2025, Vol. 46
, HE Hao
, CHENG Li-yang
, CHANG Xiang-jie
, LI Shuai
, YU Meng-meng
, WANG Bin-quan
, LI Jun-hua
盐渍化土壤是农业生产不良的退化土壤, 全世界约有9.5×108 hm2盐渍化土地, 我国盐渍化土壤面积约3.6×107 hm2[1, 2]. 近年来, 土壤盐化已成为解决全球土壤退化和阻碍农业发展的关键问题[3]. 根据印度中央土壤盐化研究所（CSSRI）的统计预测, 预计到2050年, 全球土壤盐渍化率将上升到可能影响 > 50%耕地的水平[4]. 土壤盐渍化不仅直接危害作物, 导致不能进行正常的农业生产, 而且会破坏土地结构, 致使作物产量低而不稳[5]. 新疆地区盐渍土地面积大且分布广, 是世界的盐渍土博物馆, 盐渍化种类繁多, 土壤退化及盐渍化现象突出[6], 盐碱地作为粮食生产的重要储备土地资源, 在全球粮食危机背景下对保障国家粮食安全具有重要作用[7]. 因此, 采取有效的方法改善土壤盐渍化是确保土地复垦、保障粮食安全和提高环境福祉的必要措施.
在不同学科研究者的共同努力下, 盐化土地的改良已形成了多种策略. 根据盐渍土改良利用方法的不同, 可将改良措施划分为水利工程、物理（如混砂覆土和土地管理方法）、化学（利用石膏、生物炭、腐植酸、保水剂等）和生物措施（植物修复和微生物修复）. 水利工程和物理方法需要大量的人力和高昂的实施成本 [8]. 化学改良被认为是提高土壤各种特性（如土壤渗透性和结构稳定性）和诱导植物介导的盐碱土修复的合适可靠的方法[9, 10]. 生物方法耗时长[11], 但具有生态环境良好、不产生二次污染等优势[12]. 其中, 植物修复是一种有效、经济、环保、可持续的原位生物修复技术, 在土壤修复中越来越受欢迎[13, 14], 前人通过固定措施评价改良效果, 但很少基于多种措施结合条件下筛选较优配合模式. 因此, 相比之下, 以化学方法与生物措施相结合的有机物料改良并选种耐盐经济作物的研究具有广阔和长远的应用前景.
已有研究表明, 有机物料的施入可以改善土壤的物化性质, 增加土壤养分并改善土壤结构 [15]. 例如腐植酸在高钠含量和pH值的盐渍化土壤中分解会产生有机酸, 会与碱性和盐类物质发生中和, 促进离子交换, 使土壤中的养分得到充分利用, 对盐碱土起到调节改善的作用[16, 17]；微生物菌剂和生物有机肥中含有大量有益菌, 可以缓解植物的盐胁迫, 并促进作物生长以及对营养元素的吸收[18, 19]；有机肥、生物炭和秸秆中含有大量有机质, 在分解中可以产生有机酸和大分子羧基, 缓冲并降低局部土壤的pH, 活化出碳酸钙中的钙离子, 与土壤胶体中的钠离子发生置换反应, 从而降低土壤碱化度[20], 生物炭和秸秆还可以抑制盐分表聚并降低土壤容重和土壤水溶性盐总量[21, 22]. 此外, 植物修复效率受到植物对环境的适应性和土壤条件的限制[23]. 多项研究指出利用本地植物进行植物修复比非本地植物更能适应当地的环境胁迫[24 ~ 26]. 因此, 不仅需要考虑试验区的地理环境因素, 也需要考虑作物本身对土壤盐度的耐受性.
基于此, 本试验选取了微生物菌剂、腐植酸、有机肥、生物炭和秸秆这5种有机物料来改良新疆盐渍化土壤, 并在此基础上选种了棉花、油菜和油葵这3种在新疆种植范围广泛且具有一定耐盐特性的经济作物, 从作物生长和土壤性质两方面来探究不同有机物料在中度盐渍土[27]中的应用效果, 筛选出有一定改良效果的组合, 并探究有机物料-盐渍土-植物系统的响应表型, 以期为有机物料在新疆的应用和推广提供一定试验依据.
1 材料与方法 1.1 供试土壤及材料供试土壤为中度盐渍土, 取自新疆石河子市的两处农田（44°31′N, 86°05′E；44°28′N, 85°44′E）, 土壤类型均为灰漠土, 质地为壤土. 将两地土壤自然风干后过5 mm筛, 并按1∶1的质量比混合均匀后供室内培养试验使用. 基础土样理化性质如下：土壤水溶性盐总量为5.58 g·kg-1, pH为8.24, 电导率（EC）为1.87 mS·cm-1, 碱化度（ESP）为13%, 钠吸附比（SAR）为1.26, ω（有机质）为12.71 g·kg-1, ω（全氮）为0.406 g·kg-1, ω（碱解氮）为30.35 mg·kg-1, ω（速效磷）为23.12 mg·kg-1, ω（速效钾）为442.66 mg·kg-1.
供试作物选择棉花、油葵和油菜, 品种分别为“新陆早84号”、“BKZ9808”和“华油杂62号”. 供试有机物料选用微生物菌剂[枯草芽孢杆菌丰度≥2.0亿·g-1, pH 5~6.5, ω（有机质）≥65%]由河南神农化工产品有限公司提供；腐植酸[ω（腐植酸）≥40%, ω（有机质）≥60%]由武汉富尔嘉农业技术有限责任公司提供；有机肥[ω（有机质）≥40%]由江苏禾喜生物科技有限公司生产；生物炭[ω（C）为55.3%, ω（灰分）为27.9%]由森炭粉科技有限公司提供的玉米秸秆生物炭；秸秆采自石河子大学棉花试验田（粉碎后使用）.
1.2 试验设计本试验为两因素试验, 设置3个作物种类：棉花、油葵和油菜；6个有机物料处理：依据物料产品施用说明及相关研究[28 ~ 30]设置以下用量, 对照组（CK）；添加0.10 g·kg-1微生物菌剂（MA）；添加1.0 g·kg-1腐植酸（HA）；添加20 g·kg-1有机肥（OF）；添加20 g·kg-1生物炭（BC）；添加30 g·kg-1秸秆（CS）. 本试验共计18个处理, 每个处理设置8个重复. 于出苗后30 d和出苗后60 d取植株样及土壤样. 本试验于2023年7~9月在新疆石河子市石河子大学校内农科楼人工生长室进行, 光照强度为400 μmol·（m2·s）-1, 光照时间10 h·d-1. 室内温度：光照时间为（30±5）℃；非光照时间为（20±5）℃. 供试容器为底部无孔的塑料盆, 每盆装土1.00 kg并播种15粒, 出苗15 d后定苗, 保留5株长势均匀的幼苗. 有机物料作为基肥全量施加, 与盐碱土混合均匀后于7月8日播种. 播种后每2 d称重浇水（使土壤含水量保持在30%左右）并轮换位置, 使每个处理土壤含水量和光照强度保持一致.
1.3 样品采集及测定于2023年8月13日和9月13日采集出苗30 d和60 d的土壤及植株样品. 植株样品分部位采取, 洗净烘干并称重. 土壤样品与植株根系剥离, 将整盆土混合均匀后风干过1.00 mm和0.15 mm筛, 用于测定土壤盐分和土壤理化性质.
植株干重采用烘干称重法测定；SPAD值采用SPAD仪测定；土壤水溶性盐总含量采用残渣烘干法测定（土水比为1∶5）；K+和Na+的测定采用火焰光度法测定；Ca2+和Mg2+的测定采用EDTA滴定法测定；HCO3-和CO32-采用双指示剂中和滴定法测定；SO42-采用EDTA间接络合滴定法测定；C1-的测定采用AgNO3滴定法；pH采用酸度计法测定（土水比为1∶2.5）；电导率（EC）利用电导仪测定（土水比为1∶5）；阳离子交换量（CEC）采用NaAc浸提-火焰光度法测定；交换性Na+含量（NaE）采用NH4Ac浸提-火焰光度法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用NH4Ac浸提-火焰光度法测定；有机质采用K2Cr2O7容量法-外加热法测定[31].
出苗率、碱化度和钠吸附比计算公式分别为：
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(3) |
用Excel 2021、SPSS 21和Origin 2022进行数据处理和作图, 以Duncan检验法检验处理间差异显著性, P < 0.05为差异显著.
2 结果与分析 2.1 不同处理对作物生长指标的影响如图 1所示, 盐含量相同的条件下, 不同作物出苗情况存在一定差异, 整体大小表现为：油葵 > 油菜 > 棉花. 此外, 棉花中, 出苗率大小为：OF > BC > MA > CK > CS > HA；与CK相比, OF和BC处理棉花的出苗率有显著提升, 分别增加了14.3%和10.2%；油葵中, 出苗率大小为：BC > CK > CS > OF > MA > HA；与CK相比, MA和HA抑制了油葵出苗, 其余处理差异不显著；油菜中, 出苗率大小为：OF > BC > CS > HA > MA > CK；与CK相比, 各有机物料的添加均对出苗率有所提升, 其中OF处理提升最显著, 提升了26.5%. 综合3种作物, OF和BC最有益于作物出苗.
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不同小写字母表示同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著；CK表示对照处理, MA表示微生物菌剂处理, HA表示腐植酸处理, OF表示有机肥处理, BC表示生物炭处理, CS表示秸秆处理, 下同 图 1 不同处理对作物出苗率的影响 Fig. 1 Effect of different treatments on crop emergence rate |
如图 2所示, 出苗30 d和出苗60 d同一作物不同处理间干重变化存在相似性, 整体来看, 与CK相比, MA、OF和BC对棉花、油菜、油葵干重有明显提高, HA差异不显著, CS明显降低. 以出苗60 d为例, 不同作物间差异对比大小为：油菜 > 棉花 > 油葵. 棉花中MA、OF和BC分别增加了41%、43%和25%；油葵中分别增加了5%、13%和27%；油菜中分别增加了113%、104%和83%. HA对棉花和油菜的干重有促进作用但差异不显著, 对油葵干重有显著降低；CS会显著降低3种作物的干重.
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不同小写字母表示同一时期不同处理地上部/地下部干重在P < 0.05水平上差异显著；不同大写字母表示同一时期不同处理地上部和地下部总干重在P < 0.05水平上差异显著 图 2 不同处理对作物干重的影响 Fig. 2 Effects of different treatments on dry weight of crops |
如图 3所示, 与CK处理相比, 棉花中, 出苗30 d时MA和BC叶片SPAD值显著升高, CS显著降低；出苗60 d时HA和CS有显著降低, 其余处理无显著差异. 油葵中, HA和CS会显著降低叶片SPAD值, OF在出苗60 d时有显著升高, 其余处理均无显著差异. 油菜中, 出苗30 d时除CS外其余处理无显著差异, 出苗60 d时OF显著升高, HA和CS显著降低.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 3 不同处理对叶片SPAD值的影响 Fig. 3 Effect of different treatments on leaf SPAD values |
如图 4所示, 出苗30 d时, 与CK相比, 棉花中HA处理土壤水溶性盐总量差异最大, 升高了31.9%, OF和BC有降低但差异不显著；油葵中OF和CS有显著升高, MA和BC有降低但差异不显著；油菜中HA、BC和CS有显著升高, MA有降低但差异不显著. 出苗60 d时, 与CK相比, 3种作物水溶性盐总量变化规律一致, HA、OF和BC有显著升高, MA和CS差异不显著. 整体来看, 出苗60 d时各处理土壤水溶性盐总量较出苗30 d时更有规律性且含量有所降低, 其中CS降低最多, 差异显著.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 4 不同处理对土壤水溶性盐总量的影响 Fig. 4 Effect of different treatments on the total amount of soil water-soluble salts |
如图 5（a）~5（c）所示, 出苗60 d较出苗30 d土壤水溶性K+含量更高, 与CK处理相比, 各处理土壤水溶性K+含量均表现为有所提升, BC和CS处理土壤水溶性K+含量升高最显著, 在出苗30 d时, BC处理棉花、油葵和油菜的土壤水溶性K+含量分别升高了118%、112%和139%；CS处理分别升高了79%、123%和127%. 在出苗60 d时, BC处理棉花、油葵和油菜的土壤水溶性K+含量分别升高了114%、182%和138%；CS处理分别升高了93%、323%和129%. 土壤水溶性Na+含量变化如图 5（d）~5（f）所示, 出苗30 d和出苗60 d土壤水溶性Na+含量变化趋势相似. 与CK相比, HA和OF土壤水溶性Na+含量会显著升高, MA和BC无显著差异, CS在出苗30 d时无显著差异, 出苗60 d时棉花和油菜有显著降低, 油葵无显著差异.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 5 不同处理对土壤水溶性阳离子含量的影响 Fig. 5 Effects of different treatments on the content of water-soluble cation content in soil |
如图 5（g）~5（i）所示, 出苗60 d较出苗30 d土壤水溶性Ca2+含量整体呈下降趋势, 下降程度大小为：OF > HA > MA. 与CK相比, 出苗30 d时, OF在油葵和油菜中土壤水溶性Ca2+含量有显著升高, 其余处理在棉花和油菜中均无显著差异, 在油葵中显著升高；出苗60 d时MA、HA和OF有显著降低, BC和CS无显著差异. 如图 5（j）~5（l）所示, 与出苗30 d相比, 出苗60 d时CK、BC和CS土壤水溶性Mg2+含量呈下降趋势, HA和OF呈上升趋势, MA在油葵中呈下降趋势, 在棉花和有油菜呈上升趋势. 以出苗60 d为例, MA在棉花、油葵和油菜中土壤水溶性Mg2+含量分别升高了218%、78%和233%；HA分别升高了211%、207%和262%, OF处理分别升高了172%、261%和334%.
如图 6（a）~6（c）所示, 出苗60 d较出苗30 d土壤水溶性HCO3-含量呈下降趋势. 出苗30 d时, 各处理ω（HCO3-）均在0.041~0.062 g·kg-1；出苗60 d时, 各处理ω（HCO3-）均在0.028~0.042 g·kg-1. 与CK相比, CS处理土壤水溶性HCO3-含量在3种作物中均有升高趋势, BC在棉花和油菜中有升高趋势, OF在棉花中有升高趋势. 如图 6（d）~6（f）所示, 出苗60 d较出苗30 d土壤水溶性Cl-含量呈下降趋势, 与CK相比, OF会显著升高土壤水溶性Cl-含量, 其余处理无明显趋势. 如图 6（g）~6（i）所示, 土壤水溶性ω（SO42-）在出苗30 d和出苗60 d的含量差异不大, 均在0.69~0.74 g·kg-1.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 6 不同处理对土壤水溶性阴离子含量的影响 Fig. 6 Effect of different treatments on soil water-soluble anion content |
如图 7（a）~7（b）所示, 与CK相比, 出苗30 d和出苗60 d HA和BC处理土壤pH显著升高, MA、OF和CS土壤pH显著降低或无显著差异. 出苗60 d较出苗30 d OF和CS土壤pH有显著升高, 其余处理土壤pH均有所降低. 以出苗60 d为例, 与CK相比, MA处理棉花、油葵、油菜的土壤pH分别降低了0.9%、0.4%和0.2%；OF处理分别降低了0.5%、0.2%和0.7%；CS处理分别降低了0.7%、1.3%和0.1%.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 7 有机物料施入对土壤pH和EC的影响 Fig. 7 Effect of organic material application on soil pH and EC |
如图 7（c）~7（d）所示, 出苗60 d较出苗30 d各处理土壤EC有显著降低. 与CK相比, 出苗30 d时OF和CS处理土壤EC显著升高；出苗60 d时, 与CK相比, HA处理棉花、油葵和油菜的土壤EC分别升高了18.6%、9.5%和18.1%.
如图 8（a）~8（b）所示, 出苗60 d较出苗30 d土壤ESP有显著降低, 与CK相比, MA、BC和CS土壤ESP有显著降低或无显著差异. 以出苗60 d为例, MA处理棉花、油葵和油菜的土壤ESP分别降低了15.82%、24.83%和27.16%；BC处理分别升高了11.12%、5.48%和-5.78%；CS处理分别升高了33.81%、18.37%和18.95%.
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不同小写字母表示同一时期同一作物不同处理在P < 0.05水平上差异显著 图 8 有机物料施入对土壤ESP和SAR的影响 Fig. 8 Effect of organic materials application on soil ESP and SAR |
如图 8（c）~8（d）所示, 与CK相比MA在出苗30 d时会使土壤SAR下降, 出苗60 d时升高；BC处理差异不显著, CS处理会降低土壤SAR. HA和OF处理会使土壤SAR升高, 以出苗60 d为例, HA处理分别提升了29.64%、38.29%和45.10%；OF处理分别提升了23.55%、26.99%和25.14%.
2.3 作物生长指标与土壤物理性质的相关性分析如图 9所示, 作物出苗率与全盐（0.24*）和Cl-（0.24*）显著正相关, 与土壤pH（-0.19*）显著负相关；作物干重与K+（0.24*）显著正相关, 与SPAD（0.29**）、Mg2+（0.32***）和SAR（0.34***）极显著正相关, 与Ca2+（-0.58***）、HCO3-（-0.71***）、Cl-（-0.48***）、EC（-0.31**）和ESP（-0.52***）极显著负相关；全盐与Cl-（0.21*）显著正相关, 与Na+（0.53***）、Mg2+（0.27**）、SO42-（0.25**）、EC（0.51***）、ESP（0.27**）和SAR（0.39***）极显著正相关；pH与SAR（0.45***）极显著正相关, 与EC（0.32***）极显著负相关；EC与ESP（0.43***）极显著正相关；SEP与SAR（0.19*）显著正相关.
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1. 出苗率, 2. 干重, 3. SPAD值, 4. 土壤水溶性盐总量, 5. 土壤水溶性K+含量, 6. 土壤水溶性Na+含量, 7. 土壤水溶性Ca2+含量, 8. 土壤水溶性Mg2+含量, 9. 土壤水溶性HCO3-含量, 10. 土壤水溶性Cl-含量, 11. 土壤水溶性SO42-含量, 12. pH, 13. EC, 14. ESP, 15. SAR；*、**和***分别表示在P < 0.05、P < 0.01和P < 0.001水平显著相关；数值表示不同指标之间的Pearson相关系数；色柱中红色表示正相关关系, 蓝色表示负相关关系, 颜色越深相关性越强；椭圆向右上方倾斜表示正相关关系, 向右下方倾斜表示负相关关系, 椭圆的长宽比越大, 相关性越强 图 9 作物生长指标与土壤物理性质的相关性分析 Fig. 9 Correlation analysis between crop growth indicators and soil physical properties |
苗期作物对土壤盐碱胁迫更敏感, 对苗期作物生长指标的研究可以在一定程度上反映有机物料对作物生长状况的影响. 已有研究表明, 盐胁迫限制农业生产主要通过扰乱作物生理机能、代谢及发育, 从而抑制作物正常生长[32]. 在本研究中, 中度盐渍土对作物生长有明显抑制, 可能是由于高浓度Na+导致植物细胞膜渗透调节功能失调、活性氧含量增加, 植物养分代谢紊乱, 从而影响细胞分裂和生长[33 ~ 35]. 本研究主要从棉花、油葵和油菜的出苗率、SPAD值及作物干重来讨论有机物料的施入对作物生长的影响. 本研究发现, 在中度盐渍土中, 3种作物出苗率大小表现为：油葵 > 油菜 > 棉花. 此外, 有机肥和生物炭的施入使棉花的出苗率提升了14.3%和10.2%, 使油菜出苗率提升了26.50%和20.82%. 顾美英等[36]研究发现, 生物炭、有机肥对作物的根际有一定调控作用, 可以改善土壤微生态环境并提升土壤养分, 在土壤修复方面发挥着重要作用, 此外, 有机肥的施入促进棉花出苗与本试验结果相同, 但配施生物炭会抑制棉花出苗的结论与本试验结果不同, 这主要由于生物炭只能在中、重度盐渍化土壤中有促进作物出苗[37], 而本试验土壤为中度盐渍土, 故生物炭在本研究中对作物的萌发有促进作用. 植株叶片SPAD值是反映叶片绿色程度的指标, 在一定程度上可以反映植株叶片的叶绿素含量, 叶片叶绿素含量的高低变化又能在一定程度上反映叶片衰老、受害的情况并与干物质积累密切相关 [38]. 本研究发现, 微生物菌剂、有机肥和生物炭可以提高作物的SPAD值和生物质量, 微生物菌剂、有机肥和生物炭的施入使棉花干重分别增加了41%、43%和25%；使油葵干重分别增加了5%、13%和27%；使油菜干重分别增加了113%、104%和83%. 主要是由于物料本身含有丰富的微生物和有机质可以改善土壤的物理、化学性质, 改善土壤结构, 促进土壤养分的积累[39 ~ 41]. 此外, 腐植酸的施入对3种作物的生长表现出较大差异, 与对照处理相比, 腐植酸的施入对油菜生长发育有益, 对棉花无显著影响, 对油葵生长发育有害, 这可能与不同作物种类对腐植酸类产品的敏感性差异有关[42]. 未腐熟的秸秆施入后对3种作物生长发育均有害, 秸秆的腐解要固定一定氮素, 还对作物根系活力有抑制作用[43], 从而对作物前期生长有不利影响, 该不利影响在油菜中体现最明显.
3.2 有机物料的施入对土壤盐碱指标的影响土壤水溶性盐总量的高低会影响作物出苗以及盐敏感时期作物的正常生长. 有相关研究发现, 土壤水溶性盐总量与作物出苗率呈负相关关系[44, 45], 这与本试验的研究结果不符, 在本试验中作物出苗率与土壤水溶性盐总量呈正相关关系, 这是由于有机物料本身含有一定盐分, 有机物料的添加会造成土壤的水溶性盐总量的上升[46], 此外, 本研究中试验容器为底部无孔型塑料盆无盐分流失, 故有机物料的施入会造成土壤的水溶性盐总量上升是正常的, 同时说明在土壤盐浓度相同条件下, 由于有机物料施入所造成的土壤盐含量的增加对作物出苗有益而无害. 此外, 本研究发现, 腐植酸和有机肥对土壤的盐含量提升最显著, 通过对土壤八大离子含量的检测, 发现腐植酸和有机肥会使土壤Na+和Mg2+含量有一定程度增加, 这可能与有机物料本身性质有关. 在有机物料施入前期盐分较高对作物的出苗率和作物盐敏感时期作物生长发育有一定影响, HA和CS处理作物干物质量较低与土壤在出苗30 d时全盐含量较高有一定关系. CS处理随着时间的推移差异最大, 主要是由于水溶性Ca2+和Mg2+被固定, 表明棉花秸秆的施入后期经过腐熟并不会增加土壤全盐含量, 此外油葵和油菜HA处理全盐含量也无显著升高.
土壤pH、EC、ESP和SAR是衡量盐渍土盐碱程度的重要指标. 本研究发现, 不同作物对土壤理化性质的影响不大, 但有机物料的施入时间对土壤理化性质有较大影响, 对不同时间土壤理化性质的研究有助于对有机物料的科学施用时间提供理论依据. 本研究发现, 腐植酸和生物炭会显著升高土壤的pH, 主要原因可能是试验所用的腐植酸和生物炭材料本身pH较高；有机肥和秸秆会在施入前期降低土壤pH, 后期相较于前期pH变化程度有所降低. 主要是由于有机肥和秸秆的施入和土壤会发生理化反应, 从而提高了土壤中多种有机酸的含量[47]. EC与土壤离子含量有关, 在出苗30 d时施用有机肥和秸秆EC升高显著, 出苗60 d时施用腐植酸和秸秆升高更显著, 主要原因为在出苗30 d时有机肥的施入会使土壤Na+和Ca2+含量升高, 在出苗60 d时腐植酸施入会使土壤Na+和Mg2+含量升高, 秸秆施入会显著增加土壤K+含量. 在出苗30 d, 腐植酸和有机肥的施入会使土壤ESP显著升高, 这与聂朝阳[48]和赵维彬[49]的研究结果不一致, 主要原因可能是试验材料和土壤理化性质存在较大差异；微生物菌剂、生物炭和秸秆会使土壤ESP下降；在出苗60 d时, 微生物菌剂和秸秆土壤ESP下降最显著其余处理差异不显著. 腐植酸和有机肥会增加土壤SAR, 这主要是由于腐植酸和有机肥使土壤中Na+含量有一定程度的增加[50, 51]；微生物菌剂和生物炭的秸秆无显著差异.
4 结论（1）在中度盐渍化土壤中, 棉花、油葵和油菜生长发育均受到一定抑制, 有机物料施入对不同作物的影响存在诸多相似, 综合来看, 以促进作物生长为目的的盐渍土推荐施入微生物菌剂、有机肥及生物炭；以培肥改善土壤性质为目的的盐渍土推荐施入微生物菌剂和秸秆；微生物菌剂的施入对作物生长的促进和土壤质量的改善都有积极效果.
（2）秸秆不建议播种前作为基肥直接施入, 在种植大田时应该考虑在秋收后或播种前30 d左右尽早施入, 因为秸秆在腐熟期会对作物生长有一定抑制作用. 棉花和油菜苗前期不建议施入腐植酸, 在苗后期或开花期少量多次的施入效果可能会更好, 相较于棉花和油菜, 油葵不建议添加腐植酸.
（3）本试验通过室内培养试验, 从作物生长和土壤性质两方面来评价不同有机物料在中度盐渍化土壤中的应用效果, 进而筛选出有机物料和对应作物的最佳组合, 为有机物料在新疆的应用和推广提供一定试验依据. 但室内培养试验存在一定局限性, 在进行田间试验时, 应考虑不同地区土壤质地和灌溉方式, 并结合当地的农业生产实际和需求, 优化改良方案和技术模式.
| [1] |
杨劲松. 中国盐渍土研究的发展历程与展望[J]. 土壤学报, 2008, 45(5): 837-845. Yang J S. Development and prospect of the research on salt-affected soils in China[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 837-845. DOI:10.3321/j.issn:0564-3929.2008.05.010 |
| [2] |
邢起铭, 金文杰, 周利斌, 等. 植物根际促生菌提高植物耐盐性的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(11): 46-52. Xing Q M, Jin W J, Zhou L B, et al. Salt tolerance of plant increased by plant growth promoting Rhizobacteria: research progress[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(11): 46-52. |
| [3] | Li C Y, Wang Z C, Xu Y T, et al. Analysis of the effect of modified biochar on saline⁃alkali soil remediation and crop growth[J]. Sustainability, 2023, 15(6). DOI:10.3390/SU15065593 |
| [4] | Mukhopadhyay R, Sarkar B, Jat H S, et al. Soil salinity under climate change: Challenges for sustainable agriculture and food security[J]. Journal of Environmental Management, 2021, 280. DOI:10.1016/j.jenvman.2020.111736 |
| [5] | Paz R C, Reinoso H, Espasandin F D, et al. Akaline, saline and mixed saline‐alkaline stresses induce physiological and morpho-anatomical changes in Lotus tenuis shoots[J]. Plant Biology, 2014, 16(6): 1042-1049. DOI:10.1111/plb.12156 |
| [6] | 乔建明, 王洪军, 李举文, 等. 土壤盐碱地现状、改良利用及盐碱治理在新疆农业发展中的意义[J]. 新疆农垦科技, 2015, 38(10): 54-56. |
| [7] | Abulaiti A, She D L, Liu Z P, et al. Application of biochar and polyacrylamide to revitalize coastal saline soil quality to improve rice growth[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2023, 30(7): 18731-18747. |
| [8] | Jiang N, Cai D Q, He L L, et al. A facile approach to remediate the microenvironment of saline‐alkali soil[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2015, 3(2): 374-380. |
| [9] | Liu W X, Hou J Y, Wang Q L, et al. Isolation and characterization of plant growth-promoting rhizobacteria and their effects on phytoremediation of petroleum-contaminated saline-alkali soil[J]. Chemosphere, 2014, 117: 303-308. DOI:10.1016/j.chemosphere.2014.07.026 |
| [10] | Feng L, Xu W L, Sun N C, et al. Efficient improvement of soil salinization through phytoremediation induced by chemical remediation in extreme arid land northwest China[J]. International Journal of Phytoremediation, 2020, 22(3): 334-341. DOI:10.1080/15226514.2019.1663483 |
| [11] | Syed A, Sarwar G, Shah S H, et al. Soil salinity research in 21st century in Pakistan: its impact on availability of plant nutrients, growth and yield of crops[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2021, 52(3): 183-200. |
| [12] | Wang X Q, Xing X, Zhang F J, et al. Biological improvement of saline alkali soil reference system: a review[J]. Sciences in Cold and Arid Regions, 2018, 10(6): 516-521. |
| [13] |
魏盈, 焦乐, 张鹏, 等. 生物炭改良盐碱地研究与应用进展[J]. 环境科学, 2024, 45(2): 940-951. Wei Y, Jiao L, Zhang P, et al. Research and application progress of biochar in amelioration of saline-alkali soil[J]. Environmental Science, 2024, 45(2): 940-951. |
| [14] | Liu A R, Wang W J, Zheng X Y, et al. Improvement of the Cd and Zn phytoremediation efficiency of rice (Oryza sativa) through the inoculation of a metal-resistant PGPR strain[J]. Chemosphere, 2022, 302. DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.134900 |
| [15] | Xiao Y H, Chen L, Teng K, et al. Potential roles of the rhizospheric bacterial community in assisting Miscanthus floridulus in remediating multi-metal(loid)s contaminated soils[J]. Environmental Research, 2023, 227. DOI:10.1016/j.envres.2023.115749 |
| [16] |
刘建红. 盐碱地开发治理研究进展[J]. 山西农业科学, 2008, 36(12): 51-53. Liu J H. Research progress of development and control of saline land[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2008, 36(12): 51-53. |
| [17] | Zhao L, Zhang Y Q. Effects of phosphate solubilization and phytohormone production of Trichoderma asperellum Q1 on promoting cucumber growth under salt stress[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(8): 1588-1597. |
| [18] | Zhang M M, Li X Y, Wang X L, et al. Potassium fulvic acid alleviates salt stress of citrus by regulating rhizosphere microbial community, osmotic substances and enzyme activities[J]. Frontiers in Plant Science, 2023, 14. DOI:10.3389/fpls.2023.1161469 |
| [19] | Radhakrishnan R, Khan A L, Kang S M, et al. A comparative study of phosphate solubilization and the host plant growth promotion ability of Fusarium verticillioides RK01 and Humicola sp. KNU01 under salt stress[J]. Annals of Microbiology, 2015, 65(1): 585-593. |
| [20] |
王庆蒙. 不同培肥措施对河套灌区盐渍化农田改良效果研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2020. Wang Q M. Study on the effect of different fertilization measures on salinized farmland improvement in Hetao irrigation area[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2020. |
| [21] | Chen X D, Wu J G, Opoku-Kwanowaa Y. Effects of returning granular corn straw on soil humus composition and humic acid structure characteristics in saline-alkali soil[J]. Sustainability, 2020, 12(3). DOI:10.3390/su12031005 |
| [22] | Zhao W, Zhou Q, Tian Z Z, et al. Apply biochar to ameliorate soda saline-alkali land, improve soil function and increase corn nutrient availability in the Songnen Plain[J]. Science of the Total Environment, 2020, 722. DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.137428 |
| [23] | Liu T, Wang Q, Li Y C, et al. Bio-organic fertilizer facilitated phytoremediation of heavy metal (loid)s-contaminated saline soil by mediating the plant-soil-rhizomicrobiota interactions[J]. Science of the Total Environment, 2024, 922. DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.171278 |
| [24] | Fu S, Wei C Y, Xiao Y, et al. Heavy metals uptake and transport by native wild plants: implications for phytoremediation and restoration[J]. Environmental Earth Sciences, 2019, 78(4). DOI:10.1007/s12665-019-8103-9 |
| [25] | Kurepa J, Smalle J A. Auxin/cytokinin antagonistic control of the shoot/root growth ratio and its relevance for adaptation to drought and nutrient deficiency stresses[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2022, 23(4). DOI:10.3390/ijms23041933 |
| [26] | Zhu G X, Xiao H Y, Guo Q J, et al. Heavy metal contents and enrichment characteristics of dominant plants in wasteland of the downstream of a lead-zinc mining area in Guangxi, Southwest China[J]. Ecotoxicology and Environmental safety, 2018, 151: 266-271. |
| [27] | 新疆维吾尔自治区农业厅, 新疆维吾尔自治区土壤普查办公室. 新疆土壤[M]. 北京: 科学出版社, 1996. |
| [28] |
黄雨晗, 曹银贵, 周伟, 等. 秸秆生物炭对草原矿区重构土苜蓿生长状况的影响[J]. 生态学报, 2021, 41(2): 588-602. Huang Y H, Cao Y G, Zhou W, et al. Effects of straw biochar on the growth of Medicago falcata in the reconstructed soil of grassland mining area[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(2): 588-602. |
| [29] |
李小飞, 代兵, 何晓峰, 等. 施用生物有机肥可降低糙米Cd含量——盆栽试验与田间试验比较[J]. 江苏农业科学, 2021, 49(8): 96-101. Li X F, Dai B, He X F, et al. Application of bio-organic fertilizer can reduce Cd content of brown rice—Comparison between field experiment and pot experiment[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2021, 49(8): 96-101. |
| [30] |
赵海成, 郑桂萍, 靳明峰, 等. 连年秸秆与生物炭还田对盐碱土理化性状及水稻产量的影响[J]. 西南农业学报, 2018, 31(9): 1836-1844. Zhao H C, Zheng G P, Jin M F, et al. Effects of successive straw and biochar residue incorporation on physical and chemical characters of saline alkali soil and rice yield[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2018, 31(9): 1836-1844. |
| [31] | 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. ((第三版)). 北京: 中国农业出版社, 2000. |
| [32] | Guo K W, Xu Z S, Huo Y Z, et al. Effects of salt concentration, pH, and their interaction on plant growth, nutrient uptake, and photochemistry of alfalfa (Medicago sativa) leaves[J]. Plant Signaling & Behavior, 2020, 15(12). DOI:10.1080/15592324.2020.1832373 |
| [33] | Guo J X, Lu X Y, Tao Y F, et al. Comparative ionomics and metabolic responses and adaptive strategies of cotton to salt and alkali stress[J]. Frontiers in Plant Science, 2022, 13. DOI:10.3389/fpls.2022.871387 |
| [34] | Lokhande V H, Nikam T D, Patade V Y, et al. Effects of optimal and supra-optimal salinity stress on antioxidative defence, osmolytes and in vitro growth responses in Sesuvium portulacastrum L.[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 2011, 104(1): 41-49. |
| [35] | Yang Y Q, Guo Y. Elucidating the molecular mechanisms mediating plant salt-stress responses[J]. New Phytologist, 2018, 217(2): 523-539. |
| [36] |
顾美英, 杨蓉, 徐万里, 等. 棉秆炭配施生物有机肥对连作棉花根际土壤微生态和棉花生长的影响[J]. 中国农业科技导报, 2019, 21(10): 47-57. Gu M Y, Yang R, Xu W L, et al. Effects of cotton stalk biochar combined with bio-organic fertilizer on rhizosphere soil micro-ecology and cotton growth of continuous cropping cotton[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2019, 21(10): 47-57. |
| [37] | 王桂君, 许振文, 田晓露, 等. 生物炭对盐碱化土壤理化性质及小麦幼苗生长的影响[J]. 江苏农业科学, 2013, 41(12): 390-393. |
| [38] |
南江宽, 陈效民, 王晓洋, 等. 不同改良剂对滨海盐渍土盐碱指标及作物产量的影响研究[J]. 土壤, 2013, 45(6): 1108-1112. Nan J K, Chen X M, Wang X Y, et al. Effects of different amendments on salt index of coastal saline soil and crop yield[J]. Soils, 2013, 45(6): 1108-1112. |
| [39] | Sahay R, Patra D D. Identification and performance of stress-tolerant phosphate-solubilizing bacterial isolates on Tagetes minuta grown in sodic soil[J]. Soil Use and Management, 2013, 29(4): 494-500. |
| [40] |
刘艳, 李波, 隽英华, 等. 生物有机肥对盐碱地玉米渗透调节物质及土壤微生物的影响[J]. 西南农业学报, 2018, 31(5): 1013-1018. Liu Y, Li B, Jun Y H, et al. Effects of bio-organic fertilizer on osmotic adjustment and soil microorganisms of maize in saline-alkali soil[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2018, 31(5): 1013-1018. |
| [41] | Garbuz S, Mackay A, Camps-Arbestain M, et al. Biochar amendment improves soil physico-chemical properties and alters root biomass and the soil food web in grazed pastures[J]. Agriculture, 2021, 319. DOI:10.1016/j.agee.2021.107517 |
| [42] |
梁元振, 杨清俊, 张星, 等. 复合肥中添加不同腐植酸对不同作物的影响[J]. 肥料与健康, 2020, 47(6): 35-38. Liang Y Z, Yang Q J, Zhang X, et al. Effects of adding different humic acids in compound fertilizer on different crops[J]. Fertilizer & Health, 2020, 47(6): 35-38. |
| [43] |
彭显龙, 董强, 张辰, 等. 不同土壤条件下秸秆还田量对土壤还原性物质及水稻生长的影响[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(2): 198-210. Peng X L, Dong Q, Zhang C, et al. Effects of straw return rate on soil reducing substances and rice growth under different soil conditions[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2024, 38(2): 198-210. |
| [44] |
蔡利华, 邰红忠, 练文明, 等. 土壤盐碱度对棉花出苗和生长的影响[J]. 棉花科学, 2022, 44(1): 38-41. Cai L H, Tai H Z, Lian W M, et al. Effects of soil salinity on cotton emergence and growth[J]. Cotton Sciences, 2022, 44(1): 38-41. |
| [45] |
张晓晖. 盐碱胁迫对蒲公英种子萌发及幼苗生长影响的研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2012. Zhang X H. Study on the effect of salt stress on seeding germination and growth of T. mongolicum[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2012. |
| [46] |
吴丹, 孙萍, 路鹏展, 等. 浒苔生物炭对滨海盐碱土壤改良的效果及途径[J]. 环境科学, 2020, 41(4): 1941-1949. Wu D, Sun P, Lu P Z, et al. Effect and approach of Enteromorpha prolifera Biochar to improve coastal saline soil[J]. Environmental Science, 2020, 41(4): 1941-1949. DOI:10.13227/j.hjkx.201909044 |
| [47] |
曹莹菲. 腐解过程中还田秸秆和土壤有机酸、质能及结构变化特征[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2016. Cao Y F. Decomposition, organic acids, thermal and structure characteristic in crop residues and soils among straw returning[D]. Yangling: Northwest A & F University, 2016. |
| [48] |
聂朝阳. 腐殖酸基有机物料对苏打盐碱化耕地土壤改良效应研究[D]. 北京: 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所), 2022. Nie Z Y. Effect of humic acid based organic materials on soil improvement in cultivated soda-saline soil[D]. Beijing: Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, 2022. |
| [49] |
赵维彬. 生物炭与腐殖酸对弗吉尼亚栎在盐碱地生长的影响效果研究[D]. 长沙: 中南林业科技大学, 2023. Zhao W B. Effects of biochar and humic acid on the growth of Quercus virginiana mill in saline-alkaline land[D]. Changsha: Central South University of Forestry & Technology, 2023. |
| [50] |
马桂秀, 林治安, 李志杰, 等. 有机物料与化肥配施改良盐碱耕地的效果研究[J]. 中国土壤与肥料, 2019(3): 69-75. Ma G X, Lin Z A, Li Z J, et al. Effect of combination of organic material and chemical fertilizer on the improvement of saline soil[J]. Soils and Fertilizers Sciences in China, 2019(3): 69-75. |
| [51] |
周先林, 覃琴, 孟永明, 等. 不同改良剂对新疆盐碱土壤改良及棉花生长的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(34): 91-96. Zhou X L, Qin Q, Meng Y M, et al. Effects of different amendments on saline-alkali soil improvement and cotton growth in Xinjiang[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(34): 91-96. |