李婧男，孫向陽(yáng)，李素艷

（北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京100083）

濱海鹽漬土是中國(guó)主要的鹽漬土類型之一，鹽漬化土地面積廣泛，濱海地區(qū)15 m 等深線以內(nèi)的濱海鹽土、灘涂和淺海有1.40×107hm2，占中國(guó)鹽漬土總面積的近40%［1］，開(kāi)發(fā)利用土地資源潛力巨大。這些地區(qū)的土壤普遍含鹽量高、養(yǎng)分貧瘠，并伴有地表附近高度礦化的地下水［2］。高鹽度地下水和鹽漬土壤阻礙了植物的萌發(fā)和生長(zhǎng)，導(dǎo)致環(huán)境退化［3］。在如此大面積的鹽漬化土地上，如何有效地改良治理這些鹽堿地資源，并使植物能夠周年正常生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)于緩解土地資源緊張，穩(wěn)步改善濱海地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

目前濱海鹽漬土改良多采用水利工程配套有機(jī)、無(wú)機(jī)多種改良劑等措施進(jìn)行綜合治理開(kāi)發(fā)［4-6］。園林廢棄物因含有大量礦質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì)多經(jīng)過(guò)腐熟發(fā)酵后用于鹽堿土改良，可增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤通透性。近年來(lái)，有關(guān)園林廢棄物堆肥發(fā)酵的研究較多集中在單獨(dú)施用對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響［7-9］，但是對(duì)配施無(wú)機(jī)改良劑，研究不同改良劑對(duì)鹽漬化土壤微生物量及土壤酶活性的作用鮮見(jiàn)報(bào)道。

土壤微生物和土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的部分，土壤微生物不僅可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，還參與土壤有機(jī)質(zhì)的礦化和土壤腐殖質(zhì)的形成，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用［10］。土壤酶可以反映土壤微生物的總體活性，兩者易受環(huán)境中化學(xué)、生物及物理等因素影響［11］。本文在天津?yàn)I海地區(qū)進(jìn)行有機(jī)及無(wú)機(jī)改良劑改良鹽漬土的研究，分析不同改良劑對(duì)鹽漬化土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性、土壤微生物量的影響及改良后土壤理化性質(zhì)與土壤酶活性、土壤微生物量之間的相關(guān)關(guān)系，從土壤生物學(xué)角度明確不同改良劑對(duì)鹽漬土的改良效果，以期為鹽漬化土壤改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)域位于天津市黃港水庫(kù)一庫(kù)周邊的海油大道綠化帶（39°07′N(xiāo)—117°32′E）。該區(qū)屬暖溫帶沿海半濕潤(rùn)大陸性和海洋性過(guò)渡性季風(fēng)氣候，四季分明。年平均降水量為516 mm，主要集中在6月至8月，占年降水總量的73%以上。多年平均地表水蒸發(fā)量為1 672 mm，蒸發(fā)量約為降水量的3倍。研究區(qū)原多為淤泥回填的魚(yú)塘蝦池，土壤源于近海底泥，土質(zhì)粘重，鹽分組成以氯化鈉為主，土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 濱海鹽土理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：①CK：不添加任何改良劑；②T1：添加68 kg／m3的園林發(fā)酵廢棄物；③T2：添加15 kg／m3的膨潤(rùn)土；④T3：混合添加68 kg／m3園林發(fā)酵廢棄物和15 kg／m3膨潤(rùn)土。各處理隨機(jī)分布，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)12個(gè)小區(qū)，每區(qū)面積為54 m2（6 m×9 m），小區(qū)之間設(shè)1 m 寬緩沖帶。地下鋪設(shè)深度1 m，間距5 m 的暗管排鹽系統(tǒng)。土壤改良劑與0—40 cm 土壤深層混合后，進(jìn)行灌溉淋洗以去除土壤中的鹽分，淋洗2個(gè)月后種植香花槐。園林廢棄物為天津北林新苑綠化工程有限公司園林修剪的樹(shù)枝和草屑，粉碎后木屑粒徑為0.5～2 cm，草屑長(zhǎng)度為5～10 cm，將材料的水分含量調(diào)節(jié)至50%～60%并將C／N 比調(diào)節(jié)至30以進(jìn)行快速發(fā)酵，約40 d后發(fā)酵完全。

1.3 樣品采集及測(cè)定方法

施用改良劑1 a后采用多點(diǎn)混合法采集0—20 cm 深度的土壤樣品，每個(gè)小區(qū)重復(fù)采集5個(gè)樣品，測(cè)定電導(dǎo)率、p H 值、容重、孔隙度、土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和微生物量碳、氮。采回的土壤樣品一部分儲(chǔ)存于4 ℃恒溫箱內(nèi)用于測(cè)定土壤微生物和酶活性，另一部分經(jīng)自然風(fēng)干后，碾碎過(guò)1 mm 篩，并以水土比5∶1制備土壤水溶液，以進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定 土壤容重采用環(huán)刀法；土壤p H 值和含鹽量使用DZS-706 多參數(shù)分析儀測(cè)定。有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀氧化—外加熱法；土壤速效鉀用乙酸銨提取火焰光度計(jì)法測(cè)定，速效磷采用碳酸氫鈉提取比色法測(cè)定，速效氮使用堿解—擴(kuò)散法測(cè)定［12］。1.3.2 土壤酶活性的測(cè)定 土壤酶的測(cè)定參照林先貴［13］的測(cè)定方法，其中脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定；脫氫酶活性采用三苯基四氮唑氯化物（TTC）比色法測(cè)定；3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定蔗糖酶；堿性磷酸酶活性采用苯酚鈉比色法測(cè)定。

1.3.3 土壤微生物量碳、氮含量的測(cè)定 土壤微生物量碳的測(cè)定采用氯仿熏蒸—重鉻酸鉀—濃硫酸外加熱法：取新鮮土樣，均分為2份，其中一份經(jīng)氯仿熏蒸24 h，另一份為對(duì)照。將兩份土樣加入K2Cr2O7和濃硫酸微沸2 h后用FeSO4滴定，樣品由橙紅色經(jīng)靛藍(lán)到終點(diǎn)土黃，微生物量碳BC＝2.64×（熏蒸土壤浸提液的有機(jī)碳－未熏蒸土壤浸提液的有機(jī)碳）［13］。

土壤微生物量氮的測(cè)定采用氯仿熏蒸—?jiǎng)P式定氮法：新鮮土樣均分為2 份，其中一份經(jīng)氯仿熏蒸24 h，另一份為對(duì)照，將兩份土樣加入K2SO4-CuSO4-Se混合催化劑和濃硫酸，在高溫消化至澄清后放置過(guò)夜，次日用凱式定氮儀測(cè)定浸提液中的全氮含量，微生物量氮BN＝1.85×（熏蒸土壤浸提液的全氮－未熏蒸土壤浸提液的全氮）［13］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性差異分析（p＜0.05），冗余分析及排序圖的繪制采用R 語(yǔ)言，圖表的繪制采用Origin Pro 2017。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤酶活性的影響

有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤酶活性的影響如圖1所示，4組處理的土壤磷酸酶活性沒(méi)有顯著性差異，其活性范圍為0.15～0.16 mg／g。添加了發(fā)酵園林廢棄物的T1和T3處理組的脲酶分別為0.69 mg／g和0.81 mg／g，是對(duì)照組的8.6倍和10.1倍，顯著高于對(duì)照。蔗糖酶分別為1.45 mg／g和1.62 mg／g，是對(duì)照組的8.1倍和9.0倍，顯著高于對(duì)照組。添加了無(wú)機(jī)改良劑膨潤(rùn)土的處理組（T2）脲酶和蔗糖酶分別為0.08 mg／g 和0.20 mg／g，與對(duì)照組沒(méi)有顯著性差異；說(shuō)明有機(jī)質(zhì)可以顯著促進(jìn)土壤脲酶和蔗糖酶的活性。有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑（T1，T2和T3）均可以顯著促進(jìn)脫氫酶的活性，其活性分別提高了2.5，1.6，4.5倍，混合施用T3組對(duì)土壤脫氫酶的促進(jìn)效果最為明顯，顯著高于其他處理。

圖1 土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、脫氫酶活性變化

2.2 有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

發(fā)酵園林廢棄物與膨潤(rùn)土對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響如表2所示。試驗(yàn)區(qū)原土p H 值為7.62，添加改良材料后p H 值均略有降低，但差異不顯著。添加有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑后的各組處理容重分別降低了13.7%，3.3%和11.1%；土壤鹽分分別降低了39.0%，41.8%和62.7%，其中T1和T3組容重和土壤鹽分顯著低于對(duì)照。單獨(dú)施用園林廢棄物可以顯著提高土壤養(yǎng)分含量，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀等各項(xiàng)指標(biāo)增幅為29%～56%。單獨(dú)施用膨潤(rùn)土后土壤養(yǎng)分各項(xiàng)指標(biāo)增幅較小，分別提高了2.3%，1.5%，11.5%和8.1%?；旌鲜┯肨3處理組的養(yǎng)分含量最高，土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為對(duì)照組的2.1倍，2.0倍，1.8倍和1.6倍，改良效果顯著優(yōu)于其他處理組。

表2 有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.3 有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤微生物量碳、氮的影響

如圖2所示，施入發(fā)酵園林廢棄物與膨潤(rùn)土后，土壤微生物量碳與土壤微生物量氮含量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。T1，T2，T3組土壤微生物量碳分別比對(duì)照增加了18.7%，7.0%和24.8%，其中T3顯著高于其他組處理。添加無(wú)機(jī)改良劑的T2組土壤微生物量氮為5.49 mg／kg，比對(duì)照略有提高但沒(méi)有顯著性差異。添加了發(fā)酵園林廢棄物的T1和T3組土壤微生物量氮?jiǎng)t分別提高了62.7%和78.1%，均顯著高于對(duì)照?；焓┙MT3的促進(jìn)作用更明顯，土壤微生物量碳和氮顯著高于其他組處理。

圖2 有機(jī)無(wú)機(jī)改良劑對(duì)土壤微生物量碳、氮的影響

2.4 土壤理化性質(zhì)與土壤微生物量碳氮和酶活的冗余分析

以土壤酶活性和微生物量碳、氮為響應(yīng)變量，以土壤理化性質(zhì)為解釋變量，對(duì)4 種處理進(jìn)行冗余分析，結(jié)果如圖3所示。使用R 語(yǔ)言Vegan包RDA 函數(shù)計(jì)算得到RDA1和RDA2貢獻(xiàn)率分別為70.77%和0.92%，說(shuō)明第1，第2排序軸較好地反映土壤理化性質(zhì)與土壤微生物量和酶活的關(guān)系。表3為各樣點(diǎn)理化因子與RDA 排序軸的相關(guān)系數(shù)，土壤速效磷、速效氮與第1 排序軸相關(guān)系數(shù)最大，相關(guān)系數(shù)分別為0.885和0.869，說(shuō)明第1軸主要反映了土壤酶和微生物量對(duì)土壤養(yǎng)分的響應(yīng)；土壤含鹽量和容重與第2軸的相關(guān)系數(shù)最大，分別為0.4和－0.379，說(shuō)明鹽分特征和土壤容重主要體現(xiàn)在第2軸上。不同土壤理化因子對(duì)土壤酶和微生物量的影響不同，依據(jù)土壤因子特征值排序?yàn)椋核傩р洠舅傩У緋 H＞鹽分＞速效磷＞有機(jī)質(zhì)＞容重。

圖3是土壤理化因子與土壤酶和微生物量碳氮冗余分析二維排序結(jié)果。圖中箭頭連結(jié)長(zhǎng)度和夾角余弦值代表某個(gè)理化因子對(duì)土壤酶活性的影響程度，連線越長(zhǎng)、余弦值的絕對(duì)值越大，說(shuō)明影響越大；反之則越小［14］。速效氮、速效鉀與蔗糖酶和脲酶的箭頭連線最長(zhǎng)，夾角均較小，可知速效氮、速效鉀與蔗糖酶和酶脲的活性呈正相關(guān)；容重與脫氫酶箭頭連線最長(zhǎng)，夾角最小，說(shuō)明容重對(duì)脫氫酶的影響最大；由速效磷與土壤微生物量氮箭頭連線與夾角判斷速效磷與土壤微生物量氮正相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與微生物量碳箭頭連線最長(zhǎng)，夾角最小，二者呈正相關(guān)。這一結(jié)果與冗余分析中對(duì)土壤理化因子按照特征值排序的結(jié)果基本一致。

表3 理化因子RD相關(guān)系數(shù)及理化因子排序

圖3 土壤理化性質(zhì)與微生物量碳氮和酶活相關(guān)性的RDA分析

由于RDA1的貢獻(xiàn)率為70.77%，因此各理化性質(zhì)的向量于RDA1軸的關(guān)系可以說(shuō)明其對(duì)于土壤酶活性和微生物量的作用。其中，含鹽量、p H 值和容重指向RDA1軸的負(fù)向，說(shuō)明這3種指標(biāo)的增高對(duì)土壤酶活性和微生物量具有抑制作用，而有效氮、有效磷、有效鉀和有機(jī)質(zhì)4 種指標(biāo)則相反。由RDA 分析可知，不含發(fā)酵園林廢棄物的CK 組和T2組集中分布于第二、三象限，而含有發(fā)酵園林廢棄物的T1組和T3組集中分布于第一、四象限，且兩大組間沒(méi)有重疊，說(shuō)明發(fā)酵園林廢棄物的加入對(duì)土壤酶活性和微生物量的增加起到了決定性的作用。

3 討論

本研究加入發(fā)酵園林廢棄物可以改善土壤物理性質(zhì)，通過(guò)灌溉淋洗快速脫鹽。單獨(dú)施入膨潤(rùn)土后土壤的容重沒(méi)有明顯改善，但也有一定的脫鹽效果，有研究表明膨潤(rùn)土使土壤中水力傳導(dǎo)率降低，增加了交換表面的可接近性，因此增強(qiáng)了陽(yáng)離子交換速率，從而導(dǎo)致陽(yáng)離子從土壤膠體中的快速釋放［15］。此外，添加膨潤(rùn)土可以為陽(yáng)離子交換提供更大的表面積，這可能有助于更快地淋溶Na＋［16］。發(fā)酵園林廢棄物與膨潤(rùn)土混合施用可顯著提高土壤養(yǎng)分含量，在降低土壤鹽分含量上的效果最顯著，可以使土壤中的鹽分很容易地被淋洗出來(lái)，與王曉洋等［17］的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)橛袡C(jī)與無(wú)機(jī)改良劑施用后活化了土壤養(yǎng)分，增加了土壤的脫鹽效果，同時(shí)也為無(wú)機(jī)改良劑發(fā)揮陽(yáng)離子交換作用改良土壤鹽漬化創(chuàng)造了有利條件［18］。

土壤酶是土壤中動(dòng)植物殘?bào)w、植物根系及土壤微生物所分泌的具有生物活性的物質(zhì)，參與土壤中幾乎所有的有機(jī)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，是土壤生物學(xué)特征的重要指標(biāo)［19］。其中蔗糖酶是土壤碳循環(huán)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶；脲酶用以表征土壤的氮素供應(yīng)狀況［20］。本文研究結(jié)果表明，添加有機(jī)改良劑可以顯著促進(jìn)土壤脲酶、蔗糖酶與脫氫酶活性，這與徐憲斌等［21］的研究結(jié)果一致，微生物在濱海鹽漬土中處于一種低營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，有機(jī)改良劑的加入為微生物提供了新的能源，另一方面發(fā)酵園林廢棄物本身也帶入了大量微生物，進(jìn)一步提高了土壤微生物包括土壤酶在內(nèi)的分泌數(shù)量［22］。無(wú)機(jī)改良劑的添加也可以提高土壤蔗糖酶和脫氫酶的活性，原因可能是膨潤(rùn)土通過(guò)離子交換作用降低土壤含鹽量，從而為微生物生長(zhǎng)提供更好的環(huán)境，酶活性增加。有研究通過(guò)在鹽堿土中添加石膏、砂石等無(wú)機(jī)改良劑后土壤酶活性也得到了提高可以印證本研究的結(jié)果［23］。

土壤微生物量是土壤有機(jī)質(zhì)和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)的動(dòng)力，是表征土壤微生物新陳代謝強(qiáng)度，評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。加入園林廢棄物與膨潤(rùn)土后土壤微生物量碳顯著提高，特別是發(fā)酵園林廢棄物與膨潤(rùn)土混合施用后，土壤微生物量碳達(dá)到40.07 mg／kg，顯著高于其他處理。這與臧逸飛等［24］的研究結(jié)果一致，加入發(fā)酵園林廢棄物能夠使堆肥產(chǎn)品孔隙增大，為微生物提供較好的生長(zhǎng)環(huán)境，微生物可以通過(guò)同化作用將碳、氮素轉(zhuǎn)入微生物體內(nèi)［25］。單施無(wú)機(jī)物可以增加土壤的微生物量碳，與有機(jī)物混合配施作用更加突出。這是因?yàn)樵诘头柿Φ霓r(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)中施用有機(jī)物可以促進(jìn)植物和其它生物的生長(zhǎng)，增加了植物的根系和根系分泌物，因而促進(jìn)了土壤微生物的繁殖，提高了微生物生物量［26］。

此外，本研究結(jié)果還表明土壤理化性質(zhì)與酶活性和微生物量有關(guān)，本研究中添加有機(jī)或無(wú)機(jī)改良劑后的幾組處理磷酸酶活性沒(méi)有顯著性差異，通過(guò)冗余分析可知土壤速效磷與第1排序軸相關(guān)系數(shù)最大，主要反映了土壤酶和對(duì)土壤養(yǎng)分的響應(yīng)，對(duì)照本文土壤理化性質(zhì)分析，濱海鹽漬土中磷的含量較低是造成磷酸酶活性低的主要原因。

4 結(jié)論

（1）發(fā)酵園林廢棄物與膨潤(rùn)土混合施用可顯著降低土壤含鹽量，改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤酶活性和微生物量碳氮，改良效果明顯優(yōu)于其他處理組。

（2）速效鉀與速效氮是影響土壤酶與微生物量的主要因子，而含鹽量、容重則與土壤酶和微生物量呈負(fù)相關(guān)，具有抑制作用。雖然無(wú)機(jī)改良劑可以改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)部分土壤酶的活性和微生物量碳，但發(fā)酵園林廢棄物可以提供更多的氮、磷、鉀等養(yǎng)分，降低容重改善土壤結(jié)構(gòu)，顯著提高土壤酶的活性和微生物量碳、氮，更有利于土壤生態(tài)功能的持續(xù)發(fā)揮。