生物有機肥對枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性狀的影響

包慧芳, 王 寧, 侯 敏, 陳 競, 王小武, 侯新強, 楊 蓉,崔衛(wèi)東, 楊文琦, 龍宣杞, 詹發(fā)強

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所/新疆特殊環(huán)境微生物實驗室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】枸杞(LyciumbarbarumL.)屬藥食同源植物[1]。枸杞屬多年生果樹，需肥量較大，為了得到較高的產(chǎn)量，大部分枸杞園普遍存在過量施用化肥的現(xiàn)象，而且長期施用單一品種化肥，基本不施有機肥。長期施用化肥將引起一系列副作用，如造成土壤有機質(zhì)大幅下降、土壤板結(jié)、土壤生物活性降低、產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2,3]。使用生物有機肥，可以提高產(chǎn)量、提升土壤肥力、減少病蟲害和環(huán)境污染，在綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用[4]?！厩叭搜芯窟M展】李小剛等[2]將微生物肥料有機寶Y(主要為固氮菌及一定量的放線菌和乳酸菌)和根菌寶G(主要為枯草芽孢桿菌、光合細菌和膠質(zhì)芽孢桿菌)分別與化肥配施，結(jié)果表明，2種微生物肥料可以不同程度提高枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)。羅青等[5]曾將Nutrismart生態(tài)型肥料應(yīng)用于枸杞栽培中，該肥料能夠顯著提高枸杞產(chǎn)量和多糖含量。王春蘭等[6]研究表明，化肥配施農(nóng)家肥可以顯著提高枸杞產(chǎn)量。趙棟等[7]探討了4種生物生物肥料對寧杞1號生理特性、植物學(xué)性狀和病害的影響，結(jié)果表明,施用微生物肥料，可提高枸杞葉片葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量，并可以降低枸杞發(fā)病率。【本研究切入點】植物根際促生菌(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)能夠定殖于植物根系與植物共生，促進植物對營養(yǎng)的吸收，促進植物生長，并能夠提高產(chǎn)量[8,9]，是制作生物有機肥的優(yōu)良菌種。解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)和枯草芽孢桿菌(Bacillussutilis)均是優(yōu)良的植物根際促生菌，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[10,11]。篩選獲得1株解淀粉芽孢桿菌S13[12]，并從河北農(nóng)林科學(xué)院引進1株枯草芽孢桿菌NCD-2[13]，2株菌對番茄、枸杞等多種作物或果樹具有良好的促生長及生防作用。平均顏色變化率(average well color development, AWCD)可反映微生物群落總體碳源利用能力和土壤微生物活性，體現(xiàn)了微生物群落生理功能多樣性[16]。Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)分別反映土壤微生物物種豐富度、某些最常見物種優(yōu)勢度和群落物種的均勻度[16]。研究生物有機肥對枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性狀的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】在化肥減施基礎(chǔ)上，配施自制有機肥、S13生物有機肥及NCD-2生物有機肥進行田間試驗，分析不同施肥處理對枸杞果實產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤理化性狀的影響，研究化肥減施條件下的枸杞提質(zhì)增效施肥技術(shù)，為枸杞園土壤肥力提升和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試地位于新疆精河縣托里鄉(xiāng)枸杞種植基地，土壤初始pH值8.44，有機質(zhì)8.513 g/kg，總鹽1.0 g/kg，電導(dǎo)率0.178 ms/cm，全氮0.606 g/kg，全磷1.135 g/kg，全鉀17.358 g/kg，速效氮46.7 mg/kg，速效磷46.9 mg/kg、速效鉀143 mg/kg。

供試枸杞品種為寧杞7號，樹齡為5 a以上，種植密度為240株/667m2，株高為1.3～1.5 m。

化肥：市售，尿素(含N 46%)，磷酸二銨(含N 18%，P2O546%)，復(fù)合肥(N/P/K=15/15/15)。

有機肥(自主研發(fā))：為羊糞∶蘑菇渣∶煙渣=5∶4∶1，N+P2O5+K2O≥5%，有機質(zhì)含量≥40%。

生物有機肥：有機肥中分別復(fù)配解淀粉芽孢桿菌S13和枯草芽孢桿菌NCD-2，活菌數(shù)≥2×108cfu/g 。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗時間為2017年4～10月，共設(shè)4個處理，每10株樹為1個處理，采用區(qū)組隨機排列，重復(fù)3次。

處理1(CK，化肥)：萌芽期施用尿素，花期施用磷酸二銨，坐果期施用復(fù)合肥。

處理2(T1，50%化肥+有機肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量為240 kg/667m2。

處理3(T2，50%化肥+S13生物有機肥)： 4月中旬枸杞萌芽前，采用環(huán)狀溝施一次性施用，用量為240 kg/667m2。分別于花期和坐果期增施解淀粉芽孢桿菌S13，菌液活菌數(shù)為5×1010cfu/mL，稀釋100倍后環(huán)狀溝施，2次總施用量為原液10 L/667m2。

處理4(T3，50%化肥+NCD-2生物有機肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量為240 kg/667m2?？紤]到土壤中微生物對生物有機肥中添加的微生物菌種有一定的競爭作用，分別于花期和坐果期增施枯草芽孢桿菌NCD-2，菌液活菌數(shù)為5×1010cfu/mL，稀釋100倍后環(huán)狀溝施，2次總施用量為原液10 L/667m2。

列出化肥、有機肥及菌劑具體施用量。表1

表1 不同施肥處理全年化肥、有機肥及菌劑用量

Table 1 Annual consumption per 667m2of chemical fertilizer,organic fertilizer and bacteria solution

處理Treatments尿素Urea(kg/667m2)磷酸二銨Diammonium phosphate(kg/667m2)硫酸鉀肥K2SO4 fertilizer(kg/667m2)有機肥/生物有機肥Organic fertilizer/bio-organic fertilizer(kg/667m2)菌劑Bacteria solution(L/667m2)CK305020--T1152510240(有機肥)-T2152510240(S13生物有機肥)10(S13)T3152510240(NCD-2生物有機肥)10(NCD-2)

1.2.2 枸杞果實產(chǎn)量測定

對每個試驗小區(qū)隨機選擇5株枸杞樹，做好標記，從第1茬枸杞果實成熟時開始采摘，每次采摘，晾干至恒重后稱重，累計計算出單株干果枸杞產(chǎn)量，根據(jù)單株產(chǎn)量核算出667 m2產(chǎn)量。

1.2.3 枸杞果實品質(zhì)測定

鮮果：采用游標卡尺測定果實縱徑和橫徑，計算出縱橫比，獲得果形指數(shù)；采用手持折射儀測定可溶性固形物含量。

干果：枸杞果實晾干至恒重后，采用國標GB/T18672-2014測定總糖及枸杞多糖，采用SN/T4592-2016標準測定總黃酮。

1.2.4 土壤理化性質(zhì)

土壤樣品采集：2017年10月，采用蛇形采樣法，每個試驗小區(qū)隨機選擇5株枸杞，采集枸杞根區(qū)周圍50 cm左右處地表以下10～30 cm土壤，混合成1份樣品，每處理3次重復(fù)。樣品運回實驗室進行理化性質(zhì)分析。土壤pH值和有機質(zhì)含量分別采用電位法和重鉻酸鉀氧化容量法，速效氮、速效磷及速效鉀分別采用堿解擴散法、碳酸氫鈉法和火焰分光光度法[14]。

1.2.5 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量

將上述土壤樣品，進行稀釋后涂布于固體培養(yǎng)基平板，計算可培養(yǎng)細菌和真菌數(shù)量，其中細菌采用LB固體培養(yǎng)基，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基[15]。

1.2.6 土壤微生物群落多樣性

采用梯度稀釋法將上述土壤樣品稀釋至103，吸取土壤稀釋液150 μL接種至Biolog-Eco生態(tài)板中，置于28℃恒溫箱培養(yǎng)7 d，每24 h用Biolog鑒定系統(tǒng)測定吸光值，用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS20.0 (Statistical Product and Service Solutions)進行Duncan法多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對枸杞果實產(chǎn)量的影響

研究表明，4個處理中，T2處理最高，達到246 kg/667m2，T1處理最低，為224 kg/667m2，CK和T3處理產(chǎn)量分別為234 和236 kg/667m2。4個處理差異不顯著，減施50%化肥，配施有機肥或生物有機肥不會導(dǎo)致枸杞減產(chǎn)，配施生物有機肥比配施有機肥效果更好。和CK處理相比，生物有機肥處理產(chǎn)量有所提升，但差異不顯著，其中T2處理增加7.4%，T3處理增加3.6%。圖1

圖1 不同處理枸杞果實產(chǎn)量

Fig.1 The yield of different treatments

2.2 不同施肥處理對枸杞果實品質(zhì)的影響

研究表明，4個處理對枸杞果實果形指數(shù)存在一定影響，但差異不顯著。其中T3處理果形指數(shù)最大，為1.91，CK處理果形指數(shù)最小，為1.74。鮮果可溶性固形物含量測定結(jié)果表明，和CK處理相比，T1、T2、T3處理可溶性固形物含量均升高，其中T1處理與CK處理差異不顯著，T2、T3處理與CK處理差異均顯著，T2處理可溶性固形物含量最高，比CK處理增加9.4%，施用生物有機肥比有機肥更有助于增加枸杞果實可溶性固形物含量。表2

表2 不同施肥處理下枸杞品質(zhì)變化

Table 2 Effects of different treatments on quality ofLyciumbarbarumL.

處理Treatments果型指數(shù)Fruit shape index可溶性固形物Soluble solid(%)百粒重100-grain weight(g)枸杞多糖Polysaccharide(%)總糖Total carbohydrate(%)黃酮Flavonoids(%)CK1.68±0.09a24.33±0.59b14.73±0.45b2.08±0.11c25.93±1.00c0.29±0.04aT11.74±0.1a25.47±0.50ab15.60±0.36b2.49±0.11b31.17±0.90b0.38±0.06aT21.85±0.08a26.63±0.96a17.70±0.55a3.12±0.11a41.53±1.13a0.42±0.05aT31.91±0.11a26.00±0.70a16.27±0.56ab2.70±0.12b36.77±0.84ab0.46±0.07a

注: 同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平，下同

Note: Different letters in the same line are significant among treatments at the 5% level，the same as below

研究表明，T2處理百粒重最高，達到17.7 g，比CK處理增加20.2%，差異顯著；T3處理、T1處理百粒重分別為16.27、15.6 g，與CK處理相比差異不顯著。T2處理枸杞多糖含量最高，達到3.12%，T2、T3、T1處理比CK處理依次增加50%、29.8%、19.7%，差異顯著。在總糖方面，T2處理含量最高，為41.53%，其次為T3和T1處理，T2、T3、T1處理比CK處理依次增加60.2%、41.8%、20.2%，差異顯著。在黃酮含量方面，4個處理差異均不顯著，其中T3處理含量最高，為0.46%，其次依次為T2、T1、CK處理，含量分別為0.42%、0.38%、0.29%，施用生物有機肥可適當提升黃酮含量。表2

2.3 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

研究表明，和土壤原始pH值相比，CK處理pH值有上升趨勢，T1、T2、T3處理pH值則明顯下降，與CK處理之間存在顯著差異。至試驗?zāi)┢?，T2處理pH值最低，達到7.86，比CK處理降低8.6%，施用有機肥、生物有機肥均有利于土壤pH值下降，其中S13生物有機肥下降效果最顯著；在試驗中期，T1、T2、T3處理有機質(zhì)顯著高于CK處理，速效氮磷鉀則顯著低于CK處理；至試驗?zāi)┢?，T1、T2、T3處理有機質(zhì)含量顯著高于CK處理，其中T3處理含量最高，達到11.12 g/kg，比CK處理增加31.8%。在速效氮磷鉀養(yǎng)分方面，除T1處理速效磷含量與CK處理差異不顯著，其它各組速效氮磷鉀含量均顯著高于CK處理。其中T3處理速效氮含量最高，比CK處理增加41.6%，T2處理速效磷和速效鉀含量最高，分別比CK處理增加34.2%和26.4%。表3

表3 不同施肥處理下枸杞根系土壤理化性質(zhì)變化

Table 3 Effects of different treatments on physicochemical properties of the soil

采樣時間Time of sample處理TreatmentpHpH value有機質(zhì)Organic matter (g/kg)速效氮Available nitrogen (mg/kg)速效磷Available phosphorus (mg/kg)速效鉀Available potassium(mg/kg)中期CK8.57±0.07a9.11±0.61a108.23±1.67a89.47±2.11a306±6.17aIntermediate T18.22±0.06b12.24±0.69b77.67±2.34c74.5±2.23b206±6.74cperiodT28.16±0.06b12.57±0.56b83.37±1.49b77.23±1.44b227±6.33bT38.08±0.05b12.44±0.36b81.4±1.88bc64.7±1.99c216±5.24bc 末期CK8.6±0.1a8.44±0.31b49.23±1.95c45.13±1.04c156±7.54cEnd periodT18.12±0.08b10.7±0.66a58.3±2.21b51.83±2.57bc182±5.36bT27.86±0.07b10.37±0.56a62.87±1.28b60.57±2.02a208±3.84aT37.98±0.08b11.12±0.52a69.73±1.3a57.03±2.61ab198±3.84ab

2.4 不同施肥處理對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

研究表明，CK處理與其它3個處理可培養(yǎng)細菌和真菌數(shù)量均存在顯著差異。與CK處理相比，其它3組細菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量則顯著減少。CK、T1、T2、T3處理細菌總數(shù)分別為0.9×106、16×106、67×106和55×106cfu/g，真菌總數(shù)分別為74×103、17×103、8×103和12×103cfu/g。圖2

2.5 不同施肥處理對土壤微生物群落多樣性的影響

2.5.1 不同施肥處理土壤微生物群落代謝

研究表明,4個處理土壤微生物碳源利用率隨時間升高，不同處理土壤的AWCD值在培養(yǎng)開始后的24～120 h快速升高，且各樣品間存在明顯差異，其它3個處理組土壤微生物碳源利用率均顯著高于CK處理。說明和施用化學(xué)肥料相比，施用有機肥或生物有機肥均有利于提高土壤微生物代謝活性，而生物有機肥效果更佳。各試驗組AWCD值120 h后升高幅度減少，說明120 h后各樣品微生物生長進入對數(shù)生長中后期。圖3

注: 不同字母表示處理間差異達至5%顯著水平

Note: Different letters are significant among treatments at the 5% level

圖2 不同施肥處理下土壤細菌和真菌數(shù)量變化

Fig. 2 Effects of different treatments on total numbers of bacteria and fungi in soil

圖3 不同施肥處理土壤微生物代謝AWCD曲線

Fig. 3 AWCD curves of the soil samples of different treatments

2.5.2 不同施肥處理土壤微生物群落代謝多樣性指數(shù)

研究表明，與CK處理相比，其它3個處理組Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)均明顯升高，而McIntosh指數(shù)差異不顯著，說明施用有機肥和生物有機肥均能顯著提高土壤微生物群落的豐富度和優(yōu)勢度。表4

表4 不同施肥處理下土壤微生物群落多樣性指數(shù)

Table 4 Microbial community diversity index of different treatments

處理Treatments優(yōu)勢度指數(shù)Simpson豐富度指數(shù)Shannon均勻度指數(shù)McintoshCK0.94±0.01c3.53±0.08b0.99±0.03aT11.03±0.01b4.24±0.06a1.09±0.05aT21.16±0.02a4.4±0.04a1.06±0.02aT31.17±0.03a4.39±0.09a1.1±0.02a

3 討 論

生物有機肥是采用特定功能微生物與腐熟的或經(jīng)過無害化處理的有機肥料復(fù)合而成，兼具微生物肥料和有機肥料的優(yōu)點，近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用越來越廣泛。姜莉莉等[17]發(fā)現(xiàn)1種含固氮功能的解淀粉芽孢桿菌制成的生物有機肥可使草莓增產(chǎn)21.9%～30.6%；盧云峰等[18]采用解淀粉芽孢桿菌SQR9制成“全元”復(fù)合微生物液體肥料，對玉米和白菜有顯著增產(chǎn)效果。研究中，雖然4個處理組產(chǎn)量差異不顯著，但T2、T3處理比CK、T1處理產(chǎn)量有所增加，在減施50%化肥條件下，配施生物有機肥后，枸杞產(chǎn)量有增加趨勢，通過多年連續(xù)使用，有望達到顯著增產(chǎn)效果。

枸杞多糖是枸杞最主要的有效成分和生物活性物質(zhì)，馬世震等[19]研究表明，施用枸杞肥專用生物有機肥后，枸杞多糖和總糖分別提高了39.72%、9.25%。使用S13生物有機肥后，多糖和總糖含量分別增加了50%和60.1%，說明該項目組研制的生物有機肥，對枸杞品質(zhì)的改善優(yōu)于部分同類產(chǎn)品。

試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果表明，在試驗中期，CK處理速效氮磷鉀含量高于其它3個試驗組，而在末期，則低于其它3個組。推測可能是CK處理施用化肥量高于其它3個處理，在試驗中期時，由于化肥中速效養(yǎng)分尚有部分末被消耗，所以CK處理中速效氮磷鉀含量遠高于其它3組。至試驗?zāi)┢?，隨著化肥中速效氮磷鉀被快速消耗，CK處理中速效氮磷鉀快速下降，而其它3組因配施了有機肥或生物有機肥，在微生物作用下，將土壤中難以利用的氮磷鉀逐漸轉(zhuǎn)化成速效氮磷鉀，因此，土壤中速效氮磷鉀下降較緩慢，從而達到保持肥效的效果。T2和T3處理對比結(jié)果表明，T2處理速效磷和速效鉀含量高于T3處理，而T3處理速效氮含量高于T2處理，推測解淀粉芽孢桿菌S13解磷解鉀能力優(yōu)于枯草芽孢桿菌NCD-2，而枯草芽孢桿菌NCD-2固氮能力優(yōu)于解淀粉芽孢桿菌S13。也可能S13促進了解磷解鉀微生物的生長，而NCD-2促進了固氮菌的生長， 因此，在后期肥料改良研究中，可以考慮將S13與NCD-2同時復(fù)配使用。

研究表明，土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動力，參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動[20]，是構(gòu)成土壤肥力的重要因素[21]。施用生物有機肥后，肥料中的微生物菌種與土壤中土著微生物會形成相互競爭，不同的菌種會表現(xiàn)出不同的定殖行為[22,23]，如果數(shù)量較低，將難以定殖，從而難以促進植物生長或達到改良品質(zhì)的目的。為確保促生菌快速定殖，采用分批次增施促生菌的方法，促進了S13和NCD-2的快速定殖，并明顯提升枸杞品質(zhì)。土壤微生物數(shù)量及群落多樣性檢測結(jié)果表明，和CK處理相比，T2和T3處理土壤微生物群落多樣性及細菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著減少，這與韓麗珍等[24]、鐘書堂等[25]研究結(jié)果一致。有研究表明[26]，土壤中細菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，會使土壤微生物區(qū)系更趨合理。由此說明，生物肥料中促生菌的定殖與生長優(yōu)化了土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，微生物的活動改善了土壤理化性質(zhì)，提高了肥料轉(zhuǎn)化利用效率，最終增加產(chǎn)量，提升品質(zhì)。

4 結(jié) 論

4.1 施用生物有機肥后，4個處理組產(chǎn)量差異不顯著，但在減施50%化肥條件下，配施生物有機肥后，枸杞產(chǎn)量有增加趨勢；枸杞可溶性固形物、百粒重、枸杞多糖、總糖含量比對照分別提高9.6%～9.4%、10.5%～20.2%、29.8%～50%、41.8%～60.2%，土壤pH值降低7.2%～8.6%，有機質(zhì)含量提高26.8%～31.8%，速效氮磷鉀分別提高27.7%～41.6%、26.3%～34.2%、26.9%～33.3%；細菌數(shù)量顯著上升，真菌數(shù)量顯著下降。

4.2 在減施50%化肥條件下，配施生物有機肥不能顯著增加枸杞產(chǎn)量，可以顯著提升枸杞品質(zhì)和土壤養(yǎng)分，可明顯優(yōu)化土壤微生物種群結(jié)構(gòu)。