兰州百合（Lilium davidli var. unicolor）是典型的高原山地蔬菜、甘肃省名优特产，药、食两用，经济价值极高，主要分布于兰州周边二阴山区，旱作。近年来，随着高原山地蔬菜栽培产业专业化、规模化发展，兰州百合连作障碍普遍发生，土壤环境退化以及产量品质劣变，给农户造成重大经济损失。目前，兰州百合连作障碍已成为限制高原山地蔬菜产业发展的重要因素。

高丰度病原真菌的积累、植物有益微生物的减少、土传病害的发生（自毒物质逐年积累导致）、土壤养分含量和酶活性的下降是连作障碍发生的主要原因^［1-5］。微生物菌剂是一类含有益活体微生物的肥料，可以减轻兰州百合、西瓜、棉花、茄子等经济作物的连作障碍^［6-9］。土壤熏蒸与微生物菌剂连用在设施蔬菜连作障碍治理应用中有较好的作用效果，本课题组在设施茄子连作障碍中得到相似结论，但是该方法并不适用于兰州百合连作障碍的治理。由于早春低温干旱，熏蒸剂在短时间内分解不彻底，对百合植株产生药害，微生物菌剂单施效果更好，而且能够有效消减威百亩所产生的负作用^［10］。因此，寻求新方法来缓解兰州百合的连作障碍刻不容缓。

硅作为地壳中第二丰富的元素，对植物的生长及生理功能具有极为重要的作用^［11-12］。同时，硅肥能够促进作物的光合作用以及有机物的积累，改善土壤环境、增加植株养分供应、减少作物重金属的积累，改善作物外观与食味品质^［13-17］。符慧娟等^［18］研究表明，硅肥不仅改善土壤肥力、增加土壤酶活性、提高油菜产量，还有效抑制油菜根肿病的发生。Wang等^［19］指出，硅肥能够促进普通白菜生长，降低重金属含量，并且能够提供与重金属抗性和植株生长有关的细菌。吕海龙^［20］认为，硅肥与生物有机肥配施不但可以显著提高设施茄子连作土壤酶活性、增加茄子产量、优化其品质，而且能够有效缓解日光温室茄子连作障碍。

为寻求缓解或克服兰州百合连作障碍的有效方法，本研究选用硅肥与微生物菌剂配施，施用携带针对性的拮抗菌和其他有益菌的微生物菌剂以及配施微量营养元素来调节土壤理化性状、养分平衡以及微生物区系，以期为兰州百合连作土壤的修复治理提供新的理论依据。

试验于2019年3月至2020年9月在甘肃省临洮县中铺镇蒋家山村进行（35°49′11″—35°49′13″N，103°53′12″—103°53′14″E，平均海拔2 330 m）。该区域位于兰州、榆中、临洮交界处，七道梁山顶东南部，地处高山坡地，土层深厚，保水性强，肥力中等；气候温凉，半湿润，无霜期较短，是典型二阴山区，食用百合种植历史达140年，是兰州百合主产区。

百合种球：选用一级商品种球，种球质量17±2 g，根系健壮、无腐烂、色白、无分头、大小均匀。

肥料：硅肥（SiO₂：70%±3%），廊坊五和农业科技有限公司生产。

微生物菌剂：特8™菌剂由青岛远辉生物环保科技有限公司提供（存有22类菌群，总数达15 000 cfu·g^-1，有机质含量≥70%）。

选择连作9年的兰州百合田，土壤有机质含量11.60 g·kg^-1、碱解氮32.58 mg·kg^-1、速效钾180.98 mg·kg^-1、速效磷19.63 mg·kg^-1、电导率（EC）1.22 S·cm^-1、pH 7.97。试验采用单因素随机区组设计，共设置4个处理（CK，空白；SF，硅肥；MF，特8^TM菌剂；SMF，特8^TM菌剂+硅肥）。每处理5次重复，小区面积2 m×5 m，栽植株行距为0.15 m×0.30 m。

种植百合时为确保百合生长所需的养分，各处理均需施用相同种类和等量的基肥（羊粪）及追肥（磷酸二氢铵和尿素），最大程度地避免了其他肥料对本研究结果的影响（正常田间管理）。2019年4月中下旬播种时，菌剂按67.5 L·hm^-2的用量，将其稀释（1∶150），一次性施入；8月初施微生物菌肥的同时增施硅肥，硅肥按30 kg·hm^-2的用量，开沟施肥后覆土。2020年试验样地于7月初施肥，施肥处理与2019年相同。田间管理措施均按照农户常规方法进行管理，采用旱作栽培，无灌溉。

在生长旺盛期（2019年8月29日、2020年7月28日），每小区随机选择5株长势一致的百合植株进行株高、茎粗、地上（地下）部干（鲜）重、根系活力测定。株高用卷尺测量（根颈至生长点）；茎粗用数显电子游标卡尺测定（根颈直径）；将植株从根颈处切断，用电子小称先称植株鲜重，然后将植株在105 ℃下杀青15 min后，60 ℃下烘干至恒重，用电子小称称其干重；根系活力测定采用TTC法^［21］。

在距离植株根系10 cm、深度20 cm处使用土钻采集土样，每小区采集5份土壤样品混合过1 mm筛。取出一份土壤样品置于4 ℃冰箱保存，用于土壤微生物数量测定；另一份土壤样品置于荫凉处自然风干，用于土壤理化性状及土壤酶活性等指标的测定。

土壤微生物采用稀释涂布平板法测定。真菌、细菌、放线菌的培养分别采用马丁氏培养基、牛肉膏蛋白胨培养基、高氏一号培养基。

用HANNA HI8314便携式pH仪表按照V_土∶V_水=1∶5测定土壤pH值，土壤碱解氮采用碱解扩散法测定，速效磷采用0.5 mol·L^-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用1.0 mol·L^-1醋酸铵浸提-火焰光度法，有机质采用重铬酸钾容量法，有效硅含量采用0.025 mol·L^-1柠檬酸浸提-硅钼蓝比色法^［22］；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾标定法，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸（DNS）比色法，脲酶活性采用靛酚比色法，碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法^［23］测定。

采用Microsoft Excel 2010软件进行原始数据处理及图表绘制，SPSS 22.0统计软件进行方差分析，利用Duncan’s多重比较法进行差异显著性检测（P<0.05）。

采用模糊数学隶属函数法^［24］对不同施肥处理后连作兰州百合土壤理化性状及酶活性进行分析，综合评价不同施肥处理的作用效果，将隶属函数值进行累加，求取平均值，平均值越大，则该施肥处理的综合效果最好。隶属函数值U（X_i）＝（X_i-X_min）/（X_max-X_min），反隶属函数值U（X_i）＝1-（X_i-X_min）/（X_max-X_min）。

采用Canoco 5软件对土壤理化性状与土壤酶活性及可培养微生物进行冗余分析（RDA redundancy analysis）。

相较于植株的单一生长指标，综合生长指标可以更加稳定、全面地反映植株的生长情况（表1）。不同年份，SF、MF、SMF处理的各综合指标均高于CK处理。2019年SF处理的茎粗/株高显著高于CK 17.39%，SF、MF、SMF处理的根冠比（干重）分别显著高于CK 6.14%、14.91%、17.54%，MF、SMF处理的壮苗指数显著高于CK 7.07%、20.48%；2020年SF、MF、SMF处理的茎粗/株高分别显著高于CK 3.03%、6.06%、6.06%，SF、MF、SMF处理的根冠比（鲜重）分别显著高于CK 4.44%、5.78%、10.22%，SF、MF、SMF处理的壮苗指数分别显著高于CK 16.26%、21.22%、26.88%。

根系作为植株的吸收与合成器官，其活力水平会对植株的生育情况产生直接影响（图1）。不同年份，SF、MF、SMF处理的根系活力均显著高于CK处理。2019年SF、MF、SMF处理的根系活力分别显著高于CK 3.96%、18.19%、28.70%，2020年SF、MF、SMF处理的根系活力分别显著高于CK 2.69%、2.70%、8.64%。

土壤酶作为具备高度催化作用的一类蛋白质，其活性与土壤养分密切相关，具有反映土壤养分转化活动强弱以及表征土壤肥力的功用。与CK相比，SMF处理显著提高了土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性，改善了土壤环境，增加了土壤肥力（表2）。2019年SMF处理的蔗糖酶显著高于CK 6.06%，SF、MF、SMF处理的脲酶分别显著高于CK 16.23%、13.16%、18.86%，SF、SMF处理的碱性磷酸酶显著高于CK 24.81%、30.08%，MF、SMF处理的过氧化氢酶显著高于CK 12.03%、8.85%；2020年SF、MF、SMF处理的脲酶分别显著高于CK 11.67%、12.22%、21.67%，SMF处理的碱性磷酸酶显著高于CK 6.54%。

土壤微生物数量变化与植物生长状况密切相关。从土壤微生物角度来说，减少有害真菌数量，提高细菌真菌比可使土壤微生物群落结构对植株的生长更为有利。与CK相比，不同年份各处理的土壤细菌数量显著增加，真菌数量和放线菌数量均显著减少（图2）。2019年SF、MF、SMF处理的土壤细菌数量分别显著高于CK 17.36%、10.42%、27.78%，SF、SMF处理的土壤真菌数量显著低于CK 75.00%、62.50%，SF、MF、SMF处理的土壤放线菌数量显著低于CK 40.17%、24.79%、32.48%；2020年SMF处理的土壤细菌数量显著高于CK 22.45%，SF、SMF处理的土壤真菌和放线菌数量分别显著低于CK 40.00%、53.33%和24.39%、14.63%。

不同施肥处理对连作兰州百合土壤理化性状的直接影响表现为土壤酶活性、土壤速效养分、pH以及微量元素含量等指标的变化（表3）。随着施肥时间的推移，有机质、速效磷、速效钾和有效硅含量显著增加，且各处理土壤理化性状变化复杂。2019年MF、SMF处理的速效钾显著高于CK 33.95%、12.68%，SF、SMF处理的有效硅含量显著高于CK 6.32%、8.86%，而SF和SMF处理的碱解氮、有机质、速效磷与CK相比均显著降低。2020年SF、MF、SMF处理的碱解氮分别显著高于CK 16.67%、14.75%、14.28%，SF、MF、SMF处理的速效钾分别显著高于CK 6.50%、5.20%、9.99%，MF、SMF处理的有机质和速效磷分别显著高于CK 18.06%、13.53%和4.19%、21.70%，SMF处理的pH值显著低于CK 1.09%，SF、MF、SMF处理的有效硅含量分别显著高于CK 10.95%、8.23%、17.67%。

单个指标不能综合体现不同施肥处理对连作兰州百合土壤理化性状及酶活性的作用效果，运用隶属函数分析可以从多指标测定基础上对其作用效果进行综合评价，能够更有效、直观地表明某处理的优越性。因此，本试验采用隶属函数分析法对不同施肥处理连作兰州百合土壤碱解氮、有机质、速效磷、速效钾、有效硅含量及蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性和pH值进行了综合评价（表4）。2019年与2020年SF、MF、SMF处理的隶属函数平均值均大于CK，且不同施肥处理对连作兰州百合土壤理化性状及酶活性的综合作用效果SMF>MF>SF>CK。由此可知，硅肥与微生物菌剂配施对缓解兰州百合土壤连作效果最佳。

RDA分析能够整体反映不同施肥处理下连作兰州百合土壤理化性状与土壤酶活性及可培养微生物之间的关系。如图3所示：轴1、轴2的特征值累积解释总变量为46.96%，表明排序能较好地反映土壤理化性状与酶活性及可培养微生物之间的关系。pH与真菌数量、有机质含量，有机硅含量与真菌数量，速效钾含量与脲酶活性，速效磷含量与蔗糖酶活性,碱解氮与碱性磷酸酶活性夹角最小，相关性较强，脲酶活性、碱性磷酸酶活性、蔗糖酶活性与有机质含量、有机硅含量、速效钾含量、碱解氮正相关，与pH负相关，说明土壤酶活性与土壤理化性状具有协同作用。真菌数量、放线菌与有机质含量、有机硅含量、速效钾含量、碱解氮之间的夹角大于90°，土壤真菌和放线菌对有效硅、有机质、速效钾、碱解氮呈负相关，说明病原菌对土壤理化性状具有显著影响。脲酶活性箭头最长，说明脲酶活性与土壤理化性状的关联性最强、在轴1左侧，SMF处理到各指标射线的截距离箭头最近，说明硅肥与微生物菌剂配施的土壤养分最好，且作用效果最显著。

本研究表明，不管是硅肥与微生物菌剂单施亦或是配施均有效提高兰州百合植株综合生长指标与根系活力。微生物菌剂所含的大量特殊功能微生物，通过迅速繁殖，形成优势种群，有效抑制病原菌繁殖，增强植株抗病抗逆能力，加之与硅肥配施进一步提高了兰州百合根系活力，从而增强百合植株获取养分的能力，保障了百合植株正常生育。吕海龙^［20］研究发现，施入硅肥可增加连作茄子土壤孔隙度、空气通透性，减少土壤板结，增强根系活力，提高植株农艺性状；与生物有机肥配施促进了茄子对土壤中N、P、K以及微生物有机肥的吸收利用，从而显著提高了茄子植株的生长。Chen等^［25］发现外源施硅可抑制水稻干旱胁迫下根系活力的下降，保证根系功能的正常发挥。张立彭等^［10］发现，连作兰州百合土壤中施入微生物菌剂不仅优化了土壤生态条件、增加了连作土壤的健康性，还有效缓解威百亩产生的负面效应，增加百合植株壮苗指数及根冠比。

土壤微生物是判定土壤微生态系统是否受到干扰或污染最直接的生物学指标，对植株生长、土壤有效养分的吸收及转化、土壤生态环境的修复有着至关重要的作用。土壤微生物数量及种类与连作障碍的发生紧密相关^［26-27］。长期连作导致高丰度病原真菌的积累和植物有益微生物的减少、土壤微生物群落结构和功能趋于退化，优势类群发生改变，微生物多样性降低^［28-29］。本研究表明，微生物菌剂与硅肥单施或配施均可有效改善连作百合土壤微生物群落结构，显著增加土壤可培养细菌，减少真菌、放线菌数量，促进土壤微生物群落结构恢复，增强土壤微生态环境的稳定性和多样性，提高土壤抑病力。本研究中可培养放线菌数量显著减少，与大多数研究者的结果不一致^［30-31］，可能原因是土壤中可培养放线菌的生长繁殖较细菌、真菌缓慢，在微生态环境中的竞争性较差。细菌是土壤中最活跃、含量最高的微生物，具有快速分解有机物、反映土壤环境变化的功能^［32-33］。施入硅肥和微生物菌剂后，有益细菌群落的迅速增殖，抑制了放线菌的增殖，造成可培养放线菌数量显著减少。

本研究结果表明，硅肥和微生物菌剂配施结合了有益微生物和硅元素的优良特性，能够提供植物生长所需要的营养元素，改良百合根际土壤环境，减轻百合因连年种植造成的连作障碍问题。其作用机理在于：一方面，施入微生物菌剂给连作百合土壤中添加了有益功能菌群，活化土壤原土著微生物，增强其功能特性。施入硅肥提高了土壤细菌的丰富度，增加了连作土壤孔隙度，给微生物的繁殖提供更加丰富稳定的生态环境。Wang等^［19］认为，硅肥可以提高土壤中细菌种群的密度和群落的丰富度，从而为植物根际提供更加稳定和丰富的微生物生态环境。另一方面，有益微生物群落的大量繁殖，侵占了根区生存空间，掠夺了营养碳源物质，从而抑制了病原真菌的生长繁殖。符慧娟等^［18］指出，硅肥通过改善土壤根际环境辅助光合细菌提高有益菌群的数量，抑制真菌增值，从而降低油菜根肿病发病率，减少土传病害的发生。可见，微生物菌剂与硅肥配施在一程度上逆转了由于连作造成的兰州百合根际微生态环境的恶化，为百合生长提供更加稳定和丰富的微生物生态环境。这是改善百合连作障碍的一种极具应用潜力的措施。

土壤酶是存在于土壤中的特殊化合物，主要来源于土壤微生物的活动以及动植物的残体腐解活动，具有催化土壤中各种生化反应的能力，受外界环境、根系分泌物、肥料、耕作方式等影响。本研究表明，硅肥与微生物菌剂配施显著增加土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性，而其他处理差异不显著。与CK相比，SF、MF、SMF处理的土壤过氧化氢酶活性在鳞茎膨大期是提高的，但在花蕾期却是降低的。可能原因是兰州百合植株生育期不同，对土壤养分利用效率有差异。刘遵奇等^［34］发现，逐年施加生物炭显著降低了土壤脲酶和过氧化氢酶活性，而一次性施入可提高脲酶活性。李瑶等^［35］认为不同植被类型根际土壤酶活性季节变化特征明显。杨德廉等^［36］发现土壤酶活性在烟草不同生育期作用效果不同。因此，土壤酶活性是土壤状况的综合体现，以土壤不同酶活性来评价土壤的质量具有一定的客观性。另外，不同生育时期，各处理对土壤理化性状以及酶活性作用效果不同。可能原因是作物连作对土壤养分的多寡及其之间的比例平衡影响较大。本研究结果还表明，各处理土壤理化性状指标变化比较复杂，利用单一指标不能对各处理所引起的植物生长的差异进行有效的解释。因此，本试验采用隶属函数分析法对不同施肥处理连作兰州百合土壤碱解氮、有机质、速效磷、速效钾、有效硅含量以及蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性和pH值进行了综合评价。结果表明：不同施肥处理对连作兰州百合土壤理化性状及酶活性的综合作用效果SMF>MF>SF>CK，硅肥与微生物菌剂配施对缓解兰州百合土壤连作效果最佳。

兰州百合连作障碍病害的发生与作物根际、土壤微生物区系及特定化学性质变化密切相关。微生物菌剂与硅肥配施可抑制土壤致病真菌的生长繁殖，同时诱导植物抗病性，恢复微生物区系平衡，刺激根系生长、活化土壤养分，由此促进百合生长，提高产量及品质，有效缓解百合连作障碍。本研究结果将为寒旱高原山地蔬菜连作障碍的治理提供新的方向与理论依据。