增施微生物肥料对长山药产量与品质的影响

刘燕燕，武才女，张 杰，2，陈 鑫，张英杰，王晓民

（1.山西师范大学生命科学学院 太原 030031； 2.国家微生物肥料技术研究推广中心第24号技术推广站 山西临汾 041000； 3.山西农业大学棉花研究所 山西运城 044000）

薯蓣（Dioscorea opposita）亦称山药、长山药，系多年生缠绕藤本，地下为圆柱形肉质块茎[1-3]。其块茎是一种食品，亦作为健脾、养胃、益气的药品。长山药主产地分布在海拔150～1500 m，块茎肉质肥厚，直径2～7 cm，具有较高的营养价值和药用价值[4]。我国是山药的原产地，尤以山西平遥盛产，后引种到河南、山东等地[5]。现如今，薯业是山西省临汾市乡宁县农业种植的重要产业，已成为当地农民增收的重要途径之一。

山药含有较丰富的蛋白质和多种氨基酸，而且必需氨基酸齐全，具有较高的营养价值。长山药多糖具有抗肿瘤、降血糖、调节免疫和抗突变等作用[6-8]。长山药黏度能保持血管弹性，还有润肺止咳的功能，可降低人的血糖浓度，增加血液中的白细胞而具有抗肿瘤等作用，长山药黏度越高，营养价值就越高[9]。长山药还有免疫调节、抗氧化、降血脂作用以及调节脾胃等功能。然而，长山药对土壤的要求非常严格，面临重茬率高、土壤板结、标准化低等诸多问题。因此改变常规施肥习惯，降低长山药茎基腐病的发病率，掌握乡宁长山药种植技术操作流程，依据长山药的需肥规律，在常规施肥的基础上增施微生物肥料，对长山药提质增效、保护环境及合理利用资源具有重要意义。

当前，关于不同栽培因子、不同肥料配比、煤基肥、不同滴灌施肥次数及风化煤基肥等方面对长山药产量和品质影响的研究较多[10-14]。同时，前人研究表明，增施微生物肥料可明显提高农作物的产量与品质，改善土壤环境[15-19]。但是，目前国内利用微生物肥料在玉米、水稻等[20-22]作物上的研究较多，而有关长山药在化肥基础上增施生物有机肥，生长后期冲施液体微生物菌剂的研究较少。笔者在长山药常规施肥的基础上，研究增施微生物肥料对长山药生长指标、茎基腐病发病率、产量和品质等方面的影响，进而加以筛选、应用与推广，为山西省长山药种植科学施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 地点

试验于2020 年4 月至2021 年10 月在山西省临汾市乡宁县昌宁镇下县村试验基地内进行。基地位于黄河中游，吕梁山南端，山西省西南，临汾市西部，属暖温带亚干旱气候区。 海拔为385.10～1 820.50 m，相对高差1 435.40 m。全年日照时数在2400～2700 h 之间，年均气温9.90 ℃，年均降水量570 mm，年均无霜期212 d。试验田地势平整，为砂质壤土[21]。

1.2 材料

1.2.1 供试品种 笔者采用传统老品种长山药，由乡宁县益寿长山药专业合作社提供。

1.2.2 供试肥料 国家微生物肥料技术研究推广中心提供生物有机肥和微生物菌剂，山西省临汾市乡宁县益寿长山药专业合作社提供尿素、过磷酸钙和硫酸钾，其中微生物菌剂含胶冻样类芽孢杆菌菌剂、解淀粉芽孢杆菌菌剂和枯草芽孢杆菌菌剂，具体指标见表1。

表1 供试肥料

1.3 设计

2020 年试验采用完全随机区组设计，共设置4个施肥处理，分别是CK 和T1、T2、T3，每个处理3次重复。试验总面积为400 m2，每个小区面积为20 m2。试验种植密度均为333 335 株·hm-2，行距30 cm，株距10 cm。常规施肥（CK）单施复合肥，T1为复合肥+生物有机肥，T2 为复合肥+生物有机肥+微生物菌剂浸泡段子，T3 为复合肥+生物有机肥+微生物菌剂浸泡段子+2 次微生物菌剂追肥。具体施肥量设置见表2。其他种植方式及耕种管理按照当地种植习惯进行。

表2 试验分组设置

1.4 测定项目和测定方法

1.4.1 田间测定 在长山药幼苗期，每个处理选取植株整齐、有代表性的长山药10 株，于2020 年7月10 日测定主蔓长、叶长、叶宽、叶面积和茎粗，3次重复。主蔓长用卷尺测量从植株基部到生长点的距离，取平均值。叶长、叶宽和茎粗用游标卡尺测定。叶长用游标卡尺测量从叶片尖到叶柄之间的长度；叶宽用游标卡尺测量叶片中间最宽的部分；茎粗用游标卡尺测量所测植株距离地面50 cm处的主茎粗度；叶面积采用数格子法进行测定，沿着叶子的形状将其画在透明的坐标纸上，然后数格子。计算格子时，叶片边缘凡超过半格的计算为1，不足半格则不计数。一般画坐标纸时，每个格子长宽各为1 cm，所以面积为1 cm2。因此，数出的格子数就是叶片的叶面积（单位为cm2）。

各处理于2020 年10 月28 日和2021 年10 月25 日采集长山药成熟期块茎样品。除去块茎上的土，在各试验组中随机选取10 株进行测量，3 次重复，用直尺量取块茎长，用软尺绕块茎一周测得块茎周长；用精度为0.01 g 的分析天平称取块茎鲜质量。在收获过程中记录长山药的穴薯数、商品薯数（除去长山药段子，余下部分即为商品薯），计算出商品薯率（商品薯质量占整个长山药质量的比率）。

1.4.2 营养品质测定 各处理于2020 年11 月13

日挑选形状规整、大小均匀、无机械损伤的长山药块茎进行混合取样。每个处理称取60 g 的长山药样品委托北京中科光析化工技术研究所测定蛋白质含量、多糖含量及其黏度。

1.4.3 长山药茎基腐病发病率测定 通过对长山药高发病期植株发病情况进行调查计算，调查内容包括病害种类、调查的总株数、病株数等。每个处理选取长势均匀的3 行进行调查，3 次重复。发病率计算公式如下：

发病率/%=病株数/调查总株数×100。

1.4.4 土壤理化指标 土壤样品是由试验前后采用“之”字形布点法，采集0～20 cm 耕作层土样并充分混匀得到，并由乡宁县下县益寿长山药专业合作社委托北京谱尼测试集团股份有限公司测定土壤有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量和pH 值。

1.4.5 长山药经济效益分析 根据长山药生产成本及当年收购价格，计算出各试验组净利润。

1.4.6 扩大面积示范种植 2021 年试验选择经济效益最高的T3 组进行扩大面积示范种植进行验证。试验采用完全随机区组设计，设置1 个试验组，记为T3，处理组设置3 次重复。试验总面积为6 666.67 m2。试验种植密度均为333 335 株·hm-2，行距30 cm，株距10 cm。底肥（2021 年4 月25日）：10 000.00 kg 生物有机肥+1429.00 kg 尿素，70.00 kg 过磷酸钙和60.00 kg 硫酸钾；浸泡段子（2021 年5 月5 日）：取8.50 kg 火山熔岩、33.50 kg枯草芽孢杆菌菌剂和33.50 kg 解淀粉芽孢杆菌菌剂加水混合，搅拌均匀，放入长山药段子，浸泡10 min 后捞出；第1 次追肥（2021 年7 月4 日）：44.00 kg 尿素，30.00 kg 过磷酸钙含量和33.50 kg硫酸钾含量；冲施菌剂（2021 年8 月10 日）：冲施33.50 kg 枯草芽孢杆菌菌剂和45.50 kg 解淀粉芽孢杆菌菌剂；第2 次追肥（2021 年8 月25 日）：45.50 kg 尿素，31.00 kg 过磷酸钙和92.80 kg 硫酸钾；冲施菌剂（2021 年9 月13 日）：冲施66.67 kg 胶冻样类芽孢杆菌菌剂。其他种植方式及耕种管理按照当地种植习惯。试验完成后测定长山药产量及产量因子，方法同2020 年。

1.4.7 试验数据分析与处理 试验所获取的数据通过Microsoft Excel 2020 和IBM SPSS statistics 25进行数据分析与处理。Excel 用于研究数据的最大值、最小值、平均值；IBM SPSS statistics 25 软件用于统计分析，利用单因素方差分析进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 增施微生物肥料对土壤理化指标的影响

由表3 可知，施入微生物肥料后，试验前后土壤理化性质发生了很大的变化。有机质含量中常规施肥（CK）较试验前降低，降低了2.74%，施入生物有机肥后，有机质含量中T1、T2、T3 均有不同程度的提升，分别较试验前提高了9.91%、18.84%和18.87%；试验后的耕地土壤表层全氮含量较试验前明显提升，其中以T3 处理含量最高，较试验前提高了39.71%；试验后速效磷常规施肥（CK）与T1、T2、T3 均有不同程度的提升，分别提高了5.85%、10.00%、26.42%和30.26%，试验后T2 与CK 之间具有较小的显著性差异，T3 与CK 之间具有较大的显著性差异；试验后速效钾含量表现为T3 处理含量最高，较试验前提高了15.48%；试验后的土壤pH值表现为各处理较试验前略有降低，分别较试验前降低了4.34%、3.50%、3.40%和5.10%，且增施微生物肥料各处理之间差异显著。综上所述，使用微生物肥料可以有效促进土壤有机质、全氮、速效钾和速效磷等含量的积累，从而达到提高土壤肥力的效果。

表3 不同处理对土壤理化指标的影响

2.2 增施微生物肥料对长山药生长指标的影响

由表4 可以看出，在复合肥的基础上增施微生物肥料，各生长指标明显增长。试验中主蔓长T2、T3 与CK 间具有显著差异，其中T3 主蔓长最长，较CK 提高了13.41%；叶长中CK 与T1、T2、T3 差异不显著，其中T3 叶长最长，较CK 增长了2.90%；叶宽中T2、T3 与CK 具有显著差异，T1、T2、T3 均有不同程度的增长，分别较CK 增加了5.48%、10.81%和16.15%；叶面积中T3 与CK 具有显著差异，达到最高（55.33 cm2）；茎粗各处理均高于CK，其中T3达到最高，较CK 增长了18.49%，且具有显著差异。结果表明，增施微生物肥料可改善长山药的根际、叶面营养，促进长山药的生长发育。

表4 增施微生物肥料对长山药生长指标的影响

2.3 增施微生物肥料对长山药茎基腐病的影响

由表5 可以看出，在施用复合肥的基础上增施微生物肥料之后，各处理发病率均显著降低，分别较CK 降低了7.35%、10.17%和3.03%。其中T2 防治效果最好，发病率为7.59%，与CK 间具有显著差异，较T1、T3 分别显著降低了2.82%、7.13%。由此说明，增施微生物肥料可增强长山药的抗病能力、降低发病率。

表5 增施微生物肥料对长山药茎基腐病的影响

2.4 增施微生物肥料对长山药品质指标的影响

由表6 可知，增施微生物肥各处理长山药蛋白质含量随着微生物肥料的增加而增加，且与CK 之间具有显著差异，均高于CK，较CK 分别提高了3.45%、8.05%和12.64%；多糖含量CK 达到最高，较T3 增加了43.23%，二者具有显著性差异；长山药黏度也有不同程度的提升，T3 最高，相比CK 增加了17.54%，二者差异显著。由此可见，增施微生物肥料对长山药生长中蛋白质含量和黏度有促进作用，从而提高了其品质。

表6 增施微生物肥料对长山药品质指标的影响

2.5 增施微生物肥料对长山药产量与产量因子的影响

由表7 可以看出，与CK 相比较，T1、T2、T3 产量更佳，其中T3 达到最高（20 319.64 kg·hm-2）。块茎外观均为黄褐色，外皮粗糙。试验中块茎长度T1、T2、T3 均高于CK，其中T3 长度最长，较CK 增加了2.86%，但差异不显著；T1、T2、T3 块茎周长与CK 差异不显著，其中T3 较CK 增加了3.44%；T1、T2、T3 商品薯率与CK 差异显著，其中T3 最高（71.50%）。产量随着微生物肥料的施加呈增长趋势，T3 较CK 提高了157.49%，二者差异显著。结果表明，长山药的产量因子数值均有所提高，增施微生物肥料可显著提高长山药的产量。

表7 增施微生物肥料对长山药产量与产量因子的影响

2.6 增施微生物肥料对长山药经济效益的影响

由表8 可知，总产值最高的为T3，1 hm2为581 141.74 元，除去生产成本等，相较于CK，净利润最大的为T3，1 hm2为560 067.84 元，较CK 增加了184.18%，差异显著。增施生物有机肥+微生物菌剂浸泡长山药段子+2 次微生物菌剂追肥（T3）比CK1 hm2可多获得净利润362 987.85 元。

表8 增施微生物肥料对长山药经济效益的影响

2.7 扩大示范面积的长山药产量及经济效益分析

在2020 年试验的基础上，2021 年选择净利润最高的最适处理T3 进行大面积示范种植，并对其产量、产量因子及经济效益进行分析。由表9 可以看出，各项产量指标和经济效益明显高于2020 年各处理。其中，试验中块茎长达到50.23 cm，较2020 年T3 增加了1.23%；试验中块茎周长较2020年T3 增加了1.15%；商品薯率72.31%，与2020 年T3相比增加了0.81%；T3 产量20 839.95 kg·hm-2，总产值602 774.71 元·hm-2，净利润581 700.81 元·hm-2，分别较2020 年的T3 增加了2.56%、3.72%和3.86%。结果表明，在常规施肥的基础上增施生物有机肥+微生物菌剂浸泡长山药段子+2 次微生物菌剂追肥的施肥方案适宜大面积推广种植。

表9 最佳施肥量对长山药产量与经济效益的影响

3 讨论与结论

长山药喜暖湿环境、怕干旱、忌积水，适宜种植在排水良好、土层深厚疏松的土壤中[13]。在笔者的试验中，相比于CK，T1、T2、T3 处理均施加了微生物肥料，增加了土壤的有机质含量，降低了土壤的酸碱度，契合了长山药生长特性。笔者的研究结果表明，在施入微生物肥料之后，由于长山药的吸收利用，CK 的有机质含量较试验前降低了2.74%，而T1、T2、T3 处理有机质含量分别较试验前提高了9.91%、18.84%和18.87%。施加微生物肥料之后，各处理土壤中各营养物质含量明显增加。同时，各处理的土壤pH 值较试验前均有所下降，这与王文庆等[23]的观点一致。笔者的试验中液体微生物菌剂中添加的有效微生物枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌均可以起到抑制长山药茎基腐病的作用，在移栽环节、追肥等多个关键环节使用，更易在土壤中形成优势种群，有效抑制病原菌的侵染。通过微生物菌剂浸泡段子，T2 发病率较CK 降低了10.17%，与马田田[25]的结果一致。

在笔者的试验中，施入微生物肥料之后，T3 长山药蛋白质含量增加，与吕薇[26]的结果一致。同时，长山药黏度也有不同程度的提升，T3 较CK 增加了17.54%。而长山药多糖含量随着微生物肥料的施加而呈现下降的趋势，可能是因为蛋白质含量与多糖含量呈显著负相关[27]。笔者的结果表明，增施微生物肥料可提高长山药的品质。笔者的试验中增施的胶冻样类芽孢杆菌菌剂可能起到解磷解钾的作用，T3 长山药的产量较CK 有明显提高，同时，T3的商品薯率达到最高，为71.50%，这与孙亚玲等[28]的结果相近。T3 总产值达到581 141.74 元·hm-2，品质较高。另外，在2021 年按照T3 的施肥量进行大面积推广，验证了其对长山药的产量及经济效益均有促进作用，对当地的长山药种植具有较强的生产实践意义。

综上所述，复合肥+生物有机肥+微生物菌剂浸泡段子+追施2 次微生物菌剂是最佳施肥方式。