施肥对提高土壤肥力水平和促进作物优质高产至关重要，然而在高产量和高效益的驱使下，农户盲目过量和不均衡施肥现象日益严重，加之肥料在土壤中的转化特征^[1]，导致养分资源和能源的浪费、生产成本的增加以及土壤健康质量的破坏^[2]，其中农田土壤酸化现象尤为突出^[3]。土壤酸化主要是指土壤pH值下降的现象，是土壤质量退化的主要表现形式之一^[4-5]。土壤酸化不仅会加剧土壤盐基离子如钾离子、钙离子、镁离子等淋溶流失，土壤微生物活性降低，还会促使土壤中铝、锰等元素的释放^[6-7]，造成土壤质量持续恶化，作物减产，甚至对作物产生毒害作用，这已成为制约我国农业可持续发展的主要问题之一。

目前最为常见改良酸性土壤的措施为施用石灰和土壤改良剂^[8]。胡敏等^[9]研究表明，施用土壤改良剂可以显著提高土壤pH值和增强大麦的根系活力。谷雨等^[10]研究发现，施用土壤改良剂对土壤理化性状均有一定的改良作用，增加土壤中细菌数量，对水稻的农艺及经济性状也表现出积极的影响。长期以来，国内外学者对土壤改良剂的研发十分活跃，市场上土壤调理剂的种类和数量也与日俱增。但是长期施用石灰可能会导致土壤养分失衡，土壤板结等问题^[11-12]。施用土壤改良剂也可能存在破坏土壤结构，污染地下水，成本高等问题^[13]。而微生物不仅可以改善土壤的理化性状，增加土壤团聚体，增强通透性，同时还参与土壤中的有机代谢过程^[14]。因此，本研究以添加微生物的土壤修复菌剂为供试肥料，通过连续3年的小区试验方法，探讨其对土壤物理、化学、生物性状、番茄产量以及经济效益的影响，以期为土壤修复菌剂在土壤改良上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

于2017年8月至2018年2月、2018年8月至2019年3月和2019年8月至2020年1月3个生长季进行田间试验，生长季间的空余时间为休棚期。试验田位于山东省济宁市鱼台县唐马镇唐马村蔬菜种植基地（34 °56 ′58.69 ″N，116 °41 ′43.98 ″E，海拔31m）进行。试验地已经连续15年种植番茄，土壤质地类型为壤土。耕层土壤基础指标如下：有机质19.9g/kg，全氮0.95g/kg，碱解氮96.0mg/kg，有效磷106.9mg/kg，速效钾173.48mg/kg，pH值5.43，土壤容重为1.42g/cm³。

1.2 供试材料

供试番茄品种为“东风四”。供试有机肥（N1.42%，P₂O₅ 2.40%，K₂O 2.25%）、尿素（N 46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 18%）、硫酸钾（K₂O 52%）、硝酸钾（13.4-0-44）、复合肥料（15-15-15），供试土壤修复菌剂（地衣芽孢杆菌 + 淡紫拟青霉菌 + 枯草芽孢杆菌≥ 2.0亿个/mL，Cu+Fe+Zn+B ≥ 3.0g/L，pH 5.0～8.0，胞外多糖≥ 1.0mg/mL），均由山东爱福地生物股份有限公司提供。

供试土壤修复菌剂灭活处理方法：采取一定量的土壤修复菌剂在立式压力蒸汽灭菌器（型号为YA28X-47，121℃，30min）中进行灭菌，对灭活后的土壤修复菌剂采用涂抹平板计数法进行活菌检测，结果显示无菌即为灭菌充分。

1.3 试验设计

2017、2018和2019年的试验设计相同，均采用田间小区试验，设置3个处理：K1）常规施肥 +土壤修复菌剂处理（土壤修复菌剂处理）、K2）常规施肥+灭活供试土壤修复菌剂处理（对照处理）、 K3）常规施肥处理。小区按照随机区组设计，每个小区设置3次重复。小区的面积为6m×12.5m。小区内番茄采用双行宽窄行高垄定植，垄高为20cm，大行距为80cm，小行距为40cm，株距为35cm。 2017年试验于2017年8月21日移栽，2018年2月26日收获完成；2018年试验于2018年8月15日移栽，2019年3月7日收获完成；2019年试验于2019年8月20日移栽，2020年1月28日收获完成。

2017、2018和2019年试验各小区在移栽前统一施用商品有机肥7500kg/hm²，其他肥料施用量见表1。土壤修复菌剂和灭活土壤修复菌剂均采用灌根的方式施用，其他肥料施用、田间灌溉以及病虫害防治等栽培措施保证一致。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 土壤主要物理性状的测定方法

土壤物理性状测定指标主要为土壤容重和土壤孔隙度。土壤容重和孔隙度均采用环刀法测定。

1.4.2 土壤主要化学性状测定方法

在小区内进行“S”形布点，采集0～20cm的土壤带回实验室进行样品处理。土壤鲜样进行土壤硝态氮和铵态氮含量测定，剩余部分样品进行风干过筛（过0.149mm筛用于测定有机质；过1mm筛用于测定土壤pH、有效磷和速效钾）。土壤pH按水土比2.5∶1pH计测定；有机质含量采用重铬酸钾-浓硫酸氧化（外加热法），硫酸亚铁滴定法测定；硝态氮和铵态氮含量采用0.01mol/L CaCl₂ 溶液浸提（水土比10∶1），靛酚蓝比色法测定铵态氮，紫外分光光度计测定硝态氮；有效磷含量测定采用0.5mol/L NaHCO₃ 浸提，钼锑抗比色法；速效钾含量测定采用NH₄OAc浸提，火焰光度法^[15]。

1.4.3 土壤主要微生物种群测定

在番茄收获后每小区按“S” 型取样法取0～20cm土壤样品，混合装进无菌塑料袋带回实验室，4℃保存。称取10g土壤样品，放入无菌水中，振荡使土壤与水充分混合，得到10^-1 土壤悬液，再依次制成10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6 土壤悬液。细菌选取10^-4、10^-5、10^-6 3个浓度梯度采用牛肉膏蛋白胨培养基平板培养测定；真菌选取10^-2、10^-3、10^-4 3个浓度梯度采用孟加拉红培养基平板培养测定；放线菌选取10^-3、10^-4、10^-5 3个浓度梯度采用高氏l号培养基平板培养测定^[16]。

1.5 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 17.0软件进行数据处理和统计分析，多重比较采用邓肯法（Duncan， α=0.05）。

在经济效益计算中，按照番茄5.5元/kg、商品有机肥400元/t、尿素1.8元/kg、过磷酸钙1.8元/kg、硫酸钾3.3元/kg、硝酸钾7.2元/kg、复合肥2.4元/kg、土壤修复菌剂15元/L、灭活土壤修复菌剂6元/L进行经济效益计算。

利润（元/hm²）=产值（产量×单价）-肥料成本

2 结果与分析

2.1 土壤修复菌剂对番茄产量及经济效益的影响

由表2可知，施用土壤修复菌剂处理的产量显著高于对照处理和施用常规施肥处理。与对照处理相比，2017、2018和2019年施用土壤修复菌剂处理产量分别提高了4240、5769和4006kg/hm²，增产率分别达到了5.6%、7.8%和5.1%，利润分别增加了12520、20926和11229元/hm²。与常规施肥处理相比，2017、2018和2019年施用土壤修复菌剂处理产量分别提高了4744、6008和4512kg/hm²，增产率分别达到了6.3%、8.2%和5.8%，利润分别增加了8092、15043和6816元/hm²。由此，可以证明土壤修复菌剂可以显著提高番茄产量和增加经济利润。

注：小写字母不同表示不同利用类型农田间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 土壤修复菌剂对土壤主要物理性状的影响

3 年田间试验期间，施用土壤修复菌剂土壤容重和孔隙度的变化情况如图1 所示。2017 年试验开始前，试验地的土壤容重为1.42 g/cm³。连续3 年施用土壤修复菌剂后，土壤容重逐年呈现出下降的趋势，而对照处理和常规施肥处理变化不大。第3 年试验结束时，施用土壤修复菌剂处理的土壤容重为1.37 g/cm³，较对照处理下降了4.9%。由图1 还可以看出，与对照处理和常规施肥处理相比较， 2017、2018 和2019 年施用土壤修复菌剂的处理孔隙度有所增加，且在2019 年试验中达到差异显著水平。结果表明，连续3 年施用土壤修复菌剂可显著改良土壤的物理性状。

注：小写字母不同表示不同利用类型农田间的差异显著（P<0.05）。

2.3 土壤修复菌剂对土壤主要化学性状的影响

分别于2018、2019和2020年番茄收获完成后取番茄土壤样品，测定土壤pH、有机质、硝态氮等土壤化学指标。由表3可知，与试验前相比，施用土壤修复菌剂后土壤各项化学指标均表现出逐年优化的趋势，土壤肥力得到了进一步的改良。与对照处理相比，施用土壤修复菌剂处理土壤的pH、有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾均有所增加。在2019年，施用土壤修复菌剂处理的土壤pH、有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量比对照处理分别显著提高了4.6%、5.0%、 11.7%、23.6%、7.9%和5.9%。

2.4 土壤修复菌剂对土壤生物学性状的影响

土壤微生物参与土壤中物质的分解与转化，是土壤肥力的决定性因素之一^[17]。由表4可知，施用土壤修复菌剂后土壤中细菌、真菌和放线菌数量的变化情况。土壤中三大微生物数量表现为细菌> 放线菌> 真菌。与对照处理和常规施肥处理相比，施用土壤修复菌剂处理的土壤细菌和放线菌数量均有所增加，真菌数量有所降低。在2018和2019年的试验中，与对照处理相比，施用土壤修复菌剂处理的细菌分别显著提高了8.1%和10.8%，真菌数量显著降低了2.0%和7.6%，放线菌数量分别提高了10.5%和13.1%，土壤细菌与真菌数量的比值显著增高10.3%和19.9%。由此说明，施用土壤修复菌剂可以提高土壤中细菌和放线菌的数量，降低真菌的数量。

3 讨论

3.1 土壤修复菌剂对番茄产量的影响

施用土壤修复菌剂增产效果明显，与对照处理相比，2017、2018和2019年施用供试土壤修复菌剂处理增产率分别达到了5.6%、7.8%和5.1%，利润分别增加了12520、20926和11229元/hm²。结果表明，施用土壤修复菌剂不仅可以提高土壤质量，还可以保障设施番茄的稳产、高产。分析其原因发现，土壤修复菌剂的施用可以改善土壤的物理、化学和生物性状，提高土壤肥力，增加作物产量。另外，土壤微生物会促进作物蛋白质和叶绿素等物质的合成，提高作物自身的抗病性^[18-19]，也为作物产量的增加提供了依据。

3.2 土壤修复菌剂对土壤物理性状的影响

土壤微生物修复菌剂不仅可以促进土壤团粒结构的形成，增强土壤通透性，保水保肥能力，还可以修复农业中受损的土壤，改善土壤的微生态系统，提高土壤的生产能力^[20]。本研究结果表明，施用土壤修复菌剂可以显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度。这可能是土壤修复菌剂施入到土壤中后，微生物促使土壤中的有机物质向腐殖质进行转化，结合钙离子及黏土形成有机物和无机物的结合体，该结合体可以调节土壤的内部结构^[21-22]。

3.3 土壤修复菌剂对土壤化学性状的影响

本试验研究土壤修复菌剂在设施番茄土壤化学性状上的改良效果。结果表明，与对照处理相比，2019年施用土壤修复菌剂处理的土壤pH、有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量分别提高了4.6%、5.0%、11.7%、23.6%、7.9%和5.9%（P<0.05），与李国等^[23]的研究结果一致。在农田中，土壤修复菌剂的施用一方面可以促使土壤中微生物的活动，加快土壤内有机质发生矿化，提高土壤养分含量^[24]。另一方面，土壤修复菌剂可以使作物产生根际效应，刺激微生物的活性，促使土壤养分的转化，提高养分的吸收和利用^[25]。

3.4 土壤修复菌剂对土壤生物性状的影响

微生物群落的数量和活性是土壤肥力的基础，是维持土壤健康和肥力的重要因素。在农业生态系统中，施用土壤修复菌剂后改变了土壤中有益微生物的比例和土壤原有的微生物群落结构^[26]，作物在适宜的生长环境下产生的根际分泌物又反作用于根际细菌，促进其繁殖，形成良性的循环^[27]。土壤修复菌剂的施用还提高了土壤养分含量，也会为微生物群落的生存和繁殖提供有力条件，从而达到土壤微生物菌落数量增加的目的。本试验结果表明，施用土壤修复菌剂后，可以明显地改变设施番茄土壤根际微生物群落的数量、细菌与真菌的比值，这与雷金银等^[28]和王光飞等^[29]的研究结果一致。

4 结论

在本试验条件下，施用供试土壤修复菌剂可以显著提高土壤的养分含量和改善生物学性状，即提高土壤pH、有机质、硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量，增加土壤细菌、放线菌的数量，降低真菌的数量，提高细菌与真菌的比值。此外，施用该土壤修复菌剂还可以明显改善土壤的物理性状和提高番茄的产量及经济效益。

参考文献