不同土壤改良劑對土壤理化性質(zhì)、微生物及桃植株生長的影響

王紅，張淑輝，彭福田，肖元松，孫茂祥，鮑聰聰

（山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018）

我國多數(shù)果園分布在山地、丘陵和沙灘地上，存在土層薄、有機質(zhì)含量低、養(yǎng)分不均衡、保水保肥能力低等不利因素，并且大部分果園土壤管理以清耕為主，導致化肥利用率低，果園土壤肥力下降［1］。多年來我國始終存在化肥施用不合理、養(yǎng)分不均衡等問題，不僅造成養(yǎng)分利用率低、投入成本增加、產(chǎn)品品質(zhì)下降，還引起土壤性質(zhì)惡化、生態(tài)環(huán)境污染等，這些問題制約了我國果樹產(chǎn)量與品質(zhì)的提高。如何保持土壤質(zhì)量、改善土壤酸堿度、減少水土流失、減少化肥的使用、增加肥料利用率，成為人們關(guān)注的焦點。正確使用土壤改良產(chǎn)品可以有效緩解以上諸多問題，所以土壤改良產(chǎn)品使用和研究逐漸受到青睞。

蒙脫土為白色粉末，主要成分為蒙脫石，在修復土壤重金屬方面已被證明是一種有效、環(huán)保的重金屬鈍化修復材料［2］。由于其具吸附性、粘合性及離子交換性，因此常被用作緩釋肥料、載體材料［3］；而其吸水性和膨脹性能可增加土壤含水量［4］。蒙脫土能改善土壤pH值，促進作物生長分蘗［5］，被稱為改良劑中的“萬能材料”［6］。一般要對蒙脫土進行有機化改性，使蒙脫土表面疏水化，便于其與有機物分散、吸附和結(jié)合［7］。

Ca基蒙脫土具有較強的吸附能力，對Cr6＋和Cu2＋具有較強的吸附性，可用于含銅、鉻等重金屬離子的廢水處理［8］。

麥飯石是一種經(jīng)風化、蝕變而形成的礦石，具多孔狀和海綿狀結(jié)構(gòu)，且麥飯石的表面積很大，對吸附其它物質(zhì)十分有利［9］。麥飯石是一種天然肥料，價格低廉，富含多種營養(yǎng)元素，可與化肥一同基施或加工成礦物肥料作底肥。麥飯石在一定用量范圍內(nèi)能夠增加作物產(chǎn)量，增強其對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，可以吸附土壤中的重金屬鉻，且對土壤理化性質(zhì)具有明顯的調(diào)理作用［10］。施用麥飯石礦物肥可以顯著提高小白菜和莧菜的莖長、根長、鮮重等［11］。

復合納米硅是一種新型緩釋劑，呈液狀、漿狀或粉狀，溶于水和部分化學溶劑，主要用于農(nóng)業(yè)緩釋肥和緩釋藥，也可用于工業(yè)和醫(yī)藥方面起緩釋作用。研究發(fā)現(xiàn)氮肥減量配施長效緩釋添加劑（NAM）后植株氮、磷吸收量均有增加，番茄產(chǎn)量有所增加，同時增加了果實中番茄紅素和可溶性固形物含量［12］。

吸濕納米粘合劑為一種新型保水劑，能從空氣中吸收水分，吸收的水分可緩慢釋放供水，可增強土壤保水性，減少土壤水分流失。有研究發(fā)現(xiàn)保水劑不僅能夠提高土壤持水性，改善土壤結(jié)構(gòu)，施入土壤后還可直接或間接影響土壤中氮素轉(zhuǎn)化，增強土壤的硝化作用，提高土壤抗淋溶性，從而增強土壤保肥能力，提高土壤肥力［13］。

桃樹耐鹽堿能力差，適合在中性和微酸性土壤中生長，在含鹽量高和堿性土壤中往往生長不良。另外，在桃園土壤管理中，施肥管理不當，可導致果園土壤養(yǎng)分流失，土壤嚴重退化，優(yōu)質(zhì)果率低，甚至減產(chǎn)等問題。為此，本試驗以盆栽‘瑞光39／毛桃’為試材，選用生產(chǎn)中常用的幾種土壤改良劑，探究其對土壤理化性質(zhì)、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及植株生長的影響，以期為桃園土壤改良提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與設(shè)計

試驗以 2年生桃品種‘瑞光 39／毛桃’［Prunus persica（L.）Batsch］嫁接苗為試材，于2019年4—10月在山東農(nóng)業(yè)大學園藝試驗站進行。盆栽用土為棕壤，采自山東農(nóng)業(yè)大學園藝試驗站0～20 cm表層園土，自然風干后去除植物殘體和石塊，過篩后備用。供試土壤基本理化性狀為：pH值 7.9，堿解氮 14.2 mg／kg、有效磷 19.1 mg／kg、速效鉀 83.6 mg／kg、有機質(zhì) 5.7 g／kg。選取長勢一致，無病蟲害的桃苗36株，于4月份種植于直徑46 cm、高40 cm的盆中，每盆裝土55 kg。

待桃樹正常生長后進行施肥處理。于6月6日以相同質(zhì)量的氮磷鉀肥配施不同土壤改良劑進行處理，共設(shè)6個處理，分別為：CK為常規(guī)施肥（每盆用量：尿素10.87 g、聚磷酸銨9.09 g、硫酸鉀11.11 g）；T1（常規(guī)施肥 ＋1%Ca基蒙脫土）；T2（常規(guī)施肥＋1%有機蒙脫土）；T3（常規(guī)施肥＋1%麥飯石）；T4（常規(guī)施肥＋1%復合納米硅）；T5（常規(guī)施肥＋1%吸濕納米粘合劑）。單株為一次重復，每處理重復6次。

1.2 測定方法

1.2.1 葉片葉綠素及光合參數(shù)的測定 于6月7、9、14日和7月8日上午進行葉片凈光合速率的測定；7月8日測定葉片胞間二氧化碳濃度、蒸騰速率、氣孔導度；選取長勢一致的葉片測定葉綠素相對含量（SPAD-502葉綠素計）。

1.2.2 土壤pH值、土壤電導率及土壤含水量的測定 于7月6日采用電位法測定盆土pH值、采用電導法測定土壤電導率［14］。于處理后一周內(nèi)連續(xù)測定土壤相對含水量（TZS-IK型水分速測儀），每處理重復3次，結(jié)果取其平均值。

土壤水分散失率（%）＝（第1天測得水分含量-最后一天所測水分含量）／第1天測得水分含量×100。

1.2.3 植株根系形態(tài)指標的測定 于10月16日，進行破壞性整株取樣，用清水將植株從土壤中沖洗出來，清洗干凈后用EPSON V850 PROPHOTO掃描儀進行掃描。掃描后保存圖像，采用WinRHIZO PRO 2017根系分析系統(tǒng)軟件（Regent Instruments Inc8，Canada）對掃描獲得的高質(zhì)量根系圖像進行分析。采用非統(tǒng)計學方法測量計算出交叉重疊部分根系面積、體積、根尖數(shù)等形態(tài)學參數(shù)；根系拓撲分析分叉數(shù)等。

1.2.4 土壤微生物的測定 從植株和土壤中看出T4和T5處理較其他處理效果更好，因此，測試T4和T5處理土壤中微生物指標，比較兩種改良劑對微生物的效果。于8月采用四分法用無菌取土器在距離桃樹主干5 cm處取樣，深度為20 cm，每處理取5株桃樹，混勻，取至少10 g保存于液氮中，送交諾禾致源公司通過高通量測序方法進行測序和多樣性分析［15］。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進行圖表繪制，用DPS軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析及最小顯著差異性檢驗（Duncan’s新復極差法，P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤改良劑對堿性土壤pH值和電導率的影響

由圖1看出，不同改良劑處理對堿性土壤pH值及電導率有顯著影響。與對照相比，T1、T2、T4、T5處理土壤pH值分別降低2.61%、5.10%、3.74%、4.54%，差異達顯著水平，而T3處理與對照無顯著差異。T1、T2、T3處理土壤電導率分別比對照提高13.75%、104.08%、70.63%，差異達顯著水平，而 T4、T5處理分別比對照降低9.51%、35.57%，差異顯著。綜上可知，T4、T5處理有效降低了堿性土壤pH值和電導率。

2.2 不同土壤改良劑對土壤含水量的影響

通過連續(xù)5天測定發(fā)現(xiàn)，施用改良劑后土壤含水量明顯高于對照。T5、T4、T3、T2、T1處理的土壤絕對含水量分別比對照提高29.90%、21.78%、14.13%、25.51%、18.05%，差異顯著。不同土壤改良劑處理顯著降低了土壤水分散失，CK、T1、T2、T3、T4、T5處理 5天內(nèi)土壤水分散失率分別為：83.56%、66.94%、78.67%、64.45%、72.29%和63.69%（圖2）。

圖1 不同土壤改良劑對堿性土壤pH值和電導率的影響

圖2 不同土壤改良劑對土壤含水量的影響

2.3 復合納米硅和吸濕納米粘合劑對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

綜合上述結(jié)果，T4和T5處理的土壤整體理化性質(zhì)較好，因此選取T4和T5處理與CK土樣進行微生物群落分析。如圖3所示，選取細菌和真菌中相對豐度排名前10的菌種進行分析。

在細菌中，變形菌門含量最高，為優(yōu)勢菌種，T5處理效果最明顯，由CK的36.67%增加到46.26%，T4增加到43.22%。T5、T4處理的酸桿菌門由CK的9.61%分別增加到11.52%、10.04%。厚壁菌門由CK的11.55%降至T5的4.11%，T4降至7.68%。T5處理擬桿菌門較CK減少44.80%，T4減少26.68%；T5疣微菌門減少58.01%，T4減少3.30%。其他菌種沒有明顯變化。

在真菌中，子囊菌門含量最高，為優(yōu)勢菌種，吸濕納米粘合劑處理（T5）后子囊菌門含量明顯增加，由CK的3.64%增加到9.13%，T4處理無明顯變化。擔子菌門所占比例次之，由 CK的0.47%增加到T5的1.38%，T4處理變化不顯著。其他菌種無明顯變化。

圖3 不同土壤改良劑對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

2.4 不同土壤改良劑對土壤微生物物種多樣性的影響

Chao1指數(shù)可以直觀地反映組內(nèi)物種多樣性的中位數(shù)、離散程度、最大值和最小值。在細菌中，T4處理的中位數(shù)、最小值和離散程度都低于對照，最大值與對照差異不明顯，而T5處理的中位數(shù)、離散程度、最大值和最小值都高于T4和對照，說明T5處理與T4處理及對照相比增加了細菌的物種多樣性。

在真菌中，T4處理與細菌中的相反，其中位數(shù)、最小值、最大值和離散程度都高于對照，T5處理最大值大于T4處理，中位數(shù)與T4差異不大，最小值大于CK但小于T4，離散程度低于T4和CK，說明T4處理比T5及對照更有利于菌類的聚集，但T5處理更能促進菌種數(shù)量的增加。綜合細菌和真菌物種多樣性來看，T5比T4處理效果更好。

圖4 不同土壤改良劑對土壤微生物物種多樣性的影響

2.5 不同土壤改良劑對植株根系構(gòu)型的影響

由表1看出，與 CK、T1、T2、T3相比，T4和 T5處理的根體積、根表面積顯著增加，其中T5效果最好，根體積較CK增加173.05%、根表面積增加49.07%。綜上說明土壤改良劑促進了根系生長，其中T4、T5處理效果較好，并且兩處理并未抑制側(cè)根的發(fā)生，其他改良劑則抑制側(cè)根的發(fā)生。

表1 不同土壤改良劑對植株根系構(gòu)型的影響

2.6 不同土壤改良劑對葉片光合作用和葉綠素SPAD值的影響

由圖5看出，T4處理葉綠素SPAD值顯著高于其他處理。T4和T5在處理一周內(nèi)隨時間延長凈光合速率逐漸提高，其中T4提高幅度最大，比處理第一天提高25.38%。

由表2看出，不同土壤調(diào)理劑處理一個月后葉片胞間二氧化碳濃度和氣孔導度沒有明顯變化，蒸騰速率、凈光合速率顯著高于CK。綜上結(jié)果顯示，不同土壤改良劑均提高了植株的光合性能，其中T4處理效果最顯著，其次為T5處理。

圖5 不同土壤改良劑對桃葉片凈光合速率和葉綠素的影響

表2 不同土壤改良劑對葉片光合速率的影響

3 討論

3.1 不同土壤改良劑對土壤理化性質(zhì)的影響

植物根系與土壤之間具有極大的接觸面，彼此可以進行頻繁的物質(zhì)交換，因此土壤是植物的一個重要生態(tài)因子。通過控制土壤因素可影響植物的生長和產(chǎn)量。前人研究表明，不同改良物質(zhì)均能不同程度地影響土壤理化性質(zhì)，提高土壤保肥能力進而增加土壤肥力，吸附土壤中重金屬，降低其生物有效性［16，17］。

劉東興［18］研究發(fā)現(xiàn)使用土壤改良物質(zhì)能降低鹽堿土壤pH值和水溶性鹽含量。本試驗發(fā)現(xiàn)，施用不同土壤改良劑以后，土壤pH值不同程度地降低，其中T5效果最顯著；土壤電導率也有不同程度的改變，其中T4和T5顯著降低土壤電導率，可能是由于T4、T5吸收了土壤中的養(yǎng)分離子從而降低土壤電導率，而其他改良劑向外釋放離子提高了土壤電導率。桃樹在中性或微酸性土壤中生長良好，T4和T5降低堿性土壤pH值和土壤電導率，為桃樹正常生長創(chuàng)造了良好環(huán)境條件。土壤含水量的高低反映土壤持水能力和供水能力的大小。李吉進等［19］研究表明施用膨潤土能增加土壤含水量。潘金華［20］研究發(fā)現(xiàn)土壤的飽和持水量與田間持水量均隨土壤結(jié)構(gòu)改良劑添加量的增加而增加，土壤有效水及遲效水也均呈增加趨勢。本試驗中土壤改良劑處理一周后土壤含水量均不同程度地降低，但土壤改良劑處理均能顯著提高土壤絕對含水量，使其水分散失率均小于對照。這可能是由于改良劑的吸附作用，吸住土壤中的水分，使其聚在一起，減少了蒸發(fā)。而T5處理水分散失率最低，最終含水量最高，說明吸濕納米粘合劑作用效果強于其他土壤改良劑。該試驗結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。

喬曉榮［21］研究表明，在連作障礙土壤中添加活性炭的處理不僅增加微生物生物量，而且使土壤微生物群落結(jié)構(gòu)在整個種植過程中均明顯改變。何莉莉等［22］研究表明施加生物炭和秸稈兩種不同土壤改良物質(zhì)后增加了細菌豐富度。Ramirez等［23］研究指出疣微菌門對氮添加的響應(yīng)敏感，其相對豐度與土壤氮含量存在負相關(guān)關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，復合納米硅（T4）和吸濕納米粘合劑（T5）處理能改善微生物群落結(jié)構(gòu)，增加細菌中變形菌門、酸桿菌門和真菌中子囊菌門、擔子菌門相對豐度，降低細菌中厚壁菌門、擬桿菌門、疣微菌門等菌的相對豐度，增加微生物的物種多樣性，而T5處理對微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性效果優(yōu)于T4。這可能是由于吸濕納米粘合劑處理吸附土壤中的養(yǎng)分，減少氮素流失，為土壤微生物提供了適宜的生長環(huán)境。

3.2 不同土壤改良劑對桃植株生長的影響

植物主要通過根系從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況直接影響到植株根系的吸收與生長以及地上部的生長發(fā)育，而改良劑通過對土壤性質(zhì)的影響進而影響植株生長發(fā)育。康愛民等［24］研究表明改良劑能促進植株分蘗，提高黑麥草地上部生物量。劉莉萍等［25］研究表明單施和混施改良劑均能不同程度地提高株高和莖粗。李志洪等［26］研究表明土壤改良劑能增加葉綠素含量，提高光合作用，增加株高、地莖和枝條萌發(fā)量。本研究發(fā)現(xiàn)施用不同土壤改良劑后植株光合作用和葉綠素SPAD值顯著高于對照，其中T4、T5處理效果較明顯。井大煒等［27］研究得出保水劑-尿素凝膠處理顯著增加細根的生物量、長度、比根長、表面積和體積，并明顯擴大細根的總吸收面積和根尖吸收面積。本研究發(fā)現(xiàn)，不同改良劑處理后桃樹根系長度、體積、面積和分叉數(shù)均有不同程度的變化，其中T5處理效果優(yōu)于其他處理。說明吸濕納米粘合劑對養(yǎng)分和水分的吸附效果最好，能顯著增加根密度，促進根系增殖和吸收根的形成，從而促進養(yǎng)分的吸收與植株的生長。

目前的研究及應(yīng)用報道主要集中在土壤改良劑的理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性及改良土壤、促進作物吸水吸肥、增產(chǎn)增效等方面，但其對植物的生理作用及分子機制研究較少，需進一步深入探究。

4 結(jié)論

不同改良劑處理均降低堿性土壤pH值，增加土壤含水量，提高桃植株凈光合速率、葉綠素SPAD值，促進根系生長。復合納米硅和吸濕納米粘合劑對土壤微生物也有很好的改良作用，增加真菌中子囊菌門、擔子菌門和細菌中變形菌門、酸桿菌門等有益菌的相對豐度，同時也增加土壤微生物的物種多樣性。綜合考慮認為，吸濕納米粘合劑處理是對盆栽桃土壤改良和植株生長效果最好一種材料。