生物有机肥和EM菌剂对菜园连作土壤微生物的影响

陈文+刘晓++孙光闻++刘厚诚++朱梦禹++陈日远

摘 要 采用盆栽试验，连续种植3批菜心，研究生物有机肥和EM菌剂对连作9 a和6 a的菜园土壤微生物群落结构和功能多样性的影响。结果表明：与化肥处理相比，施用生物有机肥能够提高连作土壤中细菌、放线菌、丛枝菌根真菌和革兰氏阴性细菌（G-）的相对含量及G-/G+（革兰氏阴性细菌/革兰氏阳性细菌）比值，并降低土壤真菌的相对含量；随着种植批次的增加，土壤中G-、G+含量降低，G-/G+比值上升，生物有机肥和EM菌剂配施化肥处理G-含量普遍高于化肥处理；与化肥处理相比，施用生物有机肥土壤微生物AWCD值、Simpson指数、McIntosh指数均提高，土壤微生物活性、多样性和均一度提高。

关键词 生物有机肥 ；EM菌剂 ；土壤微生物 ；连作障碍

中图分类号 S963.91 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.04.013

Effects of Bio-organic Fertilizer and EM Microbial Agent on Microbes

of Continuous Cropping Soil in Vegetables Garden

CHEN Wen LIU Xiao SUN Guangwen LIU Houcheng ZHU Mengyu CHEN Riyuan

（College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract Vegetable Choi Sum was pot tried for three rounds of cropping to observe the effects of bio-organic fertilizer and EM microbial agent on microbial community structure and functional diversity of the soil in the vegetable garden for 9 and 6 years of continuous cropping. The results showed that the bio-organic fertilizer increased the relative contents of bacteria， actinomycetes， arbuscular mycorrhizal fungi and gram-negative bacteria， and the gram-negative bacteria/gram-positive bacteria ratio of continuous cropping soil， but reduced the relative content of fungi， as compared to the chemical fertilizer. With the more croppings the bio-fertilizer reduced the relative contents of gram-negative bacteria， gram-positive bacteria， increased the gram-negative bacteria/ gram-positive bacteria ratio. The bio-organic fertilizer and the EM agents +chemical fertilizer treatment generally had a higher relative content of gram-negative bacteria than the chemical fertilizer treatment. Comparing with chemical fertilizer， the bio-fertilizer treatment had a higher average well color development （AWCD）， Simpson index and McIntosh index of soil microbes as well as soil microbial activity， diversity and uniformity than the chemical treatment.

Keywords bio-organic fertilizer ； EM microbial agent ； soil microbes ； continuous cropping obstacle

設施蔬菜生产由于连续种植同一种或者同一科作物，过量施用化肥或者偏施化肥，引起土壤有害微生物积累、土壤养分不均衡、肥力下降、蔬菜病虫害严重、产量降低、品质下降等问题，以至于设施大棚连作障碍现象普遍，严重制约着设施农业的可持续发展。所以，解决连作障碍问题已成为蔬菜生产上亟待解决的一大难题[1-2]。生物有机肥是指特定功能微生物与动植物残体为源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，可提高作物产量和品质，提高土壤肥力和改善土壤理化性状，增强土壤酶活性和微生物活性及多样性，增强作物抗逆性，降低环境污染等[3-4]。目前已在西瓜[5]、辣椒[6]、芥蓝[7]等作物上应用研究。EM菌（Effective Microorganism）是一种活性很强的复合微生物制剂，主要由光合细菌、放线菌、酵母菌、乳酸菌等多种微生物组成，具有加速土壤中有机物分解转化、增加土壤微生物数量和活性、防治病虫害、促进植物生长等作用[8-9]。不同施肥方式配合施用EM 菌剂可增加黄瓜产量、降低病虫害、缓解连作障碍[10]。然而，目前对于施用生物有机肥或EM菌改变土壤微环境、缓解连作障碍的研究多集中于单批次作用效果，对生物有机肥或EM菌的持续作用效果方面的研究较少。

鉴于此，本研究采用盆栽试验，通过用连作9 a和6 a的土壤连续种植3批菜心并施用生物有机肥及EM菌配施化肥，探究生物有机肥和EM菌对土壤微生物群落结构和功能多样性的影响及持续性，旨在为缓解土壤连作障碍的机理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以柳叶50 d特青菜心品种为试验材料；供试土壤为连续种植9 a和6 a的十字花科叶菜的菜园土壤，种植过程以施用化肥为主。生物有机肥由高莱生物发展有限公司提供，基本技术指标为N+P2O5+K2O≥4%，有机质含量≥30%，真菌、细菌、放线菌、丛枝菌根真菌分别占微生物总生物量的4.12%、17.27%、0.41%和1.59%；EM菌剂由中山益新农业公司提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验在华南农业大学园艺学院设施大棚进行，采用盆栽试验，每盆装土4 kg，每盆种4株菜心。试验设置5个施肥处理，每个处理重复5次，具体处理和每盆肥料施用量见表1。生物有机肥的施用是按照土重的1.5%计算，4 kg风干土共需60 g生物有机肥，以单施化肥为对照，增设30 g、90 g和EM菌剂配施化肥处理。以90 g生物有机肥的氮磷钾含量为基准，30 g、60 g生物有机肥处理与90 g生物有机肥处理相比，不足的N、P、K含量用化肥以追肥的形式施入。所有处理的追肥在幼苗生长期（30%）、叶片生长期（35%）和菜薹形成期（35%）分3次施入，所有批次均采用相同的处理方式。分别于第1批和第3批的菜心齐口花时，用土钻在取植株根际新鲜土并放在-80℃冰箱保存，用于土壤微生物群落结构多样性和功能多样性的分析。

1.2.2 指标测定

土壤微生物群落结构的测定采用脂肪酸甲酯分析法（Fatty Acid Methylester，FAME法）[11]；土壤微生物功能多样性的测定采用BIOLOG-ECO微平板（BIOOG ECO Micro-plate）法，用BIOLOG-ECO微平板溫育过程中的AWCD值（Average Well Color Development，AWCD）、微生物群落功能多样性指数（Shannon index和McIntosh index）[12]反映土壤微生物功能多样性（Shannon index用于评估丰富度和均度，McIntosh index是基于群落物种多维空间上的Euclidian距离的多样性指数）。

1.2.3 数据处理

试验所得数据采用Excel 2003和SPSS 10.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 连续施用生物有机肥对土壤微生物群落结构的影响

2.1.1 对土壤微生物主要组成成分的影响

由表2可知，与本底相比，第一批生物有机肥和EM菌配施化肥处理均可提高土壤中细菌含量，降低土壤中真菌含量；种植3批菜心后，连作9 a和6 a土壤各处理放线菌相对含量分别提高27.9%～222.0%和3.2%～42%，且60 g、90 g生物有机肥处理增幅最大；连作6 a土壤60和90 g生物有机肥处理细菌相对含量提高2%～12%，9 a连作土EM菌剂配施化肥处理提高6%，其他处理土壤细菌相对含量均降低；化肥和生物有机肥处理土壤真菌分别降低3%～10%和18%～43%。；2年限土壤90 g生物有机肥处理和连作6 a土壤60 g生物有机肥处理随种植批次的增加，真菌/细菌比值降低，其他处理真菌/细菌比值先降低后升高。

2.1.2 对土壤功能微生物含量的影响

由表3可知，与本底相比，土壤中微生物生物量提高4.9%～22.5%（90 g生物有机肥除外），30 g生物有机肥提高幅度大于其他水平生物有机肥处理；丛枝菌根真菌相对含量除连作6 a土壤90 g生物有机肥处理提高了42.1%外，其他处理土壤丛枝菌根真菌相对含量均降低，且化肥处理降低幅度最大，降低范围在9.9%～51.6%，连作9 a土壤各处理降低幅度均大于连作6 a土壤，说明生物有机肥用量越大，土壤丛枝菌根真菌相对含量降低越少；30 g生物有机肥处理的土壤假单胞菌属微生物相对含量高于60 g、90 g生物有机肥处理。

2.1.3 对土壤微生物奇数脂肪酸相对含量的影响

由表4可知，与本底相比，各生物有机肥处理革兰氏阴性细菌（G-）相对含量提高2.1%～49.4%，化肥处理提高1.5%～2.2%，连作9 a土壤G-相对含量提高幅度大于连作6 a土壤；连作9 a土壤90 g生物有机肥处理、连作6 a土壤60和90 g生物有机肥处理土壤革兰氏阳性细菌（G+）相对含量提高3.7%～24.8%，其他处理土壤G+相对含量降低1.4%～19.6%，30 g生物有机肥处理降低显著；连作6 a土壤EM菌剂配施化肥处理G-/G+比值降低5.7%，其他处理G-/G+比值提高3.7%～68.5%，化肥处理提高幅度明显小于生物有机肥处理。

2.2 连续施用生物有机肥对土壤微生物功能多样性的影响

以温育72 h土壤微生物的吸光度来计算土壤微生物多样性指数，由表5可知，连作9 a土壤各生物有机肥处理和EM菌剂配施化肥处理土壤微生物AWCD值、Shannon指数和McIntosh指数均极显著高于化肥处理；而连作6 a土壤化肥处理AWCD值、McIntosh指数值分别显著、极显著低于30 g生物有机肥处理；化肥处理Shannon指数仅显著低于60 g生物有机肥处理，与其他处理间无显著差异。连作9 a土壤60 g、90 g生物有机肥处理、EM菌剂配施化肥处理土壤微生物AWCD值、Shannon指数和McIntosh指数均高于连作6 a土壤，30 g生物有机肥处理和化肥处理规律相反。

3 讨论

长期连作使设施蔬菜土壤微生物活性、群落结构稳定性、多样性指数、丰富度及其均匀度指数降低，土壤微生物总量、细菌（包括氨化细菌、硝化细菌等）、放线菌数呈倒“马鞍”形变化，真菌数量呈增长趋势[13]。已有研究结果发现，土壤中细菌、放线菌的增加有利于土壤中养分的转化，长期施用EM生物有机堆肥能够有效增加冬小麦和夏玉米土壤细菌、放线菌的数量[14]。本研究结果表明，施用生物有机肥土壤细菌、放线菌相对含量增加，真菌相对含量降低，与李秀英等[15]的研究结果一致，能防止土壤由“细菌型”向“真菌型”转变；且60和90 g生物有机肥处理提高放线菌含量的效果比30 g生物有机肥处理更明显。

在许多植物上，丛枝菌根真菌都被证明能促进植物对P、K、N、Cu、Zn等矿质元素的吸收，促进植物生长，从而提高植物的品质、提高苗木移栽成活率、增强植物的抗性、提高植物对重金属的耐性[16]。本研究结果表明，90 g生物有机肥处理可提高土壤丛枝菌根真菌相对含量，而其他处理随种植批次的增加土壤丛枝菌根真菌含量均降低，但生物有机肥处理降低幅度小于化肥处理，且生物有机肥用量越多，土壤丛枝菌根真菌相对含量降低越少，生物有机肥可有效防止土壤丛枝菌根真菌相对含量降低，尤其是90 g生物有机肥处理。

aC15∶0、iC15∶0的下降（G+的特征脂肪酸）和cyC17∶0（G-的特征脂肪酸）的上升与土壤抑制青枯病的能力增加一致，这表明奇数脂肪酸组成比例可反映生物有机肥对土壤防病和健康的影响[17]。本试验结果表明，施用生物有机肥土壤G-、G+含量降低、G-/G+比值上升，生物有机肥和EM菌剂配施化肥处理G-含量普遍高于化肥处理，表明生物有机肥和EM菌剂配施化肥可明显改善土壤的健康状况，提高土壤防病能力。

BIOLOG微平板培养法的平均每孔颜色变化率（AWCD）反映了微生物群落对单一碳源的利用强度，是微生物群落功能多样性的一个重要指标，可作为微生物整体活性的有效指标反映土壤微生物的代谢活性[18]。Shannon和McIntosh指数分别表征土壤中微生物群落的丰富度及均匀度，可在数量特征上相对反映土壤微生物群落物种组成和个体数量分布的情况[19]。连作9 a土壤生物有机肥处理和EM菌剂配施化肥处理土壤微生物AWCD值、Shannon指数、McIntosh指数显著高于化肥处理，与张志明等[20]的研究结果一致。证实了生物有机肥可提高土壤微生物代谢活性和微生物种群多样性，且60 g、90 g生物有机肥对耕作年限长的土壤改良效果更明显，30 g生物有机肥处理对连作6 a土壤改良效果显著。而连作6 a土壤EM菌剂配施化肥处理AWCD值、McIntosh指数活性较化肥处理低，这可能与EM菌剂是液态有机肥易于流失有关[21]。表明生物有机肥可提高菜心栽培土壤微生物群落功能多样性、改善土壤微生物物种均一度。

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