随着集约化农业的不断推进，设施农业发展迅速，目前我国设施蔬菜种植面积已突破 400 万 hm^2[1]。设施蔬菜增产主要依赖氮肥的大量投入，而氮肥的当季利用率仅为 12.7%～16.4% ^[2-3]，单季蔬菜土壤盈余氮量平均达到 324 kg/hm^2[4]，设施大棚半封闭条件下缺少降水淋洗，积累在地表的硝酸盐易发生土壤次生盐渍化。黄绍文等^[5]的研究表明，全国主要菜区设施大棚土壤电导率高于蔬菜正常生长土壤电导率临界值（600 μS/cm）的土样数占其总土样数的 29.3%，居于超高盐度水平 （≥2000 μS/cm）的土样数占 14.9%。设施土壤的次生盐渍化常常伴随土壤酸化，蔬菜出现生理障碍的临界土壤 pH 为 5.5，种植年限长的设施菜地酸化现象严重^[6]。

大量研究表明设施大棚夏季休闲期种植填闲作物可降低氮素淋洗损失，甜玉米填闲种植提高了土壤水分的上行通量，减少了近 42% 的水分渗漏量^[7-8]。在设施菜地揭棚休闲期，种植填闲作物可使 0～10 cm 土壤中硝态氮含量从 306 mg/kg 下降至 195 mg/kg^[9]，夏季种植填闲作物可降低根区土壤无机氮含量^[10]，对降低设施土壤盐渍化程度报道较少。此外，在蔬菜生产上石灰氮高温闷棚技术常被用于修复土壤连作障碍，石灰氮主要成分为氰氨化钙，pH 12.4 左右，施入土壤后主要以氰胺和双氰胺形态存在，长时间可分解为氨被作物吸收^[11]。由此可见，针对次生盐渍化、酸化的设施菜地土壤，通过种植填闲作物、施用石灰氮等措施可改良土壤，但以往的研究多为同一种盐渍化设施土壤上单项措施下单一效果的研究，对不同盐渍化程度土壤的综合改良措施下的效果研究尚缺乏。

基于此，本研究以高度（1000 μS/cm）和超高度（2000 μS/cm）大棚次生盐渍化土壤为对象，研究施用石灰氮、种植填闲玉米、减施氮肥等不同土壤改良措施对设施青菜产量、氮肥利用率及土壤性状的影响。为大棚菜地土壤次生盐渍化改良提供科学依据与技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2022 年 7 月至 11 月在江苏宜兴市丁蜀镇晴兰农场（32.26°N，119.91°E）设施大棚内进行，该地属亚热带季风气候，年均气温 17.4℃，年均无霜期 240 d 左右，年均日照时数 1700 h，年均降水量 1177 mm。供试土壤类型为普通肥熟旱耕人为土。土壤基础理化性状见表1。

1.2 试验处理及田间管理

共设置 6 个处理：不施氮肥（0%N）、常规施氮 （100%N）、施石灰氮 + 常规施氮（Lime+ 100%N）、施石灰氮 + 减氮 20% （Lime+80%N）、施石灰氮 + 填闲玉米 + 常规施氮（Lime+corn+100%N）和施石灰氮 + 填闲玉米 + 减氮 20% （Lime+corn+80%N），3 次重复，小区面积为 4 m×5 m（20 m²）。分别在高度盐渍化和超高度盐渍化设施大棚土壤上进行。

供试石灰氮为氰氨化钙，氰氨化钙含量≥55%，由宁夏祥美农业科技有限公司生产。于 2022 年 7 月 23 日撒施、翻耕覆膜，施入量为 1125 kg/hm²， 8 月 15 日揭膜。供试填闲玉米为金甜玉 808，于 2022 年 8 月 20 日播种，10 月 9 日收获。供试青菜为上海青，于 2022 年 10 月 12 日种植，11 月 20 日收获。

施用蔬菜配方肥（N-P₂O₅-K₂O，12-6-7），由宜兴市灵谷复合肥有限公司生产。基肥一次性施入，常规施氮和减氮 20% 处理施氮量分别为 200 和 160 kg/hm²，各处理磷肥（以 P₂O₅ 计）和钾肥 （以 K₂O 计）施用量分别为 100 和 117 kg/hm²。田间管理方式各小区相同。

1.3 样品采集与测定

青菜成熟后小区全部收获，计产量，每个小区按“S”形布点，采集 6 个点的 0～20 cm 土壤样品，混合后采用四分法留样，测定土壤理化性状指标。青菜植株样烘干粉碎后测定全氮含量，计算各处理的氮肥表观利用率。土壤盐分用 5∶1 水土比，电导仪测定（直接用土壤浸出液的电导率来表示土壤水溶性盐总量）；土壤 pH 用 2.5∶1 水土比，酸度计测定；土壤有机质用重铬酸钾－浓硫酸氧化（外加热法），硫酸亚铁溶液滴定法测定；土壤速效氮用 2 mol/L 氯化钾溶液浸提，硝态氮用双波长紫外分光光度法测定，铵态氮用靛酚蓝比色法测定； 土壤有效磷用 0.5 mol/L NaHCO₃ 溶液浸提，钼锑抗比色法测定；土壤速效钾用 1 mol/L 中性 NH₄OAc 溶液浸提，火焰分光光度法测定。土壤孔隙度在采集土壤样品时使用环刀法进行测定^[12]。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良措施对产量的影响

在高度盐渍化和超高度盐渍化大棚菜地单施石灰氮处理青菜产量分别为 11.0～13.1 和 7.9～10.4 t/hm²；与 100%N 处理相比，Lime+80%N 处理增产效果不显著（图1）。施用石灰氮并种植玉米能显著提高蔬菜产量；与 100% 处理相比，高度盐渍化大棚菜地上 Lime+corn+100%N 和 Lime+corn+80%N 处理的青菜产量分别提高了 70.0% （P<0.05） 和 91.8% （P<0.05）。在超高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 处理相比，Lime+corn+80%N 处理下产量提高了 62.2% （P<0.05），Lime+corn+100%N 处理的差异不显著。

注：同种土壤下不同小写字母表示处理间差异在 0.05 水平上显著，下同。

2.2 不同土壤改良措施对氮肥利用率的影响

高度盐渍化和超高度盐渍化土壤 Lime+corn+ 80%N 处理在两种盐渍化土壤上对氮肥利用率均有显著的提升效果（图2）。高度盐渍化大棚菜地，不同处理氮肥利用率为 Lime+corn+80%N（14.6%）>Lime+corn+100%N（12.1%）>Lime+80%N（7.0%）>Lime+100%N（5.7%）>100%N（4.9%）。高度盐渍化条件下，同 100%N 相比，Lime+corn+100%N 和 Lime+corn+80%N 处理分别使氮肥利用率提高了 148.3% （P<0.05） 和 188.7% （P<0.05）； 而且在高度盐渍化条件下，与 Lime+corn+100%N 处理相比， Lime+corn+80%N 处理的氮肥利用率提高了 20.8% （P<0.05）。在超高度盐渍化大棚菜地，所有处理中 Lime+corn+80%N 处理的氮肥利用率最高，也仅为 5.3%，与 100%N 相比氮肥利用率提高了 116.0% （P<0.05）。在超高度盐渍化菜地 Lime+80%N、 Lime+100%N 和 Lime+corn+100%N 处理的氮肥利用率相差不大，范围为 3.8%～4.6%，但和 100%N 处理相比有显著性提高（P<0.05）。

2.3 不同土壤改良措施对土壤电导率的影响

土壤电导率是表征土壤盐渍化的重要指标，在相同处理下，超高度盐渍化土壤电导率均高于高度盐渍化土壤（图3）。施用石灰氮和种植玉米可降低土壤电导率。在高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 相比，只施用石灰氮处理能将电导率降低 16.0%～19.7% （P <0.05）；施用石灰氮基础上种植玉米，同只施用石灰氮处理相比，在 100%N 和80 %N 水平下，土壤电导率分别降低了 49.4% 和 55.2% （P<0.05）。与 100%N 处理相比，0%N 处理土壤电导率显著降低了 32.6% （P<0.05）。超高度盐渍化大棚菜地，同 100%N 相比，只施用石灰氮处理无法显著降低土壤电导率。同只施石灰氮处理相比，施用石灰氮且种植玉米在 100% N 和 80%N 水平下土壤电导率分别显著降低了 43.7% 和 49.2% （P<0.05）。与 100%N 处理相比，0%N 处理土壤电导率显著降低了 16.9% （P<0.05）。

由图4 可知，两种程度的盐渍化大棚菜地，施用石灰氮且种植玉米的脱盐效果显著好于只施用石灰氮的处理（图4）。与 Lime+100%N 和 Lime+80%N 处理相比，相同氮水平下，在高度盐渍化大棚菜地上 Lime+corn+100%N 和 Lime+corn+80%N 的脱盐率分别显著提高了 264.3% 和 228.1% （P<0.05），在超高度盐渍化大棚菜地上 Lime+corn+100%N 和 Lime+corn+80%N 的脱盐率分别显著提高了 513.1% 和 396.3%。

2.4 不同土壤改良措施对土壤 pH 的影响

石灰氮的施用和玉米种植能提升土壤 pH （ 图5），在高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 相比，Lime+corn+80%N 处理的土壤 pH 显著提高了 17.6% （P<0.05）；但在超高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 相比，各种改良措施下土壤 pH 显著提高了 14.1%～16.4% （P<0.05），但各改良措施间土壤 pH 差异不显著。

2.5 不同土壤改良措施对土壤孔隙度的影响

由图6 可知，在高度盐渍化大棚土壤施用石灰氮和种植玉米对土壤孔隙度提高有显著效果，但在超高度盐渍化大棚土壤，各改良措施对土壤孔隙度无显著性影响。超高度盐渍化土壤的孔隙度水平均高于高度盐渍化土壤。在高度盐渍化大棚菜地，不同处理下土壤孔隙度顺序为 Lime+corn+100%N （44.1%）>Lime+corn+80%N（43.4%）>Lime+80% N（40.5%）>Lime+100%N（40.4%）>0%N（36.4%） >100%N（33.8%）。与 100%N 相比，施用石灰氮和种植填闲玉米处理可使土壤孔隙度显著提高 28.4% 和 30.5% （P<0.05）。超高度盐渍化大棚菜地施用石灰氮、种植玉米和减氮量有提高土壤孔隙度的趋势。

2.6 不同土壤改良措施对土壤养分含量的影响

超高度盐渍化土壤的硝态氮含量均高于高度盐渍化土壤，而土壤铵态氮含量无显著差异 （表2）。在高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 比，只施用石灰氮处理对硝态氮无影响；lime+core+80%N 处理的硝态氮含量为 571.67 mg/kg，可降低至 0%N 相当水平。在超高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 比，Lime+80%N 和 Lime+corn+80%N 处理土壤硝态氮含量显著降低了 35.9% 和 42.5% （P <0.05）。高度盐渍化大棚菜地，与 100%N 比，施用石灰氮和种植玉米处理有效磷含量降低了 27.0%～19.0% （P<0.05）。超高度盐渍化大棚菜地上，与 100%N 比，Lime+corn+80%N 处理土壤有效磷含量降低 26.4% （P<0.05），其他处理的有效磷浓度范围为 461.8～554.1 mg/kg。高度盐渍化大棚菜地上，与 100%N 比，施用石灰氮和种植填闲玉米处理土壤速效钾含量降低了 29.0%～38.2%。随土壤盐渍化程度升高，超高度盐渍化大棚菜地上施用石灰氮和种植玉米处理土壤速效钾浓度比 100%N 处理降低了 11.8%～38.4% （P<0.05）。

注：同种土壤下不同小写字母代表各处理间差异显著（P<0.05）。

2.7 土壤理化性状主成分和热图分析

如图7 所示，对土壤样本和蔬菜产量数据进行主成分分析，两种程度盐渍化土壤主成分分析图解释信息在 85.1%～76.4%，可反映样本的实际情况。两种盐渍化类型土壤下，氮肥利用率、产量和土壤 pH 与不同氮水平下施用石灰氮和种植玉米都呈正相关关系，不同氮水平下只施用石灰氮处理同土壤孔隙度呈负相关关系。说明单独施用石灰氮对土壤孔隙度有一定改良效果，施用石灰氮的同时种植填闲玉米能有效提高蔬菜氮肥利用率和产量，并提高菜地土壤 pH。

将数据进行 Z-score 标准化后，对各改良措施下产量、氮肥利用率、土壤理化性质等指标在热图中进行比较，如图8、图9 所示。两种盐渍化类型土壤下，Lime+corn+100%N 和 Lime+corn+80%N 处理同 0%N 和 100%N 处理相比，土壤硝态氮、铵态氮、速效钾、有效磷和电导率都有降低，土壤孔隙度、氮肥利用率和产量都有显著提高。高度盐渍化土壤下，Lime+100%N 和 Lime+80%N 处理同 100%N 和 0%N 相比，土壤速效钾、有效磷、土壤孔隙度和 pH 有改良效果，但产量和氮肥利用率的提升效果不明显。超高度盐渍化土壤下，Lime+100%N 和 Lime+80%N 处理同 100%N 和 0%N 处理比较，对土壤速效钾和 pH 有改良效果。

3 讨论

设施土壤发生次生盐渍化后易引起土壤盐害，盐害在设施蔬菜高温的环境下常表现为生理干旱，进而会导致蔬菜病害，致使蔬菜产量降低^[13]。本研究中施用石灰氮和种植填闲玉米处理的青菜产量在两种盐渍化大棚菜地都同常规施氮相比有显著性提高（图1）。朱炳良等^[14]在减氮条件下施用石灰氮同常规施氮处理相比，当季菠菜氮肥利用率提高了 8.3%。金圣爱等^[15]发现在设施蔬菜大棚土壤施用 1200 kg/hm² 石灰氮比施用化肥-有机肥处理后种植黄瓜产量在第一茬和第二茬分别增产 53.0% 和 40.7%。卢树昌等^[16] 在天津设施蔬菜大棚种植芹菜时施用 750 kg/hm² 石灰氮将产量有效提高了 22.7%。顾绘等^[17]发现在草莓种植前施用 900 kg/hm² 石灰氮能将线虫防治水平提高到 85.6% 并增产 18.9%，对线虫的杀灭作用是提高蔬菜产量的原因之一。施用石灰氮后，土壤中放线菌、细菌的数量增加，真菌数量减少，使土壤养分高效循环，提高了草莓产量，这也是石灰氮提高产量的原因之一^[18]。石灰氮施用后，芹菜根系活力的提高或可成为石灰氮提高蔬菜产量的原因之一^[16]。石灰氮还有提高土壤 pH^[19]、改善土壤结构、促进有机物腐熟的作用^[20]，与常规施氮相比，施用石灰氮且种植玉米有提高土壤孔隙度和 pH 的效果。非单一化种植对蔬菜产量有提高效果，张学鹏^[21]研究发现，将西兰花和玉米套作，同单作处理能将西兰花产量提高 13.0%～24.0%。张昱等^[22]在玉米 / 蒜苗种植模式下，种植玉米能提高蒜苗根际和非根际的微生物数量，提高蔗糖酶和过氧化氢酶的活性，促进了土壤肥力的提高和土壤养分的转化。本研究种植玉米处理产量同常规施氮肥处理相比显著提高，超高度盐渍化大棚青菜产量同高度盐渍化大棚青菜产量相比仍有差距，可能由于超高度盐渍化大棚土壤中 Na⁺ /K⁺ 值过小，植物体 K⁺ 外流同时受到高浓度 Na+ 毒害而导致的^[23]。

本试验表明，种植玉米对大棚菜田土壤的电导率有显著性降低（图3）。玉米作为一种 C₄ 作物在生育期内迅速生长，有耐高温、生物量大和根系深的特点^[8]。瞿云明^[24]在浙江丽水菜地种植甜玉米，53 d 后 0～20 cm 土壤含盐量较对照降低 46.6%，同时缓解了浅土层土壤氮素积累。本文研究结果发现种植玉米对土壤硝态氮有显著降低效果，能将土壤硝态氮降低至不施氮肥水平（表2）。吴雪玲等^[25]比较了有机无机肥配施和玉米填闲对土壤硝态氮的控制效果，0～20 cm 土层控氮措施顺序为玉米填闲 >优化施肥 >控制碳氮比。雷菲等^[26] 发现，种植“鲜玉糯 2 号”能将 0～20 cm 土层中碱解氮和有效磷含量分别降低 33.3 和 36.4 mg/kg。陆扣萍等^[27] 发现设施菜地在保证下一季蔬菜产量前提下种植玉米能将土壤硝态氮含量降低 43%～45%。玉米作为一种填闲作物，通过吸收土壤盐分离子中的阴离子来实现降低土壤电导率，缓解设施菜地土壤次生盐渍化^[28]。此外，填闲作物能提高植被覆盖度，减少了蒸发引起的土壤盐分累积，缓解了土壤盐渍化^[29]，这或是种植玉米缓解土壤次生盐渍化的主要原因。

不同种植年限设施菜地磷素主要存在于 0～20 cm 表层土壤中^[30]，菜地土壤高磷积累会对环境造成潜在威胁，加剧磷素流失^[31]。本研究发现在高度和超高度盐渍化土壤下，施用石灰氮和种植玉米能有效降低土壤有效磷含量（表2），降低了磷流失风险。此外，施用石灰氮和种植玉米后土壤速效钾含量显著降低（表2），硫酸钾作为钾肥的主要来源，设施菜地土壤养分常随种植年限增加而增加，但 SO₄ ^2- 在土壤中大量残留成为设施菜地次生盐渍化的一个重要成因之一^[32]，降低设施土壤 SO₄ ^2- 含量将有助于进一步缓解设施土壤次生盐渍化危害，这有待于开展进一步的研究。

4 结论

本研究采用了施用石灰氮、种植填闲玉米、减施氮肥措施来改良大棚盐渍化土壤，研究发现 Lime+corn+80%N 处理在高度和超高度盐渍化土壤上改良效果最佳，比 100%N 处理增产 62.2%～91.8%、提高氮肥利用率 116.0%～188.7%、降低电导值 49.2%～55.2%。在高度盐渍化土壤上，施用石灰氮 + 种植填闲玉米可有效缓解土壤酸化和改善土壤物理结构，但在超高度盐渍化土壤上改良效果不明显。此外，石灰氮 + 填闲玉米对土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量有降低效果。建议在高度盐渍化（1000 μS/ cm）的大棚菜地夏季休闲期施用石灰氮 + 种植填闲玉米 + 减施氮肥措施可有效降低土壤盐分含量并提高蔬菜产量； 在超高度盐渍化（2000 μS/cm）的大棚菜地采取上述措施可显著降低土壤盐分含量，但增产效果仍不足，针对大棚菜地超高度盐渍化土壤的降盐消障增产增效技术还需进一步研究。

参考文献