腐殖酸在修复温室大棚污染土壤中的应用

Application of Humic Acid in Remediation of Greenhouse Contaminated Soil

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.03.003

冯桂文 Guiwen FENG , 王连林 Lianlin WANG , 张学刚 Xuegang ZHANG , 王树柏 Shubai WANG

河北省玉田县农业农村局河北玉田 064100 Agriculture and Rural Bureau of Yutian County, Hebei Province, Yutian, Hebei 064100, China

Author notes:

Correspondence to: 王连林(1962—)，男，大学本科，农业技术推广研究员，主要从事新型肥料研究与新技术推广工作；ytwll2008@126.com

摘要：

多年的连作障碍和盲目大量施用各种化学肥料，温室大棚土壤出现盐分积聚、病虫害加剧的问题，导致农产品产量和品质下降，甚至造成作物无法正常生长。小试及验证试验结果表明，采用腐殖酸20 kg/m²+枯草芽孢杆菌3 g/m²治理污染土壤，具有明显的土壤改良效果，试种的玉米和黄瓜长势良好。在此基础上，开展了以黄瓜为试验对象的腐殖酸+枯草芽孢杆菌治理温室大棚污染土壤的示范试验。结果表明，土壤治理后，黄瓜增产率为15.5%，温室大棚土壤理化性状主要检测指标均有所改善。腐殖酸与枯草芽孢杆菌配合使用，取得了较为理想的土壤改良效果。

关键词：

腐殖酸; 枯草芽孢杆菌; 温室大棚; 土壤修复; 应用研究;

Abstract：

Years of continuous cropping obstacles and blind application of various chemical fertilizers have led to the accumulation of salt in the greenhouse soil and the aggravation of pests and diseases, resulting in a decline in the yield and quality of agricultural products, and even the failure of normal growth of crops. The results of the small test and verification test show that the use of humic acid 20 kg/m² + bacillus subtilis 3 g/m² to treat polluted soil has obvious soil improvement effect, and the experimental maize and cucumber grow well. On this basis, a demonstration test of humic acid + bacillus subtilis treatment of greenhouse polluted soil is carried out with cucumber as the test object. The results show that after soil remediation, the yield increase rate of cucumber is 15.5%, and the main detection indexes of physical and chemical properties of greenhouse soil are improved. The combined use of humic acid and bacillus subtilis has achieved a relatively ideal soil improvement effect.

Keyword：

humic acid; bacillus subtilis; greenhouse; soil remediation; applied research;

1 温室大棚土壤污染的状况、成因分析与小试

1.1 温室大棚污染土壤养分状况

我国保护地蔬菜栽培有着悠久的历史，尤其是我国北方大面积的保护地蔬菜种植的发展，不仅丰富了人们的菜篮子，而且也为菜农带来了巨大的经济收入。但多年的连作障碍、追求高产、盲目施用各种肥料，造成土壤盐分积聚、病虫害加剧，导致农作物产量降低、品质下降，甚至出现农作物无法正常生长等情况。2019年河北省遵化市团瓢庄乡山里各庄村某村民因盲目追求高产，大量施用化学肥料、未经腐熟的畜禽粪便、糖醇类有机肥，以及不合理使用激素，造成面积为0.2 hm²的温室大棚土壤被毒化，黄瓜出苗后死亡，就连较耐不良环境的玉米、大豆均出苗后死亡。被毒化的土壤表面湿润时呈绿色，干燥时呈赤红色，见图 1。

图 1

温室大棚土壤污染状况

唐山天予环境检测有限公司对该温室大棚土壤进行取样检测，土壤常规养分状况及盐碱化状况检测结果见表 1和表 2^[1]。

表 1

温室大棚土壤常规养分状况检测结果

检测项目	测定值	评价标准参考值	评价结果
w(有机质)/%	3.2	＞2.5	丰富
w(全氮)/%	0.2	＞0.10	丰富
w(速效氮)/(mg·kg^-1)	463	＞300	偏高
w(有效磷)/(mg·kg^-1)	398.1	＞90	偏高
w(速效钾)/(mg·kg^-1)	1 033	＞240	偏高
w(缓效钾)/(mg·kg^-1)	3 246
w(有效铜)/(mg·kg^-1)	1.56	1~2	高
w(有效锌)/(mg·kg^-1)	2.16	2~4	高
w(有效铁)/(mg·kg^-1)	58.79	＞20	很高
w(有效锰)/(mg·kg^-1)	39.1	＞30	很高

表 2

温室大棚土壤盐碱化状况检测结果

检测项目	测定值	评价标准参考值	评价结果
pH	8.4	7.5~8.5	碱性
w(土壤含盐量)/(g·kg^-1)	2.1
w(交换钙)/(mg·kg^-1)	51	< 240	极缺
w(交换镁)/(mg·kg^-1)	28	< 60	极缺
w(K⁺)/(mg·kg^-1)	547
w(Na⁺)/(mg·kg^-1)	191
w(SO₄^2-)/(mg·kg^-1)	135	＞40	偏高
w(CO₃^2-)/(mg·kg^-1)	0
w(HCO₃^-)/(mg·kg^-1)	372
w(Cl^-)/(mg·kg^-1)	174
w(碱解氮)/(mg·kg^-1)	651.6	＞300	严重污染

1.2 污染原因分析

根据测定结果，结合国家标准《土壤环境质量标准》(GB 15618—2008)，分析了该温室大棚土壤污染的主要原因。

1.2.1 土壤盐渍化

长期过量施用化肥，作物无法完全吸收，最后残留在土壤中，造成温室大棚土壤含盐量上升，达到2.1 g/kg，较常规温室大棚土壤盐分质量分数0.125 g/kg高1 580%；水分蒸发后，盐分留在土壤表层，经氧化逐渐呈现红色。经检测，该温室大棚的土壤pH为8.4，比常规温室大棚的土壤pH(6.5~7.5)高12.0%~29.2%。

1.2.2 土壤富营养化

检测结果显示，该温室大棚的土壤全氮质量分数达到0.2%，高于评价标准参考值1.00倍，达丰富水平；有效磷质量分数为398.1 mg/kg，达到评价标准参考值90 mg/kg的4.42倍；速效钾质量分数为1 033 mg/kg，达到评价标准参考值240 mg/kg的4.30倍；由于大量施用化肥，导致SO₄^2-质量分数达到135 mg/kg，为评价标准参考值40 mg/kg的3.38倍。此外，田间管理不当，深耕深松作业不足，因土壤板结不透水和蒸发量过大引起多种盐分离子富集在土壤表面，适宜藻类生存；当土壤表面失水变干后，藻类死亡，藻类残体就呈现赤红色。

1.2.3 氮肥超量施用

氮素的富集使土壤中硝酸盐含量积累并增加。王海候等^[2]提出：蔬菜地土壤硝酸盐累积量安全范围为0~150 mg/kg，污染临界点为200 mg/kg，超过300 mg/kg为严重污染水平。该温室大棚土壤中硝酸盐的测定结果为651.6 mg/kg，为严重污染水平的2.17倍。高含量的硝酸盐会引起作物对矿质元素吸收的不平衡，造成铁、锰中毒和出现锌、铜缺乏症，试验结果也充分证明了该温室大棚作物出苗后，因铁、锰含量高，导致作物中毒死亡。

1.3 温室大棚污染土壤治理小试

根据温室大棚土壤污染现状及成因分析，结合各种生物、化学土壤改良方法，设置了以下小试治理方案：处理1，腐殖酸10 kg/m²+枯草芽孢杆菌5 g/m²；处理2，腐殖酸20 kg/m²+枯草芽孢杆菌3 g/m²；处理3，生牛粪35 kg/m²+复合发酵菌(含解淀粉芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌)3 g/m²；处理4，熟石灰0.5 kg/m²；处理5，对照，不施用腐殖酸和任何菌剂。每个处理小区面积12 m²(2 m× 6 m)，于2020年5—6月实施，最终验证处理2的效果较理想，试种作物玉米长势良好，见图 2~4。

图 2

对照处理的玉米长势

图 3

处理2的玉米长势

图 4

不同处理的玉米生长情况

1.4 温室大棚污染土壤整体治理方案验证

在温室大棚污染土壤治理小试取得成功后，于2020年7月13日制定了温室大棚污染土壤治理改良示范方案：单棚1亩(1亩=667 m²)施用13.34 t腐殖酸与2 kg枯草芽孢杆菌的混合物并进行深耕，然后浇水进行螯合与菌剂活化培养，10 d后再进行旋耕。土壤治理后用边行播种黄瓜进行验证，结果显示黄瓜长势良好，见图 5。

图 5

土壤改良后试种黄瓜长势情况

2 温室大棚污染土壤治理示范方案的应用

2.1 示范方案

在小试、验证性试验的基础上，结合农户多年种植黄瓜用肥种类、管理情况，制定了以下示范方案。

(1) 肥料应用。依据检测的土壤养分状况，调减大量元素化肥底施用量；追肥依据作物生长情况，适量适期补充中微量元素水溶肥。

(2) 控水降湿。将过去的大水漫灌改为滴灌，调节棚室内土壤湿度，以抑制盐分离子向土壤表层集聚。

(3) 示范实施。示范于2020年9月3日开始，先将腐殖酸与枯草芽孢杆菌混合，然后均匀地撒施在土壤表面，深翻30 cm后灌水；3~5 d待土壤表面略干后，旋耕2次，使腐殖酸与土壤充分混合；旋耕后按大行距80 cm、小行距40 cm开沟，撒施底肥，覆土做畦，然后在小行距上铺设滴灌管，上覆地膜；9月10日进行黄瓜移栽，种植密度为4 000~ 4 200株/亩。

(4) 田间管理。黄瓜栽植后，及时灌溉定植水；50%的植株见雌花后浇第一水，以后依据土壤干湿程度，每10~15 d浇一次小水，一般滴灌时间不超过2 h；待黄瓜秧爬满架时冲施第一次水溶肥，间隔40~50 d冲施第二次水溶肥。全生育期未发生严重病害，故未打药。

2.2 治理成效

上述示范方案在土壤被污染的温室大棚中应用，达到了改土、恢复作物正常生长的目的，同时由于腐殖酸的施入，进一步提高了土壤有机质含量和微生物活力，增产增收效果显著。按有机肥250.0元/t、复合肥(17-17-17)3.5元/kg、磷酸二铵4.2元/kg、腐殖酸320.0元/t、枯草芽孢杆菌32.0元/kg、水溶肥8.0元/kg计，治理前后成本投入、产量及收入见表 3~5。

表 3

温室大棚污染土壤治理前后投入情况

项目	施肥方式	肥料品种及用量	投入成本/(元·亩^-1)
项目	施肥方式	肥料品种及用量	肥料	人工	总计
治理前2年	基肥	有机肥12 t/亩，复合肥(17-17-17)40 kg/亩，磷酸二铵10 kg/亩	3 182.0	3 750.0	7 172.0
治理前2年	追肥	全生育期追施水溶肥3次，每次10 kg/亩	240.0	3 750.0	7 172.0
治理后	基肥	腐殖酸13.34 t/亩，枯草芽孢杆菌2 kg/亩，复合肥(17-17-17)25 kg/亩，磷酸二铵10 kg/亩	4 462.3	3 750.0	8 372.3
治理后	追肥	全生育期追施水溶肥2次，每次10 kg/亩	160.0	3 750.0	8 372.3

表 4

温室大棚污染土壤治理前后黄瓜产量

项目	产量/(kg·亩^-1)	增产量/(kg·亩^-1)	增产率/%
治理前2年	5 417
治理后	6 259	842	15.5

表 5

温室大棚污染土壤治理前后黄瓜产投效益

项目	产量/ (kg·亩^-1)	产值/ (元·亩^-1)	投入成本/ (元·亩^-1)	纯收益/ (元·亩^-1)	产值增减/ (元·亩^-1)	效益增减/ (元·亩^-1)	产投比
治理前2年	5 417	39 002.4	7 172.0	31 830.4			1∶5.44
治理后	6 259	45 064.8	8 372.3	36 692.5	6 062.4	4 862.1	1∶5.38
注：1)黄瓜市场平均价格7.2元/kg

由表 3可知：温室大棚土壤治理前后在人工投入上基本相同；通过增施腐殖酸、枯草芽孢杆菌，活化土壤中磷、钾养分，减少氮素流失，适当减少了复合肥的投入量；依据生长期黄瓜发育情况，调减了1次水溶肥的施用。

由表 4可看出，采用腐殖酸和枯草芽孢杆菌对污染土壤进行治理，不仅达到了治理污染土壤的目的，而且增产效果显著。

由表 5可知，温室大棚污染土壤治理后，黄瓜生长发育良好，增产增收效果明显。

2.3 治理后土壤理化性状的变化

在黄瓜拉秧后，检测温室大棚土壤的理化性状，主要指标变化见表 6。

表 6

温室大棚污染土壤治理前后的土壤理化性状主要指标

项目	治理前	治理后	评价标准参考值	治理后评价结果	变化幅度/%
w(有机质)/%	3.20	3.31	＞2.5	丰富	3.44
w(全氮)/%	0.200	0.104	＞0.10	丰富	-48.00
w(速效氮)/(mg·kg^-1)	463	376	＞200	偏高	-18.79
w(有效磷)/(mg·kg^-1)	398.1	160	＞90	偏高	-59.81
w(速效钾)/(mg·kg^-1)	1 033	642	＞240	偏高	-37.85
pH	8.4	7.9			-5.95

由表 6可知，施用腐殖酸加枯草芽孢杆菌后，温室大棚土壤主要营养指标虽仍偏高，但各项指标值随着施肥结构的调整，已开始趋于合理。

3 结语

通过试验探索了腐殖酸与枯草芽孢杆菌联合治理污染土壤的配伍用量及应用方法，土壤治理后的温室大棚实现增产黄瓜842 kg/亩，增产率为15.5%，产值增加6 062.4元/亩，效益增加4 862.1元/亩。

ckwx 参考文献

佚名. 土壤养分丰缺临界指标[EB/OL]. (2018-08-29)[2022-07-06]. https://wenku.so.com/d/c17e71489b28fecc99d9e86236f2beb1.

王海候, 沈明星, 陆长婴, 等. 苏州市菜地土壤硝酸盐累积现状与特征分析[J]. 江苏农业科学, 2009(3): 355-356.