施用不同有机肥对香草兰生长及土壤酶活性的影响

赵青云 赵秋芳 王辉 王华 朱飞飞 庄辉发 宋应辉

摘 要 通过大田试验研究施用不同有机肥对香草兰生长，叶绿素荧光特性及土壤酶活性的影响。结果表明：有机肥和生物有机肥混合施用的处理香草兰茎蔓和叶片干重显著高于施用牛粪的处理；施用生物有机肥和有机肥的处理香草兰叶片表观电子光合传递速率（ETR）和实际光化学效率（Yield）无显著性差异，但均显著高于施用牛粪的处理；有机肥和生物有机肥混合施用的处理土壤酸性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性显著高于施用牛粪的处理。综上所述，有机肥和生物有机肥配合施用可显著促进香草兰生长，提高香草兰的光能利用效率和土壤酶活性。

关键词 有机肥；香草兰；土壤酶活性；叶绿素荧光特性

中图分类号 S573；S144 文献标识码 A

香草兰（Vanilla planifolia Andrews）又名香荚兰、香子兰，是名贵的兰科多年生热带藤本香料植物，素有“天然食品香料之王”的誉称，广泛用于食品、烟草和化妆品等行业[1]。香草兰还是用途广泛的天然药材，具有补肾、健胃、消胀、健脾、强心、驱风之功效，欧洲人将其用于治疗风湿、胃病和抑郁症等[2]。在中国海南省和云南西双版纳等地区有栽培，以海南居多。

生产上香草兰种植园施肥以有机肥为主。近年来，中国在生物有机肥的研究与应用方面取得突破性进展。大量研究表明：施用生物有机肥能够促进作物生长，提高作物产量、品质、作物叶绿素含量和光合效率，同时改善土壤肥力状况，增加土壤有机质和微生物数量，提高土壤酶活性[3-9]。Zhao等[10]通过大田试验研究结果表明施用由枯草芽孢杆菌和氨基酸肥料发酵制得的生物有机肥可显著促进甜瓜生长，提高产量，改良土壤微生物环境。Zhang等[11]研究结果表明，施用由多粘类芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌与有机肥经固体发酵制得的生物有机肥可显著提高黄瓜产量。Wei等[12]大田试验研究结果表明，施用生物有机肥可显著提高番茄植株干重。但施用生物有机肥能否促进香草兰生长，提高香草兰种植园土壤酶活性等未见相关报道。本文通过田间试验比较施用不同有机肥对香草兰生长，叶片荧光参数及土壤酶活性的影响，旨在为改善香草兰生长状况，寻找适宜其生长的（生物）有机肥及施肥量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试生物有机肥BIOa和BIOb均为江苏新天地生物肥料工程中心有限公司生产，BIOa养分含量：有机质25%、全氮3.8%、P2O5 1.9%、K2O 2.3%；BIOb养分含量：有机质25%、全氮3.5%、P2O5 1.7%、K2O 2.0%；有效活菌数均为0.5×108 cfu/g，BIOa和BIOb均由多粘类芽孢杆菌SQR21与氨基酸有机肥和猪粪堆肥经固体2次发酵制得，但所用猪粪堆肥和氨基酸有机肥配比不同，SQR21可抑制土壤中有害真菌并可促进植物生长[11]。

有机肥：由江苏沃野生物科技开发有限公司生产，养分含量：有机质45%、全氮1.7%、P2O5 1.7%、K2O 2.2%。

牛粪：经堆沤充分腐熟，有机质8.2%、全氮0.6%、P2O5 0.3%、K2O 0.4%。

供试香草兰品种为墨西哥香草兰。

1.2 方法

1.2.1 试验处理 供试土壤为沙壤土，养分含量为全氮0.72 g/kg，速效磷13.00 mg/kg，速效钾93.00 mg/kg，有机质12.67 g/kg。试验共设6个处理：（1）对照（CK）（牛粪，3.8 kg/株）；（2）有机肥OF（1.5 kg/株）；（3）生物有机肥BIOa（0.5 kg/株）+有机肥OF（1 kg/株）；（4）生物有机肥BIOb（0.5 kg/株）+有机肥OF（1 kg/株）；（5）生物有机肥BIOa（0.5 kg/株）；（6）生物有机肥BIOb（0.5 kg/株）。每处理36株，3次重复，即共18个小区，每小区36株。

施肥时间：2012年4月。

试验地点：中国热带农业科学院香料饮料研究所六甲香草兰种植园。

1.2.2 测定指标 （1）植株生物量：施肥后在每小区选取10株香草兰并用记号笔标记第1片新抽生叶，于施肥10个月后（2013年2月）每处理选取5株，自标记处剪取新生长的茎蔓。茎及叶片分别装入牛皮纸袋中，置烘箱中杀青并烘至恒重，称量。

（2）叶片叶绿素荧光参数：叶片叶绿素荧光参数的测定参照王辉等[13]方法进行。分别测定香草兰叶片初始荧光（Fo）、暗适应下的最大荧光（Fm）和最大光化学量子产量（Fv/Fm），表观光合电子传递速率（ETR）、实际光化学量子效率（Yield）。

（3）土壤酶活性：选取根际土壤，装入封口袋中带回实验室，室内自然风干，过筛，置4 ℃冰箱保存，1周内测定。蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法[14]。脲酶活性采用苯酚钠比色法[15]，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[16-17]。

1.3 数据分析

数据均采用SPSS软件（SPSS 16.0）进行ANOVA方差分析和多重比较（LSD，p≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对香草兰地上部生长的影响

由图1可知，处理OF+BIOa和OF+BIOb茎蔓干重分别为65.9和57.5 g/株，二者无显著性差异，但均显著高于CK和OF处理，与OF相比，分别增加了67.0%和45.7%。处理BIOa和BIOb茎蔓干重分别比CK增加了31.0%和28.4%，较OF处理增加27.6%和25.2%，但差异不显著。另外OF+BIOa处理茎蔓干重显著高于单施BIOa处理，但二者差异显著。

不同处理间香草兰叶片干重差异与茎蔓呈相似趋势，处理OF+BIOa显著高于CK、OF、BIOa和BIOb。处理OF+BIOb叶片干重显著高于CK处理，同时显著高于BIOb，但与OF处理无显著性差异。 由此可见：施用OF+BIOa和OF+BIOb均能够显著增加香草兰地上部生物量，且以OF+BIOa处理效果最好。

2.2 不同施肥处理对香草兰叶绿素荧光特性的影响

由表1可知，处理CK初始荧光（Fo）显著高于其它处理，OF处理Fo与OF+BIOa，OF+BIOb和BIOa差异不显著，但显著高于处理BIOb。施用有机肥及生物有机肥的各处理之间最大荧光产量（Fm）和可变荧光（Fv）无显著性差异，但均显著低于CK。各处理之间最大光化学量子产量（Fv/Fo）和PSⅡ的潜在活性（Fv/Fm）变化趋势相似，均无显著性差异（表1）。以上结果表明：施用有机肥和生物有机肥可提高香草兰叶绿素荧光参数，其营养生长环境显著改善。

不同施肥处理间香草兰叶片表观电子光合传递速率（ETR）和实际光化学效率（Yield）的差异见图2。对照ETR和Yield均显著低于其它施肥处理，但其它施肥处理之间差异不显著。上述结果表明：施用有机肥和生物有机肥均可增加香草兰叶片的表观电子光合传递速率和实际光化学效率，提高香草兰叶片光能利用效率。

2.3 不同有机肥处理对土壤酶活性的影响

施用BIOa的处理酸性磷酸酶活性显著高于施用BIOb及OF的处理。处理BIOb与OF无显著性差异，但均显著高于CK（图3-A）。不施任何肥料的香草兰土壤酸性磷酸酶活性为0.29 μg/g（P2O5/土），显著低于施用肥料的处理。表明施用BIOa更有利于提高土壤酸性磷酸酶活性，土壤有机磷转化速度加快，土壤磷素有效性提高，利于香草兰吸收磷。

处理OF+BIOa的脲酶活性最高，为4.32 μg/g（NH3-N/土），OF+BIOa、OF+BIOb和BIOa处理间脲酶活性差异不显著，但均显著高于CK，分别提高了58.4%，46.1%和47.8%（图3-B）。处理CK脲酶活性显著高于不施肥料的香草兰土壤脲酶活性[2.03 μg/g（NH3-N/土）]。另外，OF+BIOa脲酶活性显著高于处理OF，表明OF和BIOa混合施用较OF单施更能提高土壤脲酶活性，氮肥利用率提高。

不同施肥处理蔗糖酶活性如图3-C所示，处理OF+BIOa蔗糖酶活性为13.17 mg/g（葡萄糖/土），显著高于其他处理。OF+BIOb蔗糖酶活性显著高于CK。不施用肥料的香草兰土壤蔗糖酶活性[4.52 mg/g（葡萄糖/土）]显著低于CK。处理OF+BIOb蔗糖酶活性高于OF、BIOb单独施用的处理，但三者之间差异不显著。处理OF+BIOa蔗糖酶活性较OF+BIOb增加了35.1%，另外处理BIOa蔗糖酶活性高于处理BIOb、OF，分别增加了16.1%，22.7%，说明施用BIOa有利于提高土壤蔗糖酶活性，土壤中易溶性营养物质增加，土壤肥力提高。

3 讨论与结论

3.1 施用不同有机肥对香草兰生长的影响

施用生物有机肥可以促进作物生长，提高产量。何欣等[18]研究结果表明：在营养钵或者移栽后施用生物有机肥（BIO）均能够促进香蕉地上部和地下部的生长。张静等[19]研究结果表明施用枯草芽孢杆菌，解磷、解钾等复合菌剂与腐熟有机肥混合制成的生物有机肥后，大豆株高、鲜重、干重和主茎节数显著高于普通有机肥处理。本试验结果表明，施用生物有机肥BIOa和BIOb均能够增加香草兰茎蔓和叶片干重，促进香草兰生长，其中处理OF+BIOa香草兰茎蔓和叶片干重最高。本研究中所用BIOa和BIOb与Ling等[20]和赵青云等[21]所用肥料相同，均由多粘类芽孢杆菌SQR21与氨基酸有机肥和猪粪堆肥经固体2次发酵制得。表明施用生物有机肥BIO能够促进香草兰茎蔓和叶片生长，其中，BIO与OF配合施用促进生长效果更好。

3.2 施用不同有机肥对香草兰叶绿素荧光特性的影响

叶绿素荧光主要是由植物光系统Ⅱ（PSⅡ）发出的，而植物本身的生理变化能够直接或间接的影响植物光系统Ⅱ（PSⅡ）的功能，植物体叶绿素荧光的变化可以在一定程度上反映环境因子对植物的影响[22]。叶绿素荧光能有效探测作物生长发育与营养状况的信息，比净光合速率更能反映光合作用的真实行为[22-23]，叶片叶绿素荧光参数可以反映叶片利用光能的能力。孔祥波等[4]研究表明：施用生物有机肥可以提高生姜叶片的光合利用效率。初始荧光Fo为不参加叶绿体光系统光化学反映的光能辐射，最大荧光Fm是 PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光产量[24]。Fv/Fm指PSⅡ最大光化学量子效率，反映PSⅡ反应中心内荧光能转换效率，Fv/Fo则表示PSⅡ的潜在活性。从总体来看，不同有机肥处理间Fo、Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo差异不显著，这与在非胁迫条件下，Fv、Fm等荧光参数的变化很小[25]的研究结果一致。叶片表观电子光合传递速率（ETR）和实际光化学效率（Yield）能反映叶片利用光能效率的大小[24]。本研究结果表明，施用有机肥（OF），生物有机肥（BIOa、BIOb）以及配合施用均能够显著提高香草兰叶片的ETR和Yield，从而有利于光能的利用转化，增加香草兰物质累积。

3.3 不同有机肥对香草兰园土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤微生物释放分泌的结果，能够表征土壤生物学活性强度，是评价土壤肥力水平的重要指标[16]。土壤酶活性可以间接反映土壤肥力水平[16，25]。土壤脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化，其活性强度常被用来表征土壤氮素供应水平，蔗糖酶直接参与土壤碳循环，酶促蔗糖水解为葡萄糖和果糖，改善土壤碳素营养状况，是表征土壤生物活性的一种重要的水解酶。磷酸酶加快土壤中有机磷素的转化，提高磷素利用率[16]。申进文等[26]研究结果表明，施用平菇栽培废料制成的有机肥能够提高土壤活性有机质和土壤酶活性，本试验研究结果表明：施用生物有机肥的香草兰土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均高于对照，其中有机肥OF和BIOa混合施用的效果最好，这一研究结果与张静等[19]大豆施用生物有机肥后土壤脲酶，磷酸酶，过氧化氢酶和蔗糖酶的活性均高于对照和普通有机肥处理的结果一致。表明施用生物有机肥能够增加土壤酶活性，改善土壤肥力状况。赵青云等[21]盆栽试验研究了施用生物有机肥对可可苗期生长及土壤酶活性的影响，结果显示，施用生物有机肥BIO可显著促进可可苗期生长，可可苗根际土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均相应显著提高。李俊华等[27]研究结果表明施用氨基酸有机肥可显著提高棉花根际土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。这些与本试验研究结果相似，这可能是因为（生物）有机肥中的有益微生物产生次生代谢物，活化土壤矿质养分，从而增加土壤酶活性的原因[10]。

综上所述，施用有机肥OF和生物有机肥（BIO）均可促进香草兰生长，增加土壤酶活性，其中生物有机肥BIOa和有机肥OF混合施用效果最好，有机肥OF和生物有机肥BIO可替代牛粪用于香草兰生产上。笔者拟通过室内模拟试验进一步研究BIO促进香草兰生长、提高土壤酶活性的作用机理。

参考文献

[1] 王庆煌， 宋应辉， 陈封宝，等. 香草兰丰产栽培技术研究[J]. 热带农业科学， 1994（2）： 50-57.

[2] Gerasimov A V， Gornova N V， Rudometova N V. Determination of vanillin and ethylvanillin in vanilla flavorings by planar（thin-Layer）chromatography[J]. J Anal Chem， 2003， 58（7）： 677-684.

[3] 王立刚， 李维炯， 邱建军， 等. 生物有机肥对作物生长、土壤肥力及产量的效应研究[J]. 土壤肥料， 2004（5）： 12-16.

[4] 孔祥波，徐 坤. 不同肥料对生姜产量及叶片光合作用和叶绿素荧光特性的影响[J]. 植物营养与肥料学报， 2008， 14（2）：367-372.

[5] 邵孝侯， 刘 旭， 周永波，等. 生物有机肥改良连作土壤及烤烟生长发育的效应[J]. 中国土壤与肥料， 2011（2）： 65-67.

[6] 丁 雷， 李俊华， 赵思峰，等. 生物有机肥和拮抗菌对土壤有效养分和土壤酶活性的影响[J]. 新疆农业科学， 2011， 48（3）：504-510.

[7] 夏 栋， 夏振尧， 赵自超， 等. AB菌生物有机肥对土壤生物特征和肥力的影响[J]. 中国农学通报， 2012， 28（23）： 214-219.

[8] 夏光利， 毕 军， 张 萍， 等. 新型生物有机肥（NAEF）对番茄生长及土壤活性质量效应研究[J]. 土壤通报， 2007， 38（3）：519-522.

[9] 任 爽， 柳 影， 曹 群，等. 不同用量生物有机肥对苦瓜枯萎病防治及土壤微生物和酶活性的影响[J]. 中国蔬菜， 2013（10）： 56-63.

[10] Zhao Q Y， Shen Q R， Ran W， et al. Inoculation of soil by Bacillus subtilis Y-IVI improves plant growth and colonization of the rhizosphere and interior tissues of muskmelon（Cucumis melo L.）[J]. Biol Fert Soils， 2011（47）： 507-514.

[11] Zhang S S， Raza W， Yang X M， et al. Control of Fusarium wilt disease of cucumber plants with the application of a bioorganic fertilizer[J]. Biol Fertil Soils， 2008， 44（8）： 1 073-1 080.

[12] Wei Z， Yang X M， Yin S X， et al. Efficacy of Bacillus-fortified organic fertilizer in controlling bacterial wilt of tomato in the field[J]. Appl Soil Ecol， 2011， 48（2）： 152-159.

[13] 王 辉， 庄辉发， 宋应辉，等. 不同密度槟榔间作对香草兰叶绿素荧光特性的影响[J]. 热带农业科学， 2012（11）： 1-4.

[14] 周礼恺. 土壤酶学[M]. 北京： 科学出版社， 1987： 97-99.

[15] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京： 中国农业科技出版社， 2000： 146-195.

[16] 关松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京： 农业出版社， 1986：274-340.

[17] 周礼恺. 土壤酶的活性[J]. 土壤学进展， 1980， 8（4）： 9-15.

[18] 何 欣， 郝文雅， 杨兴明，等. 生物有机肥对香蕉植株生长和香蕉枯萎病防治的研究[J]. 植物营养与肥料学报， 2010， 16（4）： 978-985.

[19] 张 静， 杨江舟， 胡 伟，等. 生物有机肥对大豆红冠腐病及土壤酶活性的影响[J]. 农业环境科学学报， 2012， 31（3）： 548-554.

[20] Ling N， Xue C， Huang Q W， et al. Development of a mode of application of bioorganic fertilizer for improving the biocontrol efficacy to Fusarium wilt[J]. Bio Control， 2010， 55（5）： 673-683.

[21] 赵青云， 王 华， 王 辉，等. 施用生物有机肥对可可生长及土壤酶活性的影响[J]. 热带作物学报， 2013， 34（6）： 1 024-1 028.

[22] Maxwell K， Johnson G N. Chlorophyll fluorescence： a practical guide[J]. J Exp Bot， 2000， 51（345）： 659-668.

[23] 张旺锋， 勾 玲， 王振林， 等.氮肥对新疆高产棉花叶片叶绿素荧光动力学参数的影响[J]. 中国农业科学， 2003， 36（8）：893-898.

[24] 张守仁. 叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论[J]. 植物学通报， 1999， 16（4）： 444-448.

[25] 孙 波， 赵其国， 张桃林， 等. 土壤质量与持续环境.Ⅲ土壤质量评价的生物指标[J]. 土壤， 1997， 29（5）： 225-234.

[26] 申进文， 沈阿林， 张玉亭，等. 平菇栽培废料等有机肥对土壤活性有机质和土壤酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2007， 13（4）： 631-636.

[27] 李俊华， 沈其荣， 褚贵新，等. 氨基酸有机肥对棉花根际和非根际土壤酶活性和养分有效性的影响[J]. 土壤， 2011， 43（2）：277-284.