張 蕾,吳文強(qiáng),王維瑞,王顏平,王艷平,李 萍,王伊琨
(1.北京市土肥工作站,北京 100029;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),北京 100193)
近幾年,設(shè)施大棚種植逐漸成為主流趨勢(shì)[1],且隨著種植規(guī)模不斷增大、種植年限不斷增加,設(shè)施土壤次生鹽漬化現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重,已成為制約設(shè)施蔬菜健康發(fā)展的重要問(wèn)題之一。設(shè)施菜田由于其特殊的溫濕條件和水分運(yùn)動(dòng)形式,缺少雨水淋洗,加上不合理的施肥措施和灌溉制度,導(dǎo)致土壤表土養(yǎng)分積聚,大量鹽分聚集在土壤表層難以向土壤深層遷移,導(dǎo)致設(shè)施大棚土壤次生鹽漬化。由于蔬菜根系一般分布比較淺,肥料施加在土壤表面,導(dǎo)致土壤表面積鹽,陳思奇等[2]研究表明,設(shè)施菜地土壤由上至下溶液電導(dǎo)率梯度遞增,一般表層電導(dǎo)率是下層的1~3 倍,導(dǎo)致土壤次生鹽漬化嚴(yán)重[3-4]。對(duì)設(shè)施大棚常年跟蹤表明,5 年以上老設(shè)施大棚土壤電導(dǎo)率超標(biāo)率(0.5 mS·cm-1)遠(yuǎn)高于使用年限低的設(shè)施大棚。設(shè)施大棚土壤鹽分在0~20 cm 表層聚集明顯,鹽分含量隨著土層加深而逐漸降低。設(shè)施大棚種植年限在15 年以上,土壤鹽分平均增加1.3 倍[5],造成了嚴(yán)重的土壤板結(jié)和病蟲害頻發(fā)。
土壤次生鹽漬化會(huì)嚴(yán)重影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及土壤酶活性[6-7],土壤中鹽分含量增多會(huì)使土壤微生物數(shù)量減少,對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)形成產(chǎn)生不利影響;土壤酶活性降低直接導(dǎo)致作物對(duì)土壤養(yǎng)分吸收速率下降,最終影響作物生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明,土壤含鹽量過(guò)高時(shí),設(shè)施蔬菜葉片光合作用和呼吸作用減弱,由于土壤表層鹽分含量增高,引起根系發(fā)育不良,作物對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收速率下降,造成植株發(fā)育矮小,病蟲害增多。土壤鹽分過(guò)高還會(huì)影響植物細(xì)胞內(nèi)多種抗逆性酶的活性,細(xì)胞內(nèi)酶活性降低使得各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成受阻,植物生長(zhǎng)平衡被破壞。當(dāng)土壤鹽分高出一定范圍后,導(dǎo)致植物葉片發(fā)黃干枯,同時(shí)設(shè)施作物生長(zhǎng)所需的礦物質(zhì)均隨水分從作物根部吸收進(jìn)入作物體內(nèi)并運(yùn)輸至各個(gè)部位;當(dāng)作物根部周圍土壤鹽分過(guò)高時(shí),植株對(duì)土壤養(yǎng)分吸收下降,從而影響作物各部位發(fā)育。土壤中Na+含量過(guò)高,還會(huì)抑制作物對(duì)微量元素的吸收,從而導(dǎo)致作物出現(xiàn)病害。
施用土壤調(diào)理劑是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)改良后發(fā)展起來(lái)的新型土壤改良方式[8]。土壤調(diào)理劑是指用于修復(fù)土壤理化性狀及其生物活性、提高退化土壤肥力的新型肥料[9]。相比傳統(tǒng)土壤改良方式,土壤調(diào)理劑具有高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用于土壤次生鹽漬化改良中。土壤調(diào)理劑有助于減小土壤容重,降低土壤表層含鹽量,提高土壤滲透性,同時(shí)抑制底層土壤鹽分向上遷移,有效增加肥料利用率并緩解作物鹽分脅迫。但目前有機(jī)肥和土壤調(diào)理劑及微生物菌肥配施在黃瓜上的應(yīng)用還未見(jiàn)有關(guān)報(bào)道,大多數(shù)的研究只限于單一有機(jī)肥或土壤調(diào)理劑和微生物菌肥對(duì)設(shè)施土壤的作用,因此本研究旨在通過(guò)開展田間試驗(yàn),探究有機(jī)肥和土壤調(diào)理劑以及微生物菌肥配施對(duì)設(shè)施土壤鹽漬化的改良效果,以期為設(shè)施土壤次生鹽漬化改良提供一定的理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2019 年4~8 月在北京房山區(qū)韓村河高科技示范園區(qū)溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。該日光溫室種植年限為21 年,長(zhǎng)70 m,寬6.5 m,大棚脊高3 m,建筑面積455 m2,沿東西方向種植作物。0~20 cm 土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。
表1 供試土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)
供試作物:黃瓜。品種:中農(nóng)26 號(hào)。
試驗(yàn)肥料:商品有機(jī)肥(主要成分為牛糞)、土壤調(diào)理劑[有效成分:有效活菌數(shù)≥5.0 億·g-1,有機(jī)質(zhì)≥40.0%,含國(guó)家專利(ZL201510428476.X)高效土壤調(diào)理劑]、微生物菌肥(喜優(yōu)豐:N+P2O5+K2O=8.0%,有機(jī)質(zhì)≥20.0%,富含枯草芽孢桿菌、側(cè)孢短芽孢桿菌、植物乳酸菌等高活性有益菌群)。
試驗(yàn)設(shè)置5 個(gè)處理:對(duì)照處理CK,商品有機(jī)肥11250 kg·hm-2;T1,商品有機(jī)肥11250 kg·hm-2,微生物菌肥1500 kg·hm-2;T2,商品有機(jī)肥11250 kg·hm-2,土壤調(diào)理劑750 kg·hm-2,微生物菌肥1500 kg·hm-2;T3,商品有機(jī)肥11250 kg·hm-2,土壤調(diào)理劑1500 kg·hm-2,微生物菌肥1500 kg·hm-2;T4,商品有機(jī)肥11250 kg·hm-2,土壤調(diào)理劑2250 kg·hm-2,微生物菌肥1500 kg·hm-2。每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù),15 個(gè)小區(qū),株距0.5 m,行距0.8 m。
黃瓜種植前,各處理所用有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、微生物菌肥按用量一次性施入土壤,深翻20 cm,確保肥料與土壤混合均勻。追肥為尿素、硫酸鉀、過(guò)磷酸鈣,用量分別為N 155 kg·hm-2、K2O 136 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2。采用溝灌方式追肥,追肥時(shí)期分別為初花期、坐果前期、坐果中期、坐果后期。所有處理除草、農(nóng)藥等其他田間農(nóng)藝按照當(dāng)?shù)毓芾泶胧┙y(tǒng)一進(jìn)行。
1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)定
黃瓜成熟期,采用五點(diǎn)取樣法采集黃瓜根際土壤混合土樣,取土深度分別為0~20、20~40、40~60 cm,測(cè)定前過(guò)濾掉土壤中雜質(zhì),風(fēng)干,磨細(xì),過(guò)1 mm 孔篩,裝袋保存。
土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、全氮均采用常規(guī)方法測(cè)定。土壤pH 采用電位法測(cè)定,土壤EC采用電導(dǎo)儀法測(cè)定,土壤容重采用取土器法測(cè)定,土壤全鹽采用土水比為1∶5,DDSJ-308A 電導(dǎo)率儀測(cè)定,土壤水溶性陽(yáng)離子采用土水比為1∶5的火焰原子吸收法測(cè)定,NO3-采用離子色譜測(cè)定,Cl-采用硝酸銀滴定法測(cè)定,HCO3-采用鹽酸中和滴定法測(cè)定,SO42-采用EDTA 二鈉鹽滴定法測(cè)定。以上具體方法均參考呂貽忠《土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)》[10]。
1.3.2 土壤微生物的采集、測(cè)定與測(cè)序分析
黃瓜定植60 d 時(shí),各處理以“S”型取樣法隨機(jī)取5 個(gè)10~20 cm 深處的根際土壤,共計(jì)5 個(gè)混合土樣,每個(gè)混合土樣3 個(gè)重復(fù),每個(gè)混合土樣10~20 g。所取土樣立即裝入液氮中,帶回實(shí)驗(yàn)室后放至-80℃冰箱保存,并送至北京百邁客生物科技有限公司,利用Illumina HiSeq 高通量測(cè)序平臺(tái)對(duì)土壤樣品中的細(xì)菌進(jìn)行16S rDNA 水平測(cè)序和分析。
1.3.3 數(shù)據(jù)處理與分析
試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)均由Excel 2010 軟件進(jìn)行整理,通過(guò)SPSS 12.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析和顯著性(P<0.05)分析,作圖使用Origin 9.1 軟件完成。
2.1.1 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤容重的影響
土壤容重用于判別土壤松緊程度,是土壤結(jié)構(gòu)、孔隙等物理性狀的綜合表現(xiàn),土壤容重越小,土質(zhì)越疏松,利于黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育及營(yíng)養(yǎng)吸收。由圖1 可知,0~60 cm 土層,4 種不同處理較CK 土壤容重均呈明顯下降趨勢(shì);0~20 cm 土層,T1 土壤容重最大,較CK 下降10.6%,T4 土壤容重最小,較CK 下 降20.5%,T2 較T1 下 降7.6%,T4 較T3 下降7.4%;20~40 cm 土層,T1~T4 較CK 下降范圍在2.8%~14.3%之間,其中T2 下降最明顯,T1土壤容重最大,施用土壤調(diào)理劑的處理較CK 下降趨勢(shì)明顯;40~60 cm 土層,T1 和T2 土壤容重大致相同,T4 土壤容重最低,較CK 降低14.5%,T3土壤容重較CK 降低7.9%。0~20 cm 土層,土壤容重下降程度最為明顯,隨著土壤深度增加,不同處理土壤容重之間差異逐漸減小,這可能是施加土壤調(diào)理劑使得表層土壤趨于疏松導(dǎo)致土壤容重降低,而由于肥料使用年限的限制,深層土壤容重下降程度趨于緩和。
2.1.2 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤EC和全鹽量的影響
土壤次生鹽漬化程度的加劇會(huì)導(dǎo)致土壤表層鹽分的增加,當(dāng)鹽分含量超過(guò)作物所能承受的閾值時(shí)就會(huì)抑制作物的生長(zhǎng)發(fā)育,土壤EC 和全鹽量是反應(yīng)土壤鹽分的直觀指標(biāo),用來(lái)評(píng)判土壤鹽漬化程度,在設(shè)施大棚土壤中兩者具有較高的相關(guān)性[11]。
如圖2 所示,對(duì)照組CK 土壤EC 在0~60 cm土層內(nèi),隨著土層深度增加,土壤EC 逐漸減?。坏魈幚硗寥繣C 較對(duì)照組CK 顯著降低。對(duì)比T2~T4 可知,土壤EC 隨著土壤深度增加大致呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì),鹽分在40~60 cm土層出現(xiàn)積累;處理T1、CK 對(duì)比表明,施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥土壤EC 呈現(xiàn)出明顯降低。在0~20 cm 土 層,T2 土 壤EC 較T1 下 降12.3%,T4 土壤EC 較T3 下降21.3%,各處理土壤EC 較CK 分別下降9.3%、20.5%、40%、51.8%,且各處理間差異顯著;由此說(shuō)明,土壤調(diào)理劑和微生物菌肥混合施用可有效降低土壤EC,同時(shí)微生物菌肥用量相同的情況下,土壤EC 隨著土壤調(diào)理劑用量增加而降低。0~20 cm 土層,T4 土壤EC最小,較CK 下降51.8%;20~40 cm 土層,各處理土壤EC 較CK 均顯著下降;40~60 cm 土層,相比CK,T4 土壤EC 最小,較CK 下降18.1%;T1~T4 土壤EC 隨著土壤深度呈現(xiàn)增加趨勢(shì),這可能是施用土壤調(diào)理劑改善了土壤物理結(jié)構(gòu),使得土壤結(jié)構(gòu)疏松,利于土壤鹽分向下遷移。
圖2 表明,不同施肥條件下,各處理較CK 均可降低土壤EC,尤其施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤EC 降低明顯,通過(guò)鹽分向下遷移使得表層土壤鹽分降低,改善鹽分對(duì)植物根系脅迫,更有利于黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。
圖3 表明,不同處理下,隨著土壤深度的增加,土壤全鹽量CK、T1 逐漸降低,T2、T3 先降低后升高,T4 逐漸升高。與CK 相比,T1、T2 處理的土壤全鹽量均顯著降低,在0~20 和20~40 cm 土層,T4 全鹽量低于T2、T3,40~60 cm 土層內(nèi)T3 全鹽量低于T4,且隨著土壤深度增加不同處理間土壤全鹽量差異逐漸減少,這可能與土壤調(diào)理劑的施用使得土壤物理結(jié)構(gòu)變化,鹽分向下遷移有關(guān)。
2.1.3 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤鹽分離子的影響
設(shè)施大棚次生鹽漬化土壤中,作物受鹽漬化土壤的危害程度不僅與土壤全鹽量成正比,而且與土壤中鹽分組成密切相關(guān)。如表2 所示,在0~20 cm 土層中,土壤陽(yáng)離子含量大致為Na+含量最高,K+和Mg2+大致相同,Ca2+含量最少,Na+含量約為K+和Mg2+含量的2.3 倍,約是Ca2+含量的2.9 倍。在次生鹽漬化土壤中,Na+是主要抑制作物生長(zhǎng)的陽(yáng)離子之一,作物生長(zhǎng)過(guò)程中,Na+過(guò)多會(huì)對(duì)作物其他離子吸收產(chǎn)生拮抗作用,抑制作物養(yǎng)分吸收。在陰離子中SO42-含量最多,約為Cl-和HCO3-含量的78 和28 倍。不同的施肥條件下,土壤可溶性離子含量之間具有差異。處理T2~T4 Na+含量較對(duì)照組CK 均顯著下降,T1~T4 Na+含量分別下降2.4%、38.7%、39.6%、59.5%;處理T1 中,K+和Mg2+含量較對(duì)照組CK 分別增加42.5%、49%,處理T2、T3、T4 較T1 顯著下降;處理T1 和T2 中Ca2+含量較對(duì)照組CK 略有增加,處理T3 和T4 較對(duì)照組CK 顯著下降;處理T3 和T4 中SO42-含量較對(duì)照組CK 含量顯著下降;根據(jù)各土壤鹽分離子含量總和來(lái)看,處理T4較處理T3 下降,處理T2 較處理T1 顯著下降,處理T3 較處理T1 顯著下降,其中Na+含量下降尤為明顯,說(shuō)明土壤調(diào)理劑可顯著降低土壤Na+含量,隨著土壤調(diào)理劑用量增加土壤Na+含量降低,而施用有機(jī)肥一定程度上增加了土壤K+和Mg2+、Ca2+含量。在20~40 cm 土層中,處理T1~T4土壤K+、Mg2+較對(duì)照組CK 變化并不明顯,處理T3和處理T4 中,SO42-、HCO3-含量較對(duì)照組CK 明顯下降。在40~60 cm 土層中,處理T1 較對(duì)照組CK中Na+、K+、SO42-含量有明顯增加,Cl-、HCO3-含量下降,處理T2~T4 中Na+、K+含量較對(duì)照組CK明顯增加。整體來(lái)看,施用有機(jī)肥會(huì)增加土壤表層K+和Mg2+含量,土壤調(diào)理劑和微生物肥可顯著降低表層土壤Na+含量,在土壤深層(40~60 cm)T4 處理 Na+、Ca2+、Mg2+、K+、SO42-含量相較對(duì)照組CK 增加,鹽分有向下遷移的趨勢(shì)。
表2 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤鹽分離子的影響
2.2.1 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤細(xì)菌群落Alpha 多樣性的影響
研究表明[12-14],加入外源物質(zhì)可改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu),增加土壤中有益菌活性,促進(jìn)作物對(duì)土壤養(yǎng)分吸收。Alpha 多樣性常用于土壤樣品微生物群落多樣性的分析[15],通過(guò)Chao1 指數(shù)、Shanon 指數(shù)和simpson 指數(shù)分析來(lái)反映試驗(yàn)土壤中微生物的數(shù)量、多樣性以及豐富度。由表3 可以看出,與對(duì)照組CK 相比,處理T1~T4 微生物豐度有一定程度增加,但土壤細(xì)菌群落多樣性差異不顯著。隨著土壤調(diào)理劑用量增加,微生物群落多樣性略有增加,這可能是因?yàn)橥寥乐宣}分下降使得土壤細(xì)菌群落生存環(huán)境更加適宜。處理T4 中細(xì)菌群落多樣性和豐富度最高,這可能是土壤調(diào)理劑、微生物菌肥和有機(jī)肥混施使得土壤細(xì)菌群落有更加充足的養(yǎng)分用于繁殖,從而數(shù)量趨于增加,同時(shí)土壤表層鹽分下降給微生物群落生存提供了更加適宜的環(huán)境。
表3 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤細(xì)菌群落豐富度和多樣性指數(shù)的影響
2.2.2 土壤調(diào)理劑及其配施微生物菌肥對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析
黃瓜根際微生物總量變化主要體現(xiàn)在細(xì)菌數(shù)量上,如圖4 所示,土壤細(xì)菌中門水平上Top10 優(yōu)勢(shì)菌門相對(duì)豐度從高到低順序依次為Proteobacteria 變形菌門,Acidobacteria 酸桿菌門,Chloroflexi 綠彎菌門,Actinobacteria 放線菌門,Gemmatimonadetes 芽單胞菌門,Bacteroidetes擬桿菌門,Patescibacteria,Planctomycetes 浮霉菌門,F(xiàn)irmicutes 厚壁菌門,Rokubacteria。其中相對(duì)豐度最高的是變形菌門,其相對(duì)豐度分別為39.1%、26.5%、35.3%、32.8%、34.1%,其次是酸桿菌門和綠彎菌門,對(duì)照組CK 中變形菌門相對(duì)豐度最高,處理T1 中綠彎菌門相對(duì)豐度最高,處理T2、T3、T4 中變形菌門、酸桿菌門相對(duì)豐度隨著土壤調(diào)理劑用量增加而下降,放線菌門、綠彎菌門、芽單胞菌門、擬桿菌門隨著土壤調(diào)理劑用量的增加而增加。土壤中放線菌可以分解土壤有機(jī)質(zhì),同時(shí)促進(jìn)土壤中腐殖質(zhì)形成,其相對(duì)豐度增加可能是因?yàn)槲⑸锞实氖┯檬沟猛寥乐杏幸婢吭黾?,促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解,進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。
由圖5 所示,土壤細(xì)菌綱水平上Top10的優(yōu)勢(shì)菌相對(duì)豐度從高到低順序依次為Alphaproteobacteria 棘藻菌綱,Gammaproteobacteria γ-變形菌綱,Subgroup_6,Gemmatimonadetes 芽單胞菌綱,Acidimicrobiia 酸桿菌綱,Blastocatellia_Subgroup_4,KD4-96,Gitt-GS-136,Bacteroidia擬桿菌綱,Deltaproteobacteria 三角桿菌綱,其中相對(duì)豐度最高為Alphaproteobacteria 棘藻菌綱,其相對(duì)豐度分別為21.3%、15.4%、20.9%、13.8%、18.5%。其次為Gammaproteobacteria γ-變形菌綱,其相對(duì)豐度分別為11.9%、8.1%、12.5%、12.7%、8.3%。Alphaproteobacteria 棘藻菌綱 和Subgroup_6相對(duì)豐度在對(duì)照組CK 最高,KD4-96 和Gitt-GS-136 相對(duì)豐度T1 中最高,Bacteroidia 擬桿菌綱相對(duì)豐度T2 中最高,Gammaproteobacteria γ-變形菌綱相對(duì)豐度T3 中最高,Gemmatimonadetes 芽單胞菌綱和Acidimicrobiia 酸桿菌綱相對(duì)豐度T4 最高,同時(shí),處理T2 和T3 其他菌類相對(duì)豐度明顯增加。這可能是因?yàn)槲⑸锞实氖┘訉?dǎo)致黃瓜根際土壤中微生物種類增加,優(yōu)勢(shì)菌數(shù)量增多,從而增加土壤養(yǎng)分利用率,促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育。
由圖6 所示,土壤細(xì)菌屬水平上Top10 優(yōu)勢(shì)菌的相對(duì)豐度從高到低順序依次為Arthrobacter 節(jié)細(xì)菌屬,f_Gemmatimonadaceae 牙單胞菌屬,Sphingomonas鞘氨醇單胞菌屬,c_KD4-96,c_Gitt-GS-136,g_Xanthomonas 黃單胞菌屬,Lysobacter 溶桿菌屬,o_Actinomarinales 放線菌屬,c_Alphaproteobacteria 變 形菌屬,g_Devosia 德沃斯氏菌屬。c_KD4-96 和 c_Gitt-GS-136 相對(duì)豐度處理T1 最高,較對(duì)照組CK 顯著增 加;Arthrobacter 節(jié)細(xì)菌屬,f_Gemmatimonadaceae牙單胞菌屬,Sphingomonas 鞘氨醇單胞菌屬,g_Xanthomonas 黃單胞菌屬相對(duì)豐度T4 顯著增加;Lysobacter 溶桿菌屬,o_Actinomarinales 放線菌屬相對(duì)豐度T4 最高。分析表明,施用土壤調(diào)理劑及微生物菌肥可增加土壤有益菌數(shù)量,比如分解土壤有機(jī)質(zhì)的放線菌類和固氮菌類,處理T4 增加效果顯著,這可能是因?yàn)榛旌鲜┯檬沟猛寥乐宣}分下降,土壤理化性質(zhì)改善,利于放線菌等有益菌類微生物活動(dòng)。
2.2.3 微生物群落與環(huán)境因子間的關(guān)系
土壤理化性質(zhì)對(duì)微生物生存至關(guān)重要,當(dāng)微生物所處土壤環(huán)境改變時(shí),微生物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)改變。RDA 可基于線性模型反映樣品與環(huán)境因子之間的關(guān)系[16]。如圖7 所示,土壤pH、EC 和TDS 與Sphingomonas 鞘氨醇單胞菌、Arthrobacter 節(jié)細(xì)菌、Gemmatimonadaceae 芽單胞菌、Alphaprotebacteria 變形菌、Devosia 德沃斯氏菌相對(duì)豐度呈正相關(guān);土壤TOC、TN、AP、AK 與Alphaprotebacteria 變形菌、Devosia 德沃斯氏 菌、Actinomarinales 放線菌呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)從RDA分析圖中可以看出,第一解釋軸的解釋量最大,土壤養(yǎng)分TOC、AK、AP 在第一解釋軸上的投影最大,說(shuō)明土壤養(yǎng)分TOC、AK、AP 在眾多環(huán)境因子中對(duì)土壤細(xì)菌影響最大,尤其是分解有機(jī)質(zhì)和促進(jìn)腐殖質(zhì)形成的放線菌屬。
發(fā)生次生鹽漬化的土壤其理化性質(zhì)發(fā)生一定變化,且土壤鹽分也會(huì)抑制土壤微生物活動(dòng)[3]。研究表明[17],容重小的土壤結(jié)構(gòu)具有更好的土壤孔隙度,利于土壤水肥等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的均勻分布、植物根系活動(dòng)和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。不同施肥處理下,土壤容重差異明顯,其中處理T4 下降效果最為明顯,這可能是因?yàn)橥寥勒{(diào)理劑和微生物菌肥增加了土壤團(tuán)聚體含量,增強(qiáng)了土壤活力,使得土質(zhì)疏松。
本試驗(yàn)表明,相較于對(duì)照組CK,施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥后土壤EC 和全鹽量顯著下降,且差異顯著,有機(jī)肥配施土壤調(diào)理劑和微生物菌肥比單施有機(jī)肥的土壤EC 和全鹽量明顯下降,同時(shí)土壤調(diào)理劑和微生物菌肥混施處理中土壤EC 和全鹽量均有顯著下降,且隨著土壤調(diào)理劑用量的增加而下降,尤其在土壤0~20 cm 土層下降明顯,這可能是因?yàn)橥寥勒{(diào)理劑改善了土壤結(jié)構(gòu),抑制了土壤鹽分向上遷移,從而降低了土壤EC 值和含鹽量。有研究表明,施用土壤調(diào)理劑后可降低土壤Na+含量,同時(shí)增加土壤Ca2+、Mg2+含量。施用不同種類土壤調(diào)理劑對(duì)土壤鹽分離子含量影響不同,施用鈣肥型土壤調(diào)理劑后,土壤Ca2+含量增加,Na+含量降低,土壤理化性質(zhì)得到顯著改善[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在0~20 cm 土層中,處理T2~T4 較有機(jī)肥和微生物菌肥混施的處理T1 顯著降低土壤中Na+、K+、Mg2+、Cl-含量,這可能是因?yàn)橥寥勒{(diào)理劑改善了土壤理化性質(zhì),土壤容重降低,對(duì)土壤鹽分淋溶起到促進(jìn)作用。有研究[19-20]表明土壤上層脫鹽迅速,鹽分向下積累,鹽分含量在0~20 cm 土層下降,在土壤深層積累。本試驗(yàn)表明,土壤鹽分離子隨著土壤深度增加,鹽分含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì),鹽分離子含量表現(xiàn)為40~60 cm最高,與前人研究結(jié)果一致。
土壤微生物對(duì)土壤肥力以及作物生長(zhǎng)極其重要,當(dāng)土壤有益菌群數(shù)量增多時(shí),比如分解土壤有機(jī)質(zhì)和促進(jìn)腐殖質(zhì)形成的放線菌,以及多種聯(lián)合固氮細(xì)菌,這些菌類可向植物提供更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和防止病害。有研究表明土壤微生物群落多樣性增多可有效增加土壤修復(fù)能力以及防止作物病害。本研究以根際土壤細(xì)菌群落多樣性和物種豐富度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。通過(guò)Shanon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)分析土壤樣品微生物群落多樣性的結(jié)果表明,處理T1~T4 細(xì)菌群落的多樣性和豐富度較對(duì)照組CK 要高,隨著土壤調(diào)理劑用量增加,土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度趨于增加,同時(shí)處理T4 增加更為明顯。這可能是因?yàn)橥寥勒{(diào)理劑、微生物菌肥和有機(jī)肥混施使得土壤細(xì)菌群落有更加充足的養(yǎng)分用于繁殖,從而數(shù)量趨于增加,同時(shí)土壤表層鹽分下降給微生物群落生存提供了更加適宜的環(huán)境。通過(guò)細(xì)菌門、綱、屬水平上優(yōu)勢(shì)細(xì)菌物種組成(圖4、5、6)可以看出,不同施肥處理下各種優(yōu)勢(shì)菌群組成具有明顯差異。從細(xì)菌門水平上來(lái)看,優(yōu)勢(shì)菌群主要是變形菌門、放線菌門,芽單胞菌門,厚壁菌門等,其中處理T4 增加最為顯著,放線菌門對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分解和腐殖質(zhì)形成作用極其有利[21],這也是處理T4 設(shè)施黃瓜產(chǎn)量增加的有利因素。從綱水平看出,棘藻菌綱、γ-變形菌綱、Subgroup_6、芽單胞菌綱、酸桿菌綱等10 個(gè)優(yōu)勢(shì)菌群,同樣以變形菌群和芽單胞菌群所占比例較大。從屬水平可知,節(jié)細(xì)菌屬和鞘氨醇單胞菌屬細(xì)菌作為固氮和降解污染物的細(xì)菌的增加對(duì)土壤肥力和修復(fù)能力有重要作用,這與張翔等[22]的研究結(jié)果一致。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與環(huán)境因素(pH、EC、有機(jī)質(zhì)、TOC 等)的關(guān)聯(lián)分析表明,土壤養(yǎng)分TOC、AK、AP 在眾多環(huán)境因子中對(duì)土壤細(xì)菌影響最大,尤其是分解有機(jī)質(zhì)和促進(jìn)腐殖質(zhì)形成的放線菌屬,可能是因?yàn)槌袡C(jī)肥外,土壤調(diào)理劑中的有機(jī)質(zhì)給土壤提供充足有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分,利于細(xì)菌群落中放線菌類等促進(jìn)有機(jī)質(zhì)分解的菌群含量增加,這可能是促進(jìn)黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)提升的重要原因。
施用土壤調(diào)理劑和微生物菌肥后,土壤容重、EC、全鹽量相較于對(duì)照組均有不同程度的下降,在0~20 cm 土層中Na+、K+、Ca2+、Cl-、HCO3-含量隨著土壤調(diào)理劑用量增加而下降,說(shuō)明土壤調(diào)理劑和微生物菌肥配施在改善土壤理化結(jié)構(gòu)、促使土壤鹽分向下遷移、降低表層土壤鹽分具有顯著效果,有利于減輕黃瓜所受鹽脅迫程度,促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育。
有機(jī)肥和微生物菌肥配施情況下,土壤調(diào)理劑可以增加設(shè)施菜田次生鹽漬化土壤細(xì)菌群落多樣性和豐富度,顯著增加土壤中固氮菌、分解有機(jī)質(zhì)和促進(jìn)腐殖質(zhì)形成的放線菌屬等有益菌數(shù)量,進(jìn)而提高設(shè)施黃瓜土壤肥力。