复合微生物菌肥配施化肥对芥菜生长及土壤环境的影响

2020-06-22叶长东苏天明李恩东刘美卿王吉平叶长成何铁光李嘉维

西南农业学报 2020年5期

陶伟，叶长东，苏天明，李恩东，刘美卿，王吉平，叶长成，张野，何铁光，李嘉维，王瑾*

(1.广西农业科学院，广西南宁 530007；2.广西勤德科技股份有限公司，广西南宁 530007；3.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西南宁 530007；4.广西易多收生物科技有限公司，广西南宁 530007；5.广西源创农业科技开发有限公司，广西南宁 530022)

【研究意义】施用化肥是现代农业中重要的增产方式，对作物增产增收效果显著。已有研究表明，施用复合微生物菌肥可调节土壤中的微生物群落组成，改善土壤养分含量，调节土壤条件以促进作物生长[1]。芥菜是我国重要的特色蔬菜，具有较高的营养价值和药用价值[2-3]。我国芥菜类蔬菜年种植面积达100万hm2，广西作为我国芥菜类蔬菜的主产区之一，种植种类多，规模化生产基地面积大，需大量施用化肥[4]。但是长期大量施用化肥易造成土壤板结，化肥利用率低，且氮磷元素在土壤中过量积累也会污染土壤和周边水体，导致土壤有益微生物死亡等不良后果发生[5]。因此，开展复合微生物菌肥配施化肥对芥菜类蔬菜生长和土壤环境影响研究，对提高芥菜类蔬菜的产量、品质及复合微生物菌肥和化肥减量增效技术的推广应用具有重要意义。【前人研究进展】复合微生物菌肥能改善土壤微生物群落结构，有利于植物吸收养分、根系生长和抗病[6]。土壤中的微生物通过与植物根系相互作用，将有机质转化成植物可吸收的无机养分，产生的抗性成分能有效抑制有害微生物生长，提高植物的抗病性[7]。由于微生物在土壤和作物生长中扮演重要角色，有关学者对复合微生物菌肥的研究也越来越多[8-11]。苗丁丁[2]等研究认为，施用微生物菌肥生菜的可溶性糖和维生素C含量分别比对照提高63.59 %和117.32 %。黄伟等[12]研究显示，在生菜种植过程中施用微生物菌肥，其土壤酶活性比对照有一定程度提高，其中脲酶活性提高72.43 %，转化酶活性提高83.75 %。王书娟等[13]研究发现，施用微生物菌肥番茄果实的总酸和硝酸盐含量较低，果实品质较佳。相关研究也表明，复合微生物菌肥配施化肥的豌豆产量提高21.82 %～60.52 %[14]，在西葫芦和番茄栽培过程中施用微生物菌肥均能有效提高其产量和品质[15-18]。【本研究切入点】目前，关于复合微生物菌肥与化肥配施对芥菜农艺性状、产量和品质及菜地土壤酶活性和土壤养分含量影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】开展田间种植芥菜施用复合微生物菌肥配施化肥试验，分析复合微生物菌肥配施化肥对芥菜农艺性状、产量和品质及土壤酶活性和土壤养分含量的影响，为复合微生物菌肥及化肥减量增效技术在芥菜栽培中推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在广西南宁市隆安县那桐镇下邓村进行。供试复合微生物菌肥属固态肥，由广西易多收生物科技有限公司提供。其中有效活菌数≥2×108个/g，有机质含量≥20.0 %，N+P2O5+K2O=20 %(7-5-8)，黄腐酸含量≥10 %，菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌；供试芥菜种子购自广西南宁赛绿农业科技有限公司。试验地土壤养分状况为：pH 5.20，水解性氮含量126.0 mg/kg，有效磷含量11.0 mg/kg，速效钾含量443.0 mg/kg，有机质含量26.0 g/kg，全氮含量1.61 g/kg，全磷含量0.867 g/kg，全钾含量9.72 g/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计设5个处理：处理1(T1)为单施100 %化肥(氮磷钾总量分别为240、90和135 kg/hm2；处理2(T2)为70 %化肥+复合微生物菌肥600 kg/hm2；处理3(T3)为85 %化肥+复合微生物菌肥600 kg/hm2；处理4(T4)为100 %化肥+复合微生物菌肥600 kg/hm2；以不施肥为对照(CK)。各处理的肥料共分4次施入，即基肥、第1次追肥、第2次追肥和第3次追肥(施用比例为35 %、15 %、25 %和25 %)。每种处理3次重复(即3个小区)，各小区随机区组排列，小区面积55.6 m2(1.7 m×32.7 m)。芥菜种植间距为40 cm×35 cm。

表1 不同施肥处理芥菜的农艺性状比较

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05)，the same as below.

1.2.2 调查(测定)项目及方法芥菜农艺性状调查：对成熟期的芥菜进行随机抽样，每小区取5株芥菜样本，分别调查株高、开展度、SPAD值、叶片长、叶片宽、叶柄长、叶柄宽、根长、根重和单株重等农艺性状指标。产量调查：分别统计各小区成熟期芥菜的实际产量，折算为公顷产量。品质测定：对成熟期的芥菜，采用GB 5009.86-2016《食品中抗坏血酸的测定》测定维生素C含量，采用GB/T 5009.10-2003《植物类食品中粗纤维的测定》测定粗纤维含量，采用GB 5009.7-2016《食品中还原糖的测定》测定还原糖含量，采用NY/T 2017-2011《植物中氮、磷、钾的测定》测定芥菜中全氮、全磷和全钾含量，参考SB/T 10203-1994《果汁通用试验方法》测定总酸和总糖含量。土壤酶活性测定：参照关荫松[19]的方法对采收后菜地土壤样品的蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分别采用3,5-二硝基水杨酸比色法、磷酸苯二钠法和奈氏比色法进行测定。土壤理化性状测定：参照鲍士旦[20]《土壤农化分析》的方法测定试验地种植芥菜前后的土壤氮、磷、钾和有机质含量。

1.3 统计分析

试验数据采用Excel 2016进行整理，以SPSS 22.0进行差异显著性分析，以Origin 9.0和AdobeIllustrator CC 2017作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理芥菜的农艺性状

由表1可知，T1～T4处理芥菜的株高、开展度、SPAD值、叶片宽、叶柄长、根重和单株重均高于CK，叶柄宽均小于CK。其中，株高与CK差异显著(P<0.05，下同)；各处理株高排序为T3>T4>T2>T1>CK，T3处理的株高(40.09 cm)比CK提高44.52 %，比T1处理提高9.63 %；T2、T3和T4处理的SPAD值均高于T1处理和CK；T3处理叶片开展度、叶片宽、叶柄长、根重和单株重均显著高于CK，叶柄宽显著小于CK，根长小于CK，但差异不显著(P>0.05，下同)；T3处理芥菜的平均单株重(205.77 g)均高于其他处理，其中比CK显著提高53.21 %，比T1处理提高14.58 %，比T2和T4处理分别显著提高37.30 %和27.57 %。说明施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)芥菜的农艺性状总体上优于不施肥和单施化肥的芥菜。

2.2 不同施肥处理芥菜的产量表现

从图1看出，T1～T4处理芥菜的产量分别为27 696、27 289、29 390和24 769 kg/hm2，分别比CK显著提高95 %、93 %、107 %和75 %；各施肥处理芥菜产量排序为T3>T1>T2>T4，但处理间差异不显著。说明施肥能有效提高芥菜的产量，其中施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)对芥菜的增产效果最佳。

2.3 不同施肥处理对芥菜品质的影响

芥菜的粗纤维、总酸、总糖和维生素C含量等是衡量芥菜品质的重要指标，可决定芥菜的营养价值、口感和市场价值。由表2可知，T3处理芥菜的粗纤维含量(0.70 %)显著低于其他处理，较CK降低12.50 %，总酸含量(0.10 g/100g)也最低；总糖含量(1.33 g/100g)显著低于CK和T1处理，但显著高于T2和T4处理；维生素C含量为37.80 mg/100g，显著高于T1和T2处理；还原糖含量(0.76 g/100g)和全磷含量(0.20 g/100g)显著低于CK和其他施肥处理；全氮含量(2.35 g/100g)高于CK但低于其他施肥处理，全钾含量(3.57 g/100g)显著高于CK但显著低于其他处理。综上所述，施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)能有效提高芥菜的品质，芥菜的口感更好，风味更佳。

图柱上不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P< 0.05)，下同Different lowercase letters on the bar represented significant difference (P< 0.05)，the same as below图1 不同施肥模式的芥菜产量比较Fig.1 Comparison of B. juncea L. yield under different fertilization modes

表2 不同施肥处理的芥菜品质比较

2.4 不同施肥处理对菜地土壤酶活性的影响

从图2可看出，T1～T4处理菜地土壤的蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均高于CK，其中蔗糖酶活性分别比CK显著提高304 %、306 %、629 %和518 %(图2-A)，且T3处理(110.1 mg/gDW)显著高于T4、T2和T1处理。T1～T4处理菜地土壤的脲酶活性分别比CK提高74 %、12 %、136 %和108 %，其中T1、T3和T4处理显著高于CK，T3处理(0.125 mg/gDW)显著高于其他处理(从图2-B)。T1～T4处理菜地土壤的酸性磷酸酶活性分别显著高于CK 55 %、21 %、63 %和52 %，其中T3处理菜地的土壤酸性磷酸酶活性(67.9 μg/gDW)最高，但与T1和T4处理差异不显著(图2-C)。可见，通过施肥可提高菜地的土壤酶活性，进而有效提高土壤肥力，尤其以施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)对土壤肥力的提高效果更佳。

2.5 不同施肥处理对芥菜地土壤养分含量的影响

由表3可知，各处理菜地的土壤pH均相较种植芥菜前(pH 5.20)有所上升，其中CK的升幅最大(由5.20升至6.14)，施肥处理中T3处理升幅最大，由5.20升至5.77；T1、T2和T4处理菜地的土壤水解氮含量分别比CK显著提高9.5 %、6.6 %和18.3 %，而T3处理的水解氮和全氮含量最低，分别为136.0 mg/kg和1.29 g/kg，其中水解氮含量与CK无显著差异，但显著低于其他施肥处理，全氮含量显著低于CK和其他施肥处理。各处理菜地的土壤有效磷含量均较种植前(11.0 mg/kg)明显提高，且以T1处理(28.0 mg/kg)升幅最大，其中比CK提高103.0 %，说明单施化肥会导致土壤磷含量过量累积，容易造成土壤磷污染；而T2～T4处理菜地的土壤有效磷含量分别为19.0、19.7和20.1 mg/kg，比T1处理显著降低32.1 %、29.6 %和28.2 %，说明复合微生物菌肥与化肥配施能有效缓解施用化肥对土壤潜在的磷污染。T3处理菜地的土壤速效钾含量(176 mg/kg)显著低于其他处理；有机质含量(20.7 g/kg)和全磷含量(0.854 g/kg)均显著低于CK和T1～T2处理，与T4处理差异不显著；全钾含量(11.1 g/kg)显著低于T1和T4处理，与CK和T2处理相同。说明施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)菜地的土壤营养成分能更好地被微生物和植物吸收利用，从而降低使用化肥引起的土壤养分残留量，降低使用化肥带来的土壤污染(尤其是磷污染)风险。

A.蔗糖酶活性；B.脲酶活性；C.酸性磷酸酶活性A. Invertase activity；B.Urease activity；C.Acid phosphatase activity图2 不同施肥模式种植芥菜的土壤酶活性比较Fig.2 Comparison of soil enzymatic activities planted with B. juncea L. under different fertilization modes

表3 不同施肥模式种植芥菜的土壤养分含量比较

3 讨论

本研究结果表明，4个施肥处理芥菜的农艺性状、产量和品质均优于CK，其中复合微生物菌肥配施化肥还具有改良菜地土壤环境的效果；T3处理芥菜的农艺性状总体上优于其他施肥处理，其中株高比CK提高44.52 %，比T1处理提高9.63 %，叶片的SPAD值均高于T1处理和CK，单株重比CK提高53.21 %，比T1处理提高14.58 %，产量比CK提高107.00 %，比T1处理提高6.12 %。在品质方面，T3处理芥菜的粗纤维含量显著低于CK和其他施肥处理，总酸含量也最低，总糖含量显著高于T2和T4处理。说明施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)能更好地促进芥菜植株生长，增加芥菜单株重量，提高叶片的SPAD值，增强植株的光合作用，从而提高芥菜的产量和品质，与吕瑞[8]、赵亮亮[10]研究认为复合微生物菌肥能提高白菜和番茄品质和产量的观点一致。

土壤酶活性与土壤微生物群落的多样性密切相关[21]。本研究中，T3处理菜地的3种土壤酶活性均高于CK及其他施肥处理，其中蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸活性分别比CK显著提高629 %、136 %和63 %，与符青[22]等对水稻施用复合微生物菌肥的研究结果相似。

土壤养分是作物生长的关键因素[23]。在本研究的4个施肥处理中，T3处理菜地的土壤pH升幅最大(从5.20升至5.77)，且土壤中水解氮、有效磷、速效钾、有机质、全氮和全磷含量等指标均最低，全钾含量与CK相同，说明施用85 %化肥+复合微生物菌肥(600 kg/hm2)可更好地改良菜地土壤的酸碱度，提高土壤中磷素的利用率，降低单施化肥对土壤和水体的磷污染风险[24]，与吕瑞[8]等、崔荣云和门庆永[15]研究认为西葫芦施用复合微生物菌肥能改良土壤环境、解磷和解钾的观点一致。

在本研究中，使用复合微生物菌肥配施化肥的施肥模式能有效提高芥菜的产量和品质，改善土壤环境，但过量减施化肥也会导致芥菜产量下降，不利于芥菜生长。随着国家大力推广化肥减量增效技术[25]，后续可结合测土配方施肥和水肥一体化等技术，开展提高化肥利用率、改善土壤环境、增加作物产量研究，以实现化肥减量增效目标。