生物有機肥和EM菌劑對菜園連作土壤微生物的影響

陳文+劉曉++孫光聞++劉厚誠++朱夢禹++陳日遠

摘 要 采用盆栽試驗，連續(xù)種植3批菜心，研究生物有機肥和EM菌劑對連作9 a和6 a的菜園土壤微生物群落結構和功能多樣性的影響。結果表明：與化肥處理相比，施用生物有機肥能夠提高連作土壤中細菌、放線菌、叢枝菌根真菌和革蘭氏陰性細菌（G-）的相對含量及G-/G+（革蘭氏陰性細菌/革蘭氏陽性細菌）比值，并降低土壤真菌的相對含量；隨著種植批次的增加，土壤中G-、G+含量降低，G-/G+比值上升，生物有機肥和EM菌劑配施化肥處理G-含量普遍高于化肥處理；與化肥處理相比，施用生物有機肥土壤微生物AWCD值、Simpson指數、McIntosh指數均提高，土壤微生物活性、多樣性和均一度提高。

關鍵詞 生物有機肥 ；EM菌劑 ；土壤微生物 ；連作障礙

中圖分類號 S963.91 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.04.013

Effects of Bio-organic Fertilizer and EM Microbial Agent on Microbes

of Continuous Cropping Soil in Vegetables Garden

CHEN Wen LIU Xiao SUN Guangwen LIU Houcheng ZHU Mengyu CHEN Riyuan

（College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract Vegetable Choi Sum was pot tried for three rounds of cropping to observe the effects of bio-organic fertilizer and EM microbial agent on microbial community structure and functional diversity of the soil in the vegetable garden for 9 and 6 years of continuous cropping. The results showed that the bio-organic fertilizer increased the relative contents of bacteria， actinomycetes， arbuscular mycorrhizal fungi and gram-negative bacteria， and the gram-negative bacteria/gram-positive bacteria ratio of continuous cropping soil， but reduced the relative content of fungi， as compared to the chemical fertilizer. With the more croppings the bio-fertilizer reduced the relative contents of gram-negative bacteria， gram-positive bacteria， increased the gram-negative bacteria/ gram-positive bacteria ratio. The bio-organic fertilizer and the EM agents +chemical fertilizer treatment generally had a higher relative content of gram-negative bacteria than the chemical fertilizer treatment. Comparing with chemical fertilizer， the bio-fertilizer treatment had a higher average well color development （AWCD）， Simpson index and McIntosh index of soil microbes as well as soil microbial activity， diversity and uniformity than the chemical treatment.

Keywords bio-organic fertilizer ； EM microbial agent ； soil microbes ； continuous cropping obstacle

設施蔬菜生產由于連續(xù)種植同一種或者同一科作物，過量施用化肥或者偏施化肥，引起土壤有害微生物積累、土壤養(yǎng)分不均衡、肥力下降、蔬菜病蟲害嚴重、產量降低、品質下降等問題，以至于設施大棚連作障礙現象普遍，嚴重制約著設施農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。所以，解決連作障礙問題已成為蔬菜生產上亟待解決的一大難題[1-2]。生物有機肥是指特定功能微生物與動植物殘體為源并經無害化處理、腐熟的有機物料復合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應的肥料，可提高作物產量和品質，提高土壤肥力和改善土壤理化性狀，增強土壤酶活性和微生物活性及多樣性，增強作物抗逆性，降低環(huán)境污染等[3-4]。目前已在西瓜[5]、辣椒[6]、芥藍[7]等作物上應用研究。EM菌（Effective Microorganism）是一種活性很強的復合微生物制劑，主要由光合細菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等多種微生物組成，具有加速土壤中有機物分解轉化、增加土壤微生物數量和活性、防治病蟲害、促進植物生長等作用[8-9]。不同施肥方式配合施用EM 菌劑可增加黃瓜產量、降低病蟲害、緩解連作障礙[10]。然而，目前對于施用生物有機肥或EM菌改變土壤微環(huán)境、緩解連作障礙的研究多集中于單批次作用效果，對生物有機肥或EM菌的持續(xù)作用效果方面的研究較少。

鑒于此，本研究采用盆栽試驗，通過用連作9 a和6 a的土壤連續(xù)種植3批菜心并施用生物有機肥及EM菌配施化肥，探究生物有機肥和EM菌對土壤微生物群落結構和功能多樣性的影響及持續(xù)性，旨在為緩解土壤連作障礙的機理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以柳葉50 d特青菜心品種為試驗材料；供試土壤為連續(xù)種植9 a和6 a的十字花科葉菜的菜園土壤，種植過程以施用化肥為主。生物有機肥由高萊生物發(fā)展有限公司提供，基本技術指標為N+P2O5+K2O≥4%，有機質含量≥30%，真菌、細菌、放線菌、叢枝菌根真菌分別占微生物總生物量的4.12%、17.27%、0.41%和1.59%；EM菌劑由中山益新農業(yè)公司提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗在華南農業(yè)大學園藝學院設施大棚進行，采用盆栽試驗，每盆裝土4 kg，每盆種4株菜心。試驗設置5個施肥處理，每個處理重復5次，具體處理和每盆肥料施用量見表1。生物有機肥的施用是按照土重的1.5%計算，4 kg風干土共需60 g生物有機肥，以單施化肥為對照，增設30 g、90 g和EM菌劑配施化肥處理。以90 g生物有機肥的氮磷鉀含量為基準，30 g、60 g生物有機肥處理與90 g生物有機肥處理相比，不足的N、P、K含量用化肥以追肥的形式施入。所有處理的追肥在幼苗生長期（30%）、葉片生長期（35%）和菜薹形成期（35%）分3次施入，所有批次均采用相同的處理方式。分別于第1批和第3批的菜心齊口花時，用土鉆在取植株根際新鮮土并放在-80℃冰箱保存，用于土壤微生物群落結構多樣性和功能多樣性的分析。

1.2.2 指標測定

土壤微生物群落結構的測定采用脂肪酸甲酯分析法（Fatty Acid Methylester，FAME法）[11]；土壤微生物功能多樣性的測定采用BIOLOG-ECO微平板（BIOOG ECO Micro-plate）法，用BIOLOG-ECO微平板溫育過程中的AWCD值（Average Well Color Development，AWCD）、微生物群落功能多樣性指數（Shannon index和McIntosh index）[12]反映土壤微生物功能多樣性（Shannon index用于評估豐富度和均度，McIntosh index是基于群落物種多維空間上的Euclidian距離的多樣性指數）。

1.2.3 數據處理

試驗所得數據采用Excel 2003和SPSS 10.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 連續(xù)施用生物有機肥對土壤微生物群落結構的影響

2.1.1 對土壤微生物主要組成成分的影響

由表2可知，與本底相比，第一批生物有機肥和EM菌配施化肥處理均可提高土壤中細菌含量，降低土壤中真菌含量；種植3批菜心后，連作9 a和6 a土壤各處理放線菌相對含量分別提高27.9%～222.0%和3.2%～42%，且60 g、90 g生物有機肥處理增幅最大；連作6 a土壤60和90 g生物有機肥處理細菌相對含量提高2%～12%，9 a連作土EM菌劑配施化肥處理提高6%，其他處理土壤細菌相對含量均降低；化肥和生物有機肥處理土壤真菌分別降低3%～10%和18%～43%。；2年限土壤90 g生物有機肥處理和連作6 a土壤60 g生物有機肥處理隨種植批次的增加，真菌/細菌比值降低，其他處理真菌/細菌比值先降低后升高。

2.1.2 對土壤功能微生物含量的影響

由表3可知，與本底相比，土壤中微生物生物量提高4.9%～22.5%（90 g生物有機肥除外），30 g生物有機肥提高幅度大于其他水平生物有機肥處理；叢枝菌根真菌相對含量除連作6 a土壤90 g生物有機肥處理提高了42.1%外，其他處理土壤叢枝菌根真菌相對含量均降低，且化肥處理降低幅度最大，降低范圍在9.9%～51.6%，連作9 a土壤各處理降低幅度均大于連作6 a土壤，說明生物有機肥用量越大，土壤叢枝菌根真菌相對含量降低越少；30 g生物有機肥處理的土壤假單胞菌屬微生物相對含量高于60 g、90 g生物有機肥處理。

2.1.3 對土壤微生物奇數脂肪酸相對含量的影響

由表4可知，與本底相比，各生物有機肥處理革蘭氏陰性細菌（G-）相對含量提高2.1%～49.4%，化肥處理提高1.5%～2.2%，連作9 a土壤G-相對含量提高幅度大于連作6 a土壤；連作9 a土壤90 g生物有機肥處理、連作6 a土壤60和90 g生物有機肥處理土壤革蘭氏陽性細菌（G+）相對含量提高3.7%～24.8%，其他處理土壤G+相對含量降低1.4%～19.6%，30 g生物有機肥處理降低顯著；連作6 a土壤EM菌劑配施化肥處理G-/G+比值降低5.7%，其他處理G-/G+比值提高3.7%～68.5%，化肥處理提高幅度明顯小于生物有機肥處理。

2.2 連續(xù)施用生物有機肥對土壤微生物功能多樣性的影響

以溫育72 h土壤微生物的吸光度來計算土壤微生物多樣性指數，由表5可知，連作9 a土壤各生物有機肥處理和EM菌劑配施化肥處理土壤微生物AWCD值、Shannon指數和McIntosh指數均極顯著高于化肥處理；而連作6 a土壤化肥處理AWCD值、McIntosh指數值分別顯著、極顯著低于30 g生物有機肥處理；化肥處理Shannon指數僅顯著低于60 g生物有機肥處理，與其他處理間無顯著差異。連作9 a土壤60 g、90 g生物有機肥處理、EM菌劑配施化肥處理土壤微生物AWCD值、Shannon指數和McIntosh指數均高于連作6 a土壤，30 g生物有機肥處理和化肥處理規(guī)律相反。

3 討論

長期連作使設施蔬菜土壤微生物活性、群落結構穩(wěn)定性、多樣性指數、豐富度及其均勻度指數降低，土壤微生物總量、細菌（包括氨化細菌、硝化細菌等）、放線菌數呈倒“馬鞍”形變化，真菌數量呈增長趨勢[13]。已有研究結果發(fā)現，土壤中細菌、放線菌的增加有利于土壤中養(yǎng)分的轉化，長期施用EM生物有機堆肥能夠有效增加冬小麥和夏玉米土壤細菌、放線菌的數量[14]。本研究結果表明，施用生物有機肥土壤細菌、放線菌相對含量增加，真菌相對含量降低，與李秀英等[15]的研究結果一致，能防止土壤由“細菌型”向“真菌型”轉變；且60和90 g生物有機肥處理提高放線菌含量的效果比30 g生物有機肥處理更明顯。

在許多植物上，叢枝菌根真菌都被證明能促進植物對P、K、N、Cu、Zn等礦質元素的吸收，促進植物生長，從而提高植物的品質、提高苗木移栽成活率、增強植物的抗性、提高植物對重金屬的耐性[16]。本研究結果表明，90 g生物有機肥處理可提高土壤叢枝菌根真菌相對含量，而其他處理隨種植批次的增加土壤叢枝菌根真菌含量均降低，但生物有機肥處理降低幅度小于化肥處理，且生物有機肥用量越多，土壤叢枝菌根真菌相對含量降低越少，生物有機肥可有效防止土壤叢枝菌根真菌相對含量降低，尤其是90 g生物有機肥處理。

aC15∶0、iC15∶0的下降（G+的特征脂肪酸）和cyC17∶0（G-的特征脂肪酸）的上升與土壤抑制青枯病的能力增加一致，這表明奇數脂肪酸組成比例可反映生物有機肥對土壤防病和健康的影響[17]。本試驗結果表明，施用生物有機肥土壤G-、G+含量降低、G-/G+比值上升，生物有機肥和EM菌劑配施化肥處理G-含量普遍高于化肥處理，表明生物有機肥和EM菌劑配施化肥可明顯改善土壤的健康狀況，提高土壤防病能力。

BIOLOG微平板培養(yǎng)法的平均每孔顏色變化率（AWCD）反映了微生物群落對單一碳源的利用強度，是微生物群落功能多樣性的一個重要指標，可作為微生物整體活性的有效指標反映土壤微生物的代謝活性[18]。Shannon和McIntosh指數分別表征土壤中微生物群落的豐富度及均勻度，可在數量特征上相對反映土壤微生物群落物種組成和個體數量分布的情況[19]。連作9 a土壤生物有機肥處理和EM菌劑配施化肥處理土壤微生物AWCD值、Shannon指數、McIntosh指數顯著高于化肥處理，與張志明等[20]的研究結果一致。證實了生物有機肥可提高土壤微生物代謝活性和微生物種群多樣性，且60 g、90 g生物有機肥對耕作年限長的土壤改良效果更明顯，30 g生物有機肥處理對連作6 a土壤改良效果顯著。而連作6 a土壤EM菌劑配施化肥處理AWCD值、McIntosh指數活性較化肥處理低，這可能與EM菌劑是液態(tài)有機肥易于流失有關[21]。表明生物有機肥可提高菜心栽培土壤微生物群落功能多樣性、改善土壤微生物物種均一度。

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