復(fù)合微生物菌肥配施化肥對芥菜生長及土壤環(huán)境的影響

陶 偉，葉長東，蘇天明，李恩東，劉美卿，王吉平，葉長成，張 野，何鐵光，李嘉維，王 瑾*

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西勤德科技股份有限公司，廣西 南寧 530007；3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007；4.廣西易多收生物科技有限公司，廣西 南寧 530007；5.廣西源創(chuàng)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，廣西 南寧 530022)

【研究意義】施用化肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中重要的增產(chǎn)方式，對作物增產(chǎn)增收效果顯著。已有研究表明，施用復(fù)合微生物菌肥可調(diào)節(jié)土壤中的微生物群落組成，改善土壤養(yǎng)分含量，調(diào)節(jié)土壤條件以促進(jìn)作物生長[1]。芥菜是我國重要的特色蔬菜，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[2-3]。我國芥菜類蔬菜年種植面積達(dá)100萬hm2，廣西作為我國芥菜類蔬菜的主產(chǎn)區(qū)之一，種植種類多，規(guī)模化生產(chǎn)基地面積大，需大量施用化肥[4]。但是長期大量施用化肥易造成土壤板結(jié)，化肥利用率低，且氮磷元素在土壤中過量積累也會(huì)污染土壤和周邊水體，導(dǎo)致土壤有益微生物死亡等不良后果發(fā)生[5]。因此，開展復(fù)合微生物菌肥配施化肥對芥菜類蔬菜生長和土壤環(huán)境影響研究，對提高芥菜類蔬菜的產(chǎn)量、品質(zhì)及復(fù)合微生物菌肥和化肥減量增效技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】復(fù)合微生物菌肥能改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，有利于植物吸收養(yǎng)分、根系生長和抗病[6]。土壤中的微生物通過與植物根系相互作用，將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成植物可吸收的無機(jī)養(yǎng)分，產(chǎn)生的抗性成分能有效抑制有害微生物生長，提高植物的抗病性[7]。由于微生物在土壤和作物生長中扮演重要角色，有關(guān)學(xué)者對復(fù)合微生物菌肥的研究也越來越多[8-11]。苗丁丁[2]等研究認(rèn)為，施用微生物菌肥生菜的可溶性糖和維生素C含量分別比對照提高63.59 %和117.32 %。黃偉等[12]研究顯示，在生菜種植過程中施用微生物菌肥，其土壤酶活性比對照有一定程度提高，其中脲酶活性提高72.43 %，轉(zhuǎn)化酶活性提高83.75 %。王書娟等[13]研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥番茄果實(shí)的總酸和硝酸鹽含量較低，果實(shí)品質(zhì)較佳。相關(guān)研究也表明，復(fù)合微生物菌肥配施化肥的豌豆產(chǎn)量提高21.82 %～60.52 %[14]，在西葫蘆和番茄栽培過程中施用微生物菌肥均能有效提高其產(chǎn)量和品質(zhì)[15-18]。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于復(fù)合微生物菌肥與化肥配施對芥菜農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)及菜地土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量影響的研究鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】開展田間種植芥菜施用復(fù)合微生物菌肥配施化肥試驗(yàn)，分析復(fù)合微生物菌肥配施化肥對芥菜農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤酶活性和土壤養(yǎng)分含量的影響，為復(fù)合微生物菌肥及化肥減量增效技術(shù)在芥菜栽培中推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在廣西南寧市隆安縣那桐鎮(zhèn)下鄧村進(jìn)行。供試復(fù)合微生物菌肥屬固態(tài)肥，由廣西易多收生物科技有限公司提供。其中有效活菌數(shù)≥2×108個(gè)/g，有機(jī)質(zhì)含量≥20.0 %，N+P2O5+K2O=20 %(7-5-8)，黃腐酸含量≥10 %，菌種為枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌；供試芥菜種子購自廣西南寧賽綠農(nóng)業(yè)科技有限公司。試驗(yàn)地土壤養(yǎng)分狀況為：pH 5.20，水解性氮含量126.0 mg/kg，有效磷含量11.0 mg/kg，速效鉀含量443.0 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量26.0 g/kg，全氮含量1.61 g/kg，全磷含量0.867 g/kg，全鉀含量9.72 g/kg。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)5個(gè)處理：處理1(T1)為單施100 %化肥(氮磷鉀總量分別為240、90和135 kg/hm2；處理2(T2)為70 %化肥+復(fù)合微生物菌肥600 kg/hm2；處理3(T3)為85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥600 kg/hm2；處理4(T4)為100 %化肥+復(fù)合微生物菌肥600 kg/hm2；以不施肥為對照(CK)。各處理的肥料共分4次施入，即基肥、第1次追肥、第2次追肥和第3次追肥(施用比例為35 %、15 %、25 %和25 %)。每種處理3次重復(fù)(即3個(gè)小區(qū))，各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積55.6 m2(1.7 m×32.7 m)。芥菜種植間距為40 cm×35 cm。

表1 不同施肥處理芥菜的農(nóng)藝性狀比較

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05)，the same as below.

1.2.2 調(diào)查(測定)項(xiàng)目及方法 芥菜農(nóng)藝性狀調(diào)查：對成熟期的芥菜進(jìn)行隨機(jī)抽樣，每小區(qū)取5株芥菜樣本，分別調(diào)查株高、開展度、SPAD值、葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄寬、根長、根重和單株重等農(nóng)藝性狀指標(biāo)。產(chǎn)量調(diào)查：分別統(tǒng)計(jì)各小區(qū)成熟期芥菜的實(shí)際產(chǎn)量，折算為公頃產(chǎn)量。品質(zhì)測定：對成熟期的芥菜，采用GB 5009.86-2016《食品中抗壞血酸的測定》測定維生素C含量，采用GB/T 5009.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》測定粗纖維含量，采用GB 5009.7-2016《食品中還原糖的測定》測定還原糖含量，采用NY/T 2017-2011《植物中氮、磷、鉀的測定》測定芥菜中全氮、全磷和全鉀含量，參考SB/T 10203-1994《果汁通用試驗(yàn)方法》測定總酸和總糖含量。土壤酶活性測定：參照關(guān)蔭松[19]的方法對采收后菜地土壤樣品的蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉法和奈氏比色法進(jìn)行測定。土壤理化性狀測定：參照鮑士旦[20]《土壤農(nóng)化分析》的方法測定試驗(yàn)地種植芥菜前后的土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行整理，以SPSS 22.0進(jìn)行差異顯著性分析，以O(shè)rigin 9.0和AdobeIllustrator CC 2017作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理芥菜的農(nóng)藝性狀

由表1可知，T1～T4處理芥菜的株高、開展度、SPAD值、葉片寬、葉柄長、根重和單株重均高于CK，葉柄寬均小于CK。其中，株高與CK差異顯著(P<0.05，下同)；各處理株高排序?yàn)門3>T4>T2>T1>CK，T3處理的株高(40.09 cm)比CK提高44.52 %，比T1處理提高9.63 %；T2、T3和T4處理的SPAD值均高于T1處理和CK；T3處理葉片開展度、葉片寬、葉柄長、根重和單株重均顯著高于CK，葉柄寬顯著小于CK，根長小于CK，但差異不顯著(P>0.05，下同)；T3處理芥菜的平均單株重(205.77 g)均高于其他處理，其中比CK顯著提高53.21 %，比T1處理提高14.58 %，比T2和T4處理分別顯著提高37.30 %和27.57 %。說明施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)芥菜的農(nóng)藝性狀總體上優(yōu)于不施肥和單施化肥的芥菜。

2.2 不同施肥處理芥菜的產(chǎn)量表現(xiàn)

從圖1看出，T1～T4處理芥菜的產(chǎn)量分別為27 696、27 289、29 390和24 769 kg/hm2，分別比CK顯著提高95 %、93 %、107 %和75 %；各施肥處理芥菜產(chǎn)量排序?yàn)門3>T1>T2>T4，但處理間差異不顯著。說明施肥能有效提高芥菜的產(chǎn)量，其中施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)對芥菜的增產(chǎn)效果最佳。

2.3 不同施肥處理對芥菜品質(zhì)的影響

芥菜的粗纖維、總酸、總糖和維生素C含量等是衡量芥菜品質(zhì)的重要指標(biāo)，可決定芥菜的營養(yǎng)價(jià)值、口感和市場價(jià)值。由表2可知，T3處理芥菜的粗纖維含量(0.70 %)顯著低于其他處理，較CK降低12.50 %，總酸含量(0.10 g/100g)也最低；總糖含量(1.33 g/100g)顯著低于CK和T1處理，但顯著高于T2和T4處理；維生素C含量為37.80 mg/100g，顯著高于T1和T2處理；還原糖含量(0.76 g/100g)和全磷含量(0.20 g/100g)顯著低于CK和其他施肥處理；全氮含量(2.35 g/100g)高于CK但低于其他施肥處理，全鉀含量(3.57 g/100g)顯著高于CK但顯著低于其他處理。綜上所述，施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)能有效提高芥菜的品質(zhì)，芥菜的口感更好，風(fēng)味更佳。

圖柱上不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P< 0.05)，下同Different lowercase letters on the bar represented significant difference (P< 0.05)，the same as below圖1 不同施肥模式的芥菜產(chǎn)量比較Fig.1 Comparison of B. juncea L. yield under different fertilization modes

表2 不同施肥處理的芥菜品質(zhì)比較

2.4 不同施肥處理對菜地土壤酶活性的影響

從圖2可看出，T1～T4處理菜地土壤的蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均高于CK，其中蔗糖酶活性分別比CK顯著提高304 %、306 %、629 %和518 %(圖2-A)，且T3處理(110.1 mg/gDW)顯著高于T4、T2和T1處理。T1～T4處理菜地土壤的脲酶活性分別比CK提高74 %、12 %、136 %和108 %，其中T1、T3和T4處理顯著高于CK，T3處理(0.125 mg/gDW)顯著高于其他處理(從圖2-B)。T1～T4處理菜地土壤的酸性磷酸酶活性分別顯著高于CK 55 %、21 %、63 %和52 %，其中T3處理菜地的土壤酸性磷酸酶活性(67.9 μg/gDW)最高，但與T1和T4處理差異不顯著(圖2-C)。可見，通過施肥可提高菜地的土壤酶活性，進(jìn)而有效提高土壤肥力，尤其以施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)對土壤肥力的提高效果更佳。

2.5 不同施肥處理對芥菜地土壤養(yǎng)分含量的影響

由表3可知，各處理菜地的土壤pH均相較種植芥菜前(pH 5.20)有所上升，其中CK的升幅最大(由5.20升至6.14)，施肥處理中T3處理升幅最大，由5.20升至5.77；T1、T2和T4處理菜地的土壤水解氮含量分別比CK顯著提高9.5 %、6.6 %和18.3 %，而T3處理的水解氮和全氮含量最低，分別為136.0 mg/kg和1.29 g/kg，其中水解氮含量與CK無顯著差異，但顯著低于其他施肥處理，全氮含量顯著低于CK和其他施肥處理。各處理菜地的土壤有效磷含量均較種植前(11.0 mg/kg)明顯提高，且以T1處理(28.0 mg/kg)升幅最大，其中比CK提高103.0 %，說明單施化肥會(huì)導(dǎo)致土壤磷含量過量累積，容易造成土壤磷污染；而T2～T4處理菜地的土壤有效磷含量分別為19.0、19.7和20.1 mg/kg，比T1處理顯著降低32.1 %、29.6 %和28.2 %，說明復(fù)合微生物菌肥與化肥配施能有效緩解施用化肥對土壤潛在的磷污染。T3處理菜地的土壤速效鉀含量(176 mg/kg)顯著低于其他處理；有機(jī)質(zhì)含量(20.7 g/kg)和全磷含量(0.854 g/kg)均顯著低于CK和T1～T2處理，與T4處理差異不顯著；全鉀含量(11.1 g/kg)顯著低于T1和T4處理，與CK和T2處理相同。說明施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)菜地的土壤營養(yǎng)成分能更好地被微生物和植物吸收利用，從而降低使用化肥引起的土壤養(yǎng)分殘留量，降低使用化肥帶來的土壤污染(尤其是磷污染)風(fēng)險(xiǎn)。

A.蔗糖酶活性；B.脲酶活性；C.酸性磷酸酶活性A. Invertase activity；B.Urease activity；C.Acid phosphatase activity圖2 不同施肥模式種植芥菜的土壤酶活性比較Fig.2 Comparison of soil enzymatic activities planted with B. juncea L. under different fertilization modes

表3 不同施肥模式種植芥菜的土壤養(yǎng)分含量比較

3 討 論

本研究結(jié)果表明，4個(gè)施肥處理芥菜的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)于CK，其中復(fù)合微生物菌肥配施化肥還具有改良菜地土壤環(huán)境的效果；T3處理芥菜的農(nóng)藝性狀總體上優(yōu)于其他施肥處理，其中株高比CK提高44.52 %，比T1處理提高9.63 %，葉片的SPAD值均高于T1處理和CK，單株重比CK提高53.21 %，比T1處理提高14.58 %，產(chǎn)量比CK提高107.00 %，比T1處理提高6.12 %。在品質(zhì)方面，T3處理芥菜的粗纖維含量顯著低于CK和其他施肥處理，總酸含量也最低，總糖含量顯著高于T2和T4處理。說明施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)能更好地促進(jìn)芥菜植株生長，增加芥菜單株重量，提高葉片的SPAD值，增強(qiáng)植株的光合作用，從而提高芥菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，與呂瑞[8]、趙亮亮[10]研究認(rèn)為復(fù)合微生物菌肥能提高白菜和番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的觀點(diǎn)一致。

土壤酶活性與土壤微生物群落的多樣性密切相關(guān)[21]。本研究中，T3處理菜地的3種土壤酶活性均高于CK及其他施肥處理，其中蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸活性分別比CK顯著提高629 %、136 %和63 %，與符青[22]等對水稻施用復(fù)合微生物菌肥的研究結(jié)果相似。

土壤養(yǎng)分是作物生長的關(guān)鍵因素[23]。在本研究的4個(gè)施肥處理中，T3處理菜地的土壤pH升幅最大(從5.20升至5.77)，且土壤中水解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮和全磷含量等指標(biāo)均最低，全鉀含量與CK相同，說明施用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)可更好地改良菜地土壤的酸堿度，提高土壤中磷素的利用率，降低單施化肥對土壤和水體的磷污染風(fēng)險(xiǎn)[24]，與呂瑞[8]等、崔榮云和門慶永[15]研究認(rèn)為西葫蘆施用復(fù)合微生物菌肥能改良土壤環(huán)境、解磷和解鉀的觀點(diǎn)一致。

在本研究中，使用復(fù)合微生物菌肥配施化肥的施肥模式能有效提高芥菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，改善土壤環(huán)境，但過量減施化肥也會(huì)導(dǎo)致芥菜產(chǎn)量下降，不利于芥菜生長。隨著國家大力推廣化肥減量增效技術(shù)[25]，后續(xù)可結(jié)合測土配方施肥和水肥一體化等技術(shù)，開展提高化肥利用率、改善土壤環(huán)境、增加作物產(chǎn)量研究，以實(shí)現(xiàn)化肥減量增效目標(biāo)。

4 結(jié) 論

采用85 %化肥+復(fù)合微生物菌肥(600 kg/hm2)施肥模式能改良栽培芥菜的土壤性質(zhì)，提高土壤酶活性，促進(jìn)芥菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低水體和土壤磷污染風(fēng)險(xiǎn)，可在芥菜栽培中推廣應(yīng)用。