中国盐碱地的面积约为 9913 万 hm²，约占世界盐碱地面积的 10.39%^[1]，在西北、华北、东北西部和滨海地区都有分布^[2]。我国盐碱地形成的自然因素包括气候、成土母质、水文条件和地质地貌等^[3]。滦南位于华北平原，处于东部沿海地区，属于暖温带半湿润大陆型季风性气候，地下水位较高，季节性变化明显，水分蒸发强烈，土壤表面积累大量盐分，造成了表面土壤盐渍化^[4]。当前，农民为了增加农作物产量，过度依赖化肥。有研究表明，中国每生产 1.5 kg 粮食需消耗 0.5 kg 化肥^[5]，严重超过国际安全标准的上限，化肥施用增长率是粮食产量增长率的 8.7 倍^[6]，化肥的过量使用进一步导致土壤盐碱化问题加剧。土壤盐碱化已经成为了农业生产面临的一个难题，导致土壤生态失衡，作物减产等系列问题，因此改良盐碱地在实现土壤养分循环利用、维护土壤健康发展和提高农业经济效益等方面具有重要的现实意义。

为了改善土地盐碱化问题许多学者对此进行了研究，Tejada 等^[7]研究表明，增施有机肥有利于土壤中脲酶、过氧化氢酶等微生物酶活性的提升； 佳闫晓宇等^[4]通过对比试验证明滨海盐碱棉区最优的改良措施是秸秆还田配合深松处理；陈云梅等^[8] 探索出利用 4500 kg/hm² 的商品有机肥替代 20% 化肥氮的优化施肥方案，既可以使用较少的化肥又可以稳产增收；朱倩倩等^[9]提出棉花减氮 30%，增施微生物菌剂的优化施肥方案，可以有效提高棉花产量和土壤养分含量。由此可见，使用物理、化学和生物肥料等手段均有利于改良土壤盐碱化程度，改善土壤环境，维护生态平衡，提高产品的质量^[10]。本研究旨在探明不同施肥模式对滨海轻度盐碱地改良修复的作用、效果和效益，以提出适合滦南县滨海轻度盐碱耕地改良模式。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于 2021 年 5 月 25 日至 10 月 15 日在河北省唐山市滦南县宋道口镇前麻地村的试验地进行，118°74′62″E，39°53′64″N。供试土壤为潮土，轻度滨海盐碱地，0～20 cm 耕地土壤基础性状为 pH 值 7.51，有机质 21.15 g/kg，全氮 1.16 g/kg，有效磷 33.52 mg/kg，速效钾 226 mg/kg，缓效钾 560 mg/kg，水溶性盐总量 1.07 g/kg。

供试肥料为：缓释复合肥（19-19-19）；有机肥（N+P₂O₅+K₂O≥5 %；有机质≥ 45 %；有机硅功能肥（N+P₂O₅+K₂O ≥ 15%、有机质≥ 45%、活性硅≥ 3%，黄腐酸≥ 1%）；微藻肥（每毫升单细胞藻体≥ 100 万个，pH 值 6.5～8.0）。

1.2 试验设计

本试验共设 5 种施肥模式，分别为：（1）习惯施肥（T1）；（2）优化施肥（T2）；（3）优化施肥 + 有机肥（T3）；（4）优化施肥 + 功能肥（T4）； （5）优化施肥 + 微藻肥（T5）。供试玉米品种为登海 605，密度为 78000 株 /hm²。每个试验小区面积为 133 m²，重复 3 次，按照随机区组进行布设。于 2021 年 5 月 25 日播种，10 月 15 日收获，正常田间管理。

玉米播种前将各个施肥模式的肥料称好撒施地表后进行翻耕 25 cm 左右，栽培管理措施按照农民习惯进行。各个施肥模式底肥施用量详见表1。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 基础土壤样品采集

种植前采集 15 个样点 0～20 cm 土层土壤样品，5 个样点混为一个样本，共采集 3 个土样^[2]。采用常规农化分析方法测定土壤 pH 值及有机质、全氮、有效磷、速效钾、缓效钾、水溶性盐含量。

1.3.2 玉米收获期土壤样品采集

每个施肥模式各小区采 5 个样点土壤混成 1 个样本，重复 3 次。测定土壤 pH 值及有机质、全氮、有效磷、速效钾、可溶性盐、缓效钾、盐基离子含量。

1.3.3 土壤微生物样品采集和测定

各施肥模式实施 1 个月后，每个小区取 5 个样点土壤混合成 1 个样本，重复 3 次。将样品收集在冰箱中的无菌自封袋中，并带回实验室，-80℃ 保存，基于 IlluminaMiseq 测序平台，采用双末端测序法（Paired-End）对细菌的 16S rDNA 基因的 V3～V4 区进行扩增及测序。通过对 Reads 拼接过滤，在 97% 的相似水平下将序列分成不同的操作分类单元（OTU），并进行物种注释及丰度分析，进行微生物多样性分析^[3]。

1.3.4 玉米干物质积累量测定

在成熟期各施肥模式小区分别取 3 株植株地上部分，烘干后测量干物质含量，每个处理重复 3 次。

1.3.5 玉米产量测定

在成熟期，各施肥模式小区分别取 3 m 双行 （2.4 m²）玉米果穗，每个模式取样 3 个点，并按照采样面积折算产量。

1.4 数据处理与分析

所有测定结果均为 3 次重复的平均值，所得数据采 Excel 2010 和 SPSS 22.0 进行处理与统计分析，各施肥模式差异显著性检验采用 Duncan 法，相关性分析采用 Pearson 法^[11]。使用 Mothur 进行样本微生物的指数分析，并用 Chao 算法估计样本中所含 OTU 数目的指数，以测定物种丰富度。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对土壤化学性质的影响

由表2 可知，不同施肥模式对土壤部分化学性质产生了一定影响，与 T1 相比，T3、T4 和 T5 的 pH 值和水溶性盐总量均显著降低，说明 T3、T4 和 T5 可以在一定程度上改善土壤的酸碱性；T4 的 pH 值最低，比 T1 降低了 7.27%，有机质含量最高，比 T1 提高了 13.53%，这可能因为有机硅功能肥属于碱性肥料，并含有活性硅及黄腐酸等可以活化土壤的微生物，可以改善土壤 pH 值，提高土壤中有机质含量。有效养分含量在不同施肥模式呈现不同变化，与 T1 相比，T3、T4 和 T5 的全氮、有效磷、速效钾和缓效钾含量均显著提高，其中，其中 T3 的全氮含量最高，可能是有机肥中含有大量有机质，能减缓土壤对养分的固定，活化土壤养分，提高有效养分含量。T5 的有效磷、缓效钾含量最高，可能是因为微藻是活性物质，可以通过藻类活动促进土壤中养分的分解，将无效磷转化为有效磷^[12-13]；以上结果说明 T3、T4 和 T5 3 种施肥模式均有直接或间接提高土壤养分的作用。

注：同列数据后字母不同表示差异显著（P<0.05）。下同。

由表3 可知，HCO₃^-、Cl^-、SO₄ ^2- 在不同模式间均存在显著差异。所有施肥模式的 HCO₃^-、 Cl^-、K⁺、SO₄ ^2-、Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 含量均显著低于 T1。 HCO₃^-、K⁺、Mg²⁺ 含量在 T5 中较低；Cl^-、SO₄ ^2- 含量在 T4 中较低；Ca²⁺ 含量在 T2 中较低。表明 T4 和 T5 可以对土壤中盐离子浓度起到调节作用，这与表2 中水溶性盐总量结果一致，说明 T4 和 T5 对滨海轻度盐碱耕地有较好的修复效果，可以改善滨海轻度盐碱耕地的盐渍化程度。

2.2 不同施肥模式对土壤微生物的影响

2.2.1 不同施肥模式对土壤细菌群落 Alpha 多样性的影响

通过 Uparse 比较序列的相似性，将相似性大于 97% 的序列归为同一种 OTU^[12]。5 种施肥模式共得到 2894993 条有效序列和 11315 条 OTUs，其中有细菌 44 门、138 纲、332 目、531 科、990 属、 2292 种。

5 种施肥模式的土壤样品测序深度指数 Coverage 均高于 98%（表4）。不同施肥模式的 Sobs、 Ace 和 Chao 指数均存在显著差异，T2、T3、T4 和 T5 的物种丰度均显著高于 T1，从高到低依次为 T2>T5>T3>T4>T1，说明 T2 较利于提高土壤中细菌的丰富度；各施肥模式间的 Shannon 和 Simpson 指数差异不显著，其中 T1 的群落多样性指数最低， T3 的群落多样性指数最高，说明 T3 有利于增加群落的多样性，维护土壤内部的生态平衡。

2.2.2 不同施肥模式对土壤细菌群落丰度及组成的影响

通过图1A 可以看出，当测序量超过 67000 条时，整个曲线趋于平缓；基于 Shannon 多样性指数的稀释曲线（图1B）可知大部分多样性已经产生，两者共同说明了测序数据达到饱和，即目前的测序量能够覆盖样本中的绝大部分物种^[14]。不同施肥模式用不同颜色表示，不同颜色图形之间重叠部分的数字为施肥模式之间共有的 OTU 数目（图1C）。 5个模式的 OTUs 数量分别为 4875、6430、6133、 5394、6487，其中 5 个模式共有 2581 个 OTUs，说明实施不同施肥模式后土壤细菌群落发生了显著变化。

注：A 为土壤细菌群落测序文库 sobs 稀释曲线。B 为土壤细菌群落测序文库 shannon 稀释曲线。C 为不同样品中 OTUs 数目花瓣图。D 为门水平上最大丰度排名前 10 的物种相对丰度。

在门水平下，不同施肥模式相对丰度较高的菌门依次为放线菌门（Actinobacteriota）、变形菌门 （Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），分别占 0.26～0.33、0.15～0.29 和 0.12～0.17，排名前 10 的具体菌门见图1D。与 T1 相比，T2、T4 和 T5 的放线菌门丰度均有增加；各施肥模式的变形菌门的丰度从高到低排序为 T3 >T5 >T4 >T2 >T1；各施肥模式的绿弯菌门的丰度从高到低排序为 T3 >T4>T2 >T5 >T1。

不同菌门在土壤修复中发挥的作用也有所不同，酸杆菌门（Acidobacteria）是基于分子生态学研究划分的新细菌类群，在土壤中广泛分布，是土壤微生物的重要成员，在土壤物质循环和生态环境构建过程中起到非常重要的作用^[15-16]；变形菌门在土壤细菌群落中相对丰度最高，是轮作模式较为常见且重要的细菌门，具有固氮和环境适应能力强、抗病能力强等优点^[17]；绿弯菌门可以将各种生物和非生物产生的有机酸物质吸收同化，分解成可以被吸收利用的有机物质，对解决环境污染问题有很大的帮助^[18]。综上可知，T3 和 T4 能够提高土壤肥力，增加生物群落丰度，改善土壤结构。

2.2.3 部分环境因子与主要细菌群落间的关系

通过 VIF 算法将共线性较强的环境因子去除，对不同土壤样本中的细菌（门水平丰度排名前 10） 群落组成与不同环境因子之间进行分析（图2），结果表明土壤细菌群落同时受到施肥模式和土壤特性影响。

由图2A 和 2B 可知，酸杆菌门不仅与有机肥呈显著正相关（P<0.05），还与全氮、速效钾含量呈正相关；复合肥与绿弯菌门、酸杆菌门呈负相关。以上说明施用复合肥降低了绿弯菌门、酸杆菌门的丰度，有机质含量高有助于增加酸杆菌门细菌微生物，增加生物多样性。

利用冗余分析（RDA）方法对部分的环境因子和主要细菌种群进行了分析，从图2C 和 2D 可以看出，在不同的施肥模式下细菌种群变化差别明显，即 T3 在第一顺序轴的正端，而 T1 则在第一顺序轴的负端；T4 在第二顺序轴的正端，而 T1 和 T3 则在第二顺序轴的负端。有机质含量与全氮、速效钾含量呈正相关，与 Ca⁺、缓效钾含量呈负相关；有机肥与复合肥、微藻肥、功能肥呈负相关，速效钾、全氮、有机质、有机肥含量对酸杆菌门、绿弯菌门、黏菌门（Myxomycophyta）、放线菌门、变形菌门等影响较大，说明施用有机肥能够提高酸杆菌门、绿弯菌门、黏菌门等菌群的丰度，增加生物多样性，有利于滨海轻度盐碱耕地土壤生物特性的改良和修复。

注：A 为施肥模式与土壤细菌群落相关性分析热图。B 为土壤化学性质与土壤细菌群落相关性分析热图。C 为施肥模式与土壤细菌群落的冗余分析图。 D 为土壤化学性质与土壤细菌群落的冗余分析图。OM：有机质；TN：全氮；AK：速效钾；SAP：缓效钾；Ca：Ca²⁺；CF：复合肥；OF：有机肥； FF：功能肥；MNS：微藻肥。

2.3 不同施肥模式对玉米干物质积累量和产量的影响

由表5 可知，各施肥模式之间干物质积累量和产量差异显著；T2 的产量显著低于 T1，而 T3 和 T5 的产量与 T1 相比分别显著增加了 20.51% 和 12.23%。不同施肥模式间干物质积累量变化规律为 T3 >T4 >T1 >T5 >T2，T3 和 T4 分别比 T1 增加了 9.21% 和 3.31%。不同施肥模式中，T3 的干物质积累量和产量最高，效果明显优于其他模式，可以推荐施用。

3 讨论

3.1 不同施肥模式对土壤化学性质的影响

滦南县盐碱地属于滨海地区，地理位置是其形成的最主要原因，有研究表明增加土壤中有机质含量是改良滨海滩涂盐碱地、维护农业经济效益的重要手段。张志美等^[19]通过对比不同土壤改良剂对滨海盐碱地的治理效果发现液体腐植酸的改良效果最优；刘国辉等^[20]研究表明增施有机肥可以降低土壤容重、碱化度、pH 值和电导率 4 项指标，从而改善土壤的盐渍化程度；李磊等^[21]利用秸秆还田的方法有效降低了土壤盐分含量，增加了土壤团聚体；周客等^[22]研究表明有机硅功能肥可以加速土壤盐分的淋洗，在 0～10 cm 土层深度会使土壤盐分含量相对减小，有助于改善土壤的盐浓度。依据不同地区对滨海盐碱地治理的方法与效果，本研究选取了 4 种施肥模式对滨海轻度盐碱耕地进行改良。研究结果表明，不同的施肥模式对土壤理化性质产生的影响不同，4 种施肥模式土壤的 pH 值和可溶性盐离子的浓度均有不同程度的下降，其中 T4 的 pH 值最低，说明功能肥可以有效降低盐浓度，调节土壤酸碱性，这与温晓兰等^[23]的研究结果一致；T5 的盐离子的含量最低，说明施用微藻肥可以在一定程度上改善盐碱土的理化性质，这与刘淑芳等^[24]的研究结果一致，但由于微藻肥自身活性的干扰，其改良效果还需进一步验证。

3.2 不同施肥模式对土壤微生物的影响

土壤中微生物多样性对于维护土壤生态平衡有着重要的作用，土壤含盐量过高不利于土壤微生物的生长，会降低土壤微生物的数量并且抑制微生物活性^[24]。有研究表明随着滨海盐碱地盐浓度的升高，土壤中微生物的数量和种类不断下降^[25]。本次试验结果表明，T2 群落丰度指数（Sobs、Chao、 Ace）最高，说明减量施肥有利于改善土壤环境，对土壤微生物的繁衍有促进作用，有利于滨海轻度盐碱耕地的改良；T3 的群落多样性指数（Shannon） 优于其他施肥模式，说明施用有机肥可以有效地丰富菌群的数量和种类，有利于土壤内部的自我修复，从而使土壤生态系统更加稳定，有利于促进土壤内部的养分循环。

4 结论

本文所采用的减施化肥并增施有机肥、功能肥、微藻肥施肥模式，在一定程度上均能影响玉米种植区土壤化学性质，增加土壤微生物数量、多样性等，达到玉米增产增收的效果。可以按照改良盐碱土壤化学性质、增加微生物多样性、作物增产等不同目标来选择滨海轻度盐碱耕地的不同改良模式，进而达到增产、增效、改善土壤生态的效果。T2 的群落丰度指数最高；T3 的群落多样性指数最高，形态指标最优异，干物质积累量和产量最高；T4 的 pH 最低；T5 的水溶性盐离子浓度最低。综上所述，T3 不仅可以提高土壤菌群的丰度，增加菌群的多样性，还可以提高玉米产量，综合效果最佳，建议在实际生产中使用。

参考文献