木霉生物有机肥协同化学改良剂对苏打碱土及玉米生长的影响

Effects of Trichoderma-enriched Bio-organic Fertilizer Combined with Chemical Amendments on Soda Alkali Soil and Maize Growth

摘要

苏打碱土是一种广泛分布于我国东北吉林地区的盐碱土，其高pH、高盐分、低有机质等特点对农作物生长造成了不利影响，通过施用改良剂改善盐碱土壤理化性质进而提高农作物产量是目前的常规手段。木霉是一种能够显著促进作物根系生长的益生真菌，协同其他改良措施能有效地对盐碱地进行改良利用。试验田位于吉林白城典型苏打碱土分布区，通过施用柠檬酸石膏、秸秆有机肥、酸解氨基酸和木霉生物有机肥等物料，研究不同处理对苏打碱土土壤理化性质及玉米生长的影响。结果表明：①化学改良剂和有机肥的施用均可缓解盐胁迫，提高土壤肥力，促进玉米生长，其中柠檬酸石膏+秸秆有机肥+酸解氨基酸（NOF）处理、木霉生物有机肥+柠檬酸石膏（CBOF）处理效果较好；②与对照（CK）相比，NOF和CBOF处理后的土壤pH分别下降了4.24%，6.43%，盐分质量比分别下降8%、9%，有机质分别增加90.37%、86.14%，土壤速效养分含量也显著增加；③NOF和CBOF处理后的玉米株高较CK分别增加35.27%、35.44%，茎直径分别增加76.26%、125.90%，生物量也显著增加。综上所述，无机改良剂与有机肥的结合，以及木霉生物有机肥与改良剂的配施可以缓解盐胁迫，促进玉米的生长，降低土壤pH和盐分，具有良好的应用前景。

Abstract

Soda alkali soil， which is widely distributed in the Jilin Province of Northeast China， adversely affects crop growth due to its high pH， elevated salt content， and low organic matter. The application of amendments to improve the physicochemical properties of saline-alkali soil， thereby enhancing crop yield， is a common agricultural practice. Trichoderma， a beneficial fungus recognized for its significant role in promoting root growth， can effectively enhance the utilization of saline-alkali land when combined with other remediation measures， thus boosting agricultural productivity. A field experiment was conducted in Baicheng， Jilin， a typical area of soda alkali soil， to investigate the effects of different treatments， including citric acid-gypsum， straw organic fertilizer， acid-hydrolyzed amino acids， and Trichoderma-enriched bio-organic fertilizer， on the physicochemical properties of soda alkali soil and maize growth. The results show that： ① The application of both chemical amendments and organic fertilizers alleviate salt stress， improve soil fertility， and promote maize growth， with the combination of citric acid-gypsum + straw organic fertilizer + acid-hydrolyzed amino acids （NOF） and Trichoderma-enriched bio-organic fertilizer + citric acid-gypsum （CBOF） showing the most beneficial effects. ② Compared to the control （CK）， the NOF and CBOF treatments reduce soil pH by 4.24% and 6.43%， respectively， decrease salt content by 8% and 9%， and increase organic matter by 90.37% and 86.14%， respectively， while also significantly enhancing the soil’s available nutrient content. ③ The plant height of maize under the NOF and CBOF treatments increase by 35.27% and 35.44%， respectively， while stem diameter increase by 76.26% and 125.90%， respectively， compared to CK， and biomass also increase significantly. In conclusion， the combination of inorganic amendments with organic fertilizers， along with the co-application of Trichoderma-enriched bio-organic fertilizer with these amendments， can effectively alleviate salt stress， promote maize growth， and reduce soil pH and salt content， demonstrating strong potential for practical application.

Graphical abstract

关键词

盐碱土 / 改良 / 木霉 / 生物有机肥 / 促生

Key words

saline-alkali soil / remediation / Trichoderma / bio-organic fertilizer / growth promotion

白城市位于吉林省西部，是松嫩平原盐碱地集中分布区，盐碱地面积达9.2 万hm²，约占耕地面积的8%。该区域以苏打盐碱土为主，具有高pH、高盐分、结构紧实、透水性差等特点，使作物生长严重受限。随着人口增长与粮食需求上升，盐碱地改良已成为保障粮食安全与农业可持续发展的迫切任务。

目前，盐碱地改良主要有物理、化学、生物等途径。物理改良，如平整土地^[1]、深耕深翻^[2]、客土压碱^[3]等，措施成本较高；使用化学改良剂，如石膏、腐殖酸等，虽见效快，但易造成二次污染^[4-6]；生物改良利用植物或微生物改善土壤理化性质，具有环境友好、可持续等优势。施用生物有机肥是目前备受关注的一种改良方式，通过提供土壤微生物所需的营养和有机质，促进有益微生物的生长和活动^[7]，从而改善土壤结构、增加土壤有机质含量^[8]、提高土壤的保水和保肥能力。马晨曦等^[9]研究发现，黄微孢属真菌处理可以促进绿豆的光合作用，增加脯氨酸含量，通过增多渗透调节物质和提高抗氧化能力来缓解盐胁迫。荣子惠等^[10]以葡萄作为试验材料，通过盆栽试验发现，耐盐碱芽孢杆菌（HMB38720）处理可以显著降低基质的pH和电导率，增加葡萄的新梢和叶面积，增强葡萄叶片中超氧化物歧化酶的活性。王维华等^[11]通过设置非盐、低盐、中盐、高盐4 个土壤盐梯度，进行乳酸菌肥和空白对照2 个处理，研究土壤中真菌、细菌的数量，结果表明乳酸菌肥可以提高盐胁迫下土壤微生物活性，从而有效改良盐碱地。

贵州木霉菌NJAU4742是由江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室筛选出来的具有较强促生^[12-13]和抗病^[14]作用的根际促生菌。研究发现，在使用木霉菌的过程中，不仅可以减少病害的发生，而且能提高种子出芽率和植株活力。李瑞霞等^[15]研究表明，以木霉菌NJAU4742制成的生物有机肥可以通过调控土壤有效性养分和土壤微生物区系对盐渍土进行改良，从而提高番茄产量，改善果实品质；王欢^[16]的研究表明，木霉可以在盐土中定殖，能够缓解土壤盐害，使土壤有机质含量增加，促进作物生长。因此，本试验旨在研究各种化学改良剂和木霉生物有机肥在盐碱地改良中的应用效果，特别是在改善玉米生长和土壤肥力方面的潜力，以期为盐碱地的可持续利用提供科学依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试植物与菌株

供试玉米品种为吉单535，由吉农高新北方农作物优良品种开发中心选育。供试菌种为木霉NJAU4742菌株（Trichoderma guizhouense NJAU4742），由江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室提供。

1.2 供试肥料

柠檬酸石膏：高纯度半水、二水硫酸钙混合物。硫酸钙质量分数为50%~60%，自由水含量小于25%、pH为3.5~4.0。

供试有机肥：腐熟牛粪和腐熟秸秆由江苏国信协联能源有限公司提供。堆肥原料理化性质如表1所示。

酸解氨基酸：通过硫酸酸解法将废弃蛋白质进行转化，由江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室提供，可滴定氢离子浓度为5.23 mol∙L^-1，酸性极强（pH<1），游离氨基酸质量浓度为124 g∙L^-1，氮、磷、钾的质量浓度分别为12.44、0.62、1.08 g∙L^-1。

木霉生物有机肥：由木霉固体菌种（由南京思农生物有机肥研究院有限公司提供，w=5%）与腐熟秸秆（由江苏国信协联能源有限公司提供，w=95%）混合而成。木霉固体菌种的理化性质如表1所示。

液体有机肥：由淀粉质原料发酵液浓缩而成，富含氨基酸、肽、糖、有机酸等多种营养物质，有机质质量分数为22%，由江苏国信协联能源有限公司提供。

1.3 试验地点及土壤理化性状

试验地位于吉林省白城市镇赉县建平乡苏欣农场（46°5′27″N、123°2′31″E）。气候类型属于温带大陆性季风气候，年平均气温为4.9 ℃，年平均降水量为402 mm，年平均无霜期为152 d。该地区土壤的pH为9.01± 0.23，盐分质量比为（6.38±0.52） g∙kg^-1，是典型的苏打盐碱土，电导率（EC）为（532.648±3） μS∙cm^-1，有机质质量比为（8.55±1.24） g∙kg^-1，碱解氮质量比为（39.85±4.17） mg∙kg^-1，速效磷质量比为（15.3±2.6） mg∙kg^-1，速效钾质量比为（208±28） mg∙kg^-1。

1.4 试验方法

1.4.1 试验设计

试验共设置7 个处理，如表2所示，随机区组排列，每个小区面积为52（5.2×10） m²。所有基肥通过旋耕混匀，追肥采用液体有机肥（225 kg∙hm^-²），通过滴灌施入。

1.4.2 样品采集

玉米种植2 个月后，采集植株样品测量生理指标，并采集土样进行土壤理化性质的测定。其中株高、根长使用皮尺和直尺进行测量，茎直径使用游标卡尺测量，地上部鲜质量、地下部鲜质量使用天平测定。将称完鲜质量后的玉米植株放入牛皮纸信封，置于烘箱中在105 ℃下杀青30 min，然后在75 ℃下烘干至质量恒定，得到干物质质量。

土壤pH（m_水∶m_土=2.5∶1）使用pH计测定；盐分质量比（m_水∶m_土=5∶1）利用电导法测定；有机质质量比的测定采用K₂Cr₂O₇外加热法；速效氮质量比利用1 mol∙L^-1NaOH碱解扩散法测定；速效磷质量比利用0.5 mol∙L^-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾质量比利用1 mol·L^-1醋酸铵浸提-火焰光度法测定。

1.5 数据处理

植物生理指标以及土壤理化性质数据使用Microsoft Excel 2016软件进行统计，利用SPSS 26软件进行单因素方差分析（ANOVA），采用Duncan法进行多重比较，显著性水平设定为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤理化性质的影响

2.1.1 不同处理对土壤pH和盐分质量比的影响

如图1所示，各施肥处理均显著降低了土壤pH和盐分质量比。与CK相比，CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的pH分别下降了2.65%、2.85%、2.85%、4.24%、2.69%、6.43%，其中CBOF处理降低pH的效果最好，且与CG、COF、AF、BOF之间的差异具有统计学意义，但与NOF之间的差异不具有统计学意义（图1-a）。

CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的盐分质量比较CK分别下降5%、6%、7%、8%、8%、9%，CG与COF之间、COF与AF之间、AF与NOF之间、NOF与BOF之间、BOF与CBOF之间土壤盐分质量比的差异不具有统计学意义（图1-b）。

2.1.2 不同处理对土壤有机质的影响

如图2所示，施肥处理的有机质质量比均显著高于CK，CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的有机质质量比较CK分别增加32.14%、37.44%、25.08%、90.37%、63.73%、86.14%。其中NOF和CBOF处理的有机质质量比最高，且与CG、COF、AF、BOF之间的差异具有统计学意义。

2.1.3 不同处理对土壤速效养分的影响

如图3所示，CK的速效养分含量相对较低。CG、COF，AF、NOF、BOF、CBOF的碱解氮、速效磷、速效钾的质量比均显著高于CK，且差异具有统计学意义。各处理中，NOF、CBOF的速效养分质量比相对较高。

2.2 不同处理对玉米生长的影响

2.2.1 不同处理对玉米株高、茎直径的影响

如图4所示，CK的植株最低，为20.03 cm，施肥处理的株高均显著高于CK，且差异具有统计学意义。CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的株高较CK增加14.64%、19.47%、13.48%、35.27%、30.95%、35.44%，NOF、CBOF的株高显著高于CG、COF、AF，且差异具有统计学意义。CK的茎直径最小，CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的茎直径显著高于CK，且差异具有统计学意义，分别较CK增加38.85%、48.92%、28.05%、76.26%、73.38%、125.90%。可见，施肥处理中，CBOF的综合促生效果最显著，其次是NOF与BOF。

2.2.2 不同处理对玉米根长的影响

如图5所示，CK的根长数值最低，而CG、COF、AF、NOF、BOF、CBOF的根长显著增加，分别较CK增加23.51%、25.50%、18.54%、33.44%、57.28%、79.14%。其中BOF、CBOF的根长数值显著高于其他施肥处理，且差异具有统计学意义。

2.2.3 不同处理对玉米生物量的影响

如图6所示，施肥处理的生物量均显著高于CK。单施无机改良剂、有机肥料均可促进玉米生长，而无机改良剂与木霉生物有机肥配施（CBOF）的效果最显著。

3 讨论

我国东北地区盐碱地类型以苏打型盐碱土为主，其特点是pH高且钠离子活性强^[17]。目前国际上惯用的改良盐碱地的方法主要有物理工程、化学改良、生物修复三大类，通过改善盐碱土的理化性质，提高土壤肥力和作物产量，促进盐碱地的可持续利用和生态环境的改善。然而当前常用的改良策略仍有各种缺点。物理改良的脱盐效率高，可以使盐分质量比从19 g∙kg^-1降至8 g∙kg^-1[18]，但其成本过高，且对淡水的需求量极大^[19]，难以大规模推广。化学改良通过离子交换（Ca²⁺置换Na⁺）降低碱化度^[20]，但因需要反复施用容易造成二次污染。使用耐盐作物（如碱茅）进行生物修复，由于生物量有限，仅能改良利用轻度盐碱地^[21]，并且周期较长，还需配套盐分移除措施^[19]。据推算，全球碱土约占陆地面积的25%，且盐土面积以1.0×10⁶~1.5×10⁶ hm²∙a^-1的速度扩张^[22-23]。而我国盐碱化的土地面积已经达到了1.0亿hm²，约占我国土地面积的10%，此外，由于受到降水和海水侵蚀等多方面影响，尚有1.7×10⁷ hm²左右的土壤存在潜在盐碱化的可能^[24]。因此，探索低成本、高效且环境友好的复合改良模式成为研究热点。

本试验通过将木霉生物有机肥与化学改良剂（柠檬酸石膏、酸解氨基酸等）结合，探索生物与化学协同改良苏打碱土的新途径。柠檬酸石膏作为钙源提供Ca²⁺，通过离子交换降低土壤钠吸附比和pH^[25-27]，其含有的SO₄²^-也能促进盐分淋洗^[21]。酸解氨基酸提供可直接被植物吸收的有机氮和小分子营养物质^[28]。生物有机肥通过提升土壤有机质、改善团聚体结构、激活微生物区系而发挥改良作用^[29]。本试验中，柠檬酸石膏、秸秆有机肥与酸解氨基酸单施及配施均在一定程度上改善了土壤理化性质，促进了玉米生长，其中三者配施（NOF）的效果尤为显著，这与前人研究结果相符。值得注意的是，柠檬酸与有机肥配施时，腐殖酸可包裹钙离子形成缓释体系，从而进一步延长改良效果^[28]。

木霉（Trichoderma spp.）作为一类具有广谱促生与抗逆功能的益生真菌，在盐碱地改良中展现出巨大潜力。木霉主要通过以下机制发挥作用：①通过竞争营养和生态位点抑制病原菌^[30]；②通过分泌植物生长调节物质如IAA、GA₃等直接促进作物生长^[31]；③产生几丁质酶等水解酶类重寄生土传病原菌^[32-33]；④激活植物抗氧化系统（SOD、POD、CAT）以提高抗性^[34]。多项田间试验表明，木霉生物有机肥在盐碱地改良利用中效果显著。例如，绿色木霉Tv-1511在滨海盐碱地使玉米生物量接近翻倍，碱斑面积减少80%^[35]；在江苏南京的水稻示范田中，木霉处理较对照增产约2 250 kg∙hm^-²^[36]。此外，木霉还表现出较强的耐盐能力。如绿色木霉Tv-1511能在400 mmol∙L^-1 NaCl条件下正常生长，并通过提升作物光合效率（Fv/Fm和Y（Ⅱ）提高20%~35%）和延长功能叶期实现增产^[37]。崔皓钧等^[38]和于亚楠等^[39]的研究也分别证实了木霉在提升水稻耐盐性和甘蓝产量方面的积极作用。木霉还通过竞争、重寄生和诱导系统抗性等方式抑制病原菌，增强作物的抗病性^[40-41]。其菌丝网络包裹土壤颗粒形成团聚体，使得土壤有机质提升86.14%^[15]。因此施用木霉生物有机肥可以有效降低土壤pH，改善盐碱土质地，提高土壤质量^[42]。本研究中，木霉生物有机肥与柠檬酸石膏配施（CBOF）表现出最佳的改良效果，其机制可归纳为以下3方面。第一，木霉分泌的草酸、柠檬酸等有机酸与柠檬酸石膏提供的Ca²⁺协同作用，加速Na⁺的置换与淋洗；第二，木霉通过分解有机质释放养分，并以其菌丝网络促进土壤团聚结构形成，从而提升土壤有机质和速效养分含量；第三，木霉通过分泌植物激素（如IAA、GA₃）和诱导系统抗性，直接刺激玉米根系发育与茎直径增长，并增强其抗氧化胁迫能力。CBOF处理使玉米茎直径增加125.90%，土壤有机质提升86.14%，充分体现了生物-化学协同改良的叠加效应。

尽管木霉单一菌剂已显示出良好效果，但其功能仍存在一定局限性。未来研究可重点围绕以下方向展开。一是构建木霉与固氮菌、解磷菌等功能菌的复合体系，通过营养功能互补强化碳-氮-磷循环，提升盐碱地综合肥力。荣子惠等^[10]报道的耐盐碱芽孢杆菌与木霉在胞外多糖和生长素协同方面的潜力值得关注。二是解析复合菌剂对土壤微生态的长期调控机制。利用宏基因组学等技术研究菌群互作及其对根际微环境、有机质周转和病原抑制的持续影响，为盐碱地微生物修复提供理论依据。乳酸菌与木霉在调节氧化还原电位和根际定殖方面的协同效应^[11]，以及真菌-细菌互作增强作物渗透调节能力的现象^[9]均为复合菌剂设计提供了思路。

综上所述，木霉生物有机肥与化学改良剂配施可通过理化改良与生物调控的协同作用，有效降低苏打碱土pH与盐分，提升土壤肥力，促进作物生长，是一种具有推广应用前景的盐碱地改良模式。后续研究应致力于优化菌剂组合、明确其田间稳定性与生态效应，推动该技术向标准化、规模化方向发展。

4 结论

试验中不同施肥处理均可降低土壤的pH和盐分质量比，同时可以提高土壤的有机质和速效养分质量比，促进玉米生长，增加生物量，缓解盐胁迫。综合土壤指标与植株生理指标，改良效果较好的是木霉生物有机肥与柠檬酸石膏的综合处理，其次是柠檬酸石膏、牛粪有机肥、酸解氨基酸三者的综合处理。未来的研究应进一步探索不同施肥处理对盐碱地改良的长期效果，以及其对环境的可持续性影响，为苏打盐碱地改良提供技术支持。

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