微生物菌肥和鸡粪混施对苹果幼苗生长的影响及盐碱化土壤改良效果

缪 平，李发康，崔国栋，王桢予

（甘肃建投生态建设集团有限公司，甘肃 兰州 730070）

近年来，我国土壤盐碱化程度越来越严重，现有盐碱地面积约为9 900万hm2，是世界上盐碱化较为严重的国家之一[1]。据统计，甘肃省盐碱化土壤面积已超过3万hm2，特别是河西地区与沿黄灌区，随着土壤盐碱化程度的不断加剧，农作物产量急剧下降[2-5]。目前，利用各种化学肥料、药剂改善土壤盐碱化的研究屡见不鲜，但化学肥料、药剂存在高残留、高污染等缺点，不仅会造成二次污染[6-7]，还不能取得长期的改善效果。

苹果（Malus domestica Borkh.）是一种重要的经济作物，种植苹果对土壤性质的要求较高，因此改善土壤的性质，可以增加苹果的产量并提高其品质[8]。土壤理化性质，如土壤含盐量、pH值、容重、孔隙度的改变，均可影响作物在生长期的营养吸收以及水分利用，进而影响作物的生长情况及产量[9]。土壤盐碱化程度严重时，土壤中的有益微生物将不能发挥其有益作用，这就需要通过施加生物有机肥来改善土壤的性质，提高土壤中微生物的种类，进而改善土壤酶活性。秦秦等[10]研究表明，提高土壤脲酶可以有效提高土壤中的有机质含量。朱利霞等[11]研究表明，使用生物有机肥可显著提高土壤中脲酶和碱性磷酸酶活性，并使玉米的产量显著提高。通过生物有机肥的施入，促进苹果根系活力的提高，更有利于根部对土壤中营养物质和水分的重复利用，达到提高苹果产量和品质的效果[12-13]。使用生物有机肥改良土壤盐碱化受到越来越多国内外学者的重视，已成为目前的研究热潮。在甘肃省平凉市灵台县域内，部分苹果园内的土壤盐碱化严重，为了缓解土壤盐碱化，本试验通过施加微生物菌肥和不同浓度的鸡粪来促进苹果幼苗生长以及改良果园土壤，以期对土壤性质以及土壤相关酶活性进行改善，从而为甘肃省苹果园今后使用生物有机肥改良土壤提供理论依据。

1.1 试验地介绍

试验于2020年4月15日在甘肃省平凉市灵台县（黄河流域平凉市灵台县林草生态扶贫建设项目独店镇姚景项目区经济林建设一期工程）开展，灵台县位于甘肃省东南部（34°54′～35°14′N，107°00′～107°57′E），地处黄土高原，属温带大陆性气候，平均气温21.8℃，年降水量为586.3 mm，土壤中的总盐含量为14.63 g/kg，土壤容重为1.53 g/cm3，pH值为8.58。

1.2 供试材料

供试幼苗：一年生“烟富10号”苹果幼苗，高度90.83 cm，直径0.88 cm。

供试肥料：腐熟鸡粪从当地农户购买；
微生物菌肥为菌营一号，有效活菌数≥5.0亿/g，有效菌种名称：胶冻样类芽孢杆菌、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌，生产于山东荣华生物科技有限公司。

1.3 试验设计

采用田间小区试验，共设置5个小区，每个田间小区为10 m2（2 m×5 m），每个小区内种植10棵试验苹果幼苗，共设置5个处理：T0（不施加肥料，空白）、T1（单施微生物菌肥，对照）、T2［鸡粪50 g/（kg土）+微生物菌肥］、T3［鸡粪75 g/（kg土）+微生物菌肥］、T4［鸡粪100 g/（kg土）+微生物菌肥］，每个处理3棵幼苗且重复3次，采用穴施方式进行施肥，在苹果幼苗地面东、西、南、北4个方位分别挖4个直径约40 cm、深度20～30 cm的坑用于施加肥料。T1处理微生物菌肥施加量约11.2 kg/m2，T2、T3、T4处理分别将不同浓度的鸡粪与微生物菌肥按照质量比1∶1混合均匀，施加量约11.2 kg/m2，每个处理分别在处理后30 d（5月15日）、60 d（6月15日）、90 d（7月14日）、120 d（8月13日）时取样。

1.4 样品的采集及测定

1.4.1 样品采集

随机选取健康的苹果幼苗，采用5点取样法，采集植株上的叶片，一部分用于测量叶面积，另一部分用于测量叶片的SPAD值，测量后将根部小心取下并用蒸馏水洗干净，装入自封袋后保存在4℃冰箱，用于测定根系活力。每个处理的土壤样品取样时避开施肥点，随机取约20 cm深土层的土壤样品，一部分收集到自封袋中保存在4℃冰箱中用于测量土壤的全盐含量、pH值，另一部分过1 mm筛后，密封保存，保存在-80℃冰箱中用于测定土壤碱性磷酸酶（ALP）、脲酶（S-UE）、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）活性。使用环刀（100 cm3）取距土表20 cm处的土壤样品，取样后立即测量其重量，用于测量土壤容重。

1.4.2 样品测定

叶片面积：将叶片用扫描仪扫描后采用CAD软件测量；
叶片SPAD值采用SPAD-502仪测定；
总盐含量采取残渣烘干-质量法测定[1]；
pH值采用便携式pH仪测定，水土比例为2.5∶1.0；
土壤容重采用环刀法测定[14]；
脲酶活性采用靛酚比色法测定[15]；
碱性磷酸酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性采用土壤碱性磷酸酶测试试剂盒和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶测试试剂盒测定；
根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定[16]。

1.5 数据整理与分析

数据采用Microsoft Excel 2016软件进行整理及分析，使用SPSS 26.0统计学软件对数据进行方差分析并做差异显著性检验（Duncan新复极差法）。

2.1 不同处理对苹果叶片与根系活力的影响

由表1可知，120 d时，T4处理叶面积和叶片SPAD值最大，分别为22.39 cm2和68.95；
T3处理根系活力最大，为103.09 μg/（h·g）。在所有处理时期，叶面积均随着施加鸡粪浓度的提高及处理时间的延长呈现增大趋势，但差异不显著（P＞0.05）。所有处理时期叶片SPAD值均表现为T4处理最大，T3处理次之，T0处理最小；
120 d时，T1～T4处理叶片SPAD值较T0处理分别增加了2.53%、4.60%、7.24%、15.75%，T2～T4处理较T1处理分别增加了2.01%、4.58%、12.88%。在所有处理时期，根系活力均表现为T3处理最大；
除T0处理外，T1～T4处理的根系活力均随着处理时间的延长而增强；
120 d时，T1～T4处理根系活力较T0处理分别增加了7.43%、8.31%、12.15%、8.75%，T2～T4处理较T1处理分别增加了0.83%、4.41%、1.24%。

2.2 不同处理对土壤总盐含量的影响

土壤中混合施加微生物菌肥和鸡粪，可有效降低土壤的总盐含量。由图1可知，120 d时，T4处理土壤总盐含量最低，为11.83 g/kg。60～120 d时，所有处理土壤总盐含量均表现为T4处理最小，T0处理最大。T1～T4处理120 d时的土壤总盐含量较30 d时显著降低（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理较T0处理分别降低了5.63%、15.17%、16.11%、20.63%，T2～T4处理较T1处理分别降低了9.04%、9.93%、14.20%。

图1 不同处理对土壤总盐含量的影响

2.3 不同处理对土壤pH值的影响

土壤中混合施加微生物菌肥和鸡粪，可不同程度地降低土壤pH值。由图2可知，120 d时，T4处理土壤pH值最小，为8.01。T2和T4处理120 d时的土壤pH值较30 d时显著降低（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理的pH值较T0处理分别降低了3.25%、5.15%、5.02%、7.00%，T2～T4处理较T1处理分别降低了1.84%、1.71%、3.49%。

图2 不同处理对土壤pH值的影响

2.4 不同处理对土壤容重的影响

土壤中混合施加微生物菌肥和鸡粪，可有效降低土壤的容重，微生物菌肥混合施加鸡粪浓度越大，土壤容重越小。由图3可知，120 d时T4处理土壤容重最小，为1.18 g/cm3。在所有处理时期，土壤容重均表现为T4处理最小，T3处理次之，T0处理最大。随着时间的延长，所有处理的土壤容重呈现降低趋势，T1～T4处理120 d时的土壤容重较30 d时显著降低（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理较T0处理分别降低了8.39%、16.77%、19.35%、23.82%，T2～T4处理较T1处理分别降低了10.08%、13.60%、20.34%。

图3 不同处理对土壤容重的影响

2.5 不同处理对土壤酶活的影响

微生物菌肥与不同浓度的鸡粪混合施入后，可有效提高土壤中的ALP活性。由图4可知，120 d时，T3处理ALP活性最高，为0.48 mg/（g·24 h）。在所有处理时期，ALP活性均表现为T3处理最高，T0处理最低。随着时间的延长，ALP活性均呈增加趋势，T1～T4处理120 d时的ALP活性较30 d时显著增加（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理较T0处理分别提高了41.38%、58.62%、65.52%、48.28%，T2～T4处理较T1处理分别提高了12.20%、17.07%、4.88%。

图4 不同处理对土壤ALP活性的影响

微生物菌肥与不同浓度的鸡粪混合施入后，可有效提高土壤中的S-UE活性。由图5可知，120 d时，T3处理S-UE活性最高，为17.22 mg/（kg·h）。在所有处理时期，S-UE活性均表现为T3处理最高，T0处理最低。随着时间的延长，所有处理的S-UE活性均呈增加趋势，T1～T4处理120 d时的S-UE活性较30 d时显著增加（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理较T0处理分别提高了13.05%、21.74%、29.96%、15.85%，T2～T4处理较T1处理分别提高了7.68%、14.95%、2.54%。

图5 不同处理对土壤S-UE活性的影响

微生物菌肥与不同浓度的鸡粪混合施入后，可有效提高土壤中的NAG活性。由图6可知，120 d时，T3处理NAG活性最高，为26.55 nmol/（h·g）。在60～120 d时，NAG活性均表现为T3处理最高，T0处理最低。随着时间的延长，所有处理的NAG活性均呈增加趋势，T1～T4处理120 d时的NAG活性较30 d时显著增加（P＜0.05）。120 d时，T1～T4处理较T0处理分别提高了61.21%、108.07%、116.38%、54.69%，T2～T3处理较T1处理分别提高了29.07%、34.23%。

图6 不同处理对土壤NAG活性的影响

研究表明，土地盐碱化是作物生长期间遇到的最大障碍之一，随着土壤盐碱化程度的加重，甚至可以造成作物死亡[17-19]。混合施加微生物菌肥和不同浓度腐熟鸡粪，可以降低苹果园中土壤的总盐含量、pH值以及容重。土壤容重的降低，使得土壤间的空隙增加，植物根系将获得良好的生长空间[20]。本试验中，土壤容重降低可能促进了土壤中空气、水等营养物质的增加，使苹果幼苗根系更容易获取所需的营养物质，进而有效促进苹果幼苗的生长，这与查倩等[21]和王程成等[22]研究结果相同。研究表明，叶片SPAD值与叶片的光合能力有密切的联系[23]。本试验混合施加微生物菌肥和浓度为100 g/（kg土）的鸡粪处理120 d时，在相同光照和光质强度下，叶片的SPAD值达到最大，这可能是因为增加了叶片中叶绿素的含量，使光合能力增强，进而促进了苹果叶片生长[23]；
但是苹果叶片叶面积没有显著的变化，其原因可能是施肥方式或者灌溉方式不同，使得叶片未能充分吸收生长所需的营养物质[24-25]；
土壤的肥沃程度直接影响植物根系的生长，土壤越肥沃越有利于根系生长及根系活力增加，植物生长代谢越旺盛[26]。本试验表明，施加不同量的微生物菌肥和鸡粪后，随着混合施加鸡粪浓度的增大，苹果幼苗根系活力越大，说明幼苗根系可从土壤中获得更多的营养物质和水分并促进其生长。

植物根系可以直接利用的磷主要形态为H2PO4-和HPO42-，碱性磷酸酶（ALP）可以水解土壤中的有机磷并转化为H2PO4-和HPO42-供植物根系吸收利用[27]，本试验通过混合施加微生物菌肥和鸡粪，促进了土壤中的有机磷水解为H2PO4-和HPO42-，从而有效促进苹果幼苗的生长；
土壤脲酶（S-UE）是一种具有专一性的酶[28]，可以促进土壤中的有机氮分解。土壤中施加微生物菌肥和鸡粪，可改善土壤中微生物群落的丰富度，如有益细菌、放线菌、有益真菌等[29-31]。本试验结果表明，施加微生物菌肥和不同浓度鸡粪，处理不同时间后，都不同程度地提高了脲酶活性。当鸡粪浓度达到75 g/（kg土）时，脲酶的酶活性达到最高，通过微生物在土壤中的相互作用，改善土壤中的性质，不同程度地促进土壤脲酶活性，并能促进有机氮的分解，使得苹果幼苗根系可以充分吸收所需营养物质，进而促进苹果幼苗的生长，这与徐忠山等[32]研究结果一致；
β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）是土壤水解酶中的一种重要酶类，是土壤中含磷化合物的分解与利用的重要参与者[33]，如土壤中氨基酸、木聚糖以及葡萄糖等物质的合成利用，最终达到改善土壤有机物的目的[34-35]，并能够与作物根部相互作用将营养物质通过作物根部运输向作物植株中[36]。但当鸡粪浓度达到100 g/（kg土）时，土壤中的碱性磷酸酶、脲酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性较浓度为75 g/（kg土）处理的活性降低，这可能是由于鸡粪施加浓度过大，抑制了其对土壤的改善作用，关于该问题的研究以及生物有机肥影响土壤中微生物种类及群落丰富度的研究还有待进一步探索。

施加微生物菌肥可有效促进苹果幼苗生长，改善盐碱化土壤；
混合施加腐熟鸡粪后，其效果比不施肥和单一施微生物菌肥更佳。鸡粪浓度为100 g/（kg土）处理120 d时苹果幼苗叶片SPAD值最大，土壤总盐含量、pH值均最小；
鸡类浓度为75 g/（kg土）时苹果幼苗根系活力最大，土壤碱性磷酸酶、脲酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的活性均最高。混合施加微生物菌肥和鸡粪处理时间越长对苹果幼苗生长和土壤的改良效果越明显。