生物磷肥对普通白菜生长、品质及土壤养分的影响

曹翠玲 闫 辉 王 珍 邵 阳

（1西北农林科技大学生命学院，陕西杨凌 712100；2天津天士力中药科技发展有限公司，天津 300400）

生物磷肥对普通白菜生长、品质及土壤养分的影响

曹翠玲1闫 辉2王 珍1邵 阳1

（1西北农林科技大学生命学院，陕西杨凌 712100；2天津天士力中药科技发展有限公司，天津 300400）

采用盆栽试验方法，研究解磷细菌肥对普通白菜生长、品质及土壤理化性质的影响。结果表明：施用解磷细菌肥后土壤细菌数量极显著升高，解磷细菌数量随解磷细菌肥施用量的增加而极显著增加，每盆施用45 g解磷细菌肥处理的土壤解磷细菌可达2.05×106cfu·g-1；同时土壤pH值下降。随着解磷细菌肥施用量的增加，普通白菜地上部磷积累量极显著增加，分别比其相应对照增加121.06%、226.43%和302.09%；地上部鲜质量呈显著增高趋势，分别比其相应对照增加40.19%、52.71%和33.56%；根冠比显著降低，其中每盆施用45 g解磷细菌肥处理的根冠比最低，为0.013。每盆施用45 g解磷细菌肥处理的普通白菜叶片VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量及游离氨基酸含量分别比其相应对照增加29.97%、39.94%、30.86%、17.36%，但硝态氮含量降低21.83%。综上，以麸皮为主要载体制作的解磷细菌肥可以极显著提高普通白菜对土壤难溶性磷素的利用，并能显著提高普通白菜的产量和品质。

普通白菜；生物磷肥；解磷细菌肥；产量；品质

农业生产中磷素的重要性仅次于氮素。我国北方地区多为石灰性土壤（张维理和张乃凤，1984），作物当季磷肥利用率一般只有5%～25%，其余75%～95%作为难溶性磷积累在土壤中或随水流失进而造成水体污染（张宝贵和李贵桐，1998；Jones，1998）。我国自20世纪50年代施用化学磷肥以来，储存累积在土壤中的难溶性磷已高达6 000万t，超过近10年全国磷肥施用量的总和（张清 等，2007）。追求作物持续高产的集约化生产导致对磷肥需求量更大。但是，只顾大量施用磷肥，而不考虑提高磷肥利用率，不仅增加农业生产成本，还浪费磷肥资源，亦造成日益严重的环境污染（陈欣宇 等，1997）。如何提高磷肥利用效率、减少磷肥施用量、挖掘土壤中难溶性磷素的作物利用效率，已成为当前研究的热点。

土壤中存在的解磷细菌（phosphate-solubilizing bacteria，PSB）对难溶性磷酸盐具有巨大的转化能力，能将土壤中的难溶性磷素转换成植物可以吸收利用的有效磷，促进植物生长（Lin et al.，2000；赵小蓉和林启美，2001）。国外早已将解磷微生物菌制成微生物菌肥投入农业生产，利用解磷细菌肥来提高土壤速效磷含量及磷肥肥效，同时也改善了农业生态环境（Vessey & Heisinger，2001；Chabot et al.，2011）。近年来，我国科研工作者郝晶等（2006）、朱培淼等（2007）、徐春英等（2014）的研究结果也表明施用解磷微生物能大幅度提高土壤速效磷含量，促进玉米、小麦等作物生长。但是上述研究所施用的均是解磷微生物的发酵液，在农业生产上极为不方便，这也是解磷微生物肥料在我国不能普遍应用于农业生产的重要原因之一；加之解磷微生物种类繁多、分解机制不尽相同且机理较复杂（王光华 等，2003）；同时由于解磷微生物个体微小，其在土壤中的活动规律不易被观察，土壤解磷作用发挥条件的研究较少等因素，故解磷细菌肥在我国没有广泛推广使用。

很多科研工作者在研究解磷微生物的解磷效果时都是在室内进行的，且采用的培养基中均含有成本较高的牛肉膏、蛋白胨等成分（钟传青和黄为一，2005；张伟伟和王宝琴，2014；燕红 等，2016），不适宜生产实际。麸皮是小麦加工面粉后的副产品，北方地区资源丰富、价格低廉，且蛋白质、矿物质和维生素等含量丰富（王旭峰 等，2006），是细菌生长的良好基质。本试验以麸皮作为解磷细菌发酵载体，制作解磷细菌肥，采用盆栽试验方法研究其对普通白菜生长和品质的影响，以期为解磷细菌肥的广泛应用、提高磷素利用效率提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试普通白菜〔Brassica campestris L. ssp. chinensis（L.）Makino var. communis Tsen et Lee〕品种为上海青四季王，购于杨凌蔬菜种子公司。

供试土壤为土，取自多年未施肥的西北农林科技大学北校区药用植物园（北纬34°16′56.24"，东经108°4′27.95"），pH值为8.50，全磷含量661.32 mg·kg-1，速效磷4.53 mg·kg-1，全钾4.83 g·kg-1，速效钾150.66 mg·kg-1，有机质15.21 g·kg-1。

解磷细菌肥制作：供试菌种为无机解磷细菌W1，经16sRNA鉴定为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）（潘虹 等，2015）。按1%（质量比）的接种量将W1接种于灭菌麸皮（250 g麸皮用100 mL约50 ℃温水搅拌均匀，121 ℃灭菌20 min）中，30 ℃黑暗条件下培养发酵24 h，解磷细菌肥中含解磷细菌W1的数量为8.1×1010cfu·g-1（FW）；对照为用无菌水替代W1的未发酵麸皮，培养条件相同。

1.2 试验方法

试验于2015年3～6月在西北农林科技大学生命科学学院进行。3月9日育苗，4月30日将4叶期幼苗移栽到上口内径为24 cm、下口内径为17 cm、高16 cm、装3.5 kg土（风干，过2 mm筛）的盆中，每盆6株。浇足水后在阴凉处放置2 d，缓苗后将试验盆移至室外放置（平均气温26 ℃）。

试验设3个解磷细菌肥处理水平，即每盆分别加入5、15、45 g解磷细菌肥，记作T5、T15、T45；以施用相同数量未发酵（不加解磷细菌W1）的麸皮作为各解磷细菌肥处理的相应对照，记作CK5、CK15、CK45；以既不施麸皮也不施解磷细菌肥的处理作为绝对对照，记为CK0；共7个处理，每处理5次重复。移栽前将解磷细菌肥作为底肥施入土壤中。

采用硝态氮〔Ca（NO3）2〕作为氮肥，每公斤土壤施纯氮0.28 g，折合每盆施Ca（NO3）25.75 g；其中1.35 g Ca（NO3）2作为基肥与解磷细菌肥或麸皮同时施入，然后在普通白菜3片真叶及5片真叶时每盆分别追施Ca（NO3）22.2 g，追肥时将肥料溶解后均匀施入。

普通白菜生长期间按常规管理。采用称重法控水，保持土壤绝对含水量在22%左右。5月26日采样，测定生物量、品质指标、土壤细菌及解磷细菌数量。

1.3 项目测定

生物量测定：每处理分别选取长势一致的植株4株，测定地上部和地下部鲜质量；然后115 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定地上部和地下部干质量，并计算根冠比（Li et al.，2009）。

品质指标测定：可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，VC含量采用钼蓝比色法测定，游离氨基酸含量采用茚三酮显色法测定，硝态氮含量采用水杨酸法测定（高俊凤，2006）；纤维素含量采用酸解法测定（熊素敏 等，2005）。植株磷含量（P）采用H2SO4-H2O消煮钼黄比色法测定（鲍士旦，2000）。

土壤理化性质测定：5月28日，普通白菜收获后采集土样，风干过100目筛，测定全磷、速效磷、全钾、速效钾、全氮、硝态氮、铵态氮含量及pH值（鲍士旦，2000）。

土壤细菌及解磷细菌数量测定：分别取植株根际新鲜土壤样品2 g，放入盛有18 mL无菌水的三角瓶中，180 r·min-1、30 ℃振荡30 min；取1 mL土壤悬浮液（梯度为10-1），加入9 mL无菌水后即为10-2梯度的土壤悬浮液，重复上述操作，制成连续浓度梯度为10-3～10-5的土壤悬浮液。吸取10-3～10-5浓度梯度土壤悬浮液各0.1 mL，均匀涂布于无机解磷固体培养基〔葡萄糖10 g，（NH4）2SO40.5 g，NaCl 0.3 g，KCl 0.3 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，Ca3（PO4）210 g，FeSO4·7H2O 0.03 g，MnSO4·4H2O 0.03 g，蒸馏水1 L，琼脂18 g，pH值7.0～7.5〕，置于30 ℃恒温培养箱中黑暗培养3 d，统计平板中菌落总数及解磷细菌数（菌落周围有透明圈者），并计算土壤样品中微生物数量。

1.4 数据处理

采用SPSS 16.0软件对试验数据进行统计分析和LSD检验，采用Origin 9.0软件作图。

表1 施用解磷细菌肥对普通白菜地上部磷含量和磷积累量的影响

表2 施用解磷细菌肥对普通白菜生物量的影响

2 结果与分析

2.1 施用解磷细菌肥对普通白菜地上部磷含量及磷积累量的影响

由表1可知，施用解磷细菌肥后，普通白菜地上部磷含量及磷积累量均较对照极显著增加，T5、T15、T45处理分别比其相应对照增加65.10%、107.14%、150.00%和121.06%、226.43%、302.09%；且随着解磷细菌肥施用量的增加，植株地上部磷含量及磷积累量依次升高，各处理间差异亦达极显著水平。说明施用解磷细菌肥能促进土壤中的难溶性磷素转变为有效磷，并促进了普通白菜对磷素的吸收。

2.2 施用解磷细菌肥对普通白菜生物量的影响

由表2可知，T5、T15、T45处理的普通白菜地上部鲜质量、干质量均较其相应对照显著提高，分别比其相应对照增加40.19%、52.71%、33.56%和34.62%、66.67%、61.46%；且随着解磷细菌肥施用量的增加而逐级增加，T45处理单株地上部鲜质量可达13.81 g。说明施用解磷细菌肥能促进普通白菜干物质的积累，促进普通白菜生长。

从表2还可以看出，CK0处理的普通白菜根冠比最大，而施用未发酵麸皮及解磷细菌肥后根冠比均显著降低，且随着解磷细菌肥施用量的增加根冠比依次显著降低。说明施用未发酵麸皮及解磷细菌肥都能够有效改善土壤磷素的供给状态。

2.3 施用解磷细菌肥对普通白菜品质的影响

由表3可知，施用未发酵麸皮及解磷细菌肥均能提高普通白菜叶片中VC含量，但施用未发酵麸皮各处理与CK0之间差异均不显著；随着解磷细菌肥施用量的增加，VC含量显著提高，且均显著高于其相应对照；T45处理的VC含量最高，比CK45增加29.97%。说明施用解磷细菌肥能提高普通白菜叶片VC含量。

CK0处理的普通白菜叶片中硝态氮含量最高，其次是施用未发酵麸皮组，施用解磷细菌肥组最低；不论是施用未发酵麸皮还是施用解磷细菌肥，硝态氮含量均随施入量的增加而降低；T45处理的硝态氮含量最低，较T5、T15处理显著降低了15.89%、15.49%（表3）。说明施用解磷细菌肥可以显著降低普通白菜叶片硝态氮含量。

与CK0相比，施用未发酵麸皮对普通白菜叶片可溶性糖含量影响不大，施用解磷细菌肥可溶性糖含量显著升高；T45处理的可溶性糖含量最高，比CK45增加39.94%（表3）。说明施用解磷细菌肥可以提高普通白菜叶片可溶性糖含量。

施用解磷细菌肥各处理普通白菜叶片可溶性蛋白含量均显著高于相应对照及CK0；随着解磷细菌肥施用量的增加，可溶性蛋白含量显著提高（表3）。表明单独施用有机质（麸皮）虽能提高普通白菜叶片的可溶性蛋白含量，但施用解磷细菌肥后效果更为显著。

与CK0相比，普通白菜叶片游离氨基酸含量不随未发酵麸皮施用量的变化而变化；但是施用解磷细菌肥后游离氨基酸含量显著提高，且随着解磷细菌肥施用量的增加而依次显著升高，T5、T15和T45处理的游离氨基酸含量分别比其相应对照显著增加5.54%、12.77%和17.36%（表3）。说明施用解磷细菌肥可以促进普通白菜叶片氨基酸的合成。

从表3还可以看出，普通白菜叶片纤维素含量变化趋势与可溶性蛋白含量变化趋势相同。施用解磷细菌肥能显著提高纤维素含量，且随着解磷细菌肥施用量的增加依次显著增加，T45处理的纤维素含量最高，为0.997 mmol·g-1（DW），比CK0增加34.73%、比CK45增加22.63%。说明施用解磷细菌肥能促进普通白菜叶片纤维素的合成。

表3 施用解磷细菌肥对普通白菜品质的影响

表4 施用解磷细菌肥对土壤理化性质的影响

2.4 施用解磷细菌肥对土壤养分状况的影响

由表4可知，土壤养分状况因施用麸皮及解磷细菌肥均发生了较为明显的变化。就磷素而言，施用麸皮及解磷细菌肥后，土壤全磷含量均较CK0有较大幅度提高（除T5处理略低于CK0外）；从有效磷来看，施用麸皮组的土壤速效磷含量明显高于施用解磷细菌肥组，且随着麸皮施用量的增加而增加；随解磷细菌肥施用量增加，土壤速效磷含量也逐步升高，T45与T5、T15处理之间差异极显著。说明施用解磷细菌肥能够提高土壤速效磷含量。

施用未发酵麸皮处理组，土壤全氮含量仅CK45处理与CK0差异极显著，且仅比CK0低17.54%；而施用解磷细菌肥处理组，土壤全氮含量极显著降低，且随解磷细菌肥施用量加大，全氮含量依次降低（表4）。

与CK0相比，施用未发酵麸皮及解磷细菌肥均能增加土壤全钾及速效钾含量（除T5处理外）；当未发酵麸皮和解磷细菌肥的施用量达到45 g·盆-1时，全钾及速效钾含量与15 g·盆-1处理之间有极显著差异（表4）。说明麸皮及以其为载体制作的解磷细菌肥的施用量只有达到一定水平时，才能改善土壤的钾素状况。

从表4还可以看出，仅仅施用未发酵麸皮或施用少量解磷细菌肥，土壤pH值均无明显变化；当解磷细菌肥施用量增加到15、45 g·盆-1时，才会导致土壤pH值极显著下降，比其相应对照分别降低了0.19和0.27。这说明解磷细菌肥的施用量只有达到一定水平后，才能引起作物根际土壤pH值的显著降低，才能促进土壤中的难溶性磷转化为可溶性磷。

2.5 施用解磷细菌肥对土壤细菌数量和解磷细菌数量的影响

由表5可知，施用未发酵麸皮后，普通白菜根际土壤细菌总数较CK0极显著增加，麸皮施用量达到45 g·盆-1时，根际土壤中解磷细菌数量达到12.50×105cfu·g-1，一是说明麸皮是解磷细菌生长的良好介质；二是麸皮施用量达到一定水平时，才能满足解磷细菌的生长。施用解磷细菌肥后，细菌总数随解磷细菌肥施用量的增加依次极显著增长，各处理与其相应对照之间差异达极显著水平；解磷细菌肥施用量为45 g·盆-1时，根际土壤中解磷细菌数量高达20.50×105cfu·g-1，是CK45的1.6倍，这可能是因为以麸皮为主要载体的解磷细菌肥施入土壤后，其中的解磷细菌能在土壤中保持一定的数量，且菌肥带入的有机养分能使土壤中原有解磷细菌数量显著增加。

表5 施用解磷细菌肥对土壤细菌总数及解磷细菌数量的影响

3 讨论

长期以来，为了追求高产，农业生产往往施用大量磷肥，这不仅增加农业成本，而且导致农田磷素大量累积，增加磷迁移流失，近年来水体富营养化问题有不断加剧的趋势，直接增加了环境风险（刘远金 等，2002；Sharpley，2003）；联合国粮农组织估计中国农田磷素进入水体的负荷为19.5 kg·hm-2，我国因农业面源污染而导致63.6%的河流、湖泊呈富营养化状态（李瑞雪 等，2005）。因此大力推广解磷细菌肥在农业生产中的应用，不但能提高磷素在土壤-微生物-植物生态系统中的循环效率，而且是生态友好地提高磷肥利用率的极好途径（王光华 等，2003）。

室内试验条件下进行的很多解磷微生物研究解磷效果好，但转接土壤后解磷效果并不理想，甚至失去解磷能力（Banik & Dey，1978）。这是因为实验室可以满足解磷微生物生长、繁殖的一切养分条件，而土壤则不一定能满足解磷微生物生存的养分条件，就更无从谈及其解磷活性。因此选用合适的载体将解磷微生物带入土壤是推广解磷细菌肥的首要条件。本试验以含有丰富碳氮源、能为细菌生长提供充足营养的麸皮（林琳，2010）为载体制作解磷细菌肥，施入土壤后能够为解磷细菌在土壤环境中发挥解磷活性提供养分保障，所以本试验中施用的解磷细菌肥越多，土壤中的解磷细菌和细菌数量也就越多，植物体累积的磷素也就越多，而且根冠比也越小，也就越有利于普通白菜的生长，其生物量就越大。前人研究也证明，供磷不足时豇豆干物质累积量显著降低，且缺磷主要影响地上部分干物质累积，促使干物质向根系转移而导致根冠比增大（曹翠玲 等，2010；廉满红 等，2011）。

无机解磷细菌促进土壤难溶性磷素溶解、提高土壤速效磷含量的机制目前已有定论。无机解磷细菌分解土壤难溶性无机磷的最主要机制是其向外分泌大量的小分子量的有机酸，如草酸、苹果酸、乙酸、丙酸、琥珀酸、乳酸、羟基乙酸和柠檬酸等（Khan et al.，2014）。微生物分泌的这些有机酸，可以通过降低土壤pH值，促进难溶性磷化物的溶解（Illmer & Schinner，1995）；或者通过与Fe、Al、Ca等发生螯合反应，促进土壤中难溶性磷酸盐的溶解或抑制其生成（Sahachtman et al.，1998）；或者通过竞争吸附点位降低土壤对磷的吸附（陆文龙等，1999）；或者是改变了土壤胶体颗粒表面的电荷而促进磷的释放（张艳华，2005）。由于本试验采用的菌株为无机解磷细菌株（潘虹 等，2015），因此施用解磷细菌肥后直接导致土壤环境酸化，促进难溶性磷素转化为可溶性磷素（Osorio & Habet，2014；Kaur & Reddy，2015），当施用量为45 g·盆-1时，土壤解磷细菌数量最多，土壤pH值下降幅度最大，土壤速效磷含量最高，普通白菜磷积累量最高，地上部干物质积累量最高，生物量最高。这主要是由于磷素促进了叶绿素合成，增加光合作用，有利于植物生长（Sharpley，2003；赵首萍 等，2009）。

解磷细菌肥的施用，满足了普通白菜生长对磷素的需求，因此普通白菜叶片可溶性糖含量随解磷细菌肥施用量的增加而显著增加，而可溶性糖是植物光合作用的直接产物，是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，也是植物体内多糖、蛋白质、脂肪等大分子化合物的物质基础，在植物碳代谢中发挥着极其重要的作用（宋小林 等，2010）。在植物体内，可溶性糖是能量来源和结构物质，其含量可以反映植物体内源-库-源的协调情况，是碳代谢是否旺盛的主要标志之一（王芳 等，2004）。解磷细菌肥的施用，加强了普通白菜的光合碳代谢，使光合产物积累增多，一方面为氮素同化提供了大量的碳架，最后导致可溶性蛋白、游离氨基酸、纤维素含量均显著增加。氨基酸是人体内合成蛋白质的基本单元，新鲜蔬菜是人体摄取氨基酸的一条途径。可溶性蛋白是细胞基质及各种细胞器基质的主要组成，在细胞生理代谢过程中有重要的催化功能（曹翠玲 等，2003），与果蔬的生长发育、成熟衰老，抗病性、抗逆性密切相关，是果蔬品质和营养的重要评价指标之一（邓丽莉 等，2012）。另一方面，这也是普通白菜硝态氮含量较低的重要原因，即普通白菜吸收的硝态氮被同化为氨基酸、可溶性蛋白等有机氮化合物。所以增施生物磷肥能够降低叶菜类蔬菜中硝酸盐含量，利于人体健康（Yu et al.，1947；王正银 等，2003）。

VC具有清除人体内过剩自由基、提高机体免疫力的作用，在防癌和抗衰老方面具有重要功能（Han & Lee，2005）。增施解磷细菌肥后，普通白菜叶片中VC含量显著提高，主要是因为磷含量充足时促进了光合产物葡萄糖-6-磷酸的合成，为VC GDP-mannose合成途径提供了足够的前体物质（Yu et al.，1947），有利于合成VC，故随解磷细菌肥施用量增加，VC含量显著提高。

4 结论

以麸皮为主要载体制作的解磷细菌肥，能提高土壤难溶性磷素的作物利用效率，且成本低、肥力强，可替代磷肥，并且显著提高叶菜类蔬菜品质及产量，是一种环境友好型生物磷肥。

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Effects of Biological Phosphorus Fertilizer on Pakchoi Growth and Quality and Soil Nutrient Status

CAO Cui-ling1，YAN Hui2，WANG Zhen1，SHAO Yang1
（1College of Life Sciences，Northwest A & F University，Yangling 712100，Shaanxi，China；2Tianjin Tasly TCM Science and Technology Development Co. LTD.，Tianjing 300400，China）

Pot experiment was carried out to study the effect of phosphate-solublizing fertizer（PSF）on pakchoi〔Brassica campestris L. ssp. chinensis（L.）Makino var. communis Tsen et Lee〕growth and quality，and soil physicochemical properties．The results showed that after applying PSF，the total bacteria number in soil was increased，among them the total number of phosphate-solubilizing bacteria was increased with the increase of PSF applying amount．When the amount of PSF was 45 g·pot-1，the number of phosphate-solublizing bacteria could reach 2.05×106cfu·g-1．At the same time，the soil pH value decreased remarkably．With PSFapplication rate increase，the phosphate accumulation in pakchoi aboveground plant were increased remarkably 121.06%，226.43% and 302.09% more than the corresponding contrasts，respectively．The fresh and dry weight of pakchoi were increased significantly，by 40.19%，52.71% and 33.56% more than the corresponding contrasts，respectively．While the root shoot ratio reduced significantly．Among them，the root shoot ratio was 0.013，the lowest when PSF application rate was 45 g·pot-1．When the amount of PSF application was 45 g·pot-1，the contents of VC，soluble sugar，soluble protein，and free amino acid were higher than that of the contrast by 29.97%，39.94%，30.86%，17.36%，respectively．But the nitrate content in leaf blades was reduced to 21.83%．Therefore，the application of PSF formentated with bran could promote the utilization of insoluble phosphorus in soil，and improve the yield and quality of pakchoic．

Pakchoic；Biological phosphorus fertilizer；Phosphate-solubilizing；Yield；Quality

曹翠玲，女，博士，教授，专业方向：植物养分生理，E-mail：caocuiling@nwsuaf.edu.cn

2016-04-25；接受日期：2016-07-06

陕西省科学技术研究发展计划项目（2013K01-38），杨凌示范区科技计划项目（K336021401）