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土壤盐渍化是全球性资源和生态环境问题，已成为制约土地资源高效利用的限制性因素[1-3]。内蒙古河套灌区是国家和自治区重要的粮、油、糖生产地[4]，因区域气候干旱少雨、蒸发强烈、土壤母质含盐量高、地下水位高以及长期不合理的农业管理措施导致区域土壤盐渍化和次生盐渍化日趋严重。目前河套灌区盐渍化耕地面积约 39.4 万 hm2，占耕地总面积的 68.85%，且盐渍化以中重度为主[5]，严重制约了当地农业经济的可持续发展[6-8]。因此，如何通过高效合理的培肥措施来改善灌区土壤特性和提高土壤肥力具有重要的现实意义。
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河套灌区土壤盐分表聚明显、积累强度大、盐分含量高，且有机质分解快、养分极为匮乏，导致土壤理化性状恶化和肥力持续降低，作物的生长发育普遍受水、肥、盐等多重胁迫因子的影响[9]。因此，需要更加注重对土壤养分的补充及持续培肥措施来改变土壤的结构、透水性、通气性以及水盐运移方向，从根本上缓解土壤盐渍化的危害、改善作物的生长环境[10-12]。诸多学者研究表明，有机培肥是盐渍化耕地土壤肥力可持续提升的根本[13-15]。农家肥和秸秆等外源有机物料的施用不仅增加了土壤的有机质、氮磷钾等养分含量，而且能够降低土壤紧实度、促进团粒结构形成，更加有利于土壤保水性能的提升以及盐分的淋洗，促进作物生长[16]，在盐渍土改良利用中得到广泛应用。李玉等[17]研究表明有机肥替代部分化肥能显著地改善滨海盐碱地土壤的盐碱化问题和提高土壤环境质量；秦都林等[18]研究表明，秸秆还田能显著降低滨海盐碱地土壤容重和土壤全盐含量，增加土壤微团聚体含量以及不同生育时期土壤养分含量；马玉露等[19]研究表明增施腐熟牛粪能显著降低西辽河平原盐碱地土壤 pH、提高土壤碳、氮含量；霍琳等[20]研究表明有机无机肥配施显著改善甘肃引黄灌区新垦盐碱荒地土壤物理性状，改善土壤养分状况和提高玉米产量；张宏媛等[21]研究表明增施有机肥可有效降低西北干旱区盐渍土壤盐分表层集聚，增加土壤有机质和速效养分；李北齐等[22]研究表明生物有机肥可显著修复黑龙江盐渍化土壤、增加根际微生物数量和提高玉米产量；冯伟等[23]研究表明施用生物有机肥可显著提高滨海盐化潮土旱作玉米的籽粒产量；刘艳等[24]研究表明施用生物有机肥可提高玉米的抗盐碱能力和玉米产量；朱晶等[25]研究了松嫩平原西部苏打盐碱地采用秸秆还田可有效提高土壤养分含量和水稻产量；王庆蒙等[26]较为详细地探究了不同培肥措施对河套灌区盐碱地的改良效果，认为秸秆还田、有机肥与化肥配施可降低耕层土壤 pH 和显著提高土壤养分含量；综上所述，学者们对我国不同区域不同类型盐渍化土壤的培肥效果均已做过大量的研究，基本上考虑了增施有机肥或者有机无机肥配施对土壤养分以及作物产量变化的影响，但缺乏长期增施有机肥、秸秆还田等有机物料与化肥配施对土壤微生物数量以及土壤养分与土壤微生物数量间相互作用方面的研究，且 2 种培肥方式（增施有机肥与秸秆还田）对盐渍化土壤培肥效果的差异性也尚未进行过相应的研究。因此，本研究以内蒙古河套灌区大面积的盐渍化耕地土壤为研究对象，基于 2016 年的田间长期定位试验，研究增施有机肥、秸秆还田以及化肥配施对土壤养分和微生物数量的影响，明确增施有机肥、秸秆还田对盐渍化土壤养分提升和微生物环境改善的作用，探寻适宜河套灌区盐渍化土壤培肥的有效措施，以期为增施有机肥和秸秆还田在盐渍化土地上长期大面积的推广应用提供技术参数和科学依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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试验地位于河套灌区巴彦淖尔市杭锦后旗头道桥镇联增村（40°26′N，106°34′E），该区域属中温带大陆性季风气候，海拔高度为 1045 m，年降水量 136 mm，年蒸发量 2096 mm，年均气温 7.9℃，无霜期 152 d 左右，试验地基础地力为有机碳 6.58 g·kg-1、碱解氮 31.60 mg·kg-1、有效磷 12.22 mg·kg-1、速效钾 174.00 mg·kg-1、土壤 pH 8.60，全盐含量为 5.95 g·kg-1，土壤类型为硫酸盐盐化潮土。
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1.2 试验设计
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试验于 2016 年采用随机区组设计，共设置 4 个处理：不施肥（CK）、化肥（CF）、化肥 + 有机肥 （CFM）（化肥氮与有机肥氮各占 50%）、化肥 + 秸秆还田（CFS）（化肥氮与秸秆氮各占 50%）。小区面积 30 m2 （7.5 m×4 m），重复 3 次。各处理（CK 除外）保持氮素水平一致，均在 270 kg·hm-2 的氮素条件下进行。试验所用氮肥为尿素（N 46%），磷肥为磷酸二铵（P2O5 46%、N 18%），农家肥为腐熟牛粪 （全氮 1.2%、全磷 0.5%）、秸秆为腐熟玉米秸秆（全氮 0.8%、全磷 0.35%），详见表1。牛粪、玉米秸秆于每年上季作物收获后，采用旋耕机作业并翻压至 0～20 cm 土层土壤中，氮、磷肥均作为基肥在播种前随覆膜一次性施入，除肥料施用外，其余田间管理与当地农事相符。供试作物为向日葵 SH361。
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1.3 土壤样品的采集及指标测定方法
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2019 年 10 月在向日葵收获后每小区选择 3 个样点，分别采集 0～10 和 10～20 cm 土层土样。将采集的土壤样品去除杂质，一部分装入自封袋带回实验室，自然风干过 2 mm 筛，用于测定土壤 pH 和养分含量；另一部分装入无菌袋密封后带回实验室，存放于 4℃冰箱中，用于土壤微生物数量的测定。土壤有机碳采用重铬酸钾容量法（外加热法） 测定；土壤全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定； 土壤碱解氮采用碱解扩散法测定；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提－钼锑比色法测定；土壤速效钾采用乙酸铵浸提－火焰光度法测定；土壤 pH 采用电位法测定（土水比 1∶5）。土壤微生物数量采用稀释平板测数法测定，其中细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培养，真菌采用马铃薯葡萄糖琼脂培养基培养，放线菌采用高氏 1 号培养基培养。
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1.4 数据处理
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采用 Excel2019 进行数据处理和图表绘制，采用 SPSS 26.0 进行方差分析（LSD 法，0.05 水平），选用R 4.0.3 corrplot 包进行 Pearson 相关性分析， Canoco 5 进行冗余分析（RDA）。
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2 结果与分析
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2.1 增施有机肥和秸秆还田对土壤 pH 的影响
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从图1 可以看出，不同处理 0～10 和 10～20 cm 土层土壤 pH 变化范围分别为 8.66～8.86 和 8.64～8.89，其大小顺序为 CF>CK>CFS>CFM，其中 CFM 和 CFS 处理分别较 CK 处理降低 1.36%～1.78% 和 1.02%～1.44%，且差异达显著水平 （P<0.05），CF 处理土壤pH 较 CK 有所增加，但二者差异未达到显著水平（P>0.05），说明增施有机肥和秸秆还田可显著降低土壤 pH，降低耕层土壤盐渍化的危害，其中增施有机肥对降低土壤 pH 的效果优于秸秆还田，但二者差异不显著（P>0.05）。
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图1 不同处理对土壤 pH 的影响
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注：图柱上不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。
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2.2 增施有机肥和秸秆还田对土壤碳氮的影响
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由图2～4 可以看出，不同处理均对土壤有机碳、全氮含量及碳氮比（C/N）产生了不同程度的影响，且不同处理下土壤有机碳、全氮含量大小顺序为 CFM>CFS>CF>CK，0～10 cm 土层土壤 C/N 大小顺序为 CK>CFS>CF>CFM，0～20 cm 土层为 CK>CF>CFS>CFM。从土壤层次变化来看，0～10 和 10～20 cm 土层土壤有机碳含量变化范围分别为 7.06～7.41 和 6.58～6.77 g·kg-1，全氮含量变化范围分别为 1.01～1.13 和 0.81～0.91 g·kg-1，土壤 C/N 变化范围分别为 6.56～6.97 和 7.44～8.09。且不同处理下 0～10 cm 土层土壤有机碳、全氮含量均显著高于 10～20 cm 土层（P<0.05）；而土壤 C/N 则相反，10～20 cm 高于 0～10 cm 土层，尤其是 CK 处理下 0～10 cm 与 10～20 cm 土层差异达显著水平（P<0.05）。与 CK 相比，CFM 处理和CFS 处理均能显著提高不同土层土壤有机碳、全氮含量，降低土壤碳氮比（P<0.05），其中 0～10 cm 土层CFM 和 CFS 处理下土壤有机碳、全氮含量分别较 CK 处理提高 04.96% 和 3.82%、11.52% 和 6.58%，10～20 cm 土层 CFM 和 CFS 处理下土壤有机碳、全氮含量分别较 CK 处理提高 2.89% 和 1.37%、12.35% 和 8.64%。
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2.3 增施有机肥和秸秆还田对土壤速效养分的影响
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由图5～7 可以看出，不同处理对土壤速效养分（碱解氮、有效磷、速效钾）含量的影响差异显著（P<0.05）；土壤碱解氮含量大小顺序为 CFM>CFS>CF>CK（0～20 cm），土壤有效磷、速效钾含量大小顺序分别为 CFM>CF>CFS>CK（0～10 cm）和 CF>CFM>CFS>CK（10～20 cm）。从土壤速效养分层次变化来看，0～10 和 10～20 cm 土层土壤碱解氮含量变化范围分别为 37.37～70.72和 26.79～36.82mg·kg-1；0～10 cm 土层CF、CFM 和 CFS 处理分别较 CK 处理提高 40.52%、87.04% 和 60.88%，均与 CK 处理有显著性差异（P<0.05）， 10～20 cm 土层 CF、CFM 和 CFS 处理分别较 CK 处理提高 15.01%、37.44% 和 16.46%，其中CFM 处理差异有显著水平（P<0.05）。0～10 和 10～20 cm 土层土壤有效磷含量变化范围分别为 16.87～39.43 和 14.14～17.44 mg·kg-1；0～10 cm 土层 CF、CFM 和 CFS 处理土壤有效磷含量较 CK 处理分别提高 124.24%、133.73% 和 103.26%，均与 CK 处理有显著性差异（P<0.05），10～20 cm 土层 CF、CFM 和 CFS 处理土壤有效磷含量较 CK 处理分别提高 23.34%、20.30% 和 15.56%，其中CFM 和 CF 处理与 CK 处理差异显著。土壤速效钾变化范围分别为 177.35～212.10 和 135.61～165.29 mg·kg-1； 0～10 cm 土层 CF、CFM 和 CFS 处理土壤速效钾含量较 CK 处理分别提高 9.65%、19.59% 和 4.13%，均与 CK 处理有显著性差异（P<0.05）；10～20 cm 土层 CF、CFM 和 CFS 处理土壤速效钾含量较 CK 处理分别提高 21.89%、16.67% 和 15.23%，均与 CK 处理有显著性差异（P<0.05），但 CF、CFM、CFS 处理间差异不显著（P>0.05）。整体来看，不同处理均能显著提高 0～10 cm 土层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量（P<0.05），而对 10～20 cm 土层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量的影响差异各不相同。
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图2 不同处理对土壤有机碳含量的影响
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图3 不同处理对土壤全氮含量的影响
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图4 不同处理对土壤碳氮比的影响
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图5 不同处理对土壤碱解氮的影响
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图6 不同处理对土壤有效磷的影响
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图7 不同处理对土壤速效钾的影响
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2.4 增施有机肥和秸秆还田对土壤微生物数量的影响
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由图8～10 可以看出，不同处理对 0～20 cm土层土壤微生物数量影响差异各不相同。0～10 和 10～20 cm 土层土壤细菌数量变化范围分别为 4.14～6.35×106 和 1.87～3.09×106 个·g-1，真菌数量的变化范围分别为 1.12～1.67×103 和 1.02～1.33×103 个·g-1，放线菌数量的变化范围分别为 2.16～2.74×103 和 1.29～1.44×103 个·g-1。 0～10 cm 土层土壤细菌、真菌和放线菌数量均显著高于 10～20 cm 土层。0～20 cm 土层CF、 CFM 和 CFS 处理土壤细菌数量分别较 CK 处理增加 12.44%～19.84%、53.44%～59.78% 和 26.44%～65.13%，且 10～20 cm 土层CFM 处理显著高于 CK 处理（P<0.05），而 CFM 与 CFS 处理差异不显著（P>0.05）。CF、CFM 和 CFS 处理土壤真菌数量分别较 CK 处理增加 19.21%～21.02%、28.27%～43.72% 和 29.99%～49.06%，且各处理差异不显著 （P>0.05）。CF、CFM 和 CFS 处理放线菌数量分别较 CK 处理增加5.80%～11.63%、10.08%～16.79% 和 7.75%～26.65%，且三者差异不显著（P>0.05）。
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图8 不同处理对土壤细菌数量的影响
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图9 不同处理对土壤真菌数量的影响
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图10 不同处理对土壤放线菌数量的影响
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2.5 土壤化学性质与土壤微生物的相关性分析
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通过对 0～10 和 10～20 cm 土层土壤细菌数量、真菌数量、放线菌数量、土壤 pH、有机碳、全氮及速效养分含量进行简单相关性分析，其结果表明（ 图11），0～10 和 10～20 cm 土壤pH与土壤细菌数量、真菌数量和放线菌数量达显著的负相关，说明土壤微生物对土壤 pH 的变化较为敏感，土壤 pH 对微生物数量变化具有直接指示作用。土壤细菌数量、真菌数量和放线菌数量均与土壤全氮、碱解氮、有机碳有显著或极显著正相关关系，说明土壤微生物数量能在一定程度上反映土壤肥力和土壤质量状况；同时土壤中氮素、有机质含量等肥力的提高有利于增强土壤微生物的活性。
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2.6 不同处理下土壤化学性质与土壤微生物冗余分析
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为了更进一步分析土壤化学性质与土壤微生物间在不同处理之间的相关性，对其进行冗余分析，结果表明（图12），不同处理下 0～20 cm 土层土壤微生物数量分布具有明显差异。CFM 处理土壤细菌、真菌和放线菌数量分布与 CF 和 CK 处理分离明显，表明有机肥的施用显著改变了土壤微生物的数量和分布。CFM 与 CFS 处理间分离不明显，说明增施有机肥配施化肥和秸秆还田配施化肥对土壤微生物数量的影响较为相似。CF 和 CK 处理下土壤微生物数量分布分离不明显，说明单施化肥对土壤微生物数量虽有一定提升效果，但并未达到差异化水平。
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图11 土壤化学性质与土壤微生物的相关性分析
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注：pH：酸碱度；TOC：有机碳；TN：全氮；AN：碱解氮；AP：有效磷；AK：速效钾；SB：细菌数量；SF：真菌数量；SA：放线菌数量。彩色圆圈深浅和大小表示相关性程度，* 表示 P<0.05，** 表示 P<0.01，*** 表示 P<0.001。
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图12 土壤化学性质与土壤微生物的冗余分析
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3 讨论
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3.1 不同培肥措施对土壤化学性质的影响
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通过增添有机物来增加盐渍土土壤肥力和改善土壤性质已得到广泛认可[7，13，27]，但盐渍土壤性状对有机物质的响应因其盐碱类型、区域差异而表现不同[28-29]。有机肥、秸秆等有机物料富含的有机物质施入土壤后，主要通过分解释放有机酸等物质中和土壤碱性，可降低土壤高 pH 的危害。本研究中，有机肥施用和秸秆还田后土壤 pH 降低了 0.1～0.2 个单位，降幅较低，张雅贞等[30]在土默川平原盐碱地施用有机肥后土壤 pH 降低 0.6～0.8 个单位，这可能与土壤的盐渍化程度以及盐碱化类型有关。另外，在等氮条件下有机肥施用和秸秆还田较单施化肥明显提高了土壤有机碳、全氮含量，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量也显著增加。有机肥和秸秆的施用为土壤带来了大量有机物质，而有机物中所含的腐殖酸，如胡敏酸等提高了植物的根系活力，养分吸收能力增强，从而提高了土壤养分累积[31]。而且，施用有机肥效果优于秸秆还田的原因可能是农家肥的营养物质比秸秆更丰富，且更易于矿化，在土壤中养分释放速率更快，这进一步验证了赵海成等[32]和王长军等[33]的研究结果。
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3.2 不同培肥措施对土壤生物学特性的影响
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本研究中，CF、CFM 和 CFS 处理下 0～20 cm 土层土壤细菌、真菌和放线菌数量均优于 CK 处理，这是由于肥料施入后为土壤带来大量的营养物质，刺激了土壤微生物的生命活动，从而提高了土壤微生物的数量，这与何瑞成等[34]和汪成忠等[35]的研究结果类似。不施肥，土壤营养物质缺失，土壤性状退化，土壤环境与外界物质交换出现阻碍，土壤微生物数量明显下降。另外，有机肥自身含有大量微生物，施入后增加了土壤中的微生物数量，也为土壤中微生物的代谢与繁育提供了能源物质，同时促进了土壤中原有微生物的生长，故 CFM 处理地块土壤细菌数量显著高于其它处理。秸秆还田后其降解和养分释放过程存在复杂的微生物群系， Kimura 等[36]研究表明秸秆还田后增添的营养物质能刺激土壤中的根系分泌物，而根系分泌物能促进土壤真菌的生长繁育，从而引起与根际效应有关的子囊菌增加。本研究结果表明 CFS 处理下土壤真菌数量高于 CFM 处理，这可能是由子囊菌的变化所引起的，导致土壤群落结构发生改变，从而影响土壤微生物数量的分布，且这种变化受秸秆的激发效应强于 CFM 处理，因此需进一步测定分析土壤群落的结构变化。
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3.3 土壤化学性质与土壤微生物的关系
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本研究表明，土壤微生物的数量分布与土壤化学状况高度相关，对微生物数量有较大影响的因素为土壤 pH、土壤有机碳、全氮和碱解氮。土壤 pH 对微生物的数量变化具有指示作用，可在一定程度上直接反映土壤微生物数量。土壤碳、氮与土壤微生物间相互依存和作用，且随着土壤碳、氮量和微生物数量的增加，土壤养分的积累量也增加，从而促进了土壤肥力的提高。当土壤中微生物的生长受到高 C/N 碳源的限制时，通过施肥补充氮素可刺激微生物的生长[37]。本研究中，土壤养分中仅碱解氮与土壤微生物呈显著正相关，这表明土壤氮素含量的变化可能是影响土壤微生物数量差异的主要驱动因子。
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4 结论
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CFM 和 CFS 处理对土壤化学性状以及土壤微生物产生了不同程度的影响。CFM 和 CFS 处理可明显降低土壤 pH，增加土壤碳、氮和速效氮磷钾含量，但提升效果弱于有机肥施用，有机肥施用对土壤化学性状的影响更大。同时，CFM 和 CFS 处理也提高了土壤细菌数量，两者提升效果均强于施用化肥，且土壤微生物数量的变化与土壤化学性质高度相关，尤其是土壤有机碳和土壤氮素含量的变化是影响土壤微生物数量差异的主要因子。
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摘要
为探讨施用有机肥和秸秆还田对盐渍化耕地土壤的培肥效果及改土效应，以河套灌区典型盐渍化土壤为研究对象，对比分析了不施肥（CK）、化肥（CF）、化肥 + 有机肥（CFM）、化肥 + 秸秆还田（CFS）对土壤 pH、有机碳、全氮含量、速效氮磷钾含量和微生物数量的影响，并通过简单相关分析和冗余分析研究等氮条件下浅层 （0 ～ 20 cm）土壤化学性质与土壤微生物数量间的相关关系，揭示不同培肥措施下土壤微生物数量差异的驱动因子，明确施用有机肥和秸秆还田这 2 种主要培肥措施下土壤肥力的变化特征。结果表明：与 CK 处理相比，CFM 和 CFS 处理的土壤 pH 分别降低了 1.36% ～ 1.78% 和 1.02% ～ 1.44%，土壤盐渍化得到改善；CFM 和 CFS 处理提高了土壤有机碳和全氮含量，土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量也显著增加，且施用有机肥的提升效果优于秸秆还田； 在土壤微生物方面，CFM 处理可显著提高土壤细菌数量（53.44% ～ 59.78%）和放线菌数量（10.08% ～ 16.79%）， CFS 处理可显著提高土壤真菌数量（29.99% ～ 49.06%）。综上所述，增施有机肥和秸秆还田可有效降低土壤 pH，增加土壤有机碳和速效养分；同时改善了土壤微环境，显著增加了土壤微生物数量。该研究结果可为河套灌区盐渍化土壤的改土培肥提供参考。
Abstract
To explore the fertilization effect and soil improvement effect of organic fertilizer and straw mulching on salinealkali farmland soil，the typical saline soil in Hetao irrigation district was taken as the research object．The effects of no fertilization（CK），chemical fertilizer（CF），chemical fertilizer + organic fertilizer（CFM）and chemical fertilizer + straw mulching（CFS）on soil pH，organic carbon and total nitrogen content，available nitrogen，phosphorus and potassium content and microbial quantity were compared and analyzed．The correlation between soil chemical properties and soil microbial quantity in shallow（0 ～ 20 cm）under nitrogen conditions was studied by simple correlation analysis and redundant analysis，and the driving factors of soil microbial quantity difference under different fertilization measures were revealed．The change characteristics of soil fertility under the two main fertilization measures of organic fertilizer and straw mulching were clarified．The results showed that compared with CK，soil pH decreased by 1.36% ～ 1.78% and 1.02% ～ 1.44% under CFM and CFS treatments，respectively．Organic fertilizer and straw returning slowed down the trend of soil salinization．CFM and CFS treatments increased soil organic carbon and total nitrogen content，and significantly increased soil available nitrogen，available phosphorus and available potassium content，and the effects of organic fertilizer were better than those of straw returning．In terms of soil microorganisms，CFM significantly increased the number of soil bacteria（53.44% ～ 59.78%）and actinomycetes（10.08% ～ 16.79%），and CFS significantly increased the number of soil fungi（29.99% ～ 49.06%）．In summary，organic fertilizer application and straw returning reduced soil pH，increased soil organic carbon and nutrient content，increased the number of soil microorganisms，and improved soil microenvironment． The results of this study can provide reference for soil improvement and fertilization of saline soil in river-loop irrigation district.
Keywords
saline-alkali soil ； organic materials ； soil nutrient ； soil microbe