不同用量有机肥与菌剂组合对花生产量、品质及土壤肥力的影响

郑国栋龚 屾黄炎霞黄金堂

(福建省莆田市农业科学研究所,福建 莆田 351144)

化肥是作物生产的物质基础,对作物增产有明显促进作用,对作物尤其是粮食的安全起到重要的保障作用,然而近年来化肥对粮食产量的贡献已经由20世纪80年代的30%～40%下降到10%左右[1],化肥的长期过多、过滥使用导致土地肥力降低、营养不均衡、土壤板结、肥料利用率下降、土壤微生物区系恶化、微生物多样性减少、病原菌增加、土壤酶活性降低,破坏了土壤生态系统[2],增加了农产品中的有害物质,化肥流失造成水体富营养化,严重影响到土壤—水源—大气整个生态环境的健康。现代农业正逐渐向绿色农业、生态农业转型,花生栽培上也应大力推进化肥减量提效,如实行无机—有机配施、微生物菌剂、生物有机肥或制备生物有机无机复混肥等来部分或全部替代化肥等施肥措施,其中生物有机肥是有益微生物菌群与有机肥结合形成的新型、高效、安全的微生物有机复合肥料,对提高作物产量、改良土壤肥力、减少作物病虫害和环境污染具有显著作用[3]。目前不少研究表明配施生物有机肥有促进改善花生植株及荚果农艺性状、提高产量及抗病性等效果[4-7],然而国内不少生物有机肥产品中缺乏有效保护剂、助剂这一核心技术,菌株生存时间短、活性差,适应环境能力和生存定殖能力较低、产品效果不稳定[8];微生物菌剂制备工艺相对成熟,产品相对稳定,若能与有机肥配施得当,可产生良好的叠加效应,微生物菌剂与有机肥配合使用已在多种作物试验,较单施化肥或有机肥更能显著提升作物产量品质、增加土壤养分、提高土壤肥料利用率、改善土壤微生态等作用[9-13],目前在花生施用上却鲜见报道,仅见李显歌等[14]研究有机肥加菌剂解决因花生连作造成的土壤性能下降、花生根际微生物结构失衡、花生生长发育低下、产量下降等生产障碍;王小兵等[15]应用有机肥配施菌剂来减轻花生土传病害、延缓产量降低和生物性状变劣;未见不同用量有机肥与菌剂组合对花生品质及土壤肥力等的肥料影响效应。

本文在前期应用不同有机肥与菌剂配施试验筛选出最佳菌肥组合以及该菌肥组合与化肥减半配施的产量效应的基础上[16],进一步探讨适宜用量菌肥组合对花生生长发育、产量提高、品质改善及土壤肥力提升等方面的作用,以期为花生减肥增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试花生品种为莆花45,由莆田市农业科学研究所自主选育花生新品种。所用肥料是由福建好与佳生物科技股份有限公司生产的益田有机肥,其技术指标为:有机质≥45%,N-P2O5-K2O≥10.0%;中农绿康(北京)生物技术有限公司生产的中农绿康微生物菌剂,其所含的枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌有效活菌数≥5.0亿/g;化肥为尿素(N≥46.4%,陕西陕化煤化工集团有限公司生产),钙镁磷肥(P2O5≥12.0%,湖北农乐化肥有限公司生产),氯化钾(K2O≥60.0%,广东天禾农资股份有限公司经销)。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2019年春在莆田市秀屿区现代农业示范场试验田进行。供试土壤为红壤,前作甘薯,质地砂壤土,地势平坦。土壤理化性状:0～20 cm 土层有机质含量为14.93 g/kg,p H 值6.1,碱解氮101.3 mg/kg、速效磷64.0 mg/kg、速效钾177.0 mg/kg。设6个处理,各处理每小区面积10 m2,四周设保护行,随机区组设计,重复3次;3月27日各处理按13.5万穴/hm2密度播种,穴播2粒,田间按常规管理,于8月3日收获。

菌肥组合以益田有机肥与中农绿康微生物菌剂按20∶1配制而成。设6个处理:T1,菌肥组合300 kg/hm2;T2,菌肥组合600 kg/hm2;T3,菌肥组合900 kg/hm2;T4,菌肥组合1 200 kg/hm2;T5,菌肥组合1 500 kg/hm2;CK,常规施肥即全化肥(尿素292.5 kg/hm2、钙镁磷肥750.0 kg/hm2、氯化钾300.0 kg/hm2)。T1～T5处理均配施化肥,按常规施肥用量减半算,即尿素146.3 kg/hm2、钙镁磷肥375.0 kg/hm2、氯化钾150.0 kg/hm2。

1.2.2 测定指标与方法

①主要农艺性状调查。收获前每小区取5穴共10株进行室内考种,自然风干,用于调查花生主茎高、侧枝长、单株果数、饱果率、百果质量和百仁质量等,参考《中国花生品种及其系谱》来进行观察记载花生农艺性状[17]。

②品质分析。籽仁蛋白质、油脂、油酸、亚油酸用丹麦产近红外谷物分析仪Infratec1241测定。

③土样采集及测定方法。每小区取耕作层0～20 cm 土样多点混合,风干、研磨过筛,用于土壤养分含量的测定,测定项目包括土壤p H、有机质、碱解N、有效P和速效K,方法参考文献[18]。

④经济效益分析。花生价格按当地市场售价计算,即10元/kg。有机肥成本按1.75元/kg,微生物菌剂14 元/kg。收益为总产值扣除有机肥进价成本和化肥成本之后所得。

1.3 数据处理

采用Excel 2016和DPS 7.05软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 菌肥组合施用量对花生植株农艺性状的影响

菌肥组合施用量对花生植株生长的影响见表1。随着菌肥组合用量增加,主茎高与侧枝长均有增加的趋势,各处理主茎高显著高于T1处理,T5及T4处理分别比T1处理增高10.72%、8.72%,T3～T5处理高于CK,差异未达显著水平;T2～T5处理侧枝长均显著高于T1处理,T5及T4处理分别比T1处理增加7.96%、6.36%,T3～T5处理高于CK,差异未达显著水平;在总分枝数与结果枝数上,T4处理显著多于T1～T3处理,T4及T5处理多于CK,差异未达显著水平。表明在化肥减半情况下,低用量菌肥组合无法满足花生植株营养生长所需,至少要达到T2处理用量才能达到全化肥条件下植株生长水平,随着菌肥组合供应量增加则植株生长更加旺盛,到T4处理用量时,植株在主茎高、侧枝长、总分枝数及结果枝数达到最佳水平,T5处理虽然植株长势最旺,反而降低了总分枝数及结果枝数,表现出徒长的趋势。

表1 不同处理对花生植株农艺性状的影响Table 1 The influence of different treatments on plant agronomic traits

2.2 菌肥组合施用量对花生主要荚果产量性状的影响

从表2可看出菌肥组合施用量对花生主要荚果产量性状的影响。百果质量、百仁质量随着菌肥组合用量的增加而增加,T4及T5处理百果质量显著高于T1处理,T5处理百仁质量显著高于T2处理,T5处理较T1处理百果质量、百仁质量分别提高了6.97%及6.31%,较CK 分别提高了3.46%及2.82%,T3、T4、T5均高于CK,但差异均未达显著水平;在出仁率方面,除T1处理外所有处理均显著高于CK,提高达1.10%～1.98%,以T5出仁率最高,且与CK差异达极显著水平;除T5处理外所有处理饱果率均显著高于CK,且饱果率随着菌肥组合用量的增加略有减少的趋势;所有处理双仁果率均高于CK,且T1、T2、T5处理与CK差异达显著水平,菌肥组合用量对双仁果率影响未表现出规律性;单株果数及单株果质量随着菌肥组合用量增加而有先增加后略减的趋势,在T4处理达最高值,较T1处理提高30.36%及29.45%,均达极显著水平,较CK提高5.62%及11.63%,在单株果质量上与CK 差异达显著水平,而T5处理较T4处理单株果数、单株果质量均有所下降。试验表明百果质量、百仁质量、出仁率、单株果数及单株果重随着菌肥组合用量增加而呈增加的趋势,配施菌肥组合用量不足则无法得到理想荚果性状,尤其明显降低单株果数及单株果质量,配施菌肥组合用量过多反而降低单株果数及单株果质量。

表2 不同处理对花生主要荚果产量性状的影响Table 2 The influence of different treatments on main pod yield traits

2.3 菌肥组合施用量对花生产量的影响

菌肥组合施用量对花生荚果与籽仁产量的影响见图1。各处理荚果产量按大小顺序为T4＞T5＞T3＞CK＞T2＞T1,比CK 分别提高了10.26%、7.19%、4.20%、-0.74%及-5.02%,其中T5处理与CK差异达显著水平,T4与CK 差异达极显著水平;各处理籽仁产量按大小顺序为T4＞T5＞T3＞T2＞CK＞T1,比CK分别提高了11.70%、9.30%、5.67%及0.84%及-4.00%,T5处理与CK 差异达显著水平,T4处理与CK 差异达极显著水平。花生荚果及籽仁产量在T3、T4、T5处理均极显著或显著高于T1处理,表明随着菌肥组合用量的增加,花生荚果产量逐渐增加,在T4处理达到最高产量水平后开始下降,为了获得理想产量,菌肥组合的配施用量不宜过高,也不宜过低,T3处理以上的菌肥组合配施用量均可取得较好的产量水平。

图1 不同处理对花生荚果与籽仁产量的影响Fig.1 The influence of different treatments on pod and kernel yield of peanut

2.4 菌肥组合施用量对花生经济效益的影响

不同菌肥组合施用量下花生的经济效益分析见表3。T5处理的总产值和有机肥成本均为最高,而T1处理的总产值及肥料成本最低,相较于CK,T1及T2处理表现减收,且扣除肥料成本后收益显著低于T4处理,中高用量的T3～T5 处理均较CK 增收,以高用量T4处理的收益最大,比CK 增收6.72%。

表3 不同处理下花生的经济效益分析 (元/hm2)Table 3 Economic benefit of peanut under different treatments (yuan/ha)

2.5 菌肥组合施用量对土壤肥力的影响

由表4可知,施用菌肥组合能提高土壤速效养分含量,并且能够促进土壤有机质含量的提升。前人研究发现化肥的大量长期施用,特别是氮肥的高量投入能够显著降低土壤p H,加剧土壤酸化程度[19],而生物肥则能有效提高南方区酸性土壤的p H 值[20-21]。本试验中各处理土壤p H 与CK 相当,可能是该土壤本身p H 较为中和,菌肥组合用量对土壤p H 并未产生明显影响;与CK相比,其他各处理均能提高土壤有机质含量,增幅为3.90%～17.18%,随着菌肥组合用量增加,土壤有机质含量相应增加,但各处理间差异不显著,田小明等[22]研究表明,不同土壤随生物肥施用量的增加,其活性有机质显著增加,其中高有机质含量土壤施用生物肥20 g/kg效果显著,中等有机质含量土壤和低有机质含量土壤施用生物肥30、40 g/kg效果显著。本试验土壤有机质属于低水平,仅高用量T5处理土壤有机质含量显著高于CK;各处理土壤碱解氮均高于CK,增幅13.7%～42.17%,随菌肥组合用量增加,土壤碱解氮不断增加,以T5处理碱解氮含量最高,且与CK 相比增加达显著水平;各处理有效磷含量均高于CK,除T1外各处理均与对照差异达显著水平,亦以T5处理最高,较CK 增52.85%,这可能是生物肥中有益微生物能够活化释放土壤中被固持的矿质态氮与难溶性磷素[23-24];钾是品质元素也是抗逆元素,对作物稳产增产、提升品质有着重要作用,本试验中速效钾含量随着菌肥组合用量增加略有增加的趋势,差异虽不大,但T3～T5处理速效钾均高于CK 及T1～T2处理。

表4 不同处理对土壤肥力的影响Table 4 The influence of different treatments on soil fertility

2.6 菌肥组合施用量对花生品质的影响

菌肥组合施用量对花生主要营养品质的影响见图2。所有处理花生籽仁蛋白质含量均高于CK,提高达0.99%～5.68%,以T5处理蛋白质含量最高,显著高于CK,表明随着菌肥组合用量提高,蛋白质含量亦相应增加;在粗脂肪含量上,除T5处理外所有处理均高于CK,但增幅不大,随着菌肥组合用量提高,粗脂肪含量未表现出有规律性的变化,T4处理的籽仁粗脂肪含量达到最高,较对照提高1.73%,显著高于CK;所有处理油酸含量较CK 均有所提高,T2处理表现最佳,油酸较CK提高了4.77%,T1、T2及T3处理均极显著高于CK,T4、T5处理显著高于CK,随着菌肥组合用量提高,油酸含量有所减少;各处理籽仁亚油酸含量较CK均有所下降,使各处理均提高了花生的油亚比,达2.63%～10.76%,T1 及T2 油亚比较CK 分别提高了10.76%、10.60%。

图2 不同处理对花生品质的影响Fig.2 The influence of different treatments on kernel quality of peanut

2.7 菌肥组合施用量与花生产量及品质的相关性分析

由表5可知,本试验中菌肥组合施肥用量与荚果及籽仁产量均呈极显著正相关关系,在品质方面,除与粗脂肪相关系数较小,与其他性状相关关系均达到显著或极显著水平,与蛋白质含量呈极显著正相关关系,与油酸含量呈极显著负相关关系,与亚油酸含量呈显著正相关关系,表明在一定范围内,随着菌肥组合施用量的增加,可有效促进产量的增加和提高籽仁蛋白质品质性状的改善。

表5 菌肥组合施用量与花生产量及品质的相关性分析Table 5 Correlative analysis on the combined application of bacterial fertilizer and peanut yield and quality

3 结论与讨论

化肥配施生物有机肥对花生生长有一定的促进作用,生物有机肥可调节花生保持合适株高与侧枝长。田家明等[6]研究表明施用适量生物肥能促进花生的主茎高、侧枝长的增长,王梅等[25]研究表明生物菌肥能促进花生植株高度;也有研究表明施用生物肥使花生植株矮壮,解决了生产上存在的植株徒长造成的减产问题[26-27]。本试验表明对花生植株主茎高与侧枝长的影响,除T1处理(菌肥组合300 kg/hm2)显著低于CK(常规施肥),其他处理均高于或相当于CK,随着的菌肥组合用量增加,植株生长逐渐增强,到T5 处理(菌肥组合1 500 kg/hm2)则有营养过剩的趋势,反而降低了总分枝数及结果枝数,T4处理(菌肥组合1 200 kg/hm2)的植株在主茎高、侧枝长、总分枝数及结果枝数均达到最佳水平。此外,研究表明施用生物有机肥能稳定提高花生产量,增产实质是增加了饱果数、百果质量、出仁率、单株果质量等主要荚果性状[5,26,28],本试验表明百果质量、百仁质量、出仁率均随着菌肥组合用量增加而呈增加趋势,单株果数及单株果质量均随着菌肥组合用量增加而增加,至T4处理达到最高后开始下降。配施适宜菌肥组合用量的T4处理各项农艺性状指标均较CK 有所提高,出仁率、饱果率及单株果质量显著高于CK,对产量增加贡献最大。

在不同作物上配合施用生物肥与化肥,只要用量及配合比例适当,均能使作物产量得到提高[29-31]。田家明等[6]研究表明施用适量生物有机肥时,花生地上部干物质积累量大幅升高,单株果质量提高17.25%,产量提高8.9%。本试验研究表明,在T3(菌肥组合900 kg/hm2)及以上施用量处理,花生荚果及籽仁产量均高于全化肥处理,并随着菌肥组合用量的增加花生荚果产量逐渐增加,在T4处理达到最高产量水平,荚果及籽仁产量较对照分别提高10.26%与11.70%,而T5处理则有所下降。因此,菌肥组合的配施用量应当适宜,过高浪费成本,且易使花生徒长反而降低产量。相关性分析进一步表明不同用量的菌肥组合与花生荚果及籽仁产量均呈极显著的正相关,表明控制好菌肥组合的适宜用量对花生产量提升可起到至关重要的作用。

研究表明生物有机肥或有机肥加菌剂均能使土壤性能得以改善,增加土壤有机质,提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾的含量[4,14,32]。本试验研究表明随着生物有机肥用量增加,土壤有机质、碱解氮、速效磷及速效钾含量均有不同程度的增加趋势,以土壤有机质及碱解氮增加最为显著,二者T5处理分别较CK增加20.82%及42.17%,施用生物有机肥土壤速效磷含量增幅最大,各处理较CK 增加43.3%～52.85%,钾含量变化不大,这与不同生物肥中所含的固氮、解磷、解钾细菌等有益微生物的种类与数量有着密切关系[33-34]。

本试验同时表明配施菌肥组合能提高花生籽仁蛋白质和粗脂肪含量,所有处理的蛋白质含量较CK 提高了0.99%～5.68%,且随着菌肥组合用量提高,蛋白质含量逐渐增加;所有处理油酸含量较CK 均有所提高,然而随着菌肥组合用量提高,油酸含量逐渐减少,而亚油酸含量较CK 均有所降低,从而提高了花生的油亚比。相关性分析表明不同用量菌肥组合与蛋白质含量呈极显著正相关关系,与油酸含量呈极显著负相关关系,与亚油酸含量呈显著正相关关系,对于侧重食用型或商品耐贮藏性的高油亚比指标的产品应注重菌肥组合用量的控制。