不同施肥处理对白菜生长及土壤微生物学特性的影响

2019-12-16吕瑞段瑞军罗研华徐微风刘姣胡新文郭建春

江苏农业科学 2019年19期

吕瑞　段瑞军　罗研华　徐微风　刘姣　胡新文　郭建春

摘要：拟研究不同施肥处理[CK（不施肥）、氮磷钾（NPK，100%化肥）、M（复合微生物菌肥）、MNPK（80%化肥+复合微生物菌肥）]对白菜（Brassica pekinensis）生长、产量指标、土壤理化性质及土壤微生物特性的影響。结果表明，NPK、M、MNPK处理组相较于CK组，均有利于提高白菜的株高、根长、鲜质量、产量等生物量指标和土壤微生物学指标，MNPK处理组的效果最明显，与NPK处理组相比，白菜的株高、根长、鲜质量、含水率、产量、土壤全氮含量、土壤全磷含量、土壤全钾含量、土壤碱解氮含量、土壤有效磷含量、土壤速效钾含量、土壤有机质含量、土壤pH值、土壤细菌数量、土壤放线菌数量、土壤微生物生物碳含量、土壤微生物生物氮含量分别增加了17.66%、7.86%、10.96%、160%、21.13%、11.39%、1.70%、6.63%、4.42%、3.39%、4.71%、4.19%、13.79%、42.72%、33.33%、36.11%、435%，霜霉病发病率、土壤真菌数量分别降低了60%、3.28%;在施肥处理下，白菜产量、土壤微生物数量、土壤微生物生物量之间呈一定的正相关关系。综合分析表明，80%化肥+复合微生物菌肥处理对白菜的生长、增产、改良土壤理化性质及提高土壤微生物数量、生物量等均有一定的作用。

关键词：白菜;微生物肥;产量;土壤理化性质;土壤微生物

中图分类号： S634.306+.2文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）19-0161-04

收稿日期：2018-06-26

基金项目：海南省自然科学基金（编号：318MS094）;中国热带农业科学院院本级基本科研业务费（编号：1630092018020）。

作者简介：吕瑞（1993—），女，安徽阜阳人，硕士研究生，主要从事植物抗逆研究。E-mail：1611561282@qq.com。

通信作者：郭建春，博士，研究员，主要从事植物抗逆研究。E-mail：jianchunguoh@163.com。

施用化肥是现代农业发展不可或缺的重要增产措施，其养分含量高，肥效快，增产效果显著。但是，过量、长期地施用化肥，导致化肥利用率低、流失率高，并且会对土壤、水体造成污染[1]。复合微生物菌料，又称菌肥、生物肥料、微生物接种剂，是指含有益微生物，并且以特定微生物的生命活动使作物获得肥效的微生物制品[2]，含有益微生物菌群、有机质、活性酶及多种微量元素，能提高土壤肥力、增强植物对养分的吸收、有效改善植物环境等[3]。但是，微生物肥料对土壤改良的效果较缓慢，在短期内难以满足植物的需求，因此，科学合理地施肥、提高肥料利用率成为农业可持续发展的主要研究方向，其中微生物肥料与化肥的配合施用已经成为目前的研究热点之一[4]。

土壤理化性状是影响土壤肥力的内在条件，也是综合反映土壤质量的重要组成部分[5]。对土壤的理化性质进行研究，可以反映土壤近期的肥力供应状况。土壤微生物是土壤生物肥力的核心，是构成土壤肥力不可或缺的组成部分，不仅可以调节植物的生长发育、抑制病害微生物的生长，而且可以促进植物所需营养元素的循环、土壤肥力的保持及能量转化[6]。其中，土壤微生物的参数又包括土壤微生物的数量、生物量、酶活性等，土壤微生物数量包括细菌、真菌、放线菌等的数量，有学者指出，长期施用有机肥可以提高土壤的微生物数量[7];土壤微生物量是指示不同生态系统土壤肥力和生物区系的重要生物学指标[8]，主要用土壤微生物量氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量磷含量来表示。因此可见，土壤微生物活性、数量不同，都会对土壤肥力产生不同的影响[9-11]。

本试验拟研究不同施肥处理对白菜生长、产量指标及土壤理化性质、土壤微生物特性的影响，以期寻找化肥与微生物肥的最佳配合施用方式，为绿色、高产、健康的白菜生产提供科学理论依据。

1 研究区概况、材料与方法

1.1 研究地区概况

本试验于2017年3月在海南省海口市龙华区城西镇高坡村进行，该地区属于热带海洋性季风气候，春季温暖少雨多旱，夏季高温多雨，全年日照时间长，辐射能大;白菜喜冷凉气候环境，最佳种植时间为3—6月，平均生长周期为25～30 d。试验田的土壤类型为砖红壤，基本肥力状况如下：全氮含量为1.63 g/kg，全磷含量为4.38 g/kg，全钾含量为26.21 g/kg，碱解氮含量为92.4 mg/kg，有效磷含量为54.3 mg/kg，速效钾含量为95.4 mg/kg，有机质含量为36.45 g/kg，pH值为5.7。

1.2 试验材料

本试验作物为市售白菜;复合微生物菌肥由海南正强生化技术开发有限公司提供，该菌肥含有枯草芽孢杆菌（9.3亿CFU/g）、光合细菌、侧孢杆菌（6.37亿CFU/g）等活菌，施用量为150 kg/hm2;试验用氮肥为尿素（含46% N，用量为 175 kg/hm2），磷肥为普钙（含16% P2O5，用量为 90 kg/hm2），钾肥为氯化钾（含60% K2O，用量为 125 kg/hm2），均为市售。

1.3 试验设计

本试验设计4个处理，分别为（1）CK，对照组，不施用任何肥料;（2）氮磷钾（NPK），施用100%化肥;（3）M，施用复合微生物菌肥;（4）MNPK，施用80%化肥+复合微生物菌肥，施用量均根据各处理所需百分比作减少或增加[12]，并用微生物菌肥代替化肥。前期预试验分别测定100%化肥+复合微生物菌肥、80%化肥+复合微生物菌肥、60%化肥+复合微生物菌肥对白菜生长、产量指标的影响。结果发现，80%化肥+复合微生物菌肥较适合白菜的生长，因此，本试验在此基础上选择80%化肥+复合微生物菌肥进行进一步研究，每个处理设计2个小区试验且重复种植3茬。

1.4 样品的采集及分析

1.4.1 样品采集在每茬白菜成熟期，于每个小区随机选取5株植株测定生物量，并取植株根际0～10 cm土层土样，除去落叶、枯草等杂质后混匀，低温下运送至实验室，于4 ℃冷藏保存，其中一部分土样用于测定土壤的理化性质，另一部分过筛后保存于无菌袋中，用于土壤微生物特性的测定。

1.4.2 土壤理化性质、微生物数量及微生物量的测定测定土壤pH值时，将土、水按照1 g ∶5 mL的比例充分混合、研磨搅拌静置后使用pH计测定;土壤全氮含量的测定采用半微量凯氏法，全磷含量的测定采用钼锑抗比色法，全钾含量的测定采用火焰分光光度法，碱解氮含量的测定采用碱解扩散法，有效磷含量的测定采用氯化铵-盐酸提取-钼锑抗比色法，速效钾含量的测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法，土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾法;土壤微生物数量的测定参考《土壤微生物分析方法手册》[13];土壤微生物量的测定采用三氯甲烷熏蒸浸提法[14]。

1.4.3 数据分析数据采用Excel 2007进行均值及标准差分析，采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）、最小显著性差异法（LSD）分析、多重比较、相关性分析等。

2 结果与分析

2.1 白菜生长指标及产量的分析

由表1可以看出，各施肥处理的生长及产量指标均与CK（对照）组存在显著差异（P<0.05），其中MNPK处理与M、NPK处理的各指标间也存在显著差异;MNPK处理在株高、根长、鲜质量、含水率、产量指标上均最高，与NPK、M处理相比，株高分别提高了17.66%、19.69%，根长分别提高了 7.86%、10.86%，鲜质量分别提高了10.96%、11.98%，含水率分别提高了1.60%、1.99%，产量分别提高了 21.13%、22.17%;MNPK处理与其他处理相比，霜霉病发病率最低。综上可知，MNPK处理组较其他3组更能够促进白菜的生长及产量的提高，同时能够抑制白菜霜霉病的发生。

2.2 土壤养分及理化性质分析

如表2所示，各施肥处理的土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量均高于CK，且大部分差异显著（P<0.05）。NPK处理与MNPK处理之间的全磷、全钾、有效磷、速效钾、有机质含量差异不显著。MNPK处理除pH值外的各指标均最高，与NPK、M处理相比，全氮含量分别提高了11.39%、17.19%，全磷含量分别提高了1.70%、6.21%，全钾含量分别提高了6.63%、24.35%，碱解氮含量分别提高了4.42%、7.66%，有效磷含量分别提高了3.39%、13.46%，速效钾含量分别提高了4.71%、13.42%，有机质含量分别提高了 4.19%、6.84%。在4个处理组中，土壤的有效磷积累量均在50 mg/kg以上，而菜园土壤的有效磷含量大于 60 mg/kg 即为极丰富[14]，造成土壤磷素丰富的原因可能有以下2点：（1）由于白菜是叶菜类作物，对氮、钾的需求量高于磷，因此土壤中有较多的磷素累积;（2）本试验田前期长期种植蔬菜，大量施用磷肥造成该地土壤中的磷素大量富集。此外，由表2可知，CK组土壤的pH值平均为5.66，偏酸性，NPK处理与对照组间无显著差异，M、MNPK处理组pH值偏中性，与CK、NPK处理组间差异显著。

2.3 土壤微生物数量分析

如图1所示，土壤细菌、放线菌数量在4个组间均存在显著差异，且高于CK组，其中MNPK处理最高，与NPK处理组相比，土壤细菌、放线菌数量分别增加了42.72%、33.33%;土壤真菌数量表现为NPK、M、MNPK处理组均高于CK组，NPK处理组最高，与MNPK处理组间差异不显著。以上结果说明，化肥及复合微生物菌肥配合施用，更能增加土壤微生物数量，其中复合微生物菌肥的施用更有利于土壤细菌及放线菌的生长，化肥的施用则有利于土壤真菌的繁殖。

2.4 土壤微生物生物量分析

在不同施肥处理下，白菜土壤的微生物生物量变化如图2所示，可以看出，与CK组相比，各施肥处理均能够显著增加土壤微生物生物量（P<0.05），除NPK和MNPK處理之间的土壤微生物量氮含量差异不显著外，其余各处理间的土壤微生物生物量的差异均呈显著，其中以MNPK处理组的土壤微生物生物量最高，与NPK、M处理组比，土壤微生物生物量碳含量分别增加了36.11%、48.49%，土壤微生物生物量氮含量分别增加了4.35%、14.29%。总体来说，MNPK处理更能显著增加土壤的微生物生物量。

2.5 白菜产量、土壤微生物数量及土壤微生物生物量之间的相关性分析

白菜产量与土壤微生物数量、土壤微生物生物量之间的相关关系如表3所示，可以看出，土壤细菌数量与放线菌数量呈显著相关关系;产量与细菌数量、放线菌数量、MBN均呈显著相关关系，与MBC呈极显著相关关系，MBC与细菌数量、真菌数量、放线菌数量均显著相关关系，MBN与细菌数量、放线菌数量呈显著相关关系。

3 讨论

3.1 不同施肥处理对白菜生长及产量的影响

通过研究不同施肥处理对白菜生长及产量的影响发现，各施肥处理均能够促进白菜的生长，其促进趋势为MNPK>NPK>M>CK，说明MNPK处理组对白菜生长的效果最佳，能够显著提高植株的株高、根长、鲜质量、含水率及产量指标，同时能够有效减少白菜霜霉病的发生。分析其原因，可能是复合微生物肥本身含有大量土壤活菌，活菌进入土壤后大量繁殖，能够促进土壤菌群活力，改善土壤环境，从而促进白菜植株的生长。M处理组的效果不及NPK、MNPK处理组，其原因可能是白菜为叶菜类作物，需要大量氮、钾元素，而这些元素通过化肥能够更加快速地得到补给。因此可见，MNPK处理组，即80%化肥+复合微生物菌肥的效果优于单施化肥或微生物肥处理组，更利于白菜的生长，此结果与蒋永梅等关于微生物肥和化肥配合施用促进青梗花椰菜生长的研究结果[4]相一致。

3.2 不同施肥处理对土壤理化性质的影响

通过对土壤理化性质的研究发现，各施肥处理均能不同程度地提高土壤全氮含量、全磷含量、全钾含量、碱解氮含量、有效磷含量、速效钾含量、pH值、有机质含量等，其中MNPK处理组的效果最明显。此结果说明，微生物肥料和化肥的配合施用，增加了土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量，提高了土壤pH值，此研究结果与孙中涛等的试验结果[15-19]相一致。施用微生物肥有利于改善土壤的理化性质和生物学特性，从而加速土壤养分的分解[20]。本研究中的NPK处理组能够增加土壤养分，但其效果低于MNPK处理组，原因可能是单施化肥只能为土壤提供速效养分，不能彻底改善土壤的微生物结构。M处理组的效果低于NPK、MNPK 2个处理组，这可能是因为单施微生物肥不能满足植物生长所需的全部养分[12]，这与蒋永梅等的研究结果[4]相一致。鄢洪海通过对青岛地区连续几年白菜种植的对比试验表明，呈酸性质地的土壤（pH值为4.5～6.0）中大白菜根肿病的发生高于呈中性质地的土壤（6.5～7.5），表明土壤偏酸性更有利于大白菜根肿病的发生[21]。在本试验中，对照组的土壤pH值为5.66，偏酸性，NPK组与CK组无显著差异，M、MNPK组与CK、NPK组差异显著，pH值偏中性，说明施用微生物肥能够改善土壤的pH值，此结果与张建嶺等研究得出的长期施用复合微生物肥料后农田土壤pH值呈中性，而长期施用化肥的农田土壤pH值呈酸性的结果[22]一致。本试验周期较短也能呈现此效果的原因可能是，微生物肥本身的pH值为中性，高于土壤的pH值，对于土壤的pH值起到一定的中和作用。

3.3 不同施肥处理对土壤微生物数量、土壤微生物生物量的影响

在不同施肥处理下，土壤细菌、放线菌数量的整体趋势为MNPK>NPK>M>CK，土壤真菌数量的表现为NPK>MNPK>M>CK，即MNPK组与NPK组比，土壤细菌、放线菌数量增加，土壤真菌数量减少，说明复合微生物肥和化肥配合施用能够增加土壤细菌、放线菌数量，减少土壤真菌数量;土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮的整体趋势为MNPK>NPK>M>CK，说明复合微生物肥和化肥配合施用能够增加土壤微生物生物量。以上结果说明，复合微生物和化肥配合施用，能够提高土壤的微生物数量、土壤微生物生物量，改善土壤的生物学特性，有利于作物生长，这一结果与蒋永梅等的研究结果[4，23]一致。

3.4 白菜产量与土壤微生物数量及微生物生物量间的相关性

相关性分析表明，产量与微生物数量、微生物生物量之間呈一定的正相关关系，表明土壤微生物与作物产量关系密切，其原因可能是微生物菌肥中含有数量较多的功能性活菌，它们可以加快土壤有益微生物的繁殖，调控土壤微生物的群落结构，提高肥力，进而提高作物品质和产量[24]。微生物数量和微生物生物量之间也大多呈显著正相关关系，表明土壤细菌、真菌、放线菌数量和土壤微生物生物量密切相关，共同影响着土壤的微生物群落，从而改善了土壤环境。

综上，本试验以80%化肥+复合微生物肥配合施用，能够有效减少化肥的施用，降低污染，同时能够增加白菜产量，改善土壤理化性质，增加土壤微生物的数量，提高土壤微生物生物量，改善土壤环境，从而为提供绿色、高效、高产的白菜生产提供理论依据。

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