近几年，设施大棚种植逐渐成为主流趋势^[1]，且随着种植规模不断增大、种植年限不断增加，设施土壤次生盐渍化现象越来越严重，已成为制约设施蔬菜健康发展的重要问题之一。设施菜田由于其特殊的温湿条件和水分运动形式，缺少雨水淋洗，加上不合理的施肥措施和灌溉制度，导致土壤表土养分积聚，大量盐分聚集在土壤表层难以向土壤深层迁移，导致设施大棚土壤次生盐渍化。由于蔬菜根系一般分布比较浅，肥料施加在土壤表面，导致土壤表面积盐，陈思奇等^[2]研究表明，设施菜地土壤由上至下溶液电导率梯度递增，一般表层电导率是下层的1～3倍，导致土壤次生盐渍化严重^[3-4]。对设施大棚常年跟踪表明，5年以上老设施大棚土壤电导率超标率（0.5mS·cm^-1）远高于使用年限低的设施大棚。设施大棚土壤盐分在0～20cm表层聚集明显，盐分含量随着土层加深而逐渐降低。设施大棚种植年限在15年以上，土壤盐分平均增加1.3倍^[5]，造成了严重的土壤板结和病虫害频发。

土壤次生盐渍化会严重影响土壤微生物群落结构及土壤酶活性^[6-7]，土壤中盐分含量增多会使土壤微生物数量减少，对土壤有机质和腐殖质形成产生不利影响；土壤酶活性降低直接导致作物对土壤养分吸收速率下降，最终影响作物生长发育。研究表明，土壤含盐量过高时，设施蔬菜叶片光合作用和呼吸作用减弱，由于土壤表层盐分含量增高，引起根系发育不良，作物对土壤中养分的吸收速率下降，造成植株发育矮小，病虫害增多。土壤盐分过高还会影响植物细胞内多种抗逆性酶的活性，细胞内酶活性降低使得各种营养物质合成受阻，植物生长平衡被破坏。当土壤盐分高出一定范围后，导致植物叶片发黄干枯，同时设施作物生长所需的矿物质均随水分从作物根部吸收进入作物体内并运输至各个部位；当作物根部周围土壤盐分过高时，植株对土壤养分吸收下降，从而影响作物各部位发育。土壤中Na⁺ 含量过高，还会抑制作物对微量元素的吸收，从而导致作物出现病害。

施用土壤调理剂是现代工业技术改良后发展起来的新型土壤改良方式^[8]。土壤调理剂是指用于修复土壤理化性状及其生物活性、提高退化土壤肥力的新型肥料^[9]。相比传统土壤改良方式，土壤调理剂具有高效、经济等优势，广泛应用于土壤次生盐渍化改良中。土壤调理剂有助于减小土壤容重，降低土壤表层含盐量，提高土壤渗透性，同时抑制底层土壤盐分向上迁移，有效增加肥料利用率并缓解作物盐分胁迫。但目前有机肥和土壤调理剂及微生物菌肥配施在黄瓜上的应用还未见有关报道，大多数的研究只限于单一有机肥或土壤调理剂和微生物菌肥对设施土壤的作用，因此本研究旨在通过开展田间试验，探究有机肥和土壤调理剂以及微生物菌肥配施对设施土壤盐渍化的改良效果，以期为设施土壤次生盐渍化改良提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验于2019年4～8月在北京房山区韩村河高科技示范园区温室大棚内进行。该日光温室种植年限为21年，长70m，宽6.5m，大棚脊高3m，建筑面积455m²，沿东西方向种植作物。0～20cm土壤基础理化性质见表1。

1.2 试验设计

供试作物：黄瓜。品种：中农26号。

试验肥料：商品有机肥（主要成分为牛粪）、土壤调理剂[有效成分：有效活菌数≥ 5.0亿·g^-1，有机质≥ 40.0%，含国家专利（ZL201510428476.X）高效土壤调理剂]、微生物菌肥（喜优丰： N+P₂O₅+K₂O=8.0%，有机质≥ 20.0%，富含枯草芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌、植物乳酸菌等高活性有益菌群）。

试验设置5个处理：对照处理CK，商品有机肥11250kg·hm^-2；T1，商品有机肥11250kg·hm^-2，微生物菌肥1500kg·hm^-2；T2，商品有机肥11250kg·hm^-2，土壤调理剂750kg·hm^-2，微生物菌肥1500kg·hm^-2；T3，商品有机肥11250kg·hm^-2，土壤调理剂1500kg·hm^-2，微生物菌肥1500kg·hm^-2； T4，商品有机肥11250kg·hm^-2，土壤调理剂2250kg·hm^-2，微生物菌肥1500kg·hm^-2。每个处理3个重复，15个小区，株距0.5m，行距0.8m。

黄瓜种植前，各处理所用有机肥、土壤调理剂、微生物菌肥按用量一次性施入土壤，深翻20cm，确保肥料与土壤混合均匀。追肥为尿素、硫酸钾、过磷酸钙，用量分别为N 155kg·hm^-2、 K₂O 136kg·hm^-2、P₂O₅ 180kg·hm^-2。采用沟灌方式追肥，追肥时期分别为初花期、坐果前期、坐果中期、坐果后期。所有处理除草、农药等其他田间农艺按照当地管理措施统一进行。

1.3 试验测定指标及方法

1.3.1 土壤样品采集与测定

黄瓜成熟期，采用五点取样法采集黄瓜根际土壤混合土样，取土深度分别为0～20、20～40、40～60cm，测定前过滤掉土壤中杂质，风干，磨细，过1mm孔筛，装袋保存。

土壤有机质、有效磷、速效钾、全氮均采用常规方法测定。土壤pH采用电位法测定，土壤EC采用电导仪法测定，土壤容重采用取土器法测定，土壤全盐采用土水比为1∶5，DDSJ-308A电导率仪测定，土壤水溶性阳离子采用土水比为1∶5的火焰原子吸收法测定，NO₃^- 采用离子色谱测定，Cl采用硝酸银滴定法测定，HCO₃^- 采用盐酸中和滴定法测定，SO₄ ^2- 采用EDTA二钠盐滴定法测定。以上具体方法均参考吕贻忠《土壤学实验》^[10]。

1.3.2 土壤微生物的采集、测定与测序分析

黄瓜定植60d时，各处理以“S”型取样法随机取5个10～20cm深处的根际土壤，共计5个混合土样，每个混合土样3个重复，每个混合土样10～20g。所取土样立即装入液氮中，带回实验室后放至-80℃冰箱保存，并送至北京百迈客生物科技有限公司，利用Illumina HiSeq高通量测序平台对土壤样品中的细菌进行16S rDNA水平测序和分析。

1.3.3 数据处理与分析

试验采集数据均由Excel2010软件进行整理，通过SPSS 12.0软件进行数据方差分析和显著性（P<0.05）分析，作图使用Origin 9.1软件完成。

2 结果与分析

2.1 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对次生盐渍化土壤理化性质的影响

2.1.1 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对土壤容重的影响

土壤容重用于判别土壤松紧程度，是土壤结构、孔隙等物理性状的综合表现，土壤容重越小，土质越疏松，利于黄瓜生长发育及营养吸收。由图1可知，0～60cm土层，4种不同处理较CK土壤容重均呈明显下降趋势；0～20cm土层，T1土壤容重最大，较CK下降10.6%，T4土壤容重最小，较CK下降20.5%，T2较T1下降7.6%，T4较T3下降7.4%；20～40cm土层，T1～T4较CK下降范围在2.8%～14.3%之间，其中T2下降最明显，T1土壤容重最大，施用土壤调理剂的处理较CK下降趋势明显；40～60cm土层，T1和T2土壤容重大致相同，T4土壤容重最低，较CK降低14.5%，T3土壤容重较CK降低7.9%。0～20cm土层，土壤容重下降程度最为明显，随着土壤深度增加，不同处理土壤容重之间差异逐渐减小，这可能是施加土壤调理剂使得表层土壤趋于疏松导致土壤容重降低，而由于肥料使用年限的限制，深层土壤容重下降程度趋于缓和。

2.1.2 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对土壤EC和全盐量的影响

土壤次生盐渍化程度的加剧会导致土壤表层盐分的增加，当盐分含量超过作物所能承受的阈值时就会抑制作物的生长发育，土壤EC和全盐量是反应土壤盐分的直观指标，用来评判土壤盐渍化程度，在设施大棚土壤中两者具有较高的相关性^[11]。

如图2所示，对照组CK土壤EC在0～60cm土层内，随着土层深度增加，土壤EC逐渐减小； 但各处理土壤EC较对照组CK显著降低。对比T2～T4可知，土壤EC随着土壤深度增加大致呈现逐渐增加趋势，盐分在40～60cm土层出现积累； 处理T1、CK对比表明，施用土壤调理剂和微生物菌肥土壤EC呈现出明显降低。在0～20cm土层，T2土壤EC较T1下降12.3%，T4土壤EC较T3下降21.3%，各处理土壤EC较CK分别下降9.3%、20.5%、40%、51.8%，且各处理间差异显著；由此说明，土壤调理剂和微生物菌肥混合施用可有效降低土壤EC，同时微生物菌肥用量相同的情况下，土壤EC随着土壤调理剂用量增加而降低。0～20cm土层，T4土壤EC最小，较CK下降51.8%；20～40cm土层，各处理土壤EC较CK均显著下降；40～60cm土层，相比CK，T4土壤EC最小，较CK下降18.1%； T1～T4土壤EC随着土壤深度呈现增加趋势，这可能是施用土壤调理剂改善了土壤物理结构，使得土壤结构疏松，利于土壤盐分向下迁移。

图2 表明，不同施肥条件下，各处理较CK均可降低土壤EC，尤其施用土壤调理剂对土壤EC降低明显，通过盐分向下迁移使得表层土壤盐分降低，改善盐分对植物根系胁迫，更有利于黄瓜生长发育和营养物质吸收。

图3 表明，不同处理下，随着土壤深度的增加，土壤全盐量CK、T1逐渐降低，T2、T3先降低后升高，T4逐渐升高。与CK相比，T1、T2处理的土壤全盐量均显著降低，在0～20和20～40cm土层， T4全盐量低于T2、T3，40～60cm土层内T3全盐量低于T4，且随着土壤深度增加不同处理间土壤全盐量差异逐渐减少，这可能与土壤调理剂的施用使得土壤物理结构变化，盐分向下迁移有关。

2.1.3 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对土壤盐分离子的影响

设施大棚次生盐渍化土壤中，作物受盐渍化土壤的危害程度不仅与土壤全盐量成正比，而且与土壤中盐分组成密切相关。如表2所示，在0～20cm土层中，土壤阳离子含量大致为Na⁺ 含量最高，K⁺ 和Mg²⁺ 大致相同，Ca²⁺ 含量最少，Na⁺ 含量约为K⁺ 和Mg²⁺ 含量的2.3倍，约是Ca²⁺ 含量的2.9倍。在次生盐渍化土壤中，Na⁺ 是主要抑制作物生长的阳离子之一，作物生长过程中，Na⁺ 过多会对作物其他离子吸收产生拮抗作用，抑制作物养分吸收。在阴离子中SO₄ ^2- 含量最多，约为Cl^- 和HCO₃^- 含量的78和28倍。不同的施肥条件下，土壤可溶性离子含量之间具有差异。处理T2～T4Na⁺ 含量较对照组CK均显著下降，T1～T4Na ⁺ 含量分别下降2.4%、38.7%、39.6%、59.5%； 处理T1中，K⁺ 和Mg²⁺ 含量较对照组CK分别增加42.5%、49%，处理T2、T3、T4较T1显著下降；处理T1和T2中Ca²⁺ 含量较对照组CK略有增加，处理T3和T4较对照组CK显著下降；处理T3和T4中SO₄ ^2- 含量较对照组CK含量显著下降；根据各土壤盐分离子含量总和来看，处理T4较处理T3下降，处理T2较处理T1显著下降，处理T3较处理T1显著下降，其中Na⁺ 含量下降尤为明显，说明土壤调理剂可显著降低土壤Na⁺ 含量，随着土壤调理剂用量增加土壤Na⁺ 含量降低，而施用有机肥一定程度上增加了土壤K⁺ 和Mg²⁺、 Ca²⁺ 含量。在20～40cm土层中，处理T1～T4土壤K⁺、Mg²⁺ 较对照组CK变化并不明显，处理T3和处理T4中，SO₄ ^2-、HCO₃^- 含量较对照组CK明显下降。在40～60cm土层中，处理T1较对照组CK中Na⁺、K⁺、SO₄ ^2- 含量有明显增加，Cl^-、HCO₃^- 含量下降，处理T2～T4中Na⁺、K⁺ 含量较对照组CK明显增加。整体来看，施用有机肥会增加土壤表层K⁺ 和Mg²⁺ 含量，土壤调理剂和微生物肥可显著降低表层土壤Na⁺ 含量，在土壤深层（40～60cm） T4处理Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、SO₄ ^2- 含量相较对照组CK增加，盐分有向下迁移的趋势。

注：同列数据后小写字母不同表示处理间差异显著。下同。

2.2 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对次生盐渍化土壤微生物群落结构变化分析

2.2.1 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对土壤细菌群落Alpha多样性的影响

研究表明^[12-14]，加入外源物质可改善土壤微生物群落结构，增加土壤中有益菌活性，促进作物对土壤养分吸收。Alpha多样性常用于土壤样品微生物群落多样性的分析^[15]，通过Chao1指数、 Shanon指数和simpson指数分析来反映试验土壤中微生物的数量、多样性以及丰富度。由表3可以看出，与对照组CK相比，处理T1～T4微生物丰度有一定程度增加，但土壤细菌群落多样性差异不显著。随着土壤调理剂用量增加，微生物群落多样性略有增加，这可能是因为土壤中盐分下降使得土壤细菌群落生存环境更加适宜。处理T4中细菌群落多样性和丰富度最高，这可能是土壤调理剂、微生物菌肥和有机肥混施使得土壤细菌群落有更加充足的养分用于繁殖，从而数量趋于增加，同时土壤表层盐分下降给微生物群落生存提供了更加适宜的环境。

2.2.2 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对土壤细菌群落结构分析

黄瓜根际微生物总量变化主要体现在细菌数量上，如图4所示，土壤细菌中门水平上Top10优势菌门相对丰度从高到低顺序依次为Proteobacteria变形菌门，Acidobacteria酸杆菌门，Chloroflexi绿弯菌门，Actinobacteria放线菌门，Gemmatimonadetes芽单胞菌门，Bacteroidetes拟杆菌门，Patescibacteria，Planctomycetes浮霉菌门，Firmicutes厚壁菌门，Rokubacteria。其中相对丰度最高的是变形菌门，其相对丰度分别为39.1%、 26.5%、35.3%、32.8%、34.1%，其次是酸杆菌门和绿弯菌门，对照组CK中变形菌门相对丰度最高，处理T1中绿弯菌门相对丰度最高，处理T2、T3、 T4中变形菌门、酸杆菌门相对丰度随着土壤调理剂用量增加而下降，放线菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门随着土壤调理剂用量的增加而增加。土壤中放线菌可以分解土壤有机质，同时促进土壤中腐殖质形成，其相对丰度增加可能是因为微生物菌肥的施用使得土壤中有益菌含量增加，促进土壤有机质分解，进而促进作物生长发育。

由图5所示，土壤细菌纲水平上Top10的优势菌相对丰度从高到低顺序依次为Alphaproteobacteria棘藻菌纲，Gammaproteobacteria γ-变形菌纲，Subgroup_6，Gemmatimonadetes芽单胞菌纲，Acidimicrobiia酸杆菌纲，Blastocatellia_ Subgroup_4，KD4-96，Gitt-GS-136，Bacteroidia拟杆菌纲，Deltaproteobacteria三角杆菌纲，其中相对丰度最高为Alphaproteobacteria棘藻菌纲，其相对丰度分别为21.3%、15.4%、20.9%、13.8%、 18.5%。其次为Gammaproteobacteria γ-变形菌纲，其相对丰度分别为11.9%、8.1%、12.5%、12.7%、 8.3%。Alphaproteobacteria棘藻菌纲和Subgroup_6相对丰度在对照组CK最高，KD4-96和GittGS-136相对丰度T1中最高，Bacteroidia拟杆菌纲相对丰度T2中最高，Gammaproteobacteria γ-变形菌纲相对丰度T3中最高，Gemmatimonadetes芽单胞菌纲和Acidimicrobiia酸杆菌纲相对丰度T4最高，同时，处理T2和T3其他菌类相对丰度明显增加。这可能是因为微生物菌肥的施加导致黄瓜根际土壤中微生物种类增加，优势菌数量增多，从而增加土壤养分利用率，促进黄瓜生长发育。

由图6所示，土壤细菌属水平上Top10优势菌的相对丰度从高到低顺序依次为 Arthrobacter 节细菌属，f_Gemmatimonadaceae 牙单胞菌属，Sphingomonas 鞘氨醇单胞菌属，c_KD4-96，c_Gitt-GS-136，g_ Xanthomonas 黄单胞菌属，Lysobacter 溶杆菌属，o_ Actinomarinales 放线菌属，c_Alphaproteobacteria 变形菌属，g_Devosia 德沃斯氏菌属。c_KD4-96 和 c_GittGS-136 相对丰度处理T1最高，较对照组CK显著增加；Arthrobacter 节细菌属，f_Gemmatimonadaceae 牙单胞菌属，Sphingomonas 鞘氨醇单胞菌属， g_Xanthomonas 黄单胞菌属相对丰度T4显著增加； Lysobacter 溶杆菌属，o_Actinomarinales 放线菌属相对丰度T4最高。分析表明，施用土壤调理剂及微生物菌肥可增加土壤有益菌数量，比如分解土壤有机质的放线菌类和固氮菌类，处理T4增加效果显著，这可能是因为混合施用使得土壤中盐分下降，土壤理化性质改善，利于放线菌等有益菌类微生物活动。

2.2.3 微生物群落与环境因子间的关系

土壤理化性质对微生物生存至关重要，当微生物所处土壤环境改变时，微生物群落结构也发生相应改变。RDA可基于线性模型反映样品与环境因子之间的关系^[16]。如图7所示，土壤pH、EC和TDS与 Sphingomonas 鞘氨醇单胞菌、 Arthrobacter 节细菌、Gemmatimonadaceae 芽单胞菌、Alphaprotebacteria 变形菌、Devosia 德沃斯氏菌相对丰度呈正相关；土壤TOC、TN、AP、AK与 Alphaprotebacteria 变形菌、Devosia 德沃斯氏菌、 Actinomarinales 放线菌呈正相关关系。同时从RDA分析图中可以看出，第一解释轴的解释量最大，土壤养分TOC、AK、AP在第一解释轴上的投影最大，说明土壤养分TOC、AK、AP在众多环境因子中对土壤细菌影响最大，尤其是分解有机质和促进腐殖质形成的放线菌属。

注：TDS为总固体溶解量，TOC为总有机碳，TN为全氮、AP为有效磷、AK为速效钾。

3 讨论

3.1 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对次生盐渍化土壤容重、EC、全盐量的影响

发生次生盐渍化的土壤其理化性质发生一定变化，且土壤盐分也会抑制土壤微生物活动^[3]。研究表明^[17]，容重小的土壤结构具有更好的土壤孔隙度，利于土壤水肥等营养物质的均匀分布、植物根系活动和对营养物质吸收。不同施肥处理下，土壤容重差异明显，其中处理T4下降效果最为明显，这可能是因为土壤调理剂和微生物菌肥增加了土壤团聚体含量，增强了土壤活力，使得土质疏松。

本试验表明，相较于对照组CK，施用土壤调理剂和微生物菌肥后土壤EC和全盐量显著下降，且差异显著，有机肥配施土壤调理剂和微生物菌肥比单施有机肥的土壤EC和全盐量明显下降，同时土壤调理剂和微生物菌肥混施处理中土壤EC和全盐量均有显著下降，且随着土壤调理剂用量的增加而下降，尤其在土壤0～20cm土层下降明显，这可能是因为土壤调理剂改善了土壤结构，抑制了土壤盐分向上迁移，从而降低了土壤EC值和含盐量。有研究表明，施用土壤调理剂后可降低土壤Na⁺ 含量，同时增加土壤Ca²⁺、Mg²⁺ 含量。施用不同种类土壤调理剂对土壤盐分离子含量影响不同，施用钙肥型土壤调理剂后，土壤Ca²⁺ 含量增加，Na⁺ 含量降低，土壤理化性质得到显著改善^[18]。本试验结果表明，在0～20cm土层中，处理T2～T4较有机肥和微生物菌肥混施的处理T1显著降低土壤中Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cl^- 含量，这可能是因为土壤调理剂改善了土壤理化性质，土壤容重降低，对土壤盐分淋溶起到促进作用。有研究^[19-20] 表明土壤上层脱盐迅速，盐分向下积累，盐分含量在0～20cm土层下降，在土壤深层积累。本试验表明，土壤盐分离子随着土壤深度增加，盐分含量呈现增加趋势，盐分离子含量表现为40～60cm最高，与前人研究结果一致。

3.2 土壤调理剂及其配施微生物菌肥对次生盐渍化土壤细菌群落的影响

土壤微生物对土壤肥力以及作物生长极其重要，当土壤有益菌群数量增多时，比如分解土壤有机质和促进腐殖质形成的放线菌，以及多种联合固氮细菌，这些菌类可向植物提供更多营养物质，促进作物生长发育和防止病害。有研究表明土壤微生物群落多样性增多可有效增加土壤修复能力以及防止作物病害。本研究以根际土壤细菌群落多样性和物种丰富度进行关联分析。通过Shanon指数和Simpson指数分析土壤样品微生物群落多样性的结果表明，处理T1～T4细菌群落的多样性和丰富度较对照组CK要高，随着土壤调理剂用量增加，土壤细菌群落多样性和丰富度趋于增加，同时处理T4增加更为明显。这可能是因为土壤调理剂、微生物菌肥和有机肥混施使得土壤细菌群落有更加充足的养分用于繁殖，从而数量趋于增加，同时土壤表层盐分下降给微生物群落生存提供了更加适宜的环境。通过细菌门、纲、属水平上优势细菌物种组成（图4、5、6）可以看出，不同施肥处理下各种优势菌群组成具有明显差异。从细菌门水平上来看，优势菌群主要是变形菌门、放线菌门，芽单胞菌门，厚壁菌门等，其中处理T4增加最为显著，放线菌门对土壤有机质分解和腐殖质形成作用极其有利^[21]，这也是处理T4设施黄瓜产量增加的有利因素。从纲水平看出，棘藻菌纲、 γ-变形菌纲、Subgroup_6、芽单胞菌纲、酸杆菌纲等10个优势菌群，同样以变形菌群和芽单胞菌群所占比例较大。从属水平可知，节细菌属和鞘氨醇单胞菌属细菌作为固氮和降解污染物的细菌的增加对土壤肥力和修复能力有重要作用，这与张翔等^[22]的研究结果一致。细菌群落结构数据与环境因素（pH、EC、有机质、TOC等）的关联分析表明，土壤养分TOC、AK、AP在众多环境因子中对土壤细菌影响最大，尤其是分解有机质和促进腐殖质形成的放线菌属，可能是因为除有机肥外，土壤调理剂中的有机质给土壤提供充足有机质养分，利于细菌群落中放线菌类等促进有机质分解的菌群含量增加，这可能是促进黄瓜产量及品质提升的重要原因。

4 结论

施用土壤调理剂和微生物菌肥后，土壤容重、 EC、全盐量相较于对照组均有不同程度的下降，在0～20cm土层中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、HCO₃^- 含量随着土壤调理剂用量增加而下降，说明土壤调理剂和微生物菌肥配施在改善土壤理化结构、促使土壤盐分向下迁移、降低表层土壤盐分具有显著效果，有利于减轻黄瓜所受盐胁迫程度，促进黄瓜生长发育。

有机肥和微生物菌肥配施情况下，土壤调理剂可以增加设施菜田次生盐渍化土壤细菌群落多样性和丰富度，显著增加土壤中固氮菌、分解有机质和促进腐殖质形成的放线菌属等有益菌数量，进而提高设施黄瓜土壤肥力。

参考文献