全球土壤盐渍化问题日益严重，已成为土地治理所面临的重大难题^[1]。全国盐渍土资源总面积为 9913 万 hm^2[2]，主要分布在东北、华北、西北旱作区以及长江以北的沿海地区。截至 2010 年，内蒙古自治区是我国盐碱土的主要分布地区之一，其盐碱土面积高达 313 万 hm²，其中耕地盐渍化面积达到 46.7 万 hm²，且耕地次生盐渍化面积每年以 1 万～1.33 万 hm² 直线增长^[3]。盐碱地土壤 pH 高，有效养分含量低，养分循环能力差，限制作物生长，严重制约我国农业生产和粮食安全^[4-5]，综合改良利用盐碱地对保障我国粮食安全有重要意义。

有机物料在改良盐碱地过程中可以显著调节盐碱地土壤酸碱度、提高土壤养分的生物循环能力及土壤肥力，进而有利于作物生长，提高作物产量，对绿色开发利用盐渍化土壤具有重要意义^[6-10]。针对不同种类有机物料对盐碱地土壤生物学特性的研究颇多，施用菌肥^[11]和腐熟秸秆^[7，12]可以显著优化土壤微生物种群结构，影响土壤微生物生物量碳（MBC）、微生物生物量氮（MBN）含量，提高土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶活性，且均受盐碱土壤环境中 pH 和电导率（EC）的显著驱动。本研究致力于长期利用腐熟秸秆配施菌肥在盐碱地定位改良，发现其改良效果在农业生产实践中更具重要的现实意义^[10]。

本研究针对盐碱土壤 pH、电导率高和肥力低导致作物产量低等问题，以土壤养分循环具有重要意义的土壤生物学特性为切入点，采用腐熟秸秆与菌肥通过降低土壤 pH 与含盐量，以提高土壤 MBC、MBN、微生物生物量磷（MBP）含量以及相关土壤酶活性，增强土壤养分循环能力，以达到燕麦增产的目的，以期为北方旱作区改善盐碱土壤及提高燕麦产量提供有效措施，且为指导盐碱地燕麦生产提供重要的理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验地与试

1.1 试验地与试验材料概况

2016～2018 年在呼和浩特市内蒙古农业大学海流图园区（111°22′30″E，40°41′30″N）连续开展定位试验。该地区土壤属于硫酸钠和氯化钠为主的盐碱土^[10]，试验地及材料详情见表1。 2016～2018年燕麦生育期降水量与温度变化如图1所示。

1.2 试验设计

试验共设置 4 个处理，分别为空白对照 （CK）、单施菌肥（F）、单施腐熟秸秆（S）、腐熟秸秆配施菌肥（FS），重复 3 次，共 12 个小区，小区面积 120 m² （8 m×15 m）。根据之前研究结果^[9]，菌肥施用量 1500 kg·hm^-2，腐熟秸秆施用量 11250 kg·hm^-2，各处理底肥均施磷酸二铵（18-46-0）150 kg·hm^-2，燕麦用种量 150 kg·hm^-2，采用机械播种，行距 25 cm。播种前 15 d，将玉米腐熟秸秆按上述施入量均匀撒在地表，用旋耕机进行 0～10 cm 浅悬。播种时，利用播种机将菌肥和底肥一起施入土壤，再进行燕麦播种。由于燕麦生长前期较为干旱，每年燕麦苗期进行灌水 1 次，为缓减干旱造成减产的现象，小区田间管理完全一致。

1.3 取样与分析测定

1.3.1 样品取样方法

土壤样品分别在燕麦苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期及收获期 5 个生育时期进行采样，取样土层分别为 0～5、5～10、10～20 和 20～40 cm 土层，每次在各小区内按 S 形采样法随机选取 5 点，将土壤同一土层的土样混合，每个样本用 2 mm 筛网筛分，分为两份样本：第一份是鲜土，储存在4℃冰箱，用于土壤 MBC、MBN 和 MBP 的测定； 第二份是风干土，用于土壤 pH、EC 及土壤酶活性的测定。

燕麦 5 个生育时期内分别取燕麦地上部植株样品，测定鲜草产量。植株群体进入成熟期后一周内选择晴天上午对燕麦种植小区进行统一测产，在各重复小区内分别选取面积 1 m²，收割晒干，测定地上部生物产量作为干草产量，脱粒称重作为籽粒产量，小区测产后计算公顷产量。

1.3.2 指标测定方法

土壤理化性质测定：土壤 pH 由 pH 计（STARTER 3100）测定，土壤与蒸馏水的比例为 1∶2.5。土壤 EC 由电导率计（STARTER3100C）测定，土壤与蒸馏水之比为 1∶5。

土壤微生物生物量测定^[13-14]：土壤 MBC、 MBN 和 MBP 分别采用熏蒸提取-茚三酮比色法、熏蒸提取-容量分析法、熏蒸提取-钼锑抗比色法测定。首先，鲜土调节为土壤田间持水量的 60% （土壤含水量约为 12%），然后在密封黑暗条件下，培养 15 d；其次，一部分土壤需在黑暗条件下进行氯仿熏蒸 24 h，另一部分土壤不进行熏蒸处理；接着，用 0.5 mol·L^-1 K₂SO₄ 提取 MBC、MBN 和用0.5 mol·L^-1 NaHCO₃ 提取 MBP；最后，进行测定。计算方式如下：MBC=E_c×0.38，式中 E_c 为熏蒸后与熏蒸前土壤有机碳差值；MBN=E_min-N/0.54，式中 E_min-N 为熏蒸后与熏蒸前土样有机氮差值；MBP= E_Pt/0.45，式中 E_Pt 为熏蒸后与熏蒸前土样有机磷差值。测量结果单位均为 mg·kg^-1 干土。

土壤酶活性测定：土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定^[15-17]。土壤蔗糖酶活性采用 3，5-二硝基水杨酸比色法测定^[15，18]。土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定^[15-16，19]。土壤碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定^[15-16，20]。

1.4 经济效益

本研究以不施用菌肥和腐熟秸秆为零基准，通过计算增加收入和投入来计算各处理的经济效益。

（1）投入（I）：投入包括菌肥（3.0 元·kg^-1） 和腐熟秸秆（0.5 元·kg^-1）、种子、肥料、灌溉、除草、机械、田间管理、收获以及各阶段的人工费用（除菌肥和腐熟秸秆费用外，其他投入按 5000 元·hm^-2）。

（2）产出（O）：产出主要包括籽粒产量（单价：5.0 元·kg^-1）和饲草产量（单价：2.5 元·kg^-1）。

（3）经济效益（E）：E=O-I。

1.5 数据处理

原始数据采用 Excel2010 和 R Studio 进行分析和绘图。方差分析采用 R Studio 中的 lmer（）和 aov（）函数进行数据分析，相关性分析热图采用 R Studio 中的 corrplot（）函数、主成分分析采用 R Studio 中的 fviz_pca_biplot（）函数进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 有机物料对盐碱地土壤 pH 的影响

2016、2017 和 2018 年各时期不同土层土壤 pH 在各改良处理条件下均有所降低，S 和 FS 处理 0～40 cm 土层土壤 pH 均显著低于 CK 处理（图2）。其中，2016 年 F、S、FS 处理下土壤 pH 均较 CK 处理分别在 0～5 cm 土层降低 2.31%、4.04%、 3.27%，在 5～10 cm 土层降低 0.49%、4.77%、 3.01%，在 10～20 cm 土层降低-2.38%、3.75%、 1.43%，在 20～40 cm 土层降低-2.26%、4.95%、 2.85%。2017 年 F、S、FS 处理下土壤 pH 均较 CK处理分别在 0～5 cm 土层降低-0.20%、1.51%、 2.71%，在 5～10 cm 土层降低-0.52%、1.90%、 3.02%，在 10～20 cm 土层降低 0.12%、2.13%、 3.44%，在 20～40 cm 土层降低-0.02%、2.97%、 3.68%。2018 年 F、S、FS 处理下土壤 pH 均较 CK 处理分别在 0～5 cm 土层降低 2.29%、2.90%、 6.73%，在 5～10 cm 土层降低 1.87%、3.47%、 7.70%，在 10～20 cm 土层降低 1.29%、3.90%、 8.37%，在 20～40 cm 土层降低 0.77%、4.13%、 8.56%。经过 3 年连续改良，以 S 和 FS 处理的土壤 pH 降低显著，S 处理各土层土壤 pH 均值低于 8.5， FS 处理各土层土壤 pH 均值低于 8.0。

注：图柱上不同小写字母代表各处理 0～40 cm 土层平均数值的差异显著（P<0.05）。下同。

2.2 有机物料对盐碱地土壤电导率的影响

经过 3 年的改良，2016～2018 年各土层土壤 EC 均较改良前明显降低（图3）。随着改良年限的增加，各处理及各土层土壤 EC 逐渐降低，除 FS 处理，在改良第 3 年收获期各土层土壤 EC 显著高于其他处理。改良 3 年期间施腐熟秸秆与菌肥后，每年苗期时，改良处理各土层土壤 EC 显著被提高，尤以 FS 处理最为显著。2016 年 F、S、FS 处理下土壤 EC 均较 CK 处理分别在 0～5 cm 土层提高 107.08%、141.08%、147.01%，在 5～10 cm 土层提高 22.57%、153.86%、98.38%，在 10～20 cm 土层提高 14.35%、146.13%、57.57%，在 20～40 cm 土层提高 9.56%、146.82%、112.26%。 2017 年 F、S、FS 处理下土壤 EC 均较 CK 处理分别在 0～5 cm 土层提高 21.27%、18.54%、47.68%，在 5～10 cm 土层提高 26.39%、53.01%、122.20%，在 10～20 cm 土层提高 33.56%、99.57%、158.64%，在 20～40 cm 土层提高 8.05%、82.61%、203.87%。 2018 年 F、S、FS 处理下土壤 EC 均较 CK 处理分别在 0～5 cm 土层提高 37.45%、15.63%、136.21%，在 5～10 cm 土层提高 8.17%、0.03%、199.69%，在 10～20 cm 土层提高 4.28%、473%、248.88%，在 20～40 cm 土层提高 7.06%、9.30%、233.28%。

2.3 有机物料对盐碱地土壤微生物生物量碳含量的影响

由图4 可知，随着改良年限的增加，改良处理土壤 MBC 含量逐渐增加，而 CK 处理逐渐降低。随燕麦生育时期的推进，各处理下不同土层土壤 MBC 含量均先增加后降低，2016～2017 年在燕麦抽穗期达最高，2018 年在拔节期表现最高，以 0～40 cm 最为显著。2016 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBC 含量分别较 CK 处理显著提高 39.40%～135.92%、34.33%～111.90%、 7.06%～151.46%；2017 年抽穗期 F、S、FS 处理下土壤 MBC 含量分别较 CK 处理显著提高 23.60%～109.96%、17.81%～115.84%、15.38%～103.66%； 2018 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBC 含量分别较 CK 处理显著提高 23.60%～109.96%、 17.81%～115.84%、15.38%～103.66%。

2.4 有机物料对盐碱地土壤微生物生物量氮含量的影响

由图5 可知，随着改良年限的增加，第 2 年改良处理下土壤 MBN 含量最高。随燕麦生育时期的推进，各处理在不同土层土壤 MBN 含量均先增加后降低，在燕麦抽穗期达最高，以 0～40 cm 最为显著。2016 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层 MBN 含量分别较 CK 处理显著提高 31.27%～63.67%、 43.63%～65.43%、45.84%～97.86%；2017 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBN 含量分别较 CK 处理显著提高-45.56%～676.93%、47.77%～636.61%、31.57%～700.89%；2018 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBN 含量分别较 CK 处理显著提高 3.75%～140.20%、4.36%～288.38%、 40.26%～357.07%。

2.5 有机物料对盐碱地土壤微生物生物量磷含量的影响

由图6 可知，随着改良年限的增加，第 2 年改良处理下土壤 MBP 含量最低。随燕麦生育时期的推进，各处理在不同土层土壤 MBP 含量均先增加后降低，在燕麦生长旺盛时期达最高，且以 0～40 cm 最为显著。2016 年拔节期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBP 含量分别较 CK 处理显著提高 20.96%～193.53%、8.62%～114.37%、-9.74%～102.14%；2017 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBP 含量分别较 CK 处理显著提高-14.73%～73.95%、44.85%～122.22%、59.14%～133.76%； 2018 年抽穗期 F、S、FS 处理下各土层土壤 MBP 含量分别较 CK 处理显著提高 53.82%～213.19%、 30.93%～276.21%、3.16%～357.07%。

2.6 有机物料对盐碱地土壤蔗糖酶活性的影响

由图7 可知，随着改良年限的增加，第 2 年改良处理后土壤蔗糖酶活性最高。各处理在 0～40 cm 土层土壤蔗糖酶活性均随年份和燕麦生育时期有显著变化，均以苗期含量较高。2016 年苗期 F、S、 FS 处理下各土层土壤蔗糖酶活性分别较 CK 处理显著提高 59.08%～109.32%、31.98%～157.53%、 58.37%～220.52%；2017 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤蔗糖酶活性分别较 CK 处理分别显著提高-0.10%～52.39%、43.92%～86.87%、-5.82%～33.86%；2018 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤蔗糖酶活性分别较 CK 处理显著提高-7.68%～23.12% （不显著）、11.11%～54.39%、2.94%～125.78%。

2.7 有机物料对盐碱地土壤脲酶活性的影响

由图8 可知，随着改良年限的增加，第 2 年改良处理土下壤脲酶活性最高。随燕麦生育时期的推进，2016～2017 年 0～40 cm 土层土壤脲酶活性逐渐增加，2018 年土壤脲酶活性先增加后降低，而且各处理在苗期均显著提高土壤脲酶活性。2016 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤脲酶活性均较 CK 处理分别提高 4.88%～43.52%、 12.78%～67.14%、35.40%～66.00%；2017 年苗期 F、 S、FS 处理下各土层土壤脲酶活性分别较 CK 处理显著提高-1.49%～13.61%、2.08%～6.96%、 0.28%～8.88%；2018 年 F、S、FS 处理下各土层土壤脲酶活性分别较 CK 处理显著提高 14.18%～38.03%、16.30%～63.82%、28.83%～116.35%。

2.8 有机物料对盐碱地土壤碱性磷酸酶活性的影响

由图9 可知，随着改良年限的增加，各处理下土壤碱性磷酸酶活性逐渐降低。2016、2017 和 2018 年 0～40 cm 土层土壤碱性磷酸酶活性在生育时期间无显著变化，而且各处理在苗期均显著提高土壤碱性磷酸酶活性。2016 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤碱性磷酸酶活性分别较 CK 处理显著提高-1.50%～14.41%、16.62%～68.57%、 43.54%～61.24%；2017 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤碱性磷酸酶活性分别较 CK 处理显著提高 3.63%～6.93%、5.30%～22.92%、5.51%～16.14%； 2018 年苗期 F、S、FS 处理下各土层土壤碱性磷酸酶活性分别较 CK 处理显著提高-5.85%～3.64%、 16.76%～44.55%、7.25%～26.99%。

2.9 有机物料对燕麦籽粒和饲草产量的影响及经济效益分析

2016～2018 年盐碱地定位改良期间，施用菌肥和腐熟秸秆可以显著提高燕麦收获期籽粒、灌浆期鲜草和干草产量（表2）。2016、2017、2018 年改良措施（F、S、FS）的籽粒产量分别较 CK 处理显著提高 47.55%～121.48%、19.50%～146.06% 和 35.24%～61.85%。2016、2017、2018 年改良措施（F、S、FS）的鲜草产量分别较 CK 处理提高-4.16%～65.97%、56.13%～104.60% 和-4.28%～33.61%。2016、2017、2018 年改良措施（F、S、FS） 的干草产量分别较 CK 处理提高 10.83%～48.22%、 36.77%～77.33% 和 37.82%～66.28%。3 年改良中， FS 处理的籽粒、鲜草和干草产量均有显著提高，分别在 2016 年提高 121.48%、65.97%、48.22%；在 2017 年提高 146.06%、102.13%、77.23%；在 2018 年提高 36.55%、23.53%、43.20%。F 处理在第 2 年和第 3 年表现最好，且与 FS 处理差异不显著。

注：同一年份同列数据后不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

根据对本研究所投入和产出进行效益分析（表3），各改良措施中的经济效益以 F 处理表现较好，在 2017 和 2018 年表现较好，每公顷较 CK 处理分别增收 7297、7121 元；其次为 FS 处理，在 2016 和 2017 年表现较高，每公顷较 CK 处理增收 387、2972 元。本研究认为，F 处理主要通过提高燕麦籽粒产量，提高其经济效益；FS 处理主要通过提高燕麦的干草产量，提升其饲草价值，提高燕麦的经济效益。

2.10 主成分分析

2016～2018 年土壤 pH、EC、MBC、MBN、 MBP、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶及燕麦产量之间的主成分分析显示（图10，表4），2016 和 2017 年第一主成分贡献度较强的因子有分布在 CK 和 F处理的土壤 pH 和分布在 S 和 FS 处理的土壤 EC、 MBC、MBN、MBP、脲酶、碱性磷酸酶及籽粒产量，而第二主成分贡献度较高的因子是分布在 S 和 FS 处理的土壤蔗糖酶；2018 年第一主成分贡献度较强的因子有分布在 CK 处理的土壤 pH 和分布在 FS 处理的土壤 EC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶、脲酶及碱性磷酸酶。

注：Sucrase、Urease、ALP、GY、FGY 和 DGY 分别代表土壤蔗糖酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性、燕麦籽粒产量、鲜草产量和干草产量，下同。contrib 表示土壤指标对主成分的贡献率，cos2 表示各处理产量指标在主成分坐标系统中的重量。

2.11 相关性分析

由表5 可知，2016 年土壤 MBN、脲酶、碱性磷酸酶及燕麦籽粒产量与土壤 pH 呈现显著负相关关系，与土壤 EC 呈现显著正相关关系；2017 年土壤 MBN、MBP、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶及燕麦籽粒产量与土壤 pH 呈显著负相关关系，与土壤 EC 呈显著正相关关系；2018 年土壤 MBC、MBN、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶与土壤 pH 呈显著负相关关系，与土壤 EC 呈显著正相关关系。与此同时，改良 3 年期间，土壤 MBC、MBN、MBP 和蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶互相之间均存在显著正相关关系；燕麦籽粒产量和饲草产量均与所测土壤微生物生物量、土壤酶有显著正相关关系，尤其在改良第 1 年和第 2 年。随着改良年限的增加，燕麦籽粒产量对于土壤 pH 的负效应逐渐减弱，且对于土壤生物学特性的正效应也逐渐减弱。

注：^*、^**、^*** 分别代表在 0.05、0.01、0.001 水平上相关显著。

3 讨论

土壤酸碱度和盐度是评价盐碱土壤健康的重要指标。通过 3 年有机物料的定位改良，本研究认为 F、S 及 FS 处理均较 CK 处理可以显著降低各时期 0～5、5～10、10～20、20～40 cm 土层土壤 pH，以添加腐熟秸秆的改良方式效果最为显著，前人研究结果一致认为，菌肥^[21]和腐熟秸秆^[22]均可以显著降低土壤 pH，由于菌肥和腐熟秸秆本身为酸性物质，可中和土壤碱性。随着改良年限的增加，土壤 EC 逐渐降低，但同一时期，S 处理会显著提高土壤 EC，尤其是 FS 处理，可能是因为土壤碱性减弱，溶解性离子含量增加，致使土壤 EC 随着土壤钾离子含量增多而升高^[10]。

土壤 MBC、MBN、MBP 含量和土壤酶活性在很大程度上制约着土壤肥力和耕地质量，其与土壤 pH 和 EC 密切相关，对外界环境变化的反映十分敏感^[23-24]。本研究在改良过程中，土壤 MBC、 MBN、MBP 含量均在燕麦生长旺期达最高^[7]，且以 0～20 cm 土层最为明显。F、S 及 FS 处理较 CK 处理相比，均可以显著提高燕麦各时期不同土层 MBC、MBN、MBP 含量以及土壤酶活性，可能是因为施用腐熟秸秆与菌肥可以降低土壤 pH，增加土壤有机质，从而增强土壤养分循环和物质转化能力，以达到燕麦增产的目的。土壤 MBC、MBN 是土壤微生物本身所含的碳、氮含量，由于菌肥本身富含微生物，可以提高土壤微生物数量，优化土壤微生物种群结构^[24]，富含有机质的腐熟秸秆结合施用菌肥可以为微生物提供大量的碳源和氮源，有助于土壤外援微生物和土著微生物生长^[25-26]；反之，微生物可以分解有机质，为植物生长所需提供充足的养分，在土壤碳、氮循环中起重要作用^[27]。

土壤酶来源于土壤微生物、植物根系和土壤动物^[28-30]，其参与土壤中众多生物化学反应及养分循环过程，成为土壤中活跃的有机成分之一^[31]，可以反映出土壤中生物代谢和物质转化的动态情况及其程度，以及不同土壤管理措施下土壤质量变化，已被称作为土壤健康的敏感性指标，在土壤生态系统中发挥至关重要的作用^[32-33]。大量研究得出相似结论，在盐碱地条件下，施用菌肥、腐熟秸秆及配施均可以不同程度提高土壤蔗糖酶、脲酶及碱性磷酸酶活性^{[7，12，34]}，且深层土壤酶活性较低^[35]。而提高土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性有利于碳水化合物转化、有机氮转化成无机氮、有机磷转化成无机磷，为植物和微生物提供能源，可以供植物吸收利用^[36]。

2016～2018 年燕麦籽粒产量和饲草产量均与所测土壤微生物生物量、土壤酶有显著正相关关系，尤其在改良第 1 年和第 2 年，且取得良好的经济效益。随着改良年限的增加，土壤 pH 和土壤生物学特性对燕麦籽粒产量的影响作用减弱，说明本研究中提供的改良措施在施用的前 2 年对盐碱土壤特性及燕麦生长的作用效果非常明显。除此之外， 2016、2017、2018 年在 CK 处理贡献较强的土壤 pH 因子和在 S 和 FS 处理下贡献较强的土壤 EC、 MBC、MBN、MBP、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶及籽粒产量等因子是土壤改良主要影响的特征参数。不仅如此，本研究认为土壤 MBC、MBN、MBP 含量和土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶互相之间均存在显著正相关关系，对燕麦产量有显著促进作用，而何瑞成等^[8]研究认为土壤酶活性和 MBC、MBN 对水稻生长及产量的影响表现不突出。本研究发现土壤生物循环能力（微生物生物量、土壤酶）及燕麦产量均与土壤 pH 呈显著负相关关系，与土壤 EC 呈显著正相关关系。因此，在改良盐碱地过程中，土壤理化性质的改变显著影响着土壤养分及其循环能力，其对作物生长产生直接和间接作用。

4 结论

对盐碱地连续 3 年施入有机物料（菌肥单施、腐熟秸秆单施及配施菌肥），燕麦生长各时期 0～5、5～10、10～20、20～40 cm 土层土壤 pH 显著降低，土壤 MBC、MBN、MBP 含量、土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性以及燕麦收获期籽粒、灌浆期鲜草和干草产量均有显著提高，且以 FS 处理最佳，但会造成土壤 EC 较高；而且盐碱地连续 3 年施入有机物料，燕麦籽粒产量直接和间接受到土壤理化及生物学特性的影响，尤其是改良第 1 年和第 2 年。

参考文献