玉米作为我国种植面积最大的作物，在国民经济中占有重要地位。甘肃省河西走廊作为我国玉米制种主产区，保障其制种基地的健康持续发展对确保玉米种源安全和国家粮食安全意义重大。目前，随着玉米制种面积的扩大和种植年限延长，连作障碍的影响逐年加剧，主要表现在土壤板结严重且肥力下降，土壤环境恶化，病原微生物数量增加使玉米病害发生频繁，植株营养失衡导致玉米抗性下降，严重影响玉米制种产量和品质^[1-2]，已成为制约玉米种业振兴的主要因素。因此，探索玉米制种田连作障碍防治措施成为目前亟待解决的关键问题。

防治连作障碍最有效的方法是选择合理的种植制度，科学合理施肥，结合生物防治，以改善土壤理化性质及生物学特性，提高土壤酶活性^[3]。已有研究证实，施用有机肥有助于改善土壤结构，提高土壤养分^[4-5]；施用土壤调理剂是土壤改良以及化肥减量的有效途径^[6-7]。外源土壤调理剂能有效改善土壤养分状况及理化性质，促进土壤团粒的形成，从而提高土壤保水保肥性能和肥力，对土壤起到积极的修复作用^[8]。施用腐植酸土壤调理剂能够有效维持土壤酸碱平衡，改善土壤理化性质，提高作物产量^[9]。施用黄腐酸土壤调理剂可以减轻土壤盐碱化，增加土壤微生物数量及增强土壤酶活性^[10-11]； 施用生物菌肥可以增强土壤中微生物的活性，促进养分的释放，从而提高土壤养分水平，达到改良土壤的目的^[12-13]。

目前，有关河西走廊玉米制种田连作障碍问题，一些学者开展抗重茬剂筛选^[14]、功能性肥料^[15-16]和土壤改良剂^[17-19]配方筛选及改土效应研究。研究者一致认为施用多功能改土剂和功能性肥料可改良玉米制种田理化性质和生物学特性，改善微生物群落结构及土壤酶活性，提高土壤持水量和制种产量及效益。但目前土壤调理剂及微生物菌剂产品种类繁多，效果不一，而将有机肥、土壤调理剂与微生物菌剂结合在制种玉米长期连作土壤上的应用效果尚不明确。本研究以连作 18 年以上的玉米制种田为对象，选择代表性强的土壤调理剂和微生物菌剂，拟通过田间试验探索其对玉米制种田长期连作土壤的生态修复效应，为克服制种玉米连作障碍、实现减肥增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于 2020—2021 年在甘肃省张掖市甘州区沙井镇沙井村玉米制种基地（39°7′55″N， 100 °21 ′4 ″E） 进行，海拔 1450 m，年均气温 7.6℃，年均降水量 106 mm，年蒸发量 2046 mm，日照时数 3085 h，无霜期 160 d。土壤类型为灌淤旱耕人为土，连作年限 18 年，试验地种植前按对角线 5 点采样方法，采集 0～20 cm 耕作层土样，其基本性状：有机质 12.80 g/kg，碱解氮 33.25 mg/kg，有效磷 15.84 mg/kg，速效钾 120.15 mg/kg，pH 8.02，阳离子交换量（CEC）16.92 cmol/kg，全盐 1.62 g/ kg。

1.2 试验材料

参试玉米品种为“敦玉 328”，由甘肃省敦煌种业股份有限公司选育。生物菌肥为“普多根”微生物菌剂（有机质≥ 70%，有效活菌数≥ 10.0 亿个 /g，主要成分为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌），由普多根（湖北）生物科技有限公司生产。土壤调理剂为“金阜丰”土壤调理剂（总 N ≥ 1.2 g/kg，有机质≥ 2.2 g/kg，腐植酸≥ 1.8 g/kg，K₂O ≥ 0.5 g/kg， CaO ≥ 1.0 g/kg，MgO ≥ 0.4 g/kg，pH 3.0～4.0），由内蒙古沃丰农业发展有限公司生产。供试肥料为尿素（N 46%），过磷酸钙（P₂O₅ 12%），硫酸钾 （K₂O 50%）；有机肥为发酵牛粪（有机质 24.3%， N、P₂O₅、K₂O 分别为 0.35%、0.15%、0.31%），由张掖市甘州区富盈养殖农民专业合作社生产提供。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，以 100% 传统施化肥（N 375.0 kg/hm²、P₂O₅ 150.0 kg/hm²、 K₂O 120.0 kg/hm²）+ 有机肥 15000.0 kg/hm² 为基础，设置 4 个处理：对照 CK（70% 化肥 + 有机肥）；T1 （70% 化肥 + 有机肥 + 土壤调理剂）；T2（70% 化肥 + 有机肥 + 生物菌肥）；T3（70% 化肥 + 有机肥 + 土壤调理剂 + 生物菌肥），每个处理 3 次重复，小区面积 32 m²。各处理及施肥量详见表1。每个处理过磷酸钙、硫酸钾、有机肥（腐熟牛粪）、生物菌肥、土壤调理剂做底肥在播种前均匀施入 0～20 cm 耕作层。氮肥分别在玉米拔节期、大喇叭口期和开花吐丝期按 3∶4∶3 比例结合灌水追施。采用地膜覆盖栽培，于 4 月 20 日播种，母本 50 cm 等行距播种，株距 22 cm，父本种植在两行母本中间，分两期播种，第一期父本与母本同期播种，第二期父本于第一期父本播后 7 d 播种，父本株距 50 cm。父母本均选用包衣种子，人工点播，每穴点 2 粒种子。苗期中耕 1～2 次，每个小区各灌水期灌水量相等，其他管理措施同常规制种田保持一致。

注：100% 化肥量为 N 375.0 kg/hm²、P₂O₅ 150.0 kg/hm²、K₂O 120.0 kg/hm²。

1.4 测定指标及方法

土壤样品采集：种子收获后，按对角线五点采样法，采集 0～20 cm 耕作层土样 5 kg，将混合土样保存在冰盒带回实验室，混合均匀，去除杂物后过 2 mm 筛分成 2 份，一份置于无菌袋中放入 4℃ 冰箱保存鲜样（约 100 g），供微生物数量、土壤酶活性测定；一份自然风干，研磨过 1 mm 筛，用于测定土壤的理化性质。

土壤理化性状测定：容重采用环刀法，总孔隙度采用计算法，大于 0.25 mm 团聚体采用干筛法，有机质采用重铬酸法；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用 NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法；速效钾测定采用 NH₄OAc 浸提-火焰光度法；土壤 pH 采用酸度计法（水土比 5∶1）^[20]。饱和持水量 = 面积 × 总孔隙度 × 土层深度；土壤有机碳 = 土壤有机质测定值 /1.724^[21]；土壤供碳量 = 土壤有机碳测定值 ×2.25。

微生物数量测定：采用稀释平板法^[22]，培养后计算每克干土的含菌数。每克土壤含菌数＝（菌落平均数 × 稀释倍数）÷[接种量毫升数 ×（1-含水量）]。

土壤酶活性测定：脲酶测定采用靛酚比色法； 蔗糖酶测定采用 3，5-二硝基水杨酸比色法；磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法；过氧化氢酶测定采用滴定法^[23]。

制种玉米产量测定：玉米成熟期，各小区收获中间 4 行计产，自然风干后脱粒，按 14% 水分折算单位面积种子产量。

1.5 数据分析

数据采用 SPSS 20.0 统计软件分析，用最小显著极差法检验法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对玉米制种田土壤物理性状和持水量的影响

由表2 可以看出，T1 与 CK 处理比较，容重降低 4.54%；总孔隙度、团聚体、饱和持水量分别增加 6.30%、5.08%、6.30%，差异均不显著（P>0.05）。 T2 和 T3 与 CK 处理比较，容重降低 10.39% 和 14.29%，团聚体增加 11.96% 和 14.19%，总孔隙度、饱和持水量均增加 14.42% 和 19.81%，差异均达显著水平（P<0.05）。而 T2 和 T3 与 T1 处理比较，容重降低 6.12% 和 10.20%，而团聚体增加 6.55% 和 8.67%。总孔隙度、饱和持水量均增加 7.64% 和 12.71%，差异均达显著水平（P<0.05），T2 与 T3 处理之间各项指标差异均不显著。表明化肥减量 30% 配施有机肥基础上，增施生物菌肥及其土壤调理剂与生物菌肥配施处理均可显著降低制种玉米田的容重，增加总孔隙度、团聚体和饱和持水量。

注：同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平下差异显著。下同。

2.2 不同处理对玉米制种田土壤化学性状的影响

表3 分析表明，T1 和 CK 处理比较仅碱解氮、有效磷和速效钾含量显著增加。T2 和 T3 与 CK 处理比较，有机质含量增加 11.56% 和 16.56%，有机碳含量增加 11.44% 和 16.42%，供碳量增加 11.48% 和 16.45%，差异均达显著水平（P<0.05）。T2 和 T3 与 T1 处理比较，有机质含量增加 10.53% 和 15.48%，有机碳含量增加 10.55% 和 15.49%，供碳量增加 10.56% 和 15.48%，差异均达显著水平（P<0.05）。而 T1、T2 和 T3 与 CK 处理比较，土壤碱解氮含量分别增加 6.56%、6.92% 和 10.77%；有效磷含量分别增加 9.97%、10.50% 和 11.29%；速效钾含量分别增加 2.58%、5.27% 和 6.72%，T1、T2 和 T3 处理之间差异均不显著（P>0.05）。T2 和 T3 处理的土壤 pH 较 CK 处理降低 5.49% 和 5.99%，差异显著 （P<0.05），较 T1 处理降低 3.56% 和 4.07%，差异不显著（P>0.05）。T2 和 T3 处理的土壤 CEC 较 CK 处理增加 14.42% 和 25.0%，较 T1 处理增加 12.04% 和 22.40%，差异均达显著水平（P<0.05）。T2 与 T3 处理之间差异均不显著。由此可见，化肥减量增施有机肥 + 土壤调理剂 + 生物菌肥处理，或有机肥 + 微生物菌剂处理可降低土壤 pH，增加土壤 CEC、有机质含量、有机碳含量和供碳量，改善土壤化学性状。

2.3 不同处理对玉米制种田土壤微生物种群数量的影响

由表4 可得，T1 与 CK 处理比较，真菌数量减少 3.06%，细菌和放线菌数量增加 1.89% 和 2.53%，差异均不显著（P>0.05）。T2 与 T1 和 CK 处理比较，真菌数量显著减少 20.78% 和 23.20%，细菌数量显著增加 21.30% 和 23.59%，放线菌数量显著增加 14.82% 和 17.72%。T3 与 T1 和 CK 处理比较，真菌数量显著减少 22.26% 和 24.64%；细菌数量显著增加 26.85% 和 29.25%；放线菌数量显著增加 19.75% 和 22.79%。说明 T2、T3 处理可减少土壤真菌的数量，增加土壤细菌和放线菌的数量，而 T1 处理对土壤中真菌、细菌和放线菌的数量无显著影响。

2.4 不同处理对玉米制种田土壤酶活性的影响

不同处理土壤酶活性分析见表5，T1 与 CK 处理比较，脲酶和磷酸酶活性显著增加 16.35% 和 22.72%（P<0.05）。T2 与 CK 处理比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶显著增加 32.08%、 59.62%、63.64% 和 39.84%（P<0.05），与 T1 处理比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著增加 31.19%、37.19%、33.33% 和 39.10% （P<0.05）；T3 与 CK 处理比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著增加 37.20%、 65.39%、77.27% 和 47.33%（P<0.05），与 T1 处理比较，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性显著增加 36.27%、42.15%、44.45% 和 46.54% （P<0.05）。由此可见，不同处理对玉米制种田酶活性的影响大小依次为 T3>T2>T1>CK。T1 处理可增加脲酶和磷酸酶的活性，T2、T3 处理可增加土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性。

2.5 不同处理对制种玉米农艺性状及产量的影响

表6 分析表明，不同处理的玉米株高、穗长变化无显著性差异，但对茎粗、穗粒数和千粒重有一定影响。其中 T1 处理的茎粗较 CK 增加 5.39%，穗粒数和千粒重分别较 CK 增加 5.81% 和 2.60%，差异不显著（P>0.05）。T2 和 T3 处理的茎粗较 CK 处理显著增加 13.28% 和 17.84%，较 T1 处理显著增加 7.48% 和 11.81%。T2 和 T3 处理的穗粒数较 CK 处理显著增加 13.32% 和 17.22%，较 T1 处理显著增加 7.09% 和 10.78%。T2 和 T3 处理的千粒重较 CK 处理显著增加 3.53% 和 4.07%。说明 T2、T3 处理有利于改善玉米穗部性状和产量构成因素。产量分析表明，各处理产量依次是 T3>T2>T1>CK。其中 T1 较 CK 处理增产 5.45%，差异不显著（P>0.05），T2 和 T3 较 CK 处理显著增产 9.91% 和 11.45%（P<0.05）。产量的提高主要是因增加了穗粒数和千粒重。

3 讨论

连作障碍是制约河西走廊玉米制种基地可持续发展的主要因素，消除连作障碍的关键是改善土壤的微生态环境，提升耕地质量。本研究针对当地施肥结构不合理、化肥超施的现状，以传统施肥为基础，选择合适的土壤调理剂和生物菌肥，探讨化肥减量下有机肥配施土壤调理剂、生物菌肥的加成效应对制种玉米连作土壤生态修复的生态学意义，为化肥的有机替代提供理论依据。

3.1 化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂对土壤理化性状的影响

土壤理化性质的恶化是造成连作障碍发生的重要因素^[3]。已有研究认为，长期玉米连作配合施有机肥可显著降低土壤容重，增加土壤孔隙度、水分储量和有机碳，改善土壤理化性质^[24]。土壤调理剂可以改良土壤盐渍化状况，能优化土壤理化性质，活化土壤养分，达到显著提高作物产量的目的^[25]。本研究表明，长期连作玉米制种田在化肥减量下增施有机肥、土壤调理剂和生物菌肥，可显著降低土壤容重，降低土壤 pH，增加土壤孔隙度、团聚体和饱和持水量，提高土壤有机质、有机碳和供碳量。与前人研究结果具有相似性^[26-27]。但本研究中仅在减少传统施化肥用量的基础上增施土壤调理剂对优化土壤理化性质的作用并不明显，可能与选择的土壤调理剂功能性不同有关。一些学者认为，施用不同的土壤调理剂对土壤理化性质的影响也不同^[28-29]。本研究中化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂后能显著优化土壤理化性质，达到了有效改良土壤环境的目的。分析其原因，可能与生物菌肥和土壤调理剂中含有大量的有机质及未矿化营养元素，有效提高了土壤的有机质和养分含量，土壤有机质的增加能够增强土壤微生物的活性，提高土壤酶活性，促进土壤有机质和养分的分解，进而增加土壤速效养分有关^[30]；另外，生物菌肥中含有有益的微生物，其中的枯草芽孢杆菌能够分泌淀粉酶和蛋白酶，将土壤中大分子的有机物质转化为作物易吸收的养分^[31]；地衣芽孢杆菌能够分泌几丁质酶、抗菌蛋白、多肽类等蛋白类抗菌物质，可有效抑制一些病原菌的繁殖，进而降低一系列的土传病害，减轻了病害对产量的影响^[32]。目前市场上土壤调理剂及生物菌肥产品种类繁多，其有效成分和效果不一，关于不同类型土壤调理剂和生物菌肥配施的连作障碍生态修复效应有待进一步研究。

3.2 化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂对土壤酶活性的影响

土壤酶参与土壤各种生物化学过程是表征土壤环境的重要指标之一^[33]。其中，土壤蔗糖酶直接参与有机物代谢，其活性与土壤肥力呈正相关，可以作为评价土壤熟化程度、生化强度和土壤肥力的指标之一^[34]；土壤脲酶和磷酸酶分别反映土壤中氮、磷等主要营养元素的转化和供给情况；过氧化氢酶活性与土壤微生物数量、活跃程度有很强的联系，可用来表征土壤的生化活性^[35]。张凌云^[36]研究认为，营养型土壤改良剂主要是通过增加土壤中微生物数量，提高土壤酶活性，激活土壤中的营养元素来改良土壤，提高土壤肥力。本研究中增施生物菌肥可显著增加蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶的活性，主要原因是生物菌肥含有丰富的有机营养物质和有益微生物，可促进微生物代谢，加速土壤有机物转化利用，进而提高土壤酶活性和营养元素的供给。

3.3 化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂对土壤微生物种群结构的影响

微生物生理类群在土壤微生态中发挥着重要的作用，在物质转化中具有特定的功能^[37]。邢会琴等^[38]研究认为，玉米长期连作导致土壤微生物种群结构失衡，有益微生物数量减少，土壤真菌化现象严重。本试验表明，增施生物菌肥和土壤调理剂可减少土壤真菌的数量，增加土壤细菌和放线菌的数量。这与张蕾等^[26]、马阳等^[39]研究结果相一致。分析其原因可能与施加微生物菌剂和土壤调理剂后为微生物生长提供了丰富碳源和良好的微生态环境，从而使土壤有益微生物数量增加，病原微生物下降有关。关于生物菌肥和土壤调理剂对土壤微生物群落结构的影响有待于进一步深入研究。

3.4 化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂对制种玉米产量和经济性状的影响

吴云艳^[40]研究认为，施用生物菌肥可增加玉米根生物量和根长，增强根系活力，促进玉米产量的形成。本试验表明，化肥减量下有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂有利于改善玉米茎粗、穗粒数和千粒重等农艺经济性状，显著提高产量。这与有机肥配施生物菌肥和土壤调理剂有效改善了土壤理化性状和微生态环境，从而促进了玉米生长发育，协调了玉米产量构成因素有密切关联。与前人研究结果有较强的一致性。

4 结论

综合分析可得，本试验条件下 T3（70% 化肥 + 有机肥 + 土壤调理剂 + 生物菌肥）处理效果最佳，其次是 T2（70% 化肥 + 有机肥 + 生物菌肥）处理，分别较 CK 处理显著增产 11.45% 和 9.91%。有利于改善河西走廊玉米制种田连作土壤理化性质，降低土壤容重和 pH，增加土壤 CEC、有机质、有机碳和供碳量，提高土壤酶活性及饱和持水量，改变微生物种群结构，提高作物产量，以达到有效缓解连作障碍的目的。

参考文献