土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用對(duì)小油菜連作障礙土壤的修復(fù)

王貽蓮，黃鼎立，魏艷麗 ，李紅梅 ，楊合同，李紀(jì)順*

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省科學(xué)院生態(tài)研究所 山東省應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250103；2.威海益豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東 威海 264200)

設(shè)施蔬菜因多年連作，作物根系吸收養(yǎng)分單一，造成土壤養(yǎng)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(yǎng)分，導(dǎo)致土壤酸化及次生鹽漬化[1-2]。 在當(dāng)前的蔬菜生產(chǎn)中，土壤酸化及次生鹽漬化是主要的問題，已成為制約設(shè)施蔬菜生產(chǎn)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(nèi)，作物能正常生長，過酸或強(qiáng)酸均會(huì)影響作物根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用[4]。當(dāng)土壤 pH< 5.5 時(shí)，會(huì)影響作物對(duì)土壤中有效氮及磷的利用，造成產(chǎn)量下降[5]。調(diào)查顯示，山東、江蘇兩省設(shè)施土壤的鹽漬化程度最為嚴(yán)重，設(shè)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(dǎo)率>0.50 mS/cm)[6-8]。在長江中下游地區(qū)，長期種植葉菜的大棚土壤次生鹽漬化和酸化面積達(dá)到種植面積的 40% 以上，已嚴(yán)重影響了葉菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[9]。在威海益豐農(nóng)業(yè)科技有限公司種植基地，土壤酸化嚴(yán)重，大部分棚內(nèi)土壤 pH<5.5，酸化嚴(yán)重的棚內(nèi)土壤 pH<4.5(極強(qiáng)酸性)；電導(dǎo)率在500～2 100 μS/cm，嚴(yán)重地塊的土壤電導(dǎo)率在4 000 μS/cm左右，葉菜根腐病發(fā)生嚴(yán)重，嚴(yán)重制約葉菜的安全生產(chǎn)。

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(fā)現(xiàn)，土壤pH <4.5，電導(dǎo)率≥1 176 μS/cm，小油菜葉部鹽害表現(xiàn)明顯；pH <5.0，電導(dǎo)率≥1 500 μS/cm，小油菜不能正常生長。因此，葉菜的生產(chǎn)急需安全、有效和可持續(xù)的土壤改良措施。

國內(nèi)外對(duì)土壤酸化、次生鹽漬化及其改良已經(jīng)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(xué)和礦物類無機(jī)調(diào)理劑，對(duì)于快速提高土壤 pH 效果顯著，但不能有效改善土壤生物學(xué)性狀[11]，為彌補(bǔ)這項(xiàng)不足，探尋葉菜在連作障礙土壤中的安全生產(chǎn)措施，本研究嘗試將土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用，旨在復(fù)合修復(fù)緩解葉菜障礙土壤對(duì)小油菜生產(chǎn)的限制影響，探索聯(lián)合修復(fù)對(duì)連作障礙土壤的修復(fù)作用，以期為葉菜的安全生產(chǎn)提供參考，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)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(diào)理劑(濟(jì)南澳利新型肥料有限公司)，復(fù)合肥(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司)，有機(jī)肥I(濟(jì)南澳利新型肥料有限公司肥星?有機(jī)肥)，有機(jī)肥II(威海振威畜禽有限公司山壯?有機(jī)肥)，有機(jī)肥III(山東億豐源生物科技股份有限公司億豊園?有機(jī)肥)，木霉LTR-2菌劑(山東省科學(xué)院生態(tài)研究所中試產(chǎn)品)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)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(nóng)業(yè)科技有限公司16號(hào)試驗(yàn)大棚內(nèi)(pH范圍為3.91～4.50，電導(dǎo)率范圍為660～6 813.5 μS/cm)進(jìn)行。其中，3月9日—5月29日試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，其中A處理為CK：有機(jī)肥II+復(fù)合肥；B處理：土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥I+復(fù)合肥；C處理：土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥I+復(fù)合肥+木霉LTR-2。每處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列，每小區(qū)面積20 m2(2 m×10 m)。具體實(shí)施是于3月9日按7 500 kg /hm2用量撒施土壤調(diào)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(jī)肥II ( 1 500 kg / hm2)、有機(jī)肥I(6 000 kg / hm2)、木霉菌劑(75 kg / hm2)和復(fù)合肥(450 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、劃分試驗(yàn)區(qū)。同時(shí)在施肥前后分別多點(diǎn)混合采集小區(qū)土壤樣品，進(jìn)行風(fēng)干、過篩后，用于測(cè)定pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量； 3月21日播種， 5月29日進(jìn)行病害調(diào)查和產(chǎn)量測(cè)定，同時(shí)采集小區(qū)土壤樣品，用于測(cè)定pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。9月23日～11月25日的減肥試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，分別為A′處理：常規(guī)處理CK (有機(jī)肥III+復(fù)合肥)；B′處理：有機(jī)肥I；C′處理：有機(jī)肥I+木霉LTR-2；D′處理：有機(jī)肥I+LTR-2+1/3復(fù)合肥(150 kg/ hm2)；E′處理：有機(jī)肥I+LTR-2+2/3復(fù)合肥(300 kg/hm2),以不做任何處理為空白對(duì)照，每處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列，每小區(qū)面積20 m2(2 m×10 m)。具體實(shí)施是于9月23日分別按有機(jī)肥III( 1 500 kg / hm2)、有機(jī)肥I(6 000 kg / hm2)、木霉LTR-2 (75 kg / hm2)和復(fù)合肥(0～300 kg/ hm2)用量撒施做基肥，然后旋耕、整地、劃分試驗(yàn)區(qū)。同時(shí)取土樣測(cè)定pH和電導(dǎo)率。9月24日播種，11月25日進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定，同時(shí)采集土壤樣品，測(cè)定 pH 和電導(dǎo)率。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)檢測(cè)

1. 3.1.1 土壤樣品前處理

土壤充分自然風(fēng)干，用孔徑0.85 mm篩子過篩備用。

1.3.1.2 土壤pH和電導(dǎo)率的測(cè)定

1.3.1.3 土壤養(yǎng)分指標(biāo)檢測(cè)

土壤養(yǎng)分指標(biāo)包括有機(jī)質(zhì)、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(cè)定，全磷用HCLO4-H2SO4法測(cè)定，全鉀用氫氧化鈉熔融法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測(cè)定；堿解氮用氫氧化鈉-硼酸-標(biāo)準(zhǔn)酸滴定測(cè)定；土壤速效磷用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法測(cè)定；土壤速效鉀用1 mol/L乙酸銨溶液浸提-火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.3.1.4 小油菜發(fā)病率及產(chǎn)量測(cè)定

按照長1 m、寬2 m隨機(jī)取三方進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并隨機(jī)挑取10棵小油菜進(jìn)行病害調(diào)查。小油菜產(chǎn)量以凈菜(進(jìn)超市標(biāo)準(zhǔn))產(chǎn)量為準(zhǔn)。

病株率=發(fā)病株數(shù)/10×100%；

防效=(常規(guī)對(duì)照組病株率-處理組病株率)/常規(guī)對(duì)照組病株率×100%；

增產(chǎn)率=(處理組畝凈菜鮮重-對(duì)照組畝凈菜鮮重)/對(duì)照組畝凈菜鮮重×100%。

1.3.1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑聯(lián)合木霉LTR-2對(duì)土壤pH、電導(dǎo)率及小油菜發(fā)病率和產(chǎn)量的影響

土壤調(diào)理劑聯(lián)合木霉LTR-2對(duì)土壤pH、電導(dǎo)率及小油菜發(fā)病率和產(chǎn)量的影響結(jié)果詳見表1。由表1可知，經(jīng)7 500 kg /hm2土壤調(diào)理劑處理后，土壤pH由4.50變?yōu)?.95；電導(dǎo)率由675.10下降至519.70 μS/cm。施用肥料和菌劑后，B(土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥I+復(fù)合肥)處理和C(土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥I+LTR-2+復(fù)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(dǎo)率分別升至1 011.43和959.47 μS/cm，經(jīng)一茬種植后，pH降為6.06和6.26，電導(dǎo)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(guī)處理A(有機(jī)肥II+復(fù)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(dǎo)率均有升高，且存在顯著差異；B處理和C處理對(duì)油菜根腐病的防效分別為65.39%和80.77%；畝凈菜產(chǎn)量分別為1 392.36和1 459.06 kg，增產(chǎn)率分別為27.48%和33.59%。

表1 不同處理對(duì)土壤pH、電導(dǎo)率及小油菜發(fā)病率和產(chǎn)量的影響

2.2 小油菜種植對(duì)不同處理中土壤養(yǎng)分的影響

小油菜種植對(duì)不同處理中土壤養(yǎng)分的影響結(jié)果詳見表2。由表2可知，A(有機(jī)肥II+復(fù)合肥)處理種植一茬油菜后，土壤有機(jī)質(zhì)、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(diào)理劑+有機(jī)肥I+復(fù)合肥)處理種植一茬油菜后，僅有機(jī)質(zhì)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(diào)理劑+有機(jī)肥I+LTR-2+復(fù)合肥)處理，土壤有機(jī)質(zhì)、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(yǎng)分含量正消耗明顯提高。根據(jù)菜園土壤有效大中元素豐缺狀況分級(jí)，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(shí)有效磷為96.80 mg/kg，B處理收獲時(shí)速效鉀和堿解氮分別為259和366 mg/kg，C處理收獲時(shí)堿解氮為313 mg/kg，表明A、B、C三個(gè)處理土壤速效養(yǎng)分均有不同程度的過剩累積。因?yàn)轲B(yǎng)分積累有可能是肥料施用過量導(dǎo)致，因此設(shè)計(jì)減肥試驗(yàn)，進(jìn)一步探討有利于菜地土壤養(yǎng)分均衡的施肥措施。

表2 小油菜種植對(duì)不同處理中土壤養(yǎng)分的影響

2.3 小油菜種植減肥試驗(yàn)

小油菜種植減肥試驗(yàn)結(jié)果詳見表3。由表3可知，在小油菜種植前，試驗(yàn)設(shè)計(jì)組(B′、 C′、 D′、 E′)土壤pH在6.34～6.50，電導(dǎo)率在1 300.47～1 759.43 μS/cm；空白及常規(guī)處理組土壤pH均<5.0，電導(dǎo)率>1 596.9 μS/cm。收獲時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)組土壤pH在6.32～6.64，電導(dǎo)率在632.7～1 104.1 μS/cm，pH和電導(dǎo)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(yàn)

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

3 討論

目前，設(shè)施蔬菜土壤連作障礙問題日益突出。不同地區(qū)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(duì)以上問題，本文研究了土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用對(duì)小油菜連作土壤的修復(fù)作用。研究結(jié)果顯示，土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用，提高了小油菜連作障礙土壤的pH，增強(qiáng)了油菜根腐病的防治效果，促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀的循環(huán)利用，提高了小油菜的生物量。

土壤pH是評(píng)價(jià)土壤肥力的指標(biāo)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(duì)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(jié)果顯示，經(jīng)7 500 kg /hm2土壤調(diào)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(diào)理劑+有機(jī)肥I+復(fù)合肥)處理和C(土壤調(diào)理劑+有機(jī)肥I+LTR-2+復(fù)合肥)處理組中土壤pH分別降至6.43和6.57，收獲時(shí)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(diào)理劑處理區(qū)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(diào)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(dǎo)率成正相關(guān)，電導(dǎo)率過高或過低都會(huì)影響作物生長。設(shè)施土壤電導(dǎo)率>1 000 μS/cm即會(huì)對(duì)作物生長有影響，其對(duì)作物的影響大小與作物種類及土壤pH均相關(guān)。本研究中，土壤pH <5.0，電導(dǎo)率 ≥1 500 μS/cm，小油菜生物量少，畝產(chǎn)1 172 kg；經(jīng)土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用區(qū)，土壤pH>6.0，電導(dǎo)率為632.7～1 471.97 μS/cm，小油菜生物量高，畝產(chǎn)1 656 kg(詳見表3)。土壤調(diào)理劑和木霉LTR-2聯(lián)合施用既提高了連作障礙土壤的pH，又降低了電導(dǎo)率，保障小油菜在適宜的土壤環(huán)境中生長，增加生物量。

土傳病害嚴(yán)重影響作物的生長發(fā)育，木霉菌對(duì)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(jié)果顯示，添加木霉LTR-2處理組根腐病防效為80.77%，與對(duì)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(yǎng)分的轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存，刺激植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而促進(jìn)作物生長并提高產(chǎn)量[19]。本研究結(jié)果顯示，添加木霉LTR-2有助于油菜連作土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀的循環(huán)利用，并提高小油菜凈菜產(chǎn)量，增產(chǎn)率為33.59%。

科學(xué)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(cè)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?fù)寥浪峄按紊}漬化的速度[4]。本研究中小油菜種植對(duì)不同處理中土壤養(yǎng)分的影響結(jié)果顯示，A處理收獲時(shí)有效磷過剩，B處理收獲時(shí)速效鉀和堿解氮過剩，C處理收獲時(shí)堿解氮過剩，表明A、B、C三個(gè)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(huán)境，本文繼續(xù)進(jìn)行了小油菜種植減肥試驗(yàn)，結(jié)果顯示，D′處理組，即有機(jī)肥I+LTR-2+1/3復(fù)合肥處理，在減施復(fù)合肥66.67%的情況下，與常規(guī)對(duì)照A′處理比，增產(chǎn)率為9.31%，；與空白對(duì)照比，增產(chǎn)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(fù)，主要原因是為使蔬菜高產(chǎn)，在經(jīng)過一段時(shí)間的土壤治理后，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，種植戶又會(huì)過量投肥。實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)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(xiàn)象[20]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，施肥后土壤電導(dǎo)率均會(huì)升高，為驗(yàn)證不施肥料是否能正常生產(chǎn)且能降低油菜連作障礙土壤的電導(dǎo)率，在減肥試驗(yàn)中增設(shè)了不施任何肥料的原始空白對(duì)照，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植后產(chǎn)量明顯受抑制，小油菜生物量最低。

連作障礙土壤的修復(fù)作用，不能僅從生物量的多少或土壤理化性狀來做單一評(píng)價(jià)，應(yīng)綜合考慮修復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究從土壤pH、電導(dǎo)率、病害防效及增產(chǎn)率幾方面來評(píng)價(jià)土壤調(diào)理劑聯(lián)合木霉LTR-2對(duì)小油菜連作障礙土壤的修復(fù)作用，研究結(jié)果表明，土壤pH為5.5～7.0，電導(dǎo)率<1 500 μS/cm，根腐病發(fā)生率低于20%，增產(chǎn)率高于27%，即可認(rèn)為小油菜連作障礙土壤得到良好修復(fù)。