微藻生物肥改善土壤肥力提高叶用莴苣营养品质

王建华，圆 圆，都拉娜，乌尼尔，敖恩宝力格

（1.呼和浩特市农牧技术推广中心，呼和浩特 010051；2.内蒙古师范大学生命科学与技术学院，呼和浩特 010022）

2021 年发布的《“十四五”全国农业绿色发展规划》中明确指出：“我国农业绿色发展仍处于起步阶段，还面临不少困难和挑战。”农业面源污染日益严重，化肥、农药使用过量，资源利用率不高。应用微藻生物肥已成为现代农业绿色、高效、安全和可持续发展的新增长点。微藻是一类个体微小、结构简单的真核或原核微生物，其利用CO2转化为油脂、碳水化合物和蛋白质。与陆生植物相比，微藻具有吸收CO2进行光合作用的优势。微藻生长速率快，生物质积累速率每年可达50～100 t/hm2，固碳速率高，固碳效率是一般陆生植物的10～50 倍［1］。除固碳功能外，固氮微藻可以将空气中的氮气转化为氮素化有机化合物，在生长繁殖过程中会分泌氨基酸、多肽等含氮化合物和活性物质，提高土壤中有效氮的浓度［2，3］，已经被广泛开发为微藻生物肥料。黎尚豪［4］对固氮蓝藻的稻田应用进行研究，结果表明，接种固氮蓝藻后水稻增产超过15%，最高可达33%。施加固氮微藻不仅能提供氮源，还能增加土壤中其他元素的含量，改善土壤肥力［5］。微藻可以积累土壤有机质，还能刺激土壤微生物的活动并增加土壤氮、磷等养分含量［6］。在粮食作物生产上，对以微藻为原料的生物肥料开发和利用研究较多，但其在蔬菜作物上应用的研究报道较少。

本研究选取可规模化养殖的蛋白核小球藻和固氮鱼腥藻制备微藻生物肥，研究其对叶菜类作物叶用莴苣（Lactuca sativa）生长指标、营养品质和土壤肥力的调控效应，以期为生产提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

叶用莴苣，品种为红枫生菜，由呼和浩特市种子管理站提供。蛋白核小球藻和固氮鱼腥藻由深圳派得科技有限公司提供，在25 ℃的温度、50%湿度、光照度4 000 lx，光暗周期16 h∶8 h 的条件下，用Bold basal medium（BG11）液体培养基培养6 d 达到对数期。以细胞密度1∶1 的比例制备液体生物肥，其中干物质含量为（3.5±0.2）g/L，细胞密度为每毫升（7.10×108±0.50×108）个。传统化肥使用水生田复合肥料。

1.2 试验方法

1.2.1 供试土壤及种植施肥方法 配置种植土壤，供试土壤的pH 为7.20，含水率为5.75%，全氮含量1.05 g/kg，碱解氮含量0.490 g/kg，速效磷含量40.10 mg/kg，速效钾含量0.285 g/kg，有机质含量32.90 g/kg。在边长为50 cm、高30 cm 的种植框中均匀覆盖25 cm厚度的土壤。每个种植框种4行，每行种5株，光暗周期为16 h∶8 h，17～26 ℃温室条件下培养。

试验设置4 个处理组。全藻肥处理：未稀释的对数生长期蛋白核小球藻和固氮鱼腥藻，以细胞密度1∶1 的比例制备液体生物肥，细胞总密度为每毫升（7.10×108±0.50×108）个。半藻肥处理：对数生长期蛋白核小球藻和固氮鱼腥藻，以细胞密度1∶1的比例制备液体生物肥，细胞总密度为每毫升（3.55×108±0.25×108）个。传统化肥处理：用水生田复合肥料（N-P2O5-K2O，25∶12∶8）。水对照处理：用自来水滴灌。

1.2.2 土壤肥力的测定方法 施肥50 d 后，检测各处理组试验前后土壤pH 及养分含量。每个种植框取3 个点的新土样品，混合后采用电位计法测定酸碱度。采用重铬酸钾法测定有机质含量，采用微量蒸馏法测定全氮、碱解氮，采用原子分光光度法测定速效钾，采用钼蓝比色法测定速效磷含量［7，8］。土壤过氧化物酶活性的测定采用邻苯三酚比色法，土壤蔗糖酶活性的测定采用3，5-二硝基水杨酸比色法，磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法，脲酶活性的测定采用苯酚-次氯酸钠法［9，10］。

1.2.3 叶用莴苣生长指标和营养品质的测定方法叶用莴苣种子发芽50 d 后，分别在各处理组中随机选取3 株，测定株高、茎粗、单株质量等生长指标和营养成分。可溶性糖含量的测定采用蒽酮硫酸比色法，纤维素含量的测定采用重铬酸钾-硫酸亚铁铵法，蛋白质含量的测定采用紫外分光光度法［7，11］。

2 结果与分析

2.1 微藻生物肥与传统化肥成分比较

制备的液体生物肥中包括水、残留培养基养分、微藻细胞分泌物、微藻活细胞、已死亡的细胞核细胞碎片等。通过成分鉴定及含量测定，微藻生物肥（干燥粉末）和传统化肥成分比较见表1。从表1 可以看出，微藻生物肥碳水化合物、蛋白质和脂类等有机物质含量较高，而氮、磷、钾元素含量明显比传统化肥低。

2.2 微藻生物肥对土壤肥力的影响

从表2 可以看出，与水对照组相比，全藻肥和半藻肥处理组的土壤pH 变化较小，基本都维持在中性状态。施用传统化肥的土壤呈弱酸性，证明传统化肥会使土壤酸化，而微藻生物肥会减缓土壤酸化。

表2 施用微藻生物肥对土壤养分含量的影响

由表2 可知，全藻肥处理组的碱解氮占全氮的41.74%，比水对照组提高了6.94 个百分点，表明微藻生物肥可以提升土壤中碱解氮的含量，而且土壤中碱解氮占全氮百分比会随着微藻生物肥施加量的增加而增加。土壤中碱解氮含量的提高，有利于作物吸收利用氮，促进生长，提高营养品质。与水对照组相比，全藻肥处理组和半藻肥处理组的全氮含量没有明显变化，但比供试土壤（1.05 g/kg）相比，分别提高了21.90%、29.52%，说明微藻生物肥可以促进空气中氮元素向土壤中流动，且流动量大于土壤向作物的流动量。全藻肥处理组的全氮含量比水对照组降低了7.25%，说明土壤向作物体氮元素流动量大于空气向土壤中氮元素流动量。该结果表明，微藻生物肥可以促进叶用莴苣吸收土壤中的氮元素。与水对照组相比，全藻肥处理组土壤有机质增加了8.93%，而传统化肥组施肥土壤有机质含量降低，全藻肥处理组速效钾含量降低了10.62%，速效磷降低了8.28%，表明微藻生物肥可促进叶用莴苣对钾和磷的吸收。与水对照组相比，施用传统化肥土壤中全氮、速效磷和速效钾含量均显著增加，而有机质含量减少，说明叶用莴苣对传统化肥的利用率较低。

由表3 可知，全藻肥处理组和半藻肥处理组的土壤过氧化物酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性均比水对照组显著提高。全藻肥处理组与传统化肥组相比，对土壤酶活性有显著的改善作用，4种酶的活性均显著大于传统化肥组。

表3 施用微藻生物肥对土壤酶活性的影响（单位：U/g）

2.3 微藻生物肥对叶用莴苣生长和营养品质的影响

由表4 可知，施用全藻肥后，与水对照相比，叶用莴苣的株高、茎粗和单株质量均有显著增长，株高增加了13.2 cm，茎粗增加了0.6 cm，单株质量增加了92.2 g。全藻肥处理组和传统化肥组之间，叶用莴苣生长各指标无显著差异。与传统化肥组相比，施用全藻肥后提高了叶用莴苣蛋白质和可溶性糖含量，并降低了纤维素含量。与水对照组相比，全藻肥处理组叶用莴苣的蛋白质含量提高了110.71%，可溶性糖含量提高了41.46%，纤维素含量降低了36.53%，3 个指标在二者之间差异显著。施用全藻肥组与传统化肥组相比，对叶用莴苣营养品质有显著的改善作用，蛋白质、可溶性糖和纤维素含量在2 个处理间差异显著。

表4 施用微藻生物肥对叶用莴苣生长和营养品质的影响

3 讨论

过多施用化肥造成肥料利用率低，而且还带来环境污染，应用微藻生物肥可解决这些问题［12］。本研究发现，施用微藻液体微生物肥后土壤pH 趋于中性，土壤有机质和碱解氮均提升，而作物对土壤速效磷和速效钾的利用率上升。表明微藻生物肥可提高土壤中有机质含量，促进叶用莴苣对钾和磷的吸收。施用微藻生物肥还能提高土壤过氧化物酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。说明微藻生物肥对土壤pH 有缓冲作用，对土壤中的养分有一定的活化作用，能延长土壤肥效［13］。本研究发现，施用微藻液体微生物肥显著提高了叶用莴苣各项生长指标，增加叶用莴苣中蛋白质含量，促进纤维素降解，增加了可溶性糖含量，提高了叶用莴苣的产量和营养品质。施用微藻生物肥能够改变土壤微生物的丰度和结构，土壤微生物通过调节土壤的微生态，使土壤中一些酶的活性发生变化，促进土壤中物质的转化和循环，提高土壤肥力，为作物提供了更多的可利用物质，进而促进作物生长、增强养分吸收能力、提高作物的产量和品质［14］。微藻生物肥可作为新型绿色生物肥应用于蔬菜及其他农作物的绿色高效生产。