王啟堯，趙庚星，李 濤，李建偉，潘 登，涂 強(qiáng)

（1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安271018；

2山東省土壤肥料工作總站，濟(jì)南250013；3山東億安生物工程有限公司，濟(jì)南250014；4山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南250100）

0 引言

土壤是人類生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必要條件[1]，土地鹽漬化導(dǎo)致土地生態(tài)退化，嚴(yán)重危害農(nóng)作物和植被生長(zhǎng)，阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及糧食持續(xù)高產(chǎn)[2]。

山東省鹽漬化耕地面積38.4萬hm2，占全省耕地面積的5.05%[3]，其中濱海鹽漬化是制約沿海地區(qū)糧食持續(xù)穩(wěn)定高產(chǎn)的主要原因之一[4-5]。自20世紀(jì)50年代初以來，各級(jí)政府開始大量投資，治理、改良鹽漬土，形成了灌溉排水、地表覆蓋、施加化學(xué)改良劑等鹽漬耕地改良措施[6-9]。隨著微生物改良鹽漬農(nóng)田技術(shù)的逐步發(fā)展以及綠色農(nóng)業(yè)理念的推進(jìn)，鹽漬土的微生物改良逐步得到了廣泛的應(yīng)用[10]。

微生物菌肥一般以大量有機(jī)物和有益微生物組成，其中嗜鹽微生物在自身生長(zhǎng)繁殖過程中會(huì)大量消耗環(huán)境中的游離Na+，降低游離Na+濃度，進(jìn)而降低土壤中的鹽離子濃度，減輕高濃度鹽離子對(duì)植物的毒害作用[12-14]。另一方面，利用細(xì)菌分解環(huán)境中的糖類向周圍釋放有機(jī)酸，可中和鹽漬土中的OH-，是降低鹽堿土pH的一種有效方法[15-17]。目前針對(duì)鹽漬農(nóng)田適用的微生物土壤修復(fù)菌劑尚較少見，市面上存在一部分可以減輕鹽漬化危害的相關(guān)產(chǎn)品，但其效果不盡理想，難以真正大規(guī)模使用[18]。微生物菌劑在濱海農(nóng)田中施用效果的系統(tǒng)研究有待進(jìn)一步開展。

因此，本文以田間試驗(yàn)手段，通過土壤鹽分、作物冠層觀測(cè)和產(chǎn)量分析方法，擬系統(tǒng)探索微生物土壤修復(fù)菌劑對(duì)濱海冬小麥鹽漬農(nóng)田的改良效果，以期探明其對(duì)土壤鹽分和冬小麥生長(zhǎng)的影響，從而為濱海鹽漬耕地微生物改良提供一種新的思路和方法[11]。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)選擇渤海農(nóng)場(chǎng)一分廠鹽漬麥田，隸屬山東省東營(yíng)市利津縣，位于北緯37°47′23″東經(jīng)118°36′25″。該地處于暖溫帶季風(fēng)型氣候，大陸性強(qiáng)，雨熱同季，四季分明，總體地勢(shì)較低，地表平整，土壤類型為中度氯化物鹽化潮土。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)一：不同種類生物產(chǎn)品降鹽增產(chǎn)效果試驗(yàn)。設(shè)計(jì)6組處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)面積為8.5*40 m2，小區(qū)呈隨機(jī)區(qū)組排列，南北窄東西長(zhǎng)，不同處理之間設(shè)計(jì)隔離帶，以防不同處理之間干擾。試驗(yàn)所用微生物菌劑和產(chǎn)品來自山東億安生物工程有限公司。處理T1：空白對(duì)照，不施肥；處理T2：億安記產(chǎn)品（有機(jī)質(zhì)+有益微生物）；處理T3：微生物菌肥（有機(jī)質(zhì)+嗜鹽微生物）；處理T4：有機(jī)加無機(jī)輔料（不含微生物）；處理T5：商品有機(jī)肥（不含微生物）；處理T6：同處理T3的微生物菌肥（有機(jī)質(zhì)+嗜鹽微生物），施用方法為壟間撒施后劃鋤，其他處理T2-T5均為麥苗根部追施，所有肥料施用量均為7 kg/hm2。

試驗(yàn)二：不同用量微生物菌肥降鹽增產(chǎn)效果試驗(yàn)。共設(shè)計(jì)5組處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積為8.5×40 m2，小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，不同處理之間設(shè)計(jì)隔離帶，所用產(chǎn)品為山東億安生物工程有限公司微生物菌肥。處理T1：空白對(duì)照；處理T2：施用量3.5kg/hm2；處理T3：施用量7 kg/hm2；處理 T4：施用量 14 kg/hm2；處理T5：施用量21 kg/hm2。采用條狀追施，距離苗帶3～5 cm，深度10 cm。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

1.3.1 采集時(shí)間 小麥種植時(shí)間為2019年10月15日，之后經(jīng)歷越冬期。2020年2月26日進(jìn)行田間觀察，了解小麥及田間土壤狀況，確定試驗(yàn)田塊及試驗(yàn)時(shí)間；2020年3月3日，在小麥返青期布置上述試驗(yàn)一、二；2020年5月7日，在冬小麥灌漿期采集土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，拍攝小麥冠層ADC影像，測(cè)量小麥株高、SPAD值等；2020年6月5日，進(jìn)行田間測(cè)產(chǎn)，獲得各處理冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

1.3.2 數(shù)據(jù)采集方法

（1）土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)采集

在每一組處理由南向北4 m處，利用測(cè)繩由東向西每隔10 m，選取一個(gè)樣點(diǎn)，利用EC110便攜式鹽分計(jì)測(cè)量該樣點(diǎn)北側(cè)一壟小麥，同時(shí)測(cè)麥壟根際和壟間2個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)均包括0～20 cm表層和20～40 cm下層的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，并采集了土壤樣品。

（2）小麥SPAD數(shù)據(jù)采集

同上，在每樣點(diǎn)周圍隨機(jī)選取9株小麥，利用SPAD502手持式葉綠素儀測(cè)量每株小麥從上到下第二片葉子，選擇葉鞘到葉尖不同位置測(cè)量3～5次取其平均值，以其平均值作為該點(diǎn)SPAD值。

（3）小麥冠層多光譜圖像獲取

獲取時(shí)間為2020年5月7日10:00—14:00，天氣晴、微風(fēng)，按照上述選定的樣點(diǎn)位置，利用便攜式ADC多光譜相機(jī)拍攝小麥冠層圖像，獲取圖像時(shí)相機(jī)鏡頭與地面垂直，距離小麥冠層100 cm，每個(gè)樣點(diǎn)測(cè)量3次，各點(diǎn)測(cè)量之前都需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)白板校正。

（4）小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集

采用取樣法測(cè)量小麥產(chǎn)量，每組處理隨機(jī)抽取3組樣方，每個(gè)樣方1 m 4行，抽取40穗，查穗粒數(shù)。實(shí)測(cè)行距為18 cm，公頃穗數(shù)和產(chǎn)量的計(jì)算分別見公式(1)和(2)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.4.1 土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)處理 將采集的土壤帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干，研磨過篩，利用烘干法測(cè)定鹽分含量，建立電導(dǎo)率(EC,μS/cm)與含鹽量(St,g/kg)間的轉(zhuǎn)化模型為St=0.00218EC+0.727，并以此模型將野外電導(dǎo)率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為含鹽量數(shù)據(jù)。并將土壤鹽漬化劃分為3個(gè)等級(jí)，輕度鹽化：土壤含鹽量1.0～2.0 g/kg，中度鹽化：2.0～4.0 g/kg，重度鹽化：4.0～6.0 g/kg[19]。

1.4.2 小麥冠層等觀測(cè)數(shù)據(jù)處理 利用Pixel Wrench2軟件對(duì)便攜式Tetracam ADC影像進(jìn)行處理，首先找到白板影像（圖1A），通過Index Tools中Calibrate進(jìn)行白板校正，打開原始影像（圖1B），對(duì)圖像進(jìn)行校正并進(jìn)行彩色合成處理（圖1C），根據(jù)小麥多光譜特點(diǎn)，對(duì)采集的小麥多光譜圖像，獲取每個(gè)采樣點(diǎn)的NDVI值（圖1D）。進(jìn)而利用Excel匯總樣點(diǎn)NDVI、SPAD、株高數(shù)據(jù)，備下一步分析。

圖1 Pixel Wrench2處理多光譜影像

1.4.3 分析方法 運(yùn)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)與地學(xué)結(jié)合的分析方法，比較不同處理間的指標(biāo)差異，判定各處理的優(yōu)劣。同時(shí)，利用SPSS軟件的單因素方差分析方法，判定不同處理間是否存在顯著差異，達(dá)到P＜0.05的標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為存在顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種生物產(chǎn)品的降鹽效果分析

表1為不同試驗(yàn)處理的土壤鹽分?jǐn)?shù)據(jù)，整體看，表層土壤含鹽量普遍比下層土壤含鹽量低。5組處理與對(duì)照組進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，每組處理均有不同程度的降鹽效果。按照表層含鹽量比對(duì)降幅T3＞T6＞T2＞T4＞T5，T3處理的降鹽效果最為明顯，T5處理降鹽效果最小。按照下層含鹽量比對(duì)降幅T3＞T2＞T4＞T6＞T5，T3處理的降鹽效果最為明顯，T5處理的降鹽效果最差。根據(jù)各處理差異性分析發(fā)現(xiàn)，不施肥對(duì)照T1處理的表層和下層土壤含鹽量均顯著高于其他各施肥處理，各處理間的土壤鹽分差異性表層高于下層。表層土壤含鹽量T2和T4之間、T3和T6之間差異不顯著，但后者在下層土壤含鹽量上差異顯著，說明微生物菌肥的效果受到耕作方式的一定影響，根部追施效果比壟間撒施后劃鋤效果更佳。綜合看，T3處理使用微生物菌肥的降鹽效果，對(duì)表層和下層土壤都是最佳的，降鹽幅度可達(dá)30%左右，降鹽效果優(yōu)于億安登記產(chǎn)品(T2)和市面上的商品有機(jī)肥(T5)。值得一提的是，未加入菌劑的有機(jī)加無機(jī)輔料(T4)也呈現(xiàn)了一定的降鹽效果，顯示了微生物菌肥在中度鹽漬化農(nóng)田改良中菌劑和輔料的雙重作用。

表1 不同品種生物產(chǎn)品處理的土壤鹽分?jǐn)?shù)據(jù)

2.2 不同用量微生物菌肥的土壤鹽分分析

表2為微生物菌肥不同用量處理的土壤鹽分?jǐn)?shù)據(jù)，從各處理比對(duì)照的降鹽幅度可以看出，微生物菌肥的降鹽效果隨著施用量增加呈現(xiàn)先增加而后下降的趨勢(shì)，施用量小于7 kg/hm2時(shí)，降鹽效果隨著施用量增長(zhǎng)效果明顯，在超過7 kg/hm2后，增大施用量的降鹽效果隨之減小。通過差異性分析可知，施肥與不施肥對(duì)照處理的降鹽效果存在顯著差異，但不同施用量的降鹽效果差異不顯著，表層的降鹽幅度均高于下層，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益與改良效果，7 kg/hm2微生物菌肥改良中度鹽漬化麥田效果最佳。

2.3 不同試驗(yàn)處理的小麥長(zhǎng)勢(shì)分析

表3為不同種類生物產(chǎn)品處理的小麥冠層NDVI、SPAD、株高等數(shù)據(jù)，以綜合分析不同處理的冬小麥長(zhǎng)勢(shì)。從株高看，T3＞T2＞T4=T6＞T5＞T1，不同處理組對(duì)小麥株高均有促進(jìn)作用，其中T3處理組比對(duì)照增幅達(dá)到17.68%；從SPAD值看，T3＞T2＞T4＞T6＞T5＞T1，其中T3處理的SPAD值比對(duì)照增幅達(dá)到31.64%；從冠層NDVI值看，T3＞T5＞T2＞T4＞T6＞T1，T3處理組NDVI值0.96遠(yuǎn)大于T1對(duì)照組的0.67。綜合株高、SPAD、NDVI三個(gè)方面，說明各生物產(chǎn)品對(duì)小麥長(zhǎng)勢(shì)均存在促進(jìn)作用，其中以微生物菌肥效果最佳，其促進(jìn)作用明顯高于其他處理組。

表3 不同品種生物菌肥的小麥冠層數(shù)據(jù)

表4為不同用量微生物菌肥處理的小麥冠層NDVI、SPAD、株高等數(shù)據(jù)，從株高看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理組比對(duì)照增幅達(dá)到13.15%；從SPAD值看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，T3處理的SPAD值比對(duì)照增幅達(dá)到18.92%；從NDVI值看，T3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理組NDVI比對(duì)照增幅13.68%。因此，菌肥施用量與小麥長(zhǎng)勢(shì)呈正態(tài)分布，在7 kg/hm2時(shí)達(dá)到峰值。施用量在7 kg/hm2時(shí)，隨施用量增加小麥長(zhǎng)勢(shì)改善明顯，施用量大于7 kg/hm2后，其效果則隨施用量增加而減小，因此從小麥長(zhǎng)勢(shì)的角度微生物菌肥的最佳用量是7 kg/hm2。

表4 微生物菌肥不同用量的小麥冠層數(shù)據(jù)

2.4 不同試驗(yàn)處理的小麥產(chǎn)量分析

表5和表6為不同試驗(yàn)處理的小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)，可以看出，不同品種各處理的小麥產(chǎn)量由高到低為：T3＞T2＞T4＞T6＞T5＞T1，與不施肥的對(duì)照相比，不同生物產(chǎn)品的5組試驗(yàn)處理均有增產(chǎn)效果，其中T3處理組產(chǎn)量最高，比對(duì)照增產(chǎn)達(dá)到20.49%，為6組處理中增產(chǎn)效果最優(yōu)的一組。不同用量微生物菌肥處理的產(chǎn)量順序?yàn)椋篢3＞T4＞T5＞T2＞T1，其中T3處理產(chǎn)量最高，比對(duì)照增幅23.92%。微生物菌肥施用量在7 kg/hm2時(shí)，隨施用量增加增產(chǎn)效果明顯，之后則增產(chǎn)效果隨施用量增加而減小，因此微生物菌肥最佳施用量為7 kg/hm2。

表5 微生物菌肥不同品種的小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)

表6 微生物菌肥不同用量的小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)

3 討論

（1）目前微生物改良鹽漬土研究多為次生鹽漬土降鹽效果[21]，缺少施用微生物改良劑小麥長(zhǎng)勢(shì)響應(yīng)的系統(tǒng)研究。本文選擇黃河三角洲濱海鹽漬麥田，布設(shè)不同種類生物產(chǎn)品、不同用量微生物菌肥的小麥田間試驗(yàn)，同時(shí)利用小麥冠層多光譜圖像獲取NDVI指標(biāo)，并實(shí)測(cè)SPAD值，通過小麥NDVI、SPAD、株高、產(chǎn)量等綜合評(píng)價(jià)微生物改良劑對(duì)小麥長(zhǎng)勢(shì)的影響，可使研究結(jié)果更為準(zhǔn)確和客觀。

（2）從不同用量微生物菌肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥改良效果隨用量增加先升后降，其可能的原因是由于嗜鹽微生物生長(zhǎng)繁殖使環(huán)境中游離的Na+濃度的降低，因微生物繁殖受到其種群密度影響，當(dāng)種群密度過大時(shí)，其繁殖速度下降，降鹽效果隨之下降[22-25]。從不同品種生物產(chǎn)品改良鹽漬農(nóng)田的試驗(yàn)效果看，各種生物產(chǎn)品，包括未加入菌劑的有機(jī)加無機(jī)輔料(T4)均呈現(xiàn)了一定的降鹽效果，取得了與種植耐鹽植物改良鹽漬土、種植綠肥作物改良鹽漬土[26-29]等相似的試驗(yàn)結(jié)果，顯示了鹽漬土生物改良的可行性。說明生物有機(jī)物料可有效改善土壤理化性能,增加土壤孔隙度和貯水量，從而降低土壤鹽漬化程度，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[20]。微生物菌肥的施用可以明顯降低土壤含鹽量，大幅提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，從而可顯著降低農(nóng)藥化肥的使用量，減輕農(nóng)藥和化肥對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，因此，使用微生物菌肥有助高品質(zhì)綠色有機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)，保障土壤生態(tài)安全，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障[26]。

（3）本文選擇渤海農(nóng)場(chǎng)一分廠鹽漬麥田開展了田間試驗(yàn)，由于野外大田土壤含鹽量會(huì)受到地勢(shì)起伏、微地形等因素影響，同一處理中不同樣方會(huì)有微小差異，因此后續(xù)開展室內(nèi)試驗(yàn)減少微地形因素對(duì)鹽分?jǐn)?shù)據(jù)影響。另外，本試驗(yàn)重點(diǎn)開展了中度鹽漬麥田試驗(yàn)，未探究微生物菌肥在不同鹽漬程度下的降鹽效果及小麥長(zhǎng)勢(shì)響應(yīng)，后續(xù)擬開展不同鹽漬濃度農(nóng)田施用微生物菌肥的降鹽效果及作物長(zhǎng)勢(shì)響應(yīng)研究。

4 結(jié)論

本文針對(duì)黃河三角洲濱海鹽漬化農(nóng)田的生物改良，開展了施用不同生物產(chǎn)品、微生物菌肥不同施用量的冬小麥田間試驗(yàn)，取得主要結(jié)論如下：

（1）施用生物肥料產(chǎn)品能有效降低濱海鹽漬農(nóng)田的土壤含鹽量，降幅在11.66%～33.89%之間，其中微生物菌肥根部追施的降鹽效果最為明顯，降幅可達(dá)33.89%。

（2）微生物菌肥能有效促進(jìn)冬小麥生長(zhǎng)，起到增產(chǎn)作用，冬小麥株高比對(duì)照增幅17.68%，SPAD值提高31.64%，冠層NDVI增高44.74%，產(chǎn)量提高20.49%。

（3）微生物菌肥施用量小于7 kg/hm2時(shí)，降鹽效果隨著施用量增加而加大，冬小麥株高、SPAD、NDVI和產(chǎn)量提高明顯，施用量超過7 kg/hm2后降鹽效果增幅逐漸變小，小麥長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量開始輕微下降。微生物菌肥的最佳施用量為7 kg/hm2。

本文探討了微生物菌肥對(duì)鹽漬化農(nóng)田的降鹽效果及冬小麥長(zhǎng)勢(shì)響應(yīng)，對(duì)濱海鹽漬農(nóng)田的生物改良和冬小麥栽培管理有積極參考價(jià)值。