改良剂与微生物菌剂联合施用对盐碱地土壤和耐盐植物的影响

汪立梅， 桂 丕， 李化山， 裴福云， 王茜徵， 江亚雄， 叶宇轩

(1.深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东深圳 518000； 2.广东省深圳市福田区环境保护和水务局，广东深圳 518000

耕地是我国最为宝贵的资源，牢牢守住耕地红线是新形势下粮食安全新战略的重要环节。我国盐碱地约有3.5×107hm2，其中滨海盐碱地1 400万hm2，约占全国盐碱地的40%[1]。盐碱土土壤结构差、pH值和含盐量高、肥力缺乏的特点，使得植物难以生长，严重制约了滨海特色农业园区和湿地公园的建设。如何开发和利用好滨海地区的盐碱地成为制约当地经济发展的一大难题。

当前应用于盐碱地的改良技术主要有灌溉排水、膜覆盖、添加改良剂等措施[2-4]。客土、灌溉排水等工程措施由于投资大、成本高、易反复，难以大面积推广。而土壤改良剂由于高效、经济、方便的特点已在盐碱地改良中被广泛应用。相关研究表明，施用钙改良剂(如磷石膏、氯化钙等)能通过降低盐碱土中交换性钠离子(Na+)含量进而有效降低碱化土的pH值和碱化度[5-7]。施用酸性物质(如腐殖酸、风化煤等)能与盐碱土的碱性中和，并与一些难溶盐等形成络合物，以改善土壤理化性质[8-9]。聚合有机改良剂能增大土壤总孔隙度，降低容重，加速排盐效果[10]，并且几种改良剂联合配施的效果要优于单一施用。近年来，微生物菌剂在改良盐碱地中的应用已成为研究热点[11-13]。逄焕成等研究表明，施用微生物菌剂能有效降低盐碱土的pH值和全盐量，并通过增加土壤的有机质含量，达到增产效果[14]。盐碱土改良的核心是通过改变土壤胶体吸附的阳离子组成，降低土壤的全盐量，而目前微生物菌剂的研究主要集中在单一应用中，但无法达到这一效果。本研究旨在通过盆栽试验探索组合改良剂与微生物菌剂联用对滨海盐碱地的改良效果，以期为滨海盐碱地的改良研究提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自广东省珠海市金湾区红旗镇八一社区和天津市滨海新区南港工业区海岸线，土壤样品均分层(0～20、20～50、50～80 cm)取样，试验过程保持原土层结构。土壤样品的基本理化性质：珠海土样pH值为7.75，电导率为 2 543 μS/cm，全盐量为0.92%，有机质含量为6.15 g/kg，有效磷含量为17.24 mg/kg，速效钾含量为0.57 mg/kg。天津土样pH值为8.20，电导率为6 248 μS/cm，全盐量为2.33%，有机质含量为15.56 g/kg，有效磷含量为21.35 mg/kg，速效钾含量为 1.07 mg/kg。

盐碱土改良材料包括磷石膏、聚丙烯酰胺、园林废弃物腐熟二次料、微生物菌剂。其中，磷石膏由江苏省南京市秦淮区捷发矿粉厂提供；聚丙烯酰胺，阴离子型，分子量800万，水解度15%～30%，由河南淼森环保科技有限公司提供；园林废弃物有机肥，主要由腐熟的园林植物废弃物构成，由笔者所在公司肥料厂提供；微生物菌剂耐盐短杆菌，由笔者所在实验室筛选培育扩繁，丛枝菌根真菌由深圳市园林科学研究所提供。供试植株为肾蕨与鸢尾。

1.2 试验设计与步骤

1.2.1 试验设计 本试验选用的改良剂为前期土壤培养试验筛选出的，对滨海盐碱土具有较佳改良效果的A及B，配方见表1。微生物菌剂(以J表示)为耐盐短杆菌菌液(按 5 mL/kg 施加)和丛枝菌根真菌基质载体(按丛枝菌根真菌基质载体与土壤的体积质量比 1 mL ∶10 g 比例添加)。每盆土壤6 kg，分别添加尿素2 g、过磷酸钙3.4 g、硫酸钾1.8 g，以尿素补充氮肥，过磷酸钙、硫酸钾补充磷和钾。每个处理设3个重复，每盆种植3株植物。试验于2016年8月21日至11月3日在深圳市绿化处树枝粉碎厂进行。2016年8月23日进行耐盐碱植物种植，并采集初期土壤样品；2016年11月3日进行收割， 同时采集末期土壤样品。种植后第1次浇灌量为每盆300 mL，后视天气状况而定，每隔2～3 d浇水1次，每次约200 mL，直至试验结束，试验周期为70 d。

表1 复合改良剂与2种植物集成土壤改良技术试验设计

1.2.2 测定项目与方法 使用取土器每盆取3个点，装盆后进行第1次采样，试验结束时进行第2次采样。将采集的土样自然风干，过2 mm筛后，装入塑料袋密封保存，用于测定土壤各种指标。土壤pH值用pHs-2C型数字酸度计测定，按水土比5 mL ∶1 g的方式浸提。土壤电导率用DDS-11A型电导率仪测定，按水土比=5 mL ∶1 g方式浸提。阳离子交换量(CEC)采用氯化钡-硫酸强迫交换法测定。土壤全盐量参考朱晓涛等的方法[15]进行测定。植株收割前用SPDA-502型叶绿素仪测定叶绿素含量，用卷尺测定株高、冠幅，后齐土剪下，杀青烘干、称质量，测定其生物量。

1.2.3 统计方法 试验数据采用Excel 2007、SAS 9.0进行统计分析，多重比较采用Duncan’s法(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 耐盐植物生长发育的影响

由图1可看出，添加4种组合改良剂均能不同程度地增加耐盐植物的生物量，促进效果因耐盐植物品种不同而不同，总体表现为BJ>AJ>B>A。种植肾蕨处理中，珠海盐碱地BJ处理生物量比CK、B处理分别增加18.14%、7.16%；天津盐碱地BJ处理生物量较CK、B处理分别增加20.87%、10.17%。种植鸢尾处理中，珠海盐碱地BJ处理生物量较CK、B处理分别增加22.17%、9.22%；天津盐碱地BJ处理生物量较CK、B处理分别增加19.48%、8.29%。由此可见，菌剂与改良剂联合使用对促进耐盐植物的生长有更好的效果。

由表2可知，各处理间冠幅、株高的规律与生物量规律大致相似。添加4种组合改良剂均能增加不耐盐植物的冠幅与株高，并且改良剂和添加菌剂联合施用的处理效果更好。BJ处理珠海盐碱地种植肾蕨的冠幅、株高较CK处理分别显著增加17.31%、15.90%；BJ处理天津盐碱地种植鸢尾的冠幅、株高较CK处理分别显著增加45.84%、25.89%。

表2 不同改良剂处理对珠海、天津盐碱土耐盐植株冠幅、株高的影响

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

由图2可以看出，施加4种改良剂均能显著增加肾蕨与鸢尾叶片的叶绿素含量，并且同样以BJ处理效果最佳。种植肾蕨的处理当中，珠海盐碱地BJ处理叶绿素含量比CK、B处理分别增加18.44%、5.41%；天津盐碱地BJ处理叶绿素含量比CK、B处理分别增加8.65%、6.87%。种植鸢尾处理中，珠海盐碱地BJ处理叶绿素含量比CK、B处理分别增加25.36%、3.71%；天津盐碱地BJ处理叶绿素含量比CK、B处理分别增加24.48%、3.23%。

2.2 对盐碱土盐分指标影响

2.2.1 土壤电导率 土壤电导率(EC)反映的是土壤阴阳离子的总含量，也是表征土壤混合盐分含量状况最为直观的指标。由图3、图4可知，种植2种耐盐植物后，盐碱土的电导率随着改良时间的增加而降低，同样添加4种组合改良剂均能一定程度地降低盐碱土的电导率， 并且添加菌剂处理的电导率降幅更大。

珠海盐碱地种植鸢尾70 d后，BJ处理末期的土壤电导率比BJ初期、CK末期、B处理末期分别降低31.14%、21.06%、9.83%。天津盐碱地种植肾蕨70 d后，BJ处理末期的土壤电导率比BJ初期、CK末期、B处理末期分别降低 18.33%、16.31%、5.35%。可见，向土壤中添加微生物菌剂可使土壤微生物活性增强，进而使电导率值下降。

2.2.2 土壤全盐量 盐分含量高会抑制植物生长，可溶性钠盐在土壤表层聚集是盐渍化土壤最明显的特性。由表3可知，施用改良剂后，种植2种耐盐植物的各处理土壤全盐量与CK相比均有不同程度的降低，不同组合改良剂间BJ处理全盐量的降幅最大。其中，珠海土壤改良初期盐渍化程度为中度，天津土壤则为盐土(土壤全盐含量大于1%)。珠海盐碱地种植鸢尾70 d后，BJ处理末期与初期相比土壤的全盐量降幅为30.23%；与CK处理末期相比，降幅为17.81%。天津盐碱地种植肾蕨70 d后，BJ处理末期与初期相比土壤的全盐量降幅为16.76%，与CK处理末期相比降幅为14.92%。

通过施入4种组合的改良剂改善了土壤的环境特征，使土壤坚实度提高，土壤团聚体增加。这有利于减少土壤表面的水分蒸发，从而减少盐离子在表面的聚集，使含盐量降低。另外，耐盐植物的种植也有利于对土壤表层盐分的吸收。

2.2.3 土壤阳离子交换量 土壤阳离子交换量是土壤的基本特性，也是重要的肥力影响因素之一，它直接反映了土壤保蓄、供应和缓冲阳离子(Na+、K+)的能力，同时也对其他的土壤理化性质有影响。因此，CEC常被作为土壤质量的评价指标和土壤施肥、改良的重要依据。由表4可知，添加4种改良剂均能增加各处理的土壤阳离子交换量，且添加菌剂处理的增幅更大，2种植物间土壤阳离子交换量没有明显差异。从整体增幅上看，BJ处理效果最佳。珠海盐碱地种鸢尾处理中，BJ处理末期土壤阳离子交换量比初期增加了32.72%，与CK处理相比增幅为45.01%，与单施改良剂处理(B)相比增幅为14.15%。天津盐碱地种植肾蕨处理中，BJ处理末期土壤阳离子交换量比初期增加了10.23%，与CK处理相比增幅为 9.92%，与单施用改良剂处理(B)相比增幅为3.07%。

表3 不同改良剂处理对珠海、天津盐碱土全盐量的影响

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)。下同。

表4 不同改良剂处理对珠海盐碱土CEC的影响

2.3 对盐碱土养分指标的影响

土壤有机质是土壤中各种营养元素的重要来源，是植物生长的必要能源，对土壤理化性质具有重要的影响。土壤有机质能够分解各种有机酸，活化土壤溶液中的离子，有利于离子代换，释放养分，因此土壤有机质含量是评价土壤肥力的核心内容。由图5可知，添加4种组合改良剂均能显著增加珠海、天津滨海盐碱土的有机质含量。珠海盐碱地种植肾蕨处理中，BJ处理末期土壤有机质含量与CK相比，增加了2.41倍；与B处理差异不显著。天津盐碱地种植鸢尾处理中，AJ处理末期土壤有机质含量与CK相比增加了2.10倍，比A处理增加了4.93%。联合改良剂中含有腐熟的二次料，提高了土壤的有机质含量，菌剂的加入也能促使土壤微生物大量繁殖，促进土壤有机质的释放。有机质的增加不仅能改善土壤理化结构，而且能增加土壤团聚粒，改善土壤肥沃度。

从表5可以看出，添加2种组合改良剂及菌剂均能提高盐碱土有效磷、速效钾含量。联合施用与单一施用的处理对末期土壤有效磷、速效钾含量的影响无明显规律。对于末期土壤有效磷含量，天津盐碱地联合施用处理均高于单一施用处理；而珠海盐碱地BJ处理有效磷含量低于B处理。对于末期土壤速效钾含量，珠海盐碱地联合处理均低于单一处理，天津盐碱地B、BJ处理均高于CK。各处理有效磷、速效钾含量变化规律不一致，可能是由于添加的菌剂活化了改良剂中磷石膏的钙离子，使其置换出土壤中更多的钾离子被植物吸收。

表5 不同改良剂处理对盐碱土末期有效磷、速效钾含量的影响 mg/kg

3 讨论与结论

3.1 组合改良剂与微生物菌剂联动对盐碱土的改良作用

本研究中的组合改良剂含有的磷石膏，可以通过阳离子交换改变盐碱土的离子组成，进而降低土壤的全盐量和碱化度；聚丙烯酰胺能通过改善土壤的物理性状，增强土壤的保水保肥能力，对肥料有吸附和释放作用。但两者均存在着成本高、效果单一的缺陷。添加微生物菌剂，有助于改善土壤的理化性质，增加土壤孔隙度，加快园林废弃物有机质的分解产生各种有机酸，调节土壤中的离子平衡，同时，活化土壤中的钙、镁离子，使其置换出土壤中的钠离子，从而使得盐分降低[16-17]。同时，添加的菌剂中含有耐盐短杆菌，这是一种能在含盐量较高的土壤中存活的细菌，它能提高植物的耐盐性，使作物免受盐毒害[18]。因此，微生物菌剂与2种组合改良剂的联合施用与单一施用组合改良剂相比效果更佳，这主要是改良剂与菌剂间相互作用的结果。

3.2 组合改良剂与微生物联合施用对耐盐植物生长的影响

盐胁迫威胁着植物产量、蛋白质合成、光合作用及能量代谢[19]。对于滨海盐碱地改良，生物改良措施尤其是筛选并种植耐盐碱植物是行之有效的方法[20-21]。鸢尾与肾蕨均是园林绿化中应用较广的植物，两者有较强的耐盐碱性。本研究结合2个滨海盐碱地，应用肾蕨与鸢尾，联合2种组合改良剂跟菌剂施用，结果表明，在滨海盐碱地种植肾蕨、鸢尾均能有效地促进土壤脱盐，并且脱盐效果为鸢尾大于肾蕨；对于天津盐碱土，CK、BJ处理种植鸢尾末期的土壤全盐量较肾蕨处理分别降低5.51%、8.44%。前人关于单一添加菌剂对作物和耐盐碱绿化植物的影响研究较多，如添加微生物菌剂能增加玉米、紫花苜蓿、食葵等的生物量[22-24]；但关于改良剂与菌剂联用对耐盐作物生长的影响研究较少。王金满等通过室内短期灌溉淋洗试验表明，磷石膏与微生物菌剂联合施用对盐碱土有较好的改良效果[25]。本试验表明，添加2种改良剂与菌剂联用均能提高肾蕨、鸢尾的叶绿素含量、冠幅、株高和生物量。原因可能是菌剂的加入改善了土壤结构，降低了土壤容重，显著增加了土壤有机质和养分含量，从而改变了耐盐碱植物的根系环境，提高其耐盐碱能力，促进了植株生长发育[26]。

3.3 组合改良剂与微生物菌剂联用对盐碱土肥力指标的影响

本试验结果表明，施用改良剂和菌剂均能在一定程度上提高滨海盐碱土的有机质、有效磷、速效钾含量，但其效果因耐盐碱植物和盐碱土而异。土壤中添加的微生物菌剂能与组合改良剂相互作用，促使土壤释放有机质，从而在一定程度上补充土壤有机质，使末期土壤有机质含量升高，同时也促进有效态氮、磷、钾的释放，起到培土增肥的作用[27-28]。土壤肥力的增加会促进耐盐植物的生长，植物生长会带走一部分养分，土壤肥力系统的相互影响会导致试验处理存在规律差异。