生物有機(jī)肥料對(duì)連作馬鈴薯根際營(yíng)養(yǎng)及生長(zhǎng)發(fā)育的影響

王文麗，靳海波，李 娟，趙 旭

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070)

馬鈴薯是一種糧、飼、菜和工業(yè)原料多用型作物[1]，在甘肅的種植歷史悠久，特別是定西地區(qū)具有“馬鈴薯之鄉(xiāng)”之稱(chēng)，長(zhǎng)期以來(lái)，馬鈴薯就以種植面積廣，適應(yīng)性強(qiáng),產(chǎn)量高，成為甘肅馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)農(nóng)民增收的一個(gè)重要途徑。近年來(lái)隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)馬鈴薯的廣泛需求，導(dǎo)致不合理施肥和連作現(xiàn)象普遍增加[2]。許多農(nóng)作物經(jīng)連作后都會(huì)引起土壤肥力下降[3]、土傳病蟲(chóng)害加重[4]，最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的下降[5]。目前對(duì)于連作障礙的防治主要是輪作、選擇耐連作品種、合理施肥、施用微生物肥料。利用有機(jī)全營(yíng)養(yǎng)施肥技術(shù)對(duì)防治馬鈴薯連作障礙效果顯著，可有效提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)[6]。本試驗(yàn)旨在研究生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯土壤養(yǎng)分、生長(zhǎng)發(fā)育，以及當(dāng)?shù)刂饕羵鞑『Σ∏橹笖?shù)的影響，以便提出甘肅馬鈴薯主產(chǎn)地的科學(xué)施肥方法，改善土壤養(yǎng)分狀況，減少土傳病害的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試種薯品種為脫毒小種薯LK99，市售。

生物有機(jī)肥料GSJ-1是由甘肅省農(nóng)科院土肥所微生物實(shí)驗(yàn)室研制，該肥料含有機(jī)質(zhì)50.95%、全氮1.3%、全磷0.5%、全鉀0.77%，pH值7.5，多粘類(lèi)芽孢桿菌含量≥5×107CFU/g，該菌株發(fā)酵液分泌酸性物質(zhì)，對(duì)馬鈴薯有顯著的促生作用，同時(shí)該菌株對(duì)馬鈴薯瘡痂病和黑痣病有顯著的抑制效果。

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)設(shè)在甘肅省定西渭源縣會(huì)川鎮(zhèn)楊莊鄉(xiāng)半陰坡村斜坡社農(nóng)戶(hù)農(nóng)田中，該農(nóng)田土壤基本理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)3.8%，全氮0.3%，全磷0.18%，全鉀2.9%，堿解氮166.2 mg/kg，有效磷38.9 mg/kg，速效鉀89.9 mg/kg，pH值(水土比5∶1)7.32。當(dāng)?shù)睾０? 450 m，年平均氣溫5℃,最冷月份(1月)平均氣溫-12℃,最熱月份(7月)平均氣溫15℃，年平均降水量566.4 mm，無(wú)霜期131 d。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置2個(gè)處理。1)對(duì)照(CK)：馬鈴薯連作4年(2010年至2014年)、2)GSJ-1：馬鈴薯連作4年并每年施生物有機(jī)肥料GSJ-1，重復(fù)3次。小區(qū)面積18 m2，行距60 cm，株距20 cm，種植密度為55 560 株/hm2。第一次GSJ-1是于播種期在薯塊底部集中施用，第二次追肥和起壟同步進(jìn)行，施于馬鈴薯根部，每次GSJ-1用量均為1 110 kg/hm2。兩處理化肥用量一致，均為：基肥：N 75 kg/hm2+P2O5105 kg/hm2，追肥：N 75 kg/hm2。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 土壤樣品采集

土樣于馬鈴薯盛花期采集。根際土壤，采用Riley和Barber的剝落分離法[7]。非根際土壤用土鉆取植株行間0～30 cm的土壤。然后將兩類(lèi)土樣編號(hào)，立即帶回實(shí)驗(yàn)室，過(guò)3 mm篩，待用。

1.4.2 土壤主要化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定

pH值采用酸度計(jì)法(土水比1∶5)；土壤全氮的測(cè)定：采用半微量凱氏法；全磷的測(cè)定：NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀的測(cè)定：NaOH熔融-火焰光度法；有機(jī)質(zhì)的測(cè)定：重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法；堿解氮的測(cè)定：堿解擴(kuò)散法；有效磷的測(cè)定：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀的測(cè)定：醋酸銨浸提-火焰光度法；有效鋅、錳、銅、鐵的測(cè)定:參照國(guó)標(biāo)GB/T 13885—2003，采用原子吸收光譜法。

1.4.3 植株生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定

植株樣于馬鈴薯苗期、盛花期、成熟期采集，其中塊莖于盛花期、薯塊膨大期、收獲期采集。

SPAD值的測(cè)定：對(duì)馬鈴薯倒四葉的頂小葉進(jìn)行SPAD值的測(cè)定，每小區(qū)測(cè)定40株。

株高、莖粗的測(cè)定：分別用米尺和游標(biāo)卡尺，每小區(qū)測(cè)定40株。

總干物質(zhì)的測(cè)定：將植株和薯塊洗凈后，至于烘箱105℃烘至恒重稱(chēng)量。

葉面積指數(shù)測(cè)定：濾紙稱(chēng)重法。

1.4.4 馬鈴薯主要土傳病害的病情調(diào)查

馬鈴薯成熟收獲后調(diào)查瘡痂病、黑痣病在薯塊上的發(fā)病情況，每小區(qū)5株，每株調(diào)查該株所結(jié)所有薯塊，通過(guò)病情指數(shù)反映病害程度。2種病害采用相同的評(píng)價(jià)等級(jí)，共設(shè)6個(gè)等級(jí)：0級(jí)：無(wú)病，薯塊無(wú)病痂；1級(jí)：1%～2%的病痂覆蓋率；2級(jí)：2.1%～5.0%的病痂覆蓋率；3級(jí)：5.1%～10.0%的病痂覆蓋率；4級(jí)：10.1%～25%的病痂覆蓋率；5級(jí)：大于25%的病痂覆蓋率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理和制圖，方差分析采用DPS 9.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯土壤主要化學(xué)指標(biāo)的影響

從表1可以看出，施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯根際土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH值較連作(CK)根際土壤顯著提高，分別提高了8.6%、34.8%、13.8%、16.7%、5.3%。較之于非根際土壤，兩種處理下根際土壤的全氮、全磷、全鉀都有所下降，連作處理全氮、全磷、全鉀分別下降了6%、16%、17%，GSJ-1處理下降了13%、28%、27%，GSJ-1處理較之于連作土壤下降的更多。連作根際土壤pH值較之于非根際下降了0.68，從堿性降低為酸性，而施用生物有機(jī)肥可以提高根際土壤pH值到中性。施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯非根際土壤的堿解氮、速效鉀較連作(CK)非根際土壤顯著提高，分別提高了13.6%、6.3%。兩種處理非根際土壤全氮、全磷、全鉀含量變化不大。

表1 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量及pH的影響

注：小寫(xiě)字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

如表2所示，馬鈴薯施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，較之于連作(CK)土壤有效鋅、有效銅、有效鐵含量均提高，根際土壤分別提高了47.5%、29.7%、33.2%，非根際土壤分別提高了6.7%、18.3%、21.7%。施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，較之于連作(CK)土壤有效錳含量下降，根際土壤下降了38.8%，非根際土壤下降了12.0%。

2.2 生物有機(jī)肥料 GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2.1 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯株高、莖粗的影響

從田間觀(guān)測(cè)馬鈴薯生長(zhǎng)狀況來(lái)看，連作馬鈴薯植株矮小、細(xì)弱。施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯株高、莖粗較之于連作處理均有顯著提高，如圖1所示，隨著生育期的進(jìn)行，株高于苗期、盛花期、成熟期分別提高了5.5%、7.9%、8.2%，莖粗分別提高了7.6%、6.6%、10%，生物有機(jī)肥料GSJ-1有利于促進(jìn)馬鈴薯地上部分的生長(zhǎng)。

表2 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)土壤有效鋅、

圖1 馬鈴薯不同生育期株高、莖粗的變化

2.2.2 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯葉片葉綠素含量及葉面積指數(shù)的影響

葉綠素含量(SPAD)和葉面積指數(shù)是反應(yīng)馬鈴薯光合作用的重要指標(biāo)，光合作用的強(qiáng)弱影響植株地上部和地下部的生長(zhǎng)，最終影響馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育。如圖2可知，施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯葉面積指數(shù)于苗期、盛花期、成熟期分別比連作提高了15.6%、11.3%、28.6%，葉綠素含量分別提高了10.5%、18.5%、9.3%。

2.2.3 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由田間產(chǎn)量測(cè)定結(jié)果(圖3)可以得出，生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量有顯著的增產(chǎn)作用，與對(duì)照相比，馬鈴薯塊莖產(chǎn)量增加9.94%。

圖2 馬鈴薯不同生育期葉面積指數(shù)、SPAD值的變化

圖3 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響注：柱上小寫(xiě)、大寫(xiě)字母不同分別表示處理間差異達(dá)到0.05、0.01顯著性水平。下同。

2.3 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)馬鈴薯土傳病害發(fā)生程度的影響

根據(jù)田間取樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，馬鈴薯經(jīng)過(guò)4年連作后，主要的土傳病害有馬鈴薯瘡痂病和黑痣病。如圖4所示，在馬鈴薯收獲期，薯塊上的瘡痂病病情指數(shù)為36.23%，黑痣病病情指數(shù)為28.03%。施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯瘡痂病和黑痣病的病情指數(shù)分別下降了47.84%、51.72%，生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)馬鈴薯瘡痂病和黑痣病具有顯著的防效。

圖4 生物有機(jī)肥料GSJ-1對(duì)連作馬鈴薯土傳病害的影響

3 結(jié)論與討論

氮、磷、鉀作為肥料三要素，也是植物生長(zhǎng)最主要的“糧食”，對(duì)植物生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用[8]。本研究表明，生物有機(jī)肥料GSJ-1處理的根際土壤全氮、全磷、全鉀含量顯著低于CK，同時(shí)土壤根際堿解氮、有效磷、有效鉀含量顯著高于連作土壤。說(shuō)明使用GSJ-1后植物對(duì)土壤氮素、磷素、鉀素的利用率比連作處理高，這主要是GSJ-1中的功能菌株使土壤中難溶的磷、鉀轉(zhuǎn)換成容易被植物吸收利用的有效養(yǎng)分。

微量元素在土壤中的含量雖然少，但是對(duì)調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)發(fā)育有著至關(guān)重要的作用。趙春燕[9]研究顯示，馬鈴薯連作4年使土壤有效鈣、鐵、鋅、銅含量顯著下降，而本研究中施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后能有效提高馬鈴薯根際土壤有效鐵、有效銅、有效鋅含量，這可能是連作導(dǎo)致土壤中這些元素的過(guò)度消耗，迫使這些元素對(duì)作物的供應(yīng)越來(lái)越不足，生物有機(jī)肥料GSJ-1中的有機(jī)載體含有這些豐富的微量元素，使得連作中匱乏的這些微量元素得以補(bǔ)充，從而減輕因土壤微量元素的匱乏造成的馬鈴薯連作障礙。

葉綠素含量和葉面積指數(shù)能直接反應(yīng)植物生長(zhǎng)狀況的優(yōu)劣和產(chǎn)量的高低，劉星等[10]研究表明，土壤滅菌和生物有機(jī)肥聯(lián)用的馬鈴薯葉片中葉綠素含量和根系活力較對(duì)照均顯著增加。本研究顯示施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，馬鈴薯葉面積指數(shù)、SPAD值、株高、莖粗、總干物質(zhì)含量、塊莖產(chǎn)量均顯著提高，這可能是由于施用微生物有機(jī)肥GSJ-1后，提高了土壤有效養(yǎng)分，馬鈴薯能更好的生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致馬鈴薯生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量顯著提高。

馬鈴薯連作障礙產(chǎn)生的原因主要與土壤肥力、自毒作用及土壤微環(huán)境的惡化有著密切的關(guān)系[11-13]，秦越等[14]研究發(fā)現(xiàn)，連作栽培可導(dǎo)致馬鈴薯土壤微生物群落發(fā)生改變，土壤中有益菌群比例下降乃至逐漸消失，一些潛在的致病菌群在連作栽培后的土壤中出現(xiàn)，導(dǎo)致馬鈴薯生長(zhǎng)的微環(huán)境惡化。通過(guò)施用生物有機(jī)肥料能增加土壤微生物數(shù)量，改善土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)，在一定程度上減輕作物的發(fā)病率和病情指數(shù)[15-18]。生物有機(jī)肥料能減輕作物土傳病害主要有兩個(gè)方面的原因：第一，生物有機(jī)肥料中的功能菌在作物根系附近快速繁殖，形成優(yōu)勢(shì)菌群，與病原微生物形成競(jìng)爭(zhēng)性拮抗作用，改變了連作土壤中土壤微生物環(huán)境，從而減弱了病原微生物對(duì)作物的侵害幾率，有效提高了馬鈴薯的抗病能力。第二，王暉[19]研究顯示，在功能菌的生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，能分泌出多種抗生素與植物生長(zhǎng)激素，不但能抑制植物病原微生物的活動(dòng)，起到防治植物病害的作用，而且能刺激作物生長(zhǎng)，使其根系發(fā)達(dá)，促進(jìn)葉綠素、蛋白質(zhì)和核酸的合成，提高作物的抗逆性，從而減輕病害。本研究亦得出類(lèi)似結(jié)論：馬鈴薯經(jīng)過(guò)4年連作后，主要的土傳病害有馬鈴薯瘡痂病、黑痣病，發(fā)病程度為：瘡痂病>黑痣病。施用生物有機(jī)肥料GSJ-1后，對(duì)這2種病害有顯著的防效，其防效為：瘡痂病>黑痣病。因此生物有機(jī)肥料GSJ-1在今后的生產(chǎn)中有廣闊的應(yīng)用前景。