吉林省西部盐碱土属内陆苏打型土壤，是盐碱土类型中改良利用难度最大的土壤类型，面积约1.7万km^2[1]。土壤中盐分离子主要以Na⁺、Ca²⁺、 CO₃ ^2-、HCO₃^- 为主，透水性差^[2]。干时坚硬，湿时泥泞，植被出苗和生长困难，所以开发利用较低，仅有少量低产农田^[3]，如何对其进行改良以适应植物的生长是当地亟待解决的问题。经过近几十年的努力，该区域盐碱土的改良已经取得了一定的成效，吉林农业大学赵兰坡等将Al³⁺ 引入苏打盐碱土中，通过盆栽试验证明Al³⁺ 对苏打盐碱土有明显的改良作用^[4]。吉林省农业科学院通过多年的田间定位试验，在盐碱地上施用石膏后增加了玉米的保苗数，促进了玉米的生长发育^[5]。但是综合多年的改良效果表明，单一的措施很难达到良好的改良效果，以化学改良为主体并结合相应的农艺措施能够达到更好的改良效果，使改良土壤和培肥紧密结合并同时进行^[6]。

菌糠是食用菌培养基的剩余物，俗称菌渣余料。随着吉林省食用菌产业的发展，菌糠产量逐年增加^[7]，由于其没有得到合理的开发利用，被随意丢弃在田间地头，对当地的生态环境造成了严重的污染^[8]。如何将菌糠合理地利用于改良和培肥土壤上，是实现资源再利用的较好途径，因为菌糠中有机质和蛋白质含量较高，并且其结构粗糙松散，透气性好，在土壤中可以被分解成有较强通气能力和蓄水能力的腐殖物质，可增强土壤的保水性和透气性，防止土壤板结^[9]。石堃等^[10]研究表明，菌糠施入苏打盐碱土后，可以提高土壤的自然含水量和田间持水量，能够较好地保持土壤水分，并可以改善苏打盐碱土的理化性质，创造适于作物生长的土壤环境，使土壤肥力得到提高^[11]。朱小平^[12] 研究表明，在施入菌糠的苏打盐碱土上种植牧草，能够提高牧草的地上部生物量。因此，正确施用菌糠既可以改善盐碱土的物理性状，又可以提高土壤养分，既解决了菌糠废弃污染环境的问题，又达到了改良土壤的双重目标，对于农业资源的循环利用具有重要的意义。吉林省西部苏打盐碱土的pH较高，单独施用菌糠很难将pH降低到作物能够正常生长的范围，而相关研究表明，硫磺施入土壤后，随着硫磺用量的增加，土壤pH呈现降低的趋势^[13]。苏打盐碱土的障碍因子除了盐度和碱度高以外，其有机质含量低也是影响作物生长的又一因素，腐植酸能显著提高土壤的有机质含量，并可改善土壤的持水性、透气性等理化特性，可以把松散的土壤颗粒聚集在一起，形成水稳性团粒结构，进一步促进土壤团粒结构的形成^[14]。王倩姿等^[15]研究表明，在盐碱地上施用腐植酸物质，可以降低土壤电导率、水溶性Na⁺ 和K⁺ 含量以及钠吸附比，提高土壤有效磷含量。

综上所述，虽然利用单一改良剂进行盐碱土改良的研究较多，并取得了一定的改良效果和理论基础，但是单一改良剂所达到的改良效果是有限的，比较适合在盐碱度不高、障碍因子较少的土壤上使用。对于盐碱度较高、理化性质恶劣的吉林省西部苏打盐碱土而言，为了能够更好地达到改良和培肥土壤的目的，复合改良剂的筛选和应用是未来土壤改良发展的趋势之一。而基于菌糠的复合改良剂研究在该区域还未见报道。因此，本文采用室内盆栽的方法，通过设置菌糠、硫磺、腐植酸3因素3水平的正交试验，研究不同复合改良剂组合用量对土壤部分理化性质和碱茅生长的影响，并筛选出最优的混合改良剂组合方案。试验结果可为吉林省西部苏打盐碱地改良提供一定的理论基础，同时也为菌糠的合理再利用提供技术支持和宝贵经验，兼具经济效益、社会效益和生态效益。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤取自吉林省大安市大岗子镇欧力村，土壤类型为苏打型盐碱土，取样时间为2018年5月中旬，挑选地表无任何植物生长的重度苏打盐碱土进行取样，取土深度为0～20cm。土壤基本理化性质为pH 9.25，电导率（EC）1.67mS/cm，交换性阳离子21.9cmol/kg，碱化度63.1%，有机质17.62g/kg，碱解氮26.59mg/kg，有效磷13.01mg/kg，速效钾146.72mg/kg。

1.2 供试材料

黑木耳菌糠取自吉林省敦化市大蒲柴河镇，原培养基成分为木屑85%、麦麸子10%、豆饼粉3%、石膏1%、生石灰1%，试验时菌糠性状为含水率31.15%，pH 7.13，全氮0.43%，全磷0.35%，全钾0.03%，有机质57.31%。硫磺来源于江西恒兴源化工有限公司，含量为98%。腐植酸来源于哈尔滨亿实达生态科技开发有限责任公司，有效腐植酸成分71.85%，交换性钾含量48.62g/kg，交换性钠含量0.53g/kg，pH 4.42。试验所用作物为朝鲜碱茅，种子采自大安试验站。

1.3 试验设计

盆栽试验于2018年6月12日至8月11日进行，采用3因素3水平的正交试验设计方法，其中黑木耳菌糠用量分别为10、20、30g/kg；硫磺用量分别为2、6、12g/kg；腐植酸用量分别为4、8、 16g/kg。另外设置无改良剂的对照处理1个，总计10个处理，每个处理3次重复，各处理具体的改良剂用量见表1。盆栽用塑料盆直径17cm、高12cm，每盆装过2mm筛的风干苏打盐碱土1kg，将改良剂与土混合均匀后装盆，按田间最大持水量的60%加入去离子水，于第2d每盆播种100粒经过挑选并包衣的碱茅种子，放入人工气候箱内进行培养，温度设置为白天25℃，晚上15℃，空气湿度为55%。保证每次浇水时各处理的去离子水用量相同。培养60d后收获，测定碱茅的株高、鲜重、干重；采集土壤，经风干、过筛处理后进行相关指标的测定。

1.4 测定指标及分析方法

容重采用环刀法；pH采用酸度计测定（土水比1∶2.5）；EC采用电导仪测定（土水比1∶5）；有机质采用K₂Cr₂O₇-外加热容量法；碱解氮采用扩散吸收法；有效磷采用NaHCO₃-钼锑抗比色法；速效钾采用NH₄OAc-火焰光度法；阳离子交换量、交换性钠采用火焰光度法；出苗率采用直接观察法，为10d内发芽的种子数/供试种子数 ×100%；株高为从植株根部到植株生长点的测量长度；鲜重使用电子天平测定；干重采用干燥法测定，称量时先将作物在烘箱中105℃高温杀青10min，后在75℃低温条件下，连续烘干24h左右，直至恒重。

1.5 数据处理

土壤样品测定数据采用Excel2007进行整理和作图，使用SPSS 22.0对不同处理内及处理间的数据分别进行方差分析（ANVOA），采用不同小写字母表示显著性差异（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 复合改良剂对苏打盐碱土容重的影响

土壤容重是指自然状态下，单位容积土壤体的烘干质量，在土壤质地相似的条件下，土壤容重小，表明土壤疏松多孔，结构性良好；反之，土壤容重大，则表明土壤坚实板硬而缺少团粒结构。容重过大（>1.4g/cm³）会影响植物生长发育。土壤容重是土壤坚实度的重要指标，其数值的大小直接影响土壤的通气性和透水性，是土壤质量改善的重要指标^[16]。从图1可以看出，各改良剂处理的土壤容重均显著低于CK处理，其中C₇ 处理降低的最大，降低了22.38%。但9个改良剂处理间的容重无显著性差异。这主要因为菌糠质地较轻且疏松多孔，施入土壤后一方面直接降低了土壤的容重；另一方面在土壤中通过微生物降解释放多糖等有机物质，进而促进微团聚体向大团聚体形成，也达到了降低土壤容重的效果。另外，腐植酸类物质作为一种亲水性的有机胶体，能与土壤中的矿物质发生凝聚反应形成有机-无机复合体，这种复合体活性高，吸附能力强，可以黏结土壤中的细粒物质，并逐渐形成土壤团粒结构。

注：不同小写字母表示处理间差异显著。下同。

2.2 复合改良剂对苏打盐碱土pH的影响

从图2可以看出，CK处理的pH为10.08。施用组合改良剂后，除了处理C₇ 的pH为9.05，其余各处理的pH均达到9以下。C₉ 处理的pH下降幅度最大，为8.05，与CK处理相比降低了20.58%，但与C₃、C₆、C₈ 处理间差异不显著，表明这几种处理均能较显著地降低苏打盐碱土pH。这是因为改良剂中硫磺在土壤微生物的作用下，可以产生SO₄ ^2-，中和碱性物质，改良剂中的腐植酸成分具有酸性，使苏打盐碱土中的碱性得到中和，降低土壤pH。菌糠本身也具有酸性，所以也能够使盐碱地的pH得到有效降低；另一方面可能由于菌糠分解时产生的有机酸和土壤中积累的碳酸共同作用降低了土壤pH。从图2可以看出，随着硫磺用量的增加，土壤pH呈下降趋势，说明硫磺对降低土壤pH有显著作用。

2.3 复合改良剂对苏打盐碱土EC、交换性钠和碱化度（ESP）的影响

土壤EC是反映土壤中可溶性盐总量的重要指标，土壤水溶性盐是盐碱土的一个特殊标志，过高的EC能够限制作物的生长。在一定浓度范围内，溶液的含盐量与EC呈正相关。对于吉林省西部苏打盐碱土来说，碱土盐渍化主要由土壤中的Na₂CO₃ 和NaHCO₃ 所致，它们在土壤中的含量越高，土壤pH、交换性钠的含量就会越高。改良这样的盐碱土，需设法消除Na₂CO₃ 的消极影响，使其向改善土壤结构的方向转化^[17]。

表2 是菌糠、硫磺和腐植酸的不同用量对苏打盐碱土EC、交换性钠和ESP的影响。施用改良剂处理与CK相比，土壤EC呈上升趋势，其中C₇ 处理的EC与CK处理相比降低2%。从表2可以看出，各处理土壤交换性钠含量和ESP与CK处理相比均有所下降，下降范围分别为29.01%～63.78%、 13.15%～63.99%。其中C₆、C₉ 处理对土壤交换性钠和ESP影响较大，与CK处理相比土壤交换性钠分别下降了56.45%和63.78%，ESP与CK处理相比分别下降了62.54%和63.99%。

注：不同小写字母表示处理间差异显著。下同。

2.4 复合改良剂对苏打盐碱土肥力的影响

土壤有机质既是植物矿质营养和有机营养的源泉，又是土壤中异养型微生物的能源物质，影响着土壤的理化性质。从表3可以看出，菌糠、硫磺和腐植酸的施入可以提高盐碱土中各处理的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。与CK处理相比，分别增加10.6%～63.0%、19.6%～83.7%、 32.9%～161.0%和24.5%～124.5%。其中C₇ 处理的有机质、碱解氮和有效磷含量增加最多，说明C₇ 处理对土壤养分作用最显著。这主要是因为复合改良剂本身含有大量的有机质、氮磷钾和腐植酸，除了本身释放外，还可以活化土壤中原有的养分，提高土壤供肥和保肥能力。

2.5 复合改良剂对苏打盐碱土碱茅生长的影响

作物生物状况是检验复合改良剂对盐碱土改良效果的最佳指标，盐碱土壤对植物的危害，主要会引起植物生理干旱、伤害植物组织、影响植物正常营养吸收和造成植物气孔关闭，影响作物生长甚至造成作物死亡。表4是菌糠、腐植酸和硫磺复合改良剂对碱茅生长的影响。从表4可以看出，除了C₃、C₅ 处理出苗率低于CK处理，其他处理的出苗率均高于CK处理。CK处理的碱茅植株虽发芽，但最终未成活，碱茅植株全部死亡。从表4可以看到，C₁、C₆、C₈、C₉ 处理的各项指标均优于其他处理，C₆ 处理的碱茅各项指标均最高，株高为16.9cm，鲜重为114.00g，干重为0.3g，且较其他处理均达到了差异显著水平。处理C₃、C₅、C₇ 的碱茅植株较矮，叶片发黄无光泽。可能是因为处理C₃、 C₅、C₇ 的腐植酸含量过高而抑制碱茅种子发芽出苗。

3 结论与讨论

菌糠、硫磺、腐植酸复合改良剂施入苏打盐碱土后可以降低土壤容重，但各处理之间差异不显著，其中C₇ 处理容重降低最大，与CK相比，降低了22.38%。复合改良剂降低土壤容重的原因可能是：菌糠疏松多孔，促进土壤大团粒体聚集和植株根系生长；腐植酸可改善土壤的持水性、透气性等理化特性，可以把松散的土壤颗粒聚集在一起，形成水稳性团粒结构，进一步促进土壤团粒结构的形成。施用组合改良剂处理均能降低土壤pH，C₉ 处理的pH下降幅度最大，为8.05，相比CK处理降低了20.13%。pH降低的原因可能是：菌糠含有游离酸和腐植酸，在一定程度上可以中和盐碱土的碱性，降低土壤pH。另外，盐碱土壤中大量的交换性钠离子被菌糠中的钙离子代换下来后，形成易溶于水的Na₂SO₄ 进入到土壤水溶液中，随水排出土壤，从而降低土壤pH；硫磺水解或者在微生物作用下可以产生H⁺，硫磺在土壤中的氧化过程为：S→S₂O₃ ^2- → S₄O₆ ^2- → SO₄ ^2-，产生H⁺，从而降低土壤pH，降低碱胁迫；改良剂中的腐植酸成分具有弱酸性，使苏打盐碱土中的碱性得到中和。施用硫磺不同程度地降低了土壤的pH，增加了EC，这可能与硫磺施入土壤后，土壤中的SO₄ ^2- 含量升高有关，这与唐雪东等^[18]、Wang等^[19]的研究结果一致。

各处理土壤交换性钠和ESP也有不同程度的降低，其中C₆、C₉ 处理对土壤交换性钠和ESP影响较大。各处理交换性钠和ESP降低的可能原因：硫磺和腐植酸对交换性钠的作用比较明显，硫磺经水解后会产生酸类，与土壤中难溶解的碳酸钙反应，生成溶解度更大的硫酸钙，使土壤的钙活性增大，与土壤中的钠离子发生代换，可以降低苏打盐碱土交换性钠和ESP^[20]；腐植酸是一种带有负电的胶体，能够吸附一价阳离子，促进土壤团粒结构的形成，增加土壤的通透性，从而加快土壤表层盐碱的淋溶和灌洗^[21]，腐植酸的羟基、羧基功能团与土壤中钙离子发生凝聚反应，通过作物根系的生理作用形成土壤团粒结构，从而改善土壤结构，更有利于盐分的淋洗^[22]。土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等养分也有不同程度的增加，这可能是由于复合改良剂中的菌糠能够促进土壤中钾、磷、氮的释放，提升养分含量；腐植酸能吸附交换活化土壤中很多矿质元素，如磷、钾、钙、镁等，使这些元素的有效性大大增加，从而提高土壤肥力，改善作物的营养条件^[23]。

复合改良剂施入土壤后，碱茅植株的各项指标均大于CK处理，C₁、C₆、C₈、C₉ 处理的改良效果较好，其中C₆ 处理碱茅植株各项指标与其他处理均达到了显著性差异。C₃、C₅、C₇ 处理的碱茅发芽率较低，并且植株矮小，叶片发黄无光泽，可能是由于腐植酸含量过高而抑制了碱茅种子发芽生长。 CK处理种子可以发芽，但是未能成活，可能是CK处理土壤本身有大量盐分的积累，引起离子毒害 （特别是Na⁺）和渗透胁迫，导致植物生理干旱、伤害植物组织、影响植物的正常营养吸收，最终造成CK处理碱茅植株全部死亡。盐碱土施入复合改良剂降低了土壤的碱性，抑制部分有害离子，离子毒害和渗透胁迫危害降低，体现在种子出苗时胁迫减轻，提高了植株的出苗率^[24]。这与蔺吉祥等^[24]研究的小麦种子在盐碱胁迫下出苗的结果相似。硫磺可以为植株提供生长所需要的的硫元素，复合改良剂施入盐碱土后，使碱茅植株地上部生物量增加，提高作物产量及品质，这和雷全奎等^[25]的研究结果一致。腐植酸可以活化土壤磷素，改良盐碱土磷素供应，促进作物对磷的吸收利用^[22]。此外，腐植酸能够调控植物根系形态建成，促进渗透调节物质积累和作物的养分吸收^[26]。综合土壤理化指标、土壤养分指标和植株生长指标变化来看，改良效果较好的处理为C₆ 处理，菌糠、硫磺、腐植酸的用量分别为20、6、2g/kg。

参考文献