生物有机肥对苹果幼苗生长及生理特性的影响

魏宝融，李发康，缪 平，王桢予

(甘肃建投生态建设集团有限公司,甘肃 兰州 730050)

目前化学肥料过量的使用已对环境造成了极大的危害[1-2]。生物有机肥的合理使用成为了新的趋势，生物有机肥不仅含有供生长所需的三大元素，并含有蛋白质、维生素以及生长所需的微量元素[3]。近年来，微生物菌肥和生物有机质肥成为国内外专家们研究的热点，以生防真菌、细菌、放线菌等为主要有效成分的微生物菌肥[4]，结合以秸秆、禽畜粪肥等为主的生物有机肥，利用生防微生物对作物促进生长及对病原微生物的抑制和对根际环境的改善等作用[5-7]，以及生物有机肥对土壤改善作用、对水体污染小等作用，将逐渐取代高残留高污染的化学肥料[8]。

苹果幼苗生长过程中施加生物有机肥可以促进幼苗的生长，于会丽等[9]研究表明：生物有机肥增加苹果幼苗的株高和根长并增加苹果幼苗抗逆性、促进养分吸收利用。苹果幼苗叶片内丙二醛(MAD)含量越低，则抗逆性越强。通过测定苹果叶片中的MAD含量，可以明确幼苗的抗逆性变化。主春福[10]通过对苹果幼苗施加生物炭，发现施加后促进幼苗的根系生长，并减小磷的损失。杨瑞等[11]研究表明：一定浓度的木霉T6生物菌肥处理苹果砧木幼苗后，与不施加肥料的对照相比幼苗的地径、叶片数均显著增加，此外叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和可溶性蛋白显著增高。生物有机肥不但促进植株生理生长，而且还可以改善环境，如于会丽等[9]研究表明：施加生物有机肥可以促进土壤微生物多样性；康勇建[12]在燕麦大田中施加生物有机肥处理后，结果表明：施加有机肥可以提高土壤中的酶活性、有效N、P、K的含量来改善土壤肥力等。目前很多学者仅研究了施加单一的生物有机肥对作物的影响作用，但对生物菌肥的混合施加研究较少，为了减少化学肥料对土壤和水体的高污染、高残留，以及施加菌肥和有机肥对苹果幼苗产生的促进作用，本研究以施加普通化肥为对照，通过施加不同的生物菌肥、天然有机肥以及混合施加菌肥和有机肥为不同处理，测量苹果幼苗的部分生物量、相关生理生化指标的影响，以期为后续研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2021年5月在甘肃省平凉市灵台县(黄河流域平凉市灵台县林草生态扶贫建设项目独店镇姚景项目区经济林建设一期工程)进行，灵台县位于甘肃省东南部，地理坐标为东经107°00′～107°57′，北纬34°54′～35°14′，地处黄土高原，气候为温带大陆性气候，年平均气温9.4 ℃，年日照时数为2 254.5 h，日照百分率为51%，年降水量为586.3 mm。

1.2 供试材料

供试幼苗：1年生‘烟富10号’苹果幼苗。

供试肥料：当地市场购买山东奥宝化工集团有限公司生产的复合肥料(N-P2O5-K2O 总养分≥45% 14-16-15)、山东荣华生物科技有限公司生产的微生物菌肥-菌营一号(有效活菌数≥5.0亿/g 有效菌种名称：胶冻样类芽孢杆菌、植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌)和腐熟牛粪。

1.3 试验方法

试验设计为田间小区试验，每个田间小区为10 m2，每个小区内10株试验苹果幼苗，以每kg土施入肥料为标准共设置4个处理，CK：化学肥料100 g，T1：微生物菌肥100 g，T2：牛粪100 g，T3：50%微生物菌肥100 g+50%生物有机肥100 g。每个处理重复3次。按照不同浓度施加处理肥料，在苹果幼苗地面东西南北4个方位挖4个直径约为20 cm，深度为20 cm的坑用于施加肥料，肥料施加量约为11.2 kg/m2。

1.4 样品的采集及测定

1.4.1 样品采集

各处理幼苗植株、叶片均采集生长一致的‘烟富10号’苹果幼苗。5月15日第1次采样，采集幼苗植株(含根系)，一部分用于测定株高、根长，另一部分将根取下用蒸馏水清洗干净并保存至4℃冰箱，用于测量根系活力；6月15日第2次采样，采集一批新鲜健康的枝条，采集后迅速将叶片取下，一部分马上测量叶片的叶片SPAD值，另一部分保存到4 ℃冰箱用于测定叶面积、百叶鲜重，最后一部分密封保存至-80 ℃冰箱测定叶片中的丙二醛(MAD)含量、酶活性；7月14日第3次采样，采集一些新鲜的叶片，一部分保存至4 ℃冰箱中，用于测量叶片中可溶性蛋白含量，另一部分将其烘干并研磨，测量叶片中的氮、磷、钾含量。

1.4.2 样品测定

株高与根长均采用卷尺测量，叶面积扫描后采用CAD软件测量[13]，叶片鲜重采用电子天平测量，叶片MAD采用MAD测定试剂盒分光光度法测定(购买于上海通蔚实业有限公司)，叶片SPAD值采用SPAD-502仪测定，根系活力测定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[14]。氮、磷、钾含量都用火焰原子吸收光谱法测定[15]，过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶活性(SOD)都通过酶活性试剂盒测定(北京索莱宝科技有限公司)，可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定[16]。

1.5 数据整理与分析

数据采用Microsoft Excel 2016分析，并使用SPSS 26.0统计软件对数据进行方差分析并做差异显著性检验(Duncan)氏新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同处理对苹果幼苗生物量的影响

向苹果幼苗施加生物有机肥均对其株高、根长、百叶鲜重、叶面积等生物量份均有促进作用。由表1可得出：与CK相比，T1、T2、T3处理后苹果幼苗的生物量指标均高于CK。其中T3处理后，苹果幼苗的株高、根长显著高于CK、T1、T2处理，株高和根长分别较CK增长了12.55%、26.09%；苹果幼苗的百叶鲜重显著高于CK，较CK增长了9.88%，但与T1、T2相比差异不显著；4种处理方式处理后苹果幼苗的叶面积大小排序为T3>T2>T1>CK，但各处理间差异不显著。T3处理的效果最好，生物量指标均高于其他处理，其株高、根长、百叶鲜重、叶面积分别为102.09 cm、49.20 cm、51.38 g、20.46 cm2。

表1 不同处理对苹果幼苗生物量的影响

2.2 不同处理对苹果幼苗叶片MAD含量和SPAD值的影响

相较于化学肥料，施加生物有机肥后苹果幼苗叶片中的丙二醛(MAD)含量显著降低。由图1可看出：通4种不同方式处理后，苹果叶片中的MAD含量由高到低为CK>T1>T2>T3，其中T3处理后，其MAD含量最低为6.35 nmol/g，较T1显著降低，与T2无显著差异，T1与T2相比无显著差异，MAD含量分别为8.04 nmol/g、7.65 nmol/g。CK处理后，其MAD含量最高为10.86 nmol/g；与CK相比，其他3种处理MAD含量均显著降低，T1、T2、T3处理后MAD含量分别降低了26.00%、29.59%、41.56%。相较CK而言，向苹果幼苗施加不同生物有机肥可以不同程度上使叶片的SPAD值增大。由图2可得：与CK相比，T3处理后叶片的SPAD值最大且差异最显著，SPAD值增加了10.75%；T1和T2处理后的叶片SPAD值相差无几，但二者与CK也有显著的差异，SPAD值分别增加了5.39%、5.28%。与T1和T2相比，T3处理后苹果叶片的SPAD值也显著增加。通过4种处理方式后，苹果幼苗叶片中的SPAD值的大小排序为T3(60.99) >T1(58.04) >T2(57.98) >CK(55.07)。

图1 不同处理对苹果幼苗丙二醛(MAD)含量的影响注：柱形图上方不同小写字母表示不同处理间差异在0.05水平显著，下同

图2 不同处理对苹果叶片SPAD值的影响

2.3 不同处理对苹果叶片氮、磷、钾含量的影响

相较于对照而言，施加微生物菌肥和生物有机肥后，苹果幼苗叶片中的氮磷钾含量均有不同的变化。由图3(A、B、C)可知T3处理后，叶片中的氮含量和钾含量最高，分别达到1.92%、1.83%，较对照增加了8.33%和14.75%，T1处理后其氮含量和钾含量次之，分别为1.86%、1.78%，也显著高于对照处理，而对照处理后叶片的氮含量和钾含量最低；较对照而言不同处理后叶片中的磷含量没有显著的差异，其叶片中的磷含量T1为0.23%、T2为0.24%、T3为0.23%、T4为0.22%。

图3 不同处理对苹果叶片中氮、磷、钾含量的影响

2.4 不同处理对苹果相关酶活性及可溶性蛋白含量的影响

相较于化学肥料而言，施加微生物菌肥和生物有机肥可以使苹果幼苗叶片中的POD活性、CAT活性、SOD活性以及可溶性蛋白含量不同程度的增加。由表2可知，CK处理后，叶片中的POD活性、CAT活性、SOD活性均最低，分别为68.27 U/g、46.38 U/g、53.21 U/g，而T3处理后，叶片中的POD活性、CAT活性、SOD活性最高，比CK分别增加了34.04%、36.65%、19.95%；相较于T2处理，T1处理后叶片中的POD活性增加了12.48%；SOD活性略高，但无显著变化；而CAT活性降低，但不显著。不同肥料处理后，苹果叶片中的可溶性蛋白有较大变化，T3处理后，叶片中的可溶性蛋白最高，为50.26 mg/g，T2次之其含量为49.38 mg/g，CK最低其含量为36.51 mg/g，较CK处理而言，T3和T2处理后可溶性蛋白分别提高了27.36%和26.06%。

表2 不同处理对苹果叶片中相关酶活性及可溶性蛋白含量的影响

2.5 不同处理对苹果幼苗根系活力的影响

施加不同的生物有机肥后，苹果幼苗根部的根系活力都有不同程度的提高。由图4可知，T3处理后的苹果幼苗的根系活力最高，T2次之，CK处理的根系活力最低，其根系活力分别为108.82 μg/g/h、98.18 μg/g/h、90.38 μg/g/h。T1和T2处理的苹果幼苗根系活力无显著差异，但较T1、T2处理，T3处理的根系活力显著增大。相较于CK，T3处理的根系活力增加了20.40%，T2和T1处理的根系活力分别增加了8.63%、7.50%。

图4 不同处理对苹果幼苗根系活力的影响

3 讨论与结论

本研究通过对比施加单一生物有机肥和混合两种生物有机肥对苹果幼苗的影响，结果表明，混合施加微生物菌肥和牛粪后，对苹果幼苗的生物量有显著的促进作用，能促进苹果叶片中吸收更多的氮和钾元素，并且有效的降低了叶片中MAD的含量，以增强苹果幼苗的抗逆性，显著增加叶片的SPAD值和根系活力，提高了苹果幼苗叶片中的POD活性、CAT活性、SOD活性，从而促进苹果幼苗叶片的生长，使幼苗根系从土壤中获取更多的营养物质。

生物有机肥即能提供作物生长所需的N、P、K元素、微量元素、可溶性蛋白等营养物质，N、P、K元素是植物赖以生存的重要元素，对作物的株高、根长等生物量都有一定的促进作用。王璐[17]等通过混合施加秸秆、牛粪、生物炭3种有机肥使苹果幼苗的株高、根长等生物量显著高于施加化肥和单施有机肥的处理，这与本研究结果相似。王磊[18]研究表明：利用活性成分为解淀粉芽孢杆菌的生物有机肥后，苹果显著增产，产量相较不施加肥料和施加化肥分别增加490.4%、106.8%。本研究结果表明：相较对照处理，其他处理的结果中N和K的含量均不同程度的增加，从而能提供苹果幼苗所需的营养物质。然而杨倩[19]等研究表明：施加一种微生物菌肥对甜高粱的幼苗生长及抗逆境耐受性均没有明显影响，但是灌根处理对甜高粱的生长有着显著的促进作用。本试验在施加生物有机肥后，苹果幼苗的叶面积没有显著变化，P元素的含量各处理间没有显著的差异，这可能和施肥方式以及施肥量有一定的关系。

植物叶片是进行光合作用的主要场所，叶绿素是光合作用中最重要的光合色素，叶片的生长影响植物整个植株的生长发育[20]。相关研究表明：叶片SPAD值与叶绿素含量呈正相关[21]。本研究表明:混合施加菌肥和有机肥后，苹果叶片中的SPAD值显著增加，说明叶片中的叶绿素含量随之增加，从而可以促进叶片的光合作用，进而促进苹果幼苗的生长发育，这一结果与于会丽等[9]研究结果一致。丙二醛(MAD)是植物在逆境条件下的一种细胞产物，其含量可以体现植物在逆境中受伤害的程度，进而反映出植物抗逆性的强弱[22]。本试验结果表明：与施加化学肥料相比，混合施加菌肥和牛粪可以有效降低叶片中MAD的含量，即可以降低苹果叶片在逆境中遭受的伤害，从而在逆境中保护苹果叶片正常生长。过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶是植物在逆境条件下的酶促防御系统的关键酶，三者可以相互协调，清除植物体内过剩的自由基，从而增加植物的抗逆性[23]。本试验结果表明：相较于施加化学肥料而言，混合施加菌肥和牛粪可以显著的增加叶片中的过氧化物酶、过氧化氢酶以及超氧化物歧化酶，从而清除叶片中过剩的自由基，提高苹果叶片在逆境中的抵御能力，这与杨瑞等[11]研究结果一致。根系是植物吸收水分和获取营养物质的第一通道，根系活力则是植物根系的吸收、合成、氧化还原等诸多能力的综合体现，是直接反映植物生长能力的重要指标[24]。本试验结果表明：混合施加菌肥和牛粪后苹果幼苗的根系活力显著增强，较对照增强了20.4%。施加菌肥和有机肥后，可以增强幼苗根系的吸收、合成以及氧化还原能力，获得更多的营养物质并提供给地上部分。

本研究可能在施肥方式、施肥量、施加有机肥种类和混合施加有机肥等方面有需要进一步改进的地方，但给施加不同种类有机肥对果树幼苗的影响等研究提供了理论依据和参考。今后需对施加效果在后期苹果产量及苹果品质等方面的影响做进一步研究。