进作物生长[40]。

3.2 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂施用对土壤盐阳离子浓度的降低作用

张永宏等[41]试验结果表明，施用土壤调理剂后，使土壤Na+有不同程度的降低，既有利于Na+的淋洗，又增加了Ca2+、Mg2+的含量。姜晶晶等[42]研究钙肥型土壤调理剂，表明田间增施钙肥型土壤调理剂后，土壤交换性Ca2+含量增加34.0%，明显改善设施土壤的理化性状。本试验表明，各处理对Na+含量几乎无影响，而可使Ca2+、Mg2+、K+浓度降低，尤其是EM处理降低Ca2+的作用显著，而玉米秸秆、玉米秸秆+土壤调理剂与玉米秸秆+EM+土壤调理剂处理降低Mg2+和K+的作用显著。

3.3 玉米秸秆、生物菌肥和土壤调理剂施用对土壤不同重金属的影响

土壤调理剂具有修复重金属污染土壤的功能[25，39，43，44]。土壤施用调理剂通过离子间的交换、吸附、沉淀等有钝化重金属的作用[39]。某些调理剂可以改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在土壤中的生物有效性，缓解其威胁[45]。周华[44]以熟石灰、钙镁磷肥和柠檬酸等作为土壤改良剂，改良重金属镉、铅污染的菜园土，结果显示几种改良剂均可有效降低重金属对供试作物生长的影响。本试验结果表明，试验温室除Cd外，土壤重金属含量均超过新乡市土壤背景值。但各处理对不同重金属元素的影响各异，对土壤中的Mn、Ni和Cr影响不大，处理间无显著差异。而玉米秸秆处理降低Pb的作用显著，玉米秸秆和玉米秸秆+EM+土壤调理剂配施处理显著降低了Zn、Cd和Cu的含量。可见，在肥料配施中，应根据肥料与土壤重金属的分布情况，采取单一施用或配施秸秆、生物菌肥和土壤调理剂的措施。

增施有机肥料对土壤有较好的改良效果，能提高养分含量和土壤有机质，改进土壤胶体性质，从而提高土壤胶体对重金属和农药的吸附能力[46]。

3.4 控制鸡粪的施用

重金属通过大气沉降、污泥农用、污水灌溉、化肥和农药的施用等途径进入农田并在土壤中积累，具有很大的生态和健康风险，受到广泛关注[47]。由于化肥、农药和有机肥的过量施用，日光温室土壤同样存在严重的重金属累积问题，且土壤多为Cd、Cr、Cu和Pb的累积[48]。本试验结果表明，施用鸡粪中除Ni、Cd、Pb外，Zn、Mn、Cr含量均较高，是土壤重金属污染的主要来源之一。除Pb外，其他各重金属含量都超出国家有机肥行业标准。虽然玉米秸秆、生物菌肥、土壤调理剂及其配施等可降低或显著降低一些重金属含量，但控制鸡粪的长期施入及施用量，改变有机肥的施用结构，配合玉米秸秆、生物菌肥、土壤调理剂及其混合肥的施用，是控制当地日光温室土壤重金属超标的重要选择。

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