不同改良剂对设施退化土壤的改良效果

李 彬， 李跃飞* ， 陶加乐， 祁石刚， 高学双， 程芳梅， 吴绍军， 杨年福

(1.宿迁市宿豫区农业技术推广中心， 江苏 宿迁 223800； 2.宿迁市农业技术综合服务中心， 江苏 宿迁 223800； 3.江苏省农业科学院 宿迁农科所， 江苏 宿迁 223800)

0 引言

【研究意义】土壤是农业生产的基础，极大地影响作物的产量和质量；高质量的土壤是农业具有可持续发展的前提[1]。设施农业由于产值较高，近年来发展迅速，但在其发展过程中设施土壤存在不少问题。一是种植者为了追求较高的经济效益长期种植单一作物，根系分泌物大量积累，有害病原菌增加，尤其是根结线虫，导致有些营养元素得不到补充，或者由于拮抗而阻碍作物吸收，需求量小的矿质元素在土壤中富集，作物出现黄化和僵苗[2]。二是大量使用化肥，且长期使用氮磷钾肥料，中微量元素缺乏，几乎不使用有机肥，或施用未腐熟的有机肥，其富含重金属和抗生素等，导致土壤耕层元素大量积累，有机质缺乏[3]。三是不合理的浇水习惯，如大水漫灌、小水勤浇，加上设施本身的封闭性，土壤水分向上蒸发，导致土壤硝态氮含量超标、土壤板结和孔隙度降低[4-5]。设施土壤普遍出现的盐渍化、养分不平衡、菌群破坏、土壤酸化和土传病害多发等一系列土壤质量退化问题,已成为制约设施农业可持续发展的关键因素。因此，探究不同改良措施对设施退化土壤的改良效果，提高设施土壤的质量，对设施农业健康绿色生态可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】土壤改良可提高设施土壤质量，减缓设施农业土壤质量的衰退[6]。白勇兴等[7]研究发现，不同改良措施均能提高土壤理化性质，其中，磷石膏、明沙和有机肥组合较对照土壤容重降低10.27%，孔隙度提高13.00%；土壤pH和碱化度分别下降7.17%和12.49%，土壤脱盐率为42.96%。郑亚楠[8]研究发现，种植燕麦使用农家肥和生物菌肥，可改变沙质土壤的基本结构，提高其保水保肥能力，土壤得到改善。简红忠等[9]报道，增施生物炭肥、腐熟猪粪和商品有机肥2年后可提高土壤酸碱度、土壤肥力和钙离子交换量，生物炭肥和腐熟猪粪能显著降低土壤交换性酸的含量，作物的产量和经济效益提高。余桂红等[10]研究发现，醋渣覆盖能显著降低土壤电导率和氯离子的含量，显著提高小麦的株高、有效穗数、千粒重和籽粒产量。毛晓曦等[11]报道，有机物与微生物菌剂配施可减轻土壤次生盐渍化，土壤钠离子、钙离子和镁离子含量较对照降低，土壤可溶盐总量可降低18.26%。可见，单一和综合措施进行土壤改良都可提高土壤质量，降低土壤衰退速度，促进作物健康生长。【研究切入点】目前，少见关于宿迁地区的设施土壤改良效果的研究报道。为此，以不施用改良剂为对照(CK)，研究黄腐酸、复合微生物肥、土壤重茬剂和米糠4种改良剂对多年设施种植土壤理化性质、土壤肥力和土壤酶活性影响。【拟解决的关键问题】探明4种改良剂对多年设施种植土壤的理化性质、肥力和酶活性的影响，以期为改良剂在宿迁地区设施土壤改良上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤概况

试验于2021年3-10月在江苏省宿迁市宿豫区陆集镇设施大棚进行，供试土壤为5年设施种植土壤，壤土，土壤碱解氮211.88 mg/kg，有效磷44.39 mg/kg，速效钾200.39 mg/kg，有机质30.72 g/kg，pH 7.72。

1.2 材料

土壤改良剂：黄腐酸(黄腐酸50%，腐殖酸50%)，山东农大肥业科技有限公司生产；复合微生物肥(有效活菌数≥0.2亿/g,有机质≥20%，总养分≥8%)，江阴市鹏鹞联业生物科技有限公司生产；土壤重茬剂，潍坊绿科生物科技有限公司生产；米糠，购自宿豫区华东农业大市场。

1.3 方法

1.3.1 试验设计 试验采用随机区组排列，共设5个处理：对照(CK)，不施用改良剂；T1,施用黄腐酸；T2,施用复合微生物肥；T3,施用土壤重茬剂；T4,施用米糠。每个处理3次重复，每个小区面积10 m2，所有改良剂均匀施入土壤后进行翻耕。各改良剂均参照厂家的推荐量施用(表1)。

表1 不同改良剂的施用量及施用方式

1.3.2 指标测定 采用5点取样法采集0～20 cm土壤用于各指标的测定。

1) 土壤理化性质。参照鲍士旦[12]的方法，K+和Na+采用火焰光度法测定，Ca2+和Mg2+采用原子吸收分光光度法测定，CO3-和HCO3-采用双指示剂-中和滴定法测定，Cl-采用硝酸银滴定法测定，SO42-采用硫酸钡比浊法测定，NO3-采用紫外分光光度法测定。

2) 土壤肥力。参照迟春明等[13]的方法，土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用Olsen法测定，速效钾采用乙酸铵浸提法测定，pH采用电位法测定。

3) 土壤酶活性。参照关松荫[14]的方法测定土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性。

4) 土壤微生物量碳/氮。参照王文锋等[15]的方法，采用氯仿熏蒸法-硫酸钾浸提法测定微生物量碳/氮的含量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003进行平均数和标准差计算，用SAS 9.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 施用不同改良剂设施土壤的盐分组成及含量

从表2可知，不同处理设施土壤阳离子、阴离子和总盐的含量存在差异，其中，阳离子含量依次为Ca2+>K+>Na+>Mg2+，阴离子含量依次为SO42->Cl->NO3->HCO3-。

表2 施用不同改良剂设施土壤的盐分组成及含量

2.1.1 土壤阳离子 Na+：各处理为0.56～0.92 g/kg，依次为CK>T1>T2>T4>T3，CK显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。K+：各处理为0.86～1.48 g/kg，依次为T2>T4>CK>T3>T1，T2显著高于其余处理，CK、T1、T3间差异不显著，三者显著低于T4。Ca2+：各处理为1.68～2.16 g/kg，依次为CK>T2>T3>T4>T1，CK显著高于其余处理，T1显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。Mg2+：各处理为196.7～248.86 mg/kg，依次为CK>T4> T1>T3>T2，CK显著高于除T4外的其余处理，T2显著低于除T3外的其余处理，T1与T4间、T1与T3间、T2与T3间差异不显著。

2.1.2 土壤阴离子 SO42-：各处理为4.87～7.88 g/kg，依次为CK>T2>T3>T4>T1，CK显著高于其余处理，T1与T4间差异不显著，二者显著低于T2和T3，T2与T3间差异不显著。Cl-：各处理为725.91～1 294.75 mg/kg，依次为CK>T3>T2>T1>T4，CK显著高于其余处理，T4显著低于其余处理，T1与T2间和T2与T3间差异不显著。CO32-：各处理均未检出。HCO3-：各处理为38.53～47.01 mg/kg，依次为CK>T3>T1>T2>T4，T4显著低于除T2外的其余处理，CK、T1、T3间和T1、T2、T3间差异不显著。NO3-：各处理为359.32～633.57 mg/kg，依次为CK>T2>T3>T4>T1，CK显著高于其余处理，T1与T4间差异不显著，二者显著低于T2和T3，T2与T3间差异不显著。

2.1.3 总盐含量 各处理为9.76～14.36 g/kg，依次为CK>T2>T3>T4>T1，T1～T4较CK降低19.22%～32.03%。表明，土壤改良剂对土壤具有活化作用，其理化性质得到改善。

2.2 施用不同改良剂设施土壤的肥力与pH

从表3看出，不同处理设施土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量和pH的变化。碱解氮：各处理为208.89～328.49 mg/kg，T2最高，为328.49 mg/kg；T1其次，为236.32 mg/kg；CK最低，为208.89 mg/kg；T1～T4较CK提高5.70%～57.26%；T2显著高于其余处理，CK显著低于除T4外的其余处理，其余处理间差异不显著。有效磷：各处理为39.36～58.44 mg/kg，T2最高，为58.44 mg/kg；T1其次，为46.52 mg/kg；CK最低，为39.36 mg/kg；T1～T4较CK提高16.01%～47.48%；T2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。速效钾：各处理为99.95～255.13 mg/kg，T4最高，为255.13 mg/kg；T2其次，为240.97 mg/kg；CK最低，为99.95 mg/kg；T1～T4较CK提高132.41%～155.26%；T4显著高于除T2外的其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。有机质：各处理为28.57～40.95 g/kg，依次为T2>T4>T1>T3>CK，T1～T4较CK提高3.47%～43.33%，T2显著高于其余处理，CK显著低于除T3外的其余处理，T1与T3间差异不显著，二者显著低于T4。pH：各处理为7.43～7.82，依次为CK>T4>T1>T2>T3，T1～T4较CK降低3.33%～4.99%，CK显著大于其余处理，其余处理间差异不显著。

表3 施用不同改良剂设施土壤的肥力与pH

2.3 施用不同改良剂设施土壤的酶活性

从表4可知，不同处理设施土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性的变化。蔗糖酶：各处理为28.40～42.53 mg/g，T2最高，为42.53 mg/g；T4其次，为33.90 mg/g；CK最低，为28.40 mg/g；T1～T4较CK提高10.04%～49.75%；T2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理间差异显著或不显著。脲酶：各处理为648.14～1 051.29 μg/g，T2最高，为1 051.29 μg/g；T1其次，为787.70 μg/g；CK最低，为648.14 μg/g；T1～T4较CK提高13.53%～62.20%；T2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。过氧化氢酶：各处理为3.48～5.02 mg/g，T2最高，为5.02 mg/g；T1其次，为4.79 mg/g；CK最低，为3.48 mg/g；T1～T4较CK提高21.26%～44.25%；T2显著高于除T1外的其余处理，CK显著低于其余处理，T1与T4、T3与T4差异不显著。过氧化物酶：各处理为1.64～2.68 U/g，T2最高，为2.68 U/g；T4其次，为2.64 U/g；CK最低，为1.64 U/g；T1～T4较CK提高38.42%～63.41%；CK显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。多酚氧化酶：各处理为1.50～2.62 U/g，T4最高，为2.62 U/g；T1其次，为1.74 U/g；CK最低，为1.50 U/g；T1～T4较CK提高5.33%～74.67%；T4显著高于其余处理，CK、T2、T3间和T1与T2间差异不显著。表明，不同改良剂均可提高土壤酶活性，减缓土壤质量的退化速度。

表4 施用不同改良剂设施土壤的酶活性

2.4 施用不同改良剂设施土壤的微生物量碳/氮含量及碳氮比

从表5看出，不同处理设施土壤微生物量碳/氮的含量及碳氮比的变化。微生物量碳：各处理为34.88～67.37 mg/kg，T2最高，为67.37 mg/kg；T1其次，为48.00 mg/kg；CK最低，为34.88 mg/kg；T1～T4较CK提高18.66%～93.15%；T2显著高于其余处理，CK、T3、T4间和T1、T3、T4间差异不显著。微生物量氮：各处理为134.19～282.28 mg/kg，T2最高，为282.28 mg/kg；T1其次，为192.34 mg/kg；CK最低，为134.19 mg/kg；T1～T4较CK提高32.62%～110.36%；T2显著高于其余处理，CK显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。碳氮比：各处理为3.95～4.59，T4最高，为4.59；T2其次，为4.27；CK最低，为3.95；T1～T4较CK提高1.77%～16.20%；各处理间差异均不显著。

表5 施用不同改良剂设施土壤的微生物量碳/氮含量及碳氮比

3 讨论

3.1 施用不同改良剂对设施土壤理化性质的影响

设施栽培实现了传统露天栽培向现代设施栽培生产方式的转变，且随着规模化和集约化设施栽培的发展，土壤质量恶化问题日益突出，而土壤改良剂是克服连作障碍有效途径之一，具有安全、生态和环保等优点[16]。设施土壤次生盐渍化的盐分(主要有硫酸根离子、钙离子和硝酸根离子，此外还有氯离子、碳酸根离子、镁离子、钾离子和钠离子等)对设施土壤的质量影响较大[17]。设施土壤改良的目的是降低土壤盐基离子对作物的危害、培肥土壤、提高土壤肥力，从而提高作物产量[18]。设施土壤阳离子和阴离子含量过多，易产生离子拮抗和土壤盐渍化危害，引起作物生理干旱和作物生长受到抑制等一系列问题[19]。施用有机肥可改善土壤理化性质、降低土壤酸碱度和土壤全盐含量，提高土壤有机质和速效氮磷钾的含量[7]。种植填闲作物可降低土壤速效养分、盐分离子和EC值，为下茬作物提供养分，有效降低土壤盐渍化，具有改良设施土壤质量的作用，进而延缓设施土壤质量的衰退[20]。李杰等[21]研究发现，施入腐植酸钾能提高土壤pH、降低电导率及盐分含量，有效降低钙离子和钠离子。研究结果表明，各处理〔对照(CK)、黄腐酸(T1)、复合微生物肥(T2)、土壤重茬剂(T3)和米糠(T4)〕土壤Na+、K+、Ca2+和Mg2+等阳离子分别为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，依次为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-等阴离子各处理分别为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，依次为CK>T2>T3>T4>T1、CK>T3>T2>T1>T4、CK>T3>T1>T2>T4和CK>T2>T3>T4>T1，施用黄腐酸对降低土壤K+、Ca2+、SO42-和NO3-的效果最好。原因可能是腐殖酸功能基解离以及胺基质子化，具有两性胶体特点，可吸附阴、阳盐基离子，促进阴阳盐基离子的下降。另外，腐殖酸上的羧基等功能基可与钾离子和钙离子等金属阳离子结合形成络合物，其对钙离子的吸附能力较大[22-23]，所以，施用腐殖酸可有效降低钙离子的含量。研究结果表明，施用不同改良剂土壤总盐含量较CK降低19.22%～32.03%，其中，施用黄腐酸土壤含盐量较CK降低32.03%。原因可能是黄腐酸可改善土壤的基本理化性质，且其含有的酸性物质可加速溶解阴离子[24]。

速效氮磷钾是土壤养分的重要组成成分，也是植物生长所需物质。随着种植年限的延长，设施土壤的氮磷钾有效养分减少，而NO3-和SO42-等有害离子大量集聚，致使土壤养分不均衡[25]。微生物菌剂含有大量的有机质和有益微生物，既可提高土壤有益微生物的活性，又可促进有机质的释放，改变土壤的理化结构，如土壤容重降低，土壤三相比中的气相占比增大，土壤孔隙度增加，从而使其通气性增强[26]。逄焕成等[27]研究表明，施用微生物菌剂，土壤含盐量降低9.8%，速效磷、速效钾、有机质含量增加，平衡土壤酸碱性，降低土壤容重，增加土壤透气性和微生物数量。张绪美等[28]研究表明，微生物菌剂及其代谢产物可活化土壤，使其土壤中被固定的离子被活化释放出来，土壤有效养分含量提高，土壤酸碱性更趋平衡。研究结果表明，不同处理设施土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质的含量分别为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，各改良剂处理较CK分别提高5.70%～57.26%、16.01%～47.48%、132.41%～155.26%和3.47%～43.33%，不同处理设施土壤pH为7.43～7.82，各改良剂处理较CK降低3.33%～4.99%。其中，施用复合微生物肥与张绪美等[28]的研究结果相近。

3.2 施用不同改良剂对设施土壤酶活性及微生物量碳/氮含量的影响

土壤酶主要来源于动植物残体及其土壤分泌物，是一种生物活性物质，是土壤生物质量的重要指标[29]。土壤酶促作用是有机质和养分转化的重要驱动力，影响土壤养分的有效性和利用率[30]。陆利民等[31]研究发现，松壤和木霉菌剂2种土壤改良剂均可提高脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶活性。研究结果表明，不同处理设施土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、过氧化物酶的活性均以T2最高，分别为42.53 mg/g、1 051.29 μg/g、5.02 mg/g、2.68 U/g，CK最低，分别为28.40 mg/g、648.14 μg/g、3.48 mg/g、1.64 U/g，表明，不同改良剂均可提高土壤酶活性，减缓土壤质量的衰退速度。与王涛等[32]在黄瓜连作土壤上的研究结果一致，与舒秀丽等[33]不同土壤改良剂在西洋参土壤酶活性的变化趋势不同。可能是施用土壤改良剂后，土壤中微生物繁殖代谢所需碳、氮源增加及代谢环境得到改善有关。

土壤微生物量碳氮可直接或间接反映土壤肥力的变化[34]。施用中药渣生物有机肥可增加黄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随施用比例的增加而显著提高，土壤微生物量氮含量则随着施用比例的增加呈先逐渐增加后降低的趋势[35]。研究结果表明，不同处理设施土壤微生物量碳和生物量氮含量均以T2最高，分别为67.37 mg/kg和282.28 mg/kg，CK最低，分别为34.88 mg/kg和134.19 mg/kg，T1～T4较CK分别提高18.66%～93.15%和32.62%～110.36%；碳氮比T4最高，为4.59，CK最低，为3.95，T1～T4较CK提高1.77%～16.20%。原因是有机物料还田后直接增加微生物活动所需的碳源和氮源，促进微生物生物量的增长，且施用有机物料还可改善土壤的理化性质，提高微生物的活性和生物量[36-37]。

4 结论

施用不同改良剂土壤阳离子、阴离子和总盐含量量均较CK降低，其中，黄腐酸对降低土壤K+、Ca2+、SO42-、NO3-和总盐含量的效果最好，土壤重茬剂对降低Na+含量的效果较好，复合微生物肥对降低Mg2+含量的效果最佳，米糠对降低Cl-和HCO3-含量的效果最佳；碱解氮、有效磷、速效钾和有机质均较CK提高，pH均较CK降低，蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶活性均较CK提高，微生物量碳和生物量氮含量均较CK提高。总体看，腐殖酸和复合微生物肥在设施退化土壤的改良效果较好，可减缓其质量的退化速度。