施用生物有机肥对连作黄瓜生长及根际微环境的影响

赵佳，杜宾，聂园军，黄静，陈哲，梁宏

（1.山西省农业科学院生物技术研究中心太原030031；2.太原学院太原030031；3.山西省农业科学院农业资源与经济研究所太原030031）

施用生物有机肥对连作黄瓜生长及根际微环境的影响

赵佳1，杜宾2，聂园军3，黄静1，陈哲1，梁宏1

（1.山西省农业科学院生物技术研究中心太原030031；2.太原学院太原030031；3.山西省农业科学院农业资源与经济研究所太原030031）

为了研究施用生物有机肥对连作黄瓜生长及根际微环境的影响，笔者制成了具有自主知识产权的生物有机肥，设置了对照（CK）、有机肥处理（OF）与生物有机肥处理（BOF）3组试验，并采用盆栽试验以检测不同处理下黄瓜植株及其根际土壤各项指标的差异。结果表明，施用生物有机肥后黄瓜连作土壤中的细菌（12.36×107cfu·g-1）和放线菌（5.27×106cfu·g-1）数量大增而真菌（1.23×105cfu·g-1）数量锐减；土壤中pH及有效磷、速效钾含量显著提高，增幅分别为6%～11%、24%～125%、15%～29%；SOD和POD活性显著升高，增幅分别为18%～42%、47%～113%。施用生物有机肥改变了土壤微生物区系，改善了土壤的理化性状，提高了抗氧化保护酶活性，植株长势明显优于对照，效果显著。

黄瓜；连作障碍；微生物；生物有机肥

黄瓜是我国主栽蔬菜作物之一，分布广泛，目前我国已成为栽培面积最大、产量最高的国家[1-2]。由于经济效益高，黄瓜连作现象在生产过程中十分普遍，这会导致黄瓜植株生长缓慢、瓜秧细弱、果实小、产量低、品质差、病虫害严重等一系列问题，已成为黄瓜产业发展的瓶颈[3-5]。

生物有机肥将功能微生物与有机肥相结合，具有调节根际微生物区系结构、增加土壤肥力、增强植物对养分的吸收、提高作物的抗病能力等多种功能，且无污染、零残留，是消除黄瓜连作障碍的理想手段[6-7]。曹丹等[8]研究得出，施用适量的生物有机肥可显著促进黄瓜根系生长，速效磷、速效钾、铵态氮均有不同程度的提高。刘长庆等[9]研究了生物有机肥在黄瓜上的应用效果，结果表明,合理施用生物有机肥可以提高黄瓜产量，改善植物学性状和生物学性状。山西省农业科学院经过多年试验，分离筛选到2株功能微生物：类芽孢杆菌（Paenibacillus Ash）具有解磷解钾的促生作用，丁香苷链霉菌（Streptomyces syringini）能够拮抗病原真菌并促进植株生长，将这2株菌复配组合制成生物有机肥用于黄瓜生产还未见报道。笔者将其复配制成新型生物有机肥，并作为底肥施入连作黄瓜后的土壤中，通过对不同处理的黄瓜植株及其根际土壤各项指标的检测与评价，探讨消除黄瓜连作障碍的途径及机制，以期为生物有机肥应用推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试菌种：类芽孢杆菌（Paenibacillus Ash）与丁香苷链霉菌（Streptomyces syringini）均由山西省农业科学院生物技术研究中心微生物研究室保藏。供试黄瓜品种‘津优35号’由山西省农业科学院农业资源与经济研究所提供。供试有机肥由堆肥腐熟制成（V鸡粪∶V牛粪=1∶1）。供试土壤为已种植过4茬黄瓜的连作灰潮土，基本理化性质：有机质（ω，后同）1.84%，碱解氮43.05 mg·kg-1，有效磷35.28 mg·kg-1，速效钾174.66 mg·kg-1，pH 6.35。供试培养基[10]：PDA培养基、NA培养基、高氏一号培养基、马丁氏培养基。

1.2 菌种原液及生物有机肥的制备

将保存的菌种接入斜面培养基活化，类芽孢杆菌为NA培养基，丁香苷链霉菌为PDA培养基。活化后的菌株接入液体培养基扩繁，类芽孢杆菌30℃，200 r·min-1，发酵36 h；丁香苷链霉菌30℃，200 r·min-1，发酵48 h。制得的菌液悬浮液按1∶2的比例混合均匀，然后5%（V/m）的接种量接种到有机肥中混匀，＜45℃的条件下发酵6 d，总菌量＞109cfu·g-1备用[11]。

1.3 试验设计

试验于2016年4月在山西农业科学院东阳试验基地黄瓜大棚内进行。营养钵育苗后移栽盆钵培养，营养钵装土300 g，盆钵装土10 kg。设3个试验组，每组3个小区，试验组各小区随机分布，每个小区30个盆钵：（1）对照组（CK），不做任何处理；（2）试验组1（OF），向土壤中施入有机肥；（3）试验组2（BOF），向土壤中施入生物有机肥。有机肥与生物有机肥均按2%（m/m）的施肥量施入。每个营养钵中播种1粒黄瓜种子，待瓜苗长出4～5片真叶后选择壮苗移栽，常规管理进行盆栽试验。

1.4 调查方法

定植后35 d，检测黄瓜植株与根际土壤各项指标。从各小区随机选取黄瓜植株5株及其根际土壤样品（每个试验组15株），检测各项指标。

黄瓜植株根际微生物区系调查：采取瓜苗根际土壤，混匀后4℃保存于自封袋内运回。采用梯度稀释法，分别对样品中的细菌、放线菌与真菌统计分析[12]。

黄瓜根际土壤理化指标土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾，由山西省农业科学院土壤与肥力研究所检测完成并出具报告。

黄瓜叶片理化指标测定[13]：丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD)与过氧化氢酶（CAT）活性。

黄瓜生长指标：植株高度采用直尺测量，叶片数采用计数法测定，叶面积采用叶面积仪测定，植株干质量采用烘干法测定。

2 结果与分析

2.1 不同处理对黄瓜根际微生物区系的影响

不同处理使得黄瓜根际微生物区系发生明显的变化（表1）。细菌是土壤微生物的主要类群，占总量的70%～90%，施用生物有机肥显著提高了黄瓜根际土壤中的细菌数，达到12.36×107cfu·g-1，近3倍于CK中的细菌数；BOF的放线菌数也是所有处理中最高的，达到5.27×106cfu·g-1,比CK中的放线菌数高出1倍；土壤中的病原菌一般为真菌，BOF的真菌数显著低于CK和OF，仅为1.23×105cfu·g-1。

表1 不同处理对黄瓜根际微生物区系的影响

2.2 不同处理对黄瓜植株根际土壤肥力的影响

由表2可知，与CK相比施用有机肥和生物有机肥均显著提高了土壤的pH值与有机质含量，BOF的pH值显著高于OF，但二者的有机质含量并无显著差异；碱解氮、有效磷和速效钾含量是评价土壤肥力的重要指标，BOF除碱解氮含量与OF差异不明显外，有效磷和速效钾含量均显著高于其他2个处理，OF次之，CK最低。

2.3 不同处理对黄瓜叶片理化指标的影响

抗氧化保护酶（SOD、POD和CAT）是清除植株体内自由基的关键酶，酶活力增强可清除植株体内因受胁迫而产生的氧自由基，提高植株系统抗性；而MDA含量反映植物细胞膜质过氧化程度，含量越高说明细胞膜质受害越重。不同处理对黄瓜叶片SOD、POD和CAT这3种抗氧化保护酶活性及MDA含量的影响如表3所示。3个处理中，BOF的SOD和POD活性最高，分别达到8.89 U·g－1·min－1和12.51 U·g－1·min－1，OF次之，CK最低；OF与BOF的CAT活性显著高于CK（6.11 U·g－1·min－1），但2者之间没有显著差异；BOF的MDA含量(6.03 μmol·g－1)显著低于其他两个处理，但CK与OF的MDA含量没有显著差异。

表3 不同处理对黄瓜叶片理化指标的影响

2.4 不同处理对黄瓜生长指标的影响

由表4可知，不同处理对黄瓜生长指标有显著影响。施用生物有机肥（BOF）后黄瓜各项生长指标均为最高，黄瓜植株长势明显强于其他处理组，植株高度比CK和OF分别提高59.65 cm和31.79 cm；OF次之，CK处理各项指标均为最低。施用生物有机肥对黄瓜植株生长有显著的促进作用。

表4 不同处理对黄瓜生长指标的影响

3 讨论与结论

肥力消耗、自毒作用、病原菌累积是引起黄瓜连作后产量低、品质差的主要原因[14]。施用生物有机肥，将功能微生物与有机肥的优势相结合，减少化肥农药的施用，改善植株根际微环境，提高土壤肥力，促进植株健康生长，是黄瓜种植业实现绿色转型发展的可行途径之一[15]。连作土壤由于同一类根系分泌物的持续释放，形成了特定的土壤环境和根际条件，导致土壤微生物种类和数量发生变化，即细菌、放线菌数量下降，病原真菌数量升高，微生物区系由高肥的“细菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤转化[16]，这与试验中对照组的结果相似。

通过施用生物有机肥，黄瓜根际微生物区系受到定向调控，细菌（12.36×107cfu·g-1）和放线菌（5.27×106cfu·g-1）数量显著高于其他处理，而真菌数量（1.23×105cfu·g-1）明显降低，使得连作土壤由“真菌型”向“细菌型”转变，有效改善了黄瓜根际土壤微环境。施用生物有机肥后土壤中的有机质和碱解氮含量显著高于对照，但与有机肥组相比差异不大，说明类芽孢杆菌与丁香苷链霉菌没有显著的固碳和固氮能力；但是土壤的pH （7.08）、有效磷质量分数（61.63 mg·kg-1）和速效钾质量分数（312.37 mg·kg-1）显著提高，说明类芽孢杆菌能在土壤中稳定发挥作用，而黄瓜植株高度、叶片数、叶面积指数、鲜质量和干质量均为3组试验最大值，说明功能微生物通过其生命活动和分泌的代谢产物作用于黄瓜植株的促生作用显著。在生物有机肥中复配更多种的功能微生物，弥补现有菌株固碳、固氮能力的不足是今后研究的方向；同时也应注意复配过程中多菌种间的拮抗问题，稳定而多样化的菌群结构是我们追求的目标。

笔者的研究表明，在3种施肥处理中，连作黄瓜施用生物有机肥后植株根际微生物群落中的有益菌增加、有害菌减少，菌群结构明显改善；由于功能微生物的代谢活动，土壤中的有效磷、速效钾等营养元素含量增加，为植株生长提供了良好环境。黄瓜植株的抗氧化保护酶活性增强，生长指标均为最高值，促生效果显著。本研究为生物有机肥在黄瓜种植中的推广应用提供了一定的理论依据。

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Effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment

ZHAO Jia1，DU Bin2，NIE Yuanjun3，HUANG Jing1，CHEN Zhe1，LIANG Hong1
（1.Biotechnology Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，Shanxi，China;2.Taiyuan University，Taiyuan 030031，Shanxi，China;3.Institute of Agricultural Resource and Economic，Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031，Shanxi，China）

In order to study the effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment，the bio-organic fertilizer was fermented,pot experiment was designed.Blank control（CK），application of organic fertilizer（OF）and application of bio-organic fertilizer（BOF）were set to compare the differences of the cucumber growth and rhizosphere microenvironment.The results showed that the number of rhizosphere bacterial（12.36×107cfu·g-1）and actinomycete（5.27×106cfu·g-1）community were increased,while the number of the fungal（1.23×105cfu·g-1）was decreased;the pH，available P and available K were increased significantly,the three indicators increased 6%-11%，24%-125%，15%-29%respectively.The activities of SOD and POD were also increased significantly,the two indicators increased 18%-42%,47%-113%respectively.The rhizosphere community was changed,the physical and chemical proper⁃ties of soil were improved,the antioxidant activity of protective enzyme was higher,the plants were stronger after using BOF.

Cucumber;Successive cropping obstacle;Microbe;Bio-organic fertilizer

2016-09-09；

2016-11-08

赵佳，男，助理研究员，研究方向：微生物学。E-mail:zhaojia.00@163.com

梁宏，男，副研究员，研究方向：微生物学。E-mail：815336057@qq.com