根際促生菌與氨基酸肥聯(lián)合追施對(duì)溫室番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

張亞，任子君，張嬋，蘇玉靜，任旭妍，張濤，孫凱樂(lè)，孫治強(qiáng)

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南 鄭州450002; 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 鄭州 450002; 3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，河南 鄭州 450002)

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)是在人為可控環(huán)境條件下進(jìn)行的規(guī)模化、集約化和工廠化生產(chǎn)。番茄作為中國(guó)蔬菜主要設(shè)施栽培品種之一，具有喜肥水的顯著特點(diǎn)[1]。隨著中國(guó)設(shè)施栽培面積的不斷增加，長(zhǎng)期大量不科學(xué)的施肥導(dǎo)致土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分比例失衡，土壤的酸堿、微生物數(shù)量等理化性狀和養(yǎng)分平衡被破壞，影響了作物根系對(duì)養(yǎng)分的正常吸收利用，出現(xiàn)植株發(fā)育不良、進(jìn)而導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)下降，影響產(chǎn)量，對(duì)蔬菜的安全生產(chǎn)造成很大的影響。因此，合理的使用基肥、追肥是保證作物產(chǎn)量、提高品質(zhì)和種植者的經(jīng)濟(jì)效益，改善設(shè)施土壤生態(tài)，維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[2-4]。根際促生菌(plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR) 通過(guò)自身固氮、溶磷、解鉀功能轉(zhuǎn)化土壤礦質(zhì)元素，直接或者通過(guò)代謝產(chǎn)生抗菌類物質(zhì)，優(yōu)化土壤生態(tài)環(huán)境間接促進(jìn)植物生長(zhǎng)[5-7]。氨基酸水溶肥作為一種新型水溶肥是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，它易于被作物吸收，與菌劑聯(lián)合施用能為其中的有效菌等提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，利于微生物菌擴(kuò)繁，從而最大限度的發(fā)揮菌劑的作用[8]。目前，PGPR與氨基酸水溶肥的單獨(dú)施用對(duì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量方面已有較多的研究[9-12]，但是關(guān)于兩者聯(lián)合施用的研究較多的是對(duì)作物一些病害的抑制和防治方面[13-14]。因此，本研究以溫室番茄為研究對(duì)象，在水肥一體化模式下，以粘質(zhì)芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)G15-7與氨基酸水溶肥配制而成的微生物菌劑作為追肥，研究其對(duì)溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤生態(tài)的影響。旨在利用植物根際有益微生物配制新型肥料，為防控設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中連作障礙提供新途徑，為溫室番茄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019-02—2019-07月在駐馬店市汝南縣鑫芳生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司新建日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為壤質(zhì)黏土，土壤的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì) Table 1 The physical and chemical properties of the experimental soil

1.2 供試材料

供試的番茄品種為：“芬迪”，河南省汝南縣鑫芳生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。供試水溶肥“黃博”1號(hào)m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=22∶12∶16，含微量元素及獨(dú)特生物刺激物BS)、“黃博”2號(hào)m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=19∶6∶25，含微量元素及獨(dú)特生物刺激物BS)由朝陽(yáng)瑞普作物營(yíng)養(yǎng)有限公司提供；氨基酸水溶肥(氨基酸≥100 g·L-1,Mn+Zn+B≥20 g·L-1)、“拌黃金”大量元素水溶肥m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=13∶7∶40，含微量元素)由河南曙光農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；微生物菌劑(粘質(zhì)芽孢桿菌G15-7與氨基酸水溶肥混合，有效菌≥108cfu·mL-1)由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院提供；“施太樂(lè)”大量元素水溶肥平衡型(m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=20∶20∶20，含微量元素)、高鉀型m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=13∶8∶40，含微量元素)由鄭州科圣農(nóng)業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

日光溫室東西走向，面積1 000 m2(100 m×10 m)，取810 m2作為試驗(yàn)總面積，種植前施用52 500 kg·hm-2羊糞，1 110 kg·hm-2硫酸鉀復(fù)合肥(總養(yǎng)分≥44%，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=16∶7∶21)，444 kg·hm-2過(guò)磷酸鈣作基肥。雙行栽培，行距75 cm，株距42 cm，留5穗果打頂。試驗(yàn)期間采用差壓式水肥一體化系統(tǒng)追肥，在主水管上接入5套差壓式施肥系統(tǒng)，結(jié)合膜下滴灌技術(shù)，使同一處理的3個(gè)重復(fù)同時(shí)等量追肥，滴灌時(shí)水總流量為5 m3·h-1，每次施肥時(shí)間約1.5 h。除灌水施肥外，其他管理措施保持一致。

試驗(yàn)共有5個(gè)處理：F1(“黃博”1號(hào)、2號(hào))、F2(“施太樂(lè)”平衡性和高鉀型)、A(氨基酸水溶肥)、AM(G15-7+氨基酸水溶肥)、CK(“拌黃金”水溶肥)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)4壟，面積54 m2。番茄于2019-02-20定植，2019-06-27拉秧。每種水溶肥按照肥料說(shuō)明推薦使用量及當(dāng)?shù)貙?shí)際使用量分別于番茄定植緩苗后追肥1次，第1穗果膨大到核桃大小追施1次，第1穗果成熟之后約15 d追施1次，不同處理3個(gè)重復(fù)，每次追肥時(shí)間和總量見(jiàn)表2。

表2 不同處理的追肥時(shí)期及追肥量 Table 2 Topdressing period and amount of different treatments

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 番茄植株生物指標(biāo)的測(cè)定 定植60 d(第一次追肥后40 d)后在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的7株植株掛牌標(biāo)記并測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)，株高為番茄莖基部位置到生長(zhǎng)點(diǎn)之間的總長(zhǎng)度，莖粗為植株第1節(jié)間的粗度，葉片為完全展開(kāi)的葉片；定植30、60、90、120 d，用丙酮-無(wú)水乙醇浸取比色法測(cè)定葉片葉綠素含量[15]。

1.4.2 番茄光合生理指標(biāo)的測(cè)定 在晴天上午9:00—11:00，使用北京力高泰科技有限公司生產(chǎn)的Li-6400X光合測(cè)定儀測(cè)定生長(zhǎng)點(diǎn)下第4片功能葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間 CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)等光合指標(biāo)。

1.4.3 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定 盛果期每小區(qū)隨機(jī)選取多個(gè)成熟度一致具有代表性的番茄果實(shí)測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)：番茄紅素用分光光度法測(cè)定[16]、有機(jī)酸用0.1 mol·L-1NaOH滴定法測(cè)定、維生素C含量用2,6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定、可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定、可溶性糖含量用蒽酮比色法測(cè)定[17]。

1.4.4 果實(shí)產(chǎn)量的測(cè)定 每次收獲詳細(xì)記錄各小區(qū)中間兩壟的果實(shí)數(shù)量和產(chǎn)量。果實(shí)單果質(zhì)量( kg·個(gè)-1)=小區(qū)果實(shí)總產(chǎn)量/果實(shí)個(gè)數(shù)；公頃產(chǎn)量=小區(qū)產(chǎn)量/小區(qū)面積×667×15。

1.4.5 土壤微生物數(shù)量的測(cè)定 在定植后60、90、120 d，各處理隨機(jī)多點(diǎn)取番茄根際土樣，過(guò)60目篩后取1 g倒入100 mL無(wú)菌水中充分震蕩，梯度稀釋法配置成103～107土壤稀釋液。將濃度為105～107的稀釋液涂抹于TSA培養(yǎng)基(胰酪大豆胨3 g、瓊脂20 g、蒸餾水1 000 mL)，置于28 ℃恒溫箱黑暗中培養(yǎng)2～3 d后調(diào)查培養(yǎng)生成的細(xì)菌菌落數(shù)量；真菌使用PDA培養(yǎng)基(馬鈴薯20 g、瓊脂18 g、葡萄糖20 g、蒸餾水1 000 mL)，稀釋液濃度為103～105，培養(yǎng)4～5 d；測(cè)定放線菌的數(shù)量時(shí)使用自然晾干的土樣，用AIA培養(yǎng)基(KNO31 g、K2HPO40.5 g、、MgSO4·7H2O 0.5 g、瓊脂20 g、蒸餾水1 000 mL)，稀釋液濃度為103～105，培養(yǎng)6～7 d后調(diào)查菌落數(shù)量。

1.4.6 土壤酶活性的測(cè)定 定植后60、90、120 d，每個(gè)處理隨機(jī)多點(diǎn)取番茄根際土樣，采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤中蔗糖酶活性，苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定土壤中脲酶活性，磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤磷酸酶活性，高錳酸鉀滴定法測(cè)定土壤過(guò)氧化氫酶活性[18]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用DPS和Microsoft Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最小顯著差數(shù)法(LSD)分析差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表3可知，不同水溶肥追施對(duì)溫室番茄植株的株高、莖粗和葉片數(shù)的影響總體表現(xiàn)為：AM>A>F1>F2>CK，AM處理植株株高、莖粗、葉片數(shù)值均最高，分別為164.90 cm、13.70 mm，21.90個(gè)，較其他4個(gè)處理平均增幅分別為1.40%～5.10%、2.16%～9.00%、0.88%～10.05%；A處理次之，較F1、F2、CK增幅分別為2.07%、4.06%、4.88%。由表4可看出，葉片葉綠素的含量在番茄生長(zhǎng)期內(nèi)30～90 d呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，各處理較30 d分別增加了44.15%、46.19%、53.77%、36.31%、41.05%。在60 d，AM處理番茄葉片葉綠素含量顯著高于F2和CK。90～120 d葉綠素含量降低，AM處理葉綠素含量維持在較高水平，為2.10 mg·kg-1，比對(duì)照高出53.28%。

表3 不同處理對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different treatments on tomato growth indexes

注：表中不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different lowercase letters in the table indicate significant differences(P<0.05).The same as below.

表4 不同處理對(duì)番茄葉片葉綠素含量的影響Table 4 Effects of different treatments on chlorophyll content in tomato leaves

2.2 不同處理對(duì)番茄葉片光合指標(biāo)的影響

由表5可以看出，在水肥一體化模式下，與CK相比，AM處理顯著增加了番茄葉片Pn，達(dá)到24.74 μmol·m-2·s-1，較其他處理增加了10.50%、6.18%、12.40%，24.82%。其次是A處理，較F1 、F2、CK增加了4.86%、5.06%，17.56%；AM處理顯著降低了番茄葉片Ci，較其他處理分別降低10.48%、4.71%、6.83%，12.35%。就Gs、Tr而言，不同水溶肥對(duì)其影響并不顯著，AM處理保持較高的值分別為0.57 mol·m-2·s-1和8.91 mmol·m-2·s-1。

表5 不同處理對(duì)番茄葉片光合指標(biāo)的影響Table 5 Effects of different treatments on photosynthetic index of tomato leaves

2.3 不同處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

由表6可知，在水肥一體化模式下，不同水溶肥對(duì)番茄的主要品質(zhì)指標(biāo)影響存在差異。與CK相比，AM、A處理都顯著增加了番茄紅素和可溶性蛋白含量，AM處理顯著增加了可溶性糖含量，F(xiàn)1處理顯著增加了糖酸比，F(xiàn)2處理各指標(biāo)差異不顯著。AM處理番茄果實(shí)中有機(jī)酸的含量最低，為0.212%，糖酸比最大為8.816，番茄品質(zhì)最佳。

2.4 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

由表7可知，在水肥一體化模式下，與CK相比F1、A、AM處理單果質(zhì)量顯著增加，其中AM處理單果質(zhì)量最大，達(dá)到0.184 0 Kg，較其他處理增幅分別為 4.25%、1.83%、6.79%，11.18%。而且產(chǎn)量最高，小區(qū)產(chǎn)量654.93 Kg，折合公頃產(chǎn)量為121 478.4 Kg，較其他處理增產(chǎn)1.95%～8.69% 。其次為A處理，小區(qū)產(chǎn)量為642.40 Kg，折合公頃產(chǎn)量為119 023.2 Kg；產(chǎn)量最低的是CK，小區(qū)產(chǎn)量為602.58 Kg，折合公頃產(chǎn)量為111 644.7 Kg。

2.5 不同處理對(duì)番茄根際土壤微生物的影響

由表8可知，在水肥一體化模式下，不同水溶肥追施對(duì)土壤中微生物數(shù)量影響不同，從3個(gè)生長(zhǎng)期來(lái)看，AM處理增加了根際土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，抑制真菌數(shù)量的增長(zhǎng)。在定植60 d后，與CK相比，F(xiàn)1、A、AM處理土壤中細(xì)菌數(shù)量顯著增加，顯著降低了真菌數(shù)量，其中AM處理最為顯著，細(xì)菌比CK增加了64.94%，真菌減少了36.72%，而放線菌的數(shù)量沒(méi)有顯著差異。在定植90和120 d，AM處理細(xì)菌數(shù)量較其他處理增加了17.44%～94.87%、16.04%～96.8%，放線菌數(shù)量增加了5.6%～65.52%、25.85%～88.95%，真菌數(shù)量減少13.65%～33.17%、7.69%～31.12%。

表6 不同處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響Table 6 Effects of different treatments on fruit quality of tomatoes

表7 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響Table 7 Effects of different treatments on the yield tomatoes

表8 不同處理對(duì)番茄根際土壤微生物的影響Table 8 Effects of different treatments on rhizosphere soil microorganisms of tomatoes

2.6 不同處理對(duì)番茄根際土壤酶活性的影響

由表9可以看出，蔗糖酶活性在番茄的3個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而且AM處理在3個(gè)時(shí)期中均表現(xiàn)較高水平，在定植120 d后，蔗糖酶的活性達(dá)到2.757 mg·g-1，顯著高于其他4個(gè)處理，增加了29.86%～55.94%。脲酶活性與磷酸酶活性在盛果期較高，在結(jié)果后期有所下降，從3個(gè)生長(zhǎng)期來(lái)看，AM處理脲酶與磷酸酶活性均維持在較高水平，在定植90和120 d時(shí)2種酶活活性顯著高于F1、F2、CK處理。過(guò)氧化氫酶活性隨著番茄的生長(zhǎng)逐漸增加，120 d時(shí)AM處理過(guò)氧化氫酶活性顯著高于CK，增加了 42.64%。

表9 不同處理對(duì)番茄根際土壤酶活性的影響Table 9 Effects of different treatments on enzyme activity of tomato rhizosphere soil

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，粘質(zhì)芽孢桿菌G15-7與氨基酸水溶肥聯(lián)合追施與對(duì)照相比，顯著促進(jìn)了番茄的生長(zhǎng)，增加了果實(shí)中Vc、番茄紅素、可溶性糖和可溶性蛋白的含量，使產(chǎn)量提高8.69%。董勝旗等[19]、莊秋麗等[20]研究證實(shí)，微生物菌劑與氨基酸配施后顯著促進(jìn)了草莓、玉米、豇豆的生長(zhǎng)，提高了產(chǎn)量。賈倩[21]、王明友等[22]研究也表明，通過(guò)微生物菌劑的施用對(duì)番茄的可溶性固形物、番茄紅素和Vc含量有顯著的影響,顯著增加單果質(zhì)量和番茄的產(chǎn)量。其原因可能是，氨基酸水溶肥與菌劑聯(lián)合追施時(shí)，一方面，氨基酸肥料中的氨基酸可以作為氮源直接被植物所吸收，從而增強(qiáng)植物代謝能力，提高抗逆性，從而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)；另一方面，氨基酸是微生物體內(nèi)起作用的活性物質(zhì)的前體，能夠?yàn)檎迟|(zhì)芽孢桿菌G15-7提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，保證菌株在土壤中擴(kuò)繁，使其能夠充分發(fā)揮固氮、溶磷、解鉀等作用，進(jìn)而提高土壤中可利用養(yǎng)分的含量，促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。而本試驗(yàn)中F1(“黃博”1號(hào)、“黃博”2號(hào))、A(氨基酸水溶肥)、AM(G15-7+氨基酸) 3個(gè)處理之間對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響差異不顯著，而這3個(gè)處理下番茄莖粗和葉片數(shù)均顯著高于“拌黃金”水溶肥，這可能與“黃博”中含有的生物刺激物BS有關(guān)。

植物的光合作用為其自身的生長(zhǎng)發(fā)育提供了物質(zhì)和能量,葉綠素作為捕獲光能的光合色素，其含量與比例反映了植物的光合效率[23-24]。由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，G15-7與氨基酸水溶肥聯(lián)合追施增加了不同時(shí)期番茄葉片中葉綠素含量以及葉片數(shù)量，顯著提高了60 d葉綠素的含量，更多的光能能夠被葉片所捕獲，進(jìn)而表現(xiàn)為增強(qiáng)了葉片的光合作用強(qiáng)度，增加了Pn，這與王其傳等[25]的研究結(jié)果相似。此外，寇偉峰等[26]研究發(fā)現(xiàn)，影響光合速率大小的原因有氣孔限制因素和非氣孔限制因素，認(rèn)為只有在Ci隨Gs同時(shí)下降的情況下才能夠說(shuō)明Pn的下降是由氣孔限制造成的;本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照CK相比，施用G15-7顯著提高了Pn和Gs，降低Ci，說(shuō)明了G15-7與氨基酸聯(lián)合施用能夠促進(jìn)番茄葉片氣孔的開(kāi)放程度，增加進(jìn)入到葉肉細(xì)胞中的CO2的量，從而促進(jìn)光合作用同化的進(jìn)行，進(jìn)一步提高番茄葉片光合作用強(qiáng)度，表現(xiàn)為凈光合速率的增加。

土壤微生物和酶是土壤生物化學(xué)特性的重要組成部分，參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與循環(huán)、有機(jī)質(zhì)分解等，同時(shí)也是判斷土壤肥力強(qiáng)弱的重要參考依據(jù)，因此常被用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物學(xué)特性[27]。本試驗(yàn)通過(guò)比較分析不同時(shí)期的根際土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性發(fā)現(xiàn)，G15-7與氨基酸水溶肥聯(lián)合追施對(duì)提高根際土壤細(xì)菌、真菌的數(shù)量以及土壤酶活性的效果最佳，這與曹恩琿等[28]、賈娟等[29]、杜雷等[30]施用微生物菌劑后土壤中細(xì)菌、放線菌的數(shù)量增加，土壤中酶活性有不同程度的提高的研究結(jié)果相吻合。可能是因?yàn)檎迟|(zhì)芽孢桿菌G15-7在氨基酸水溶肥提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)條件下能夠在植株根際土壤、體表和體內(nèi)快速、大量的繁殖，占據(jù)生態(tài)位，與土壤中微生物形成優(yōu)勢(shì)種群，增加胞外酶的釋放，進(jìn)而對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生積極影響，改善和修復(fù)土壤微生態(tài)環(huán)境。