施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環(huán)境的影響

趙佳，杜賓，聶園軍，黃靜，陳哲，梁宏

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心太原030031；2.太原學(xué)院太原030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所太原030031）

施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環(huán)境的影響

趙佳1，杜賓2，聶園軍3，黃靜1，陳哲1，梁宏1

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心太原030031；2.太原學(xué)院太原030031；3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所太原030031）

為了研究施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環(huán)境的影響，筆者制成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物有機肥，設(shè)置了對照（CK）、有機肥處理（OF）與生物有機肥處理（BOF）3組試驗，并采用盆栽試驗以檢測不同處理下黃瓜植株及其根際土壤各項指標(biāo)的差異。結(jié)果表明，施用生物有機肥后黃瓜連作土壤中的細(xì)菌（12.36×107cfu·g-1）和放線菌（5.27×106cfu·g-1）數(shù)量大增而真菌（1.23×105cfu·g-1）數(shù)量銳減；土壤中pH及有效磷、速效鉀含量顯著提高，增幅分別為6%～11%、24%～125%、15%～29%；SOD和POD活性顯著升高，增幅分別為18%～42%、47%～113%。施用生物有機肥改變了土壤微生物區(qū)系，改善了土壤的理化性狀，提高了抗氧化保護酶活性，植株長勢明顯優(yōu)于對照，效果顯著。

黃瓜；連作障礙；微生物；生物有機肥

黃瓜是我國主栽蔬菜作物之一，分布廣泛，目前我國已成為栽培面積最大、產(chǎn)量最高的國家[1-2]。由于經(jīng)濟效益高，黃瓜連作現(xiàn)象在生產(chǎn)過程中十分普遍，這會導(dǎo)致黃瓜植株生長緩慢、瓜秧細(xì)弱、果實小、產(chǎn)量低、品質(zhì)差、病蟲害嚴(yán)重等一系列問題，已成為黃瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[3-5]。

生物有機肥將功能微生物與有機肥相結(jié)合，具有調(diào)節(jié)根際微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、增強植物對養(yǎng)分的吸收、提高作物的抗病能力等多種功能，且無污染、零殘留，是消除黃瓜連作障礙的理想手段[6-7]。曹丹等[8]研究得出，施用適量的生物有機肥可顯著促進黃瓜根系生長，速效磷、速效鉀、銨態(tài)氮均有不同程度的提高。劉長慶等[9]研究了生物有機肥在黃瓜上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明,合理施用生物有機肥可以提高黃瓜產(chǎn)量，改善植物學(xué)性狀和生物學(xué)性狀。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)過多年試驗，分離篩選到2株功能微生物：類芽孢桿菌（Paenibacillus Ash）具有解磷解鉀的促生作用，丁香苷鏈霉菌（Streptomyces syringini）能夠拮抗病原真菌并促進植株生長，將這2株菌復(fù)配組合制成生物有機肥用于黃瓜生產(chǎn)還未見報道。筆者將其復(fù)配制成新型生物有機肥，并作為底肥施入連作黃瓜后的土壤中，通過對不同處理的黃瓜植株及其根際土壤各項指標(biāo)的檢測與評價，探討消除黃瓜連作障礙的途徑及機制，以期為生物有機肥應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試菌種：類芽孢桿菌（Paenibacillus Ash）與丁香苷鏈霉菌（Streptomyces syringini）均由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心微生物研究室保藏。供試黃瓜品種‘津優(yōu)35號’由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所提供。供試有機肥由堆肥腐熟制成（V雞糞∶V牛糞=1∶1）。供試土壤為已種植過4茬黃瓜的連作灰潮土，基本理化性質(zhì)：有機質(zhì)（ω，后同）1.84%，堿解氮43.05 mg·kg-1，有效磷35.28 mg·kg-1，速效鉀174.66 mg·kg-1，pH 6.35。供試培養(yǎng)基[10]：PDA培養(yǎng)基、NA培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基。

1.2 菌種原液及生物有機肥的制備

將保存的菌種接入斜面培養(yǎng)基活化，類芽孢桿菌為NA培養(yǎng)基，丁香苷鏈霉菌為PDA培養(yǎng)基。活化后的菌株接入液體培養(yǎng)基擴繁，類芽孢桿菌30℃，200 r·min-1，發(fā)酵36 h；丁香苷鏈霉菌30℃，200 r·min-1，發(fā)酵48 h。制得的菌液懸浮液按1∶2的比例混合均勻，然后5%（V/m）的接種量接種到有機肥中混勻，＜45℃的條件下發(fā)酵6 d，總菌量＞109cfu·g-1備用[11]。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2016年4月在山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽試驗基地黃瓜大棚內(nèi)進行。營養(yǎng)缽育苗后移栽盆缽培養(yǎng)，營養(yǎng)缽裝土300 g，盆缽裝土10 kg。設(shè)3個試驗組，每組3個小區(qū)，試驗組各小區(qū)隨機分布，每個小區(qū)30個盆缽：（1）對照組（CK），不做任何處理；（2）試驗組1（OF），向土壤中施入有機肥；（3）試驗組2（BOF），向土壤中施入生物有機肥。有機肥與生物有機肥均按2%（m/m）的施肥量施入。每個營養(yǎng)缽中播種1粒黃瓜種子，待瓜苗長出4～5片真葉后選擇壯苗移栽，常規(guī)管理進行盆栽試驗。

1.4 調(diào)查方法

定植后35 d，檢測黃瓜植株與根際土壤各項指標(biāo)。從各小區(qū)隨機選取黃瓜植株5株及其根際土壤樣品（每個試驗組15株），檢測各項指標(biāo)。

黃瓜植株根際微生物區(qū)系調(diào)查：采取瓜苗根際土壤，混勻后4℃保存于自封袋內(nèi)運回。采用梯度稀釋法，分別對樣品中的細(xì)菌、放線菌與真菌統(tǒng)計分析[12]。

黃瓜根際土壤理化指標(biāo)土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤與肥力研究所檢測完成并出具報告。

黃瓜葉片理化指標(biāo)測定[13]：丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD)與過氧化氫酶（CAT）活性。

黃瓜生長指標(biāo)：植株高度采用直尺測量，葉片數(shù)采用計數(shù)法測定，葉面積采用葉面積儀測定，植株干質(zhì)量采用烘干法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對黃瓜根際微生物區(qū)系的影響

不同處理使得黃瓜根際微生物區(qū)系發(fā)生明顯的變化（表1）。細(xì)菌是土壤微生物的主要類群，占總量的70%～90%，施用生物有機肥顯著提高了黃瓜根際土壤中的細(xì)菌數(shù)，達到12.36×107cfu·g-1，近3倍于CK中的細(xì)菌數(shù)；BOF的放線菌數(shù)也是所有處理中最高的，達到5.27×106cfu·g-1,比CK中的放線菌數(shù)高出1倍；土壤中的病原菌一般為真菌，BOF的真菌數(shù)顯著低于CK和OF，僅為1.23×105cfu·g-1。

表1 不同處理對黃瓜根際微生物區(qū)系的影響

2.2 不同處理對黃瓜植株根際土壤肥力的影響

由表2可知，與CK相比施用有機肥和生物有機肥均顯著提高了土壤的pH值與有機質(zhì)含量，BOF的pH值顯著高于OF，但二者的有機質(zhì)含量并無顯著差異；堿解氮、有效磷和速效鉀含量是評價土壤肥力的重要指標(biāo)，BOF除堿解氮含量與OF差異不明顯外，有效磷和速效鉀含量均顯著高于其他2個處理，OF次之，CK最低。

2.3 不同處理對黃瓜葉片理化指標(biāo)的影響

抗氧化保護酶（SOD、POD和CAT）是清除植株體內(nèi)自由基的關(guān)鍵酶，酶活力增強可清除植株體內(nèi)因受脅迫而產(chǎn)生的氧自由基，提高植株系統(tǒng)抗性；而MDA含量反映植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度，含量越高說明細(xì)胞膜質(zhì)受害越重。不同處理對黃瓜葉片SOD、POD和CAT這3種抗氧化保護酶活性及MDA含量的影響如表3所示。3個處理中，BOF的SOD和POD活性最高，分別達到8.89 U·g－1·min－1和12.51 U·g－1·min－1，OF次之，CK最低；OF與BOF的CAT活性顯著高于CK（6.11 U·g－1·min－1），但2者之間沒有顯著差異；BOF的MDA含量(6.03 μmol·g－1)顯著低于其他兩個處理，但CK與OF的MDA含量沒有顯著差異。

表3 不同處理對黃瓜葉片理化指標(biāo)的影響

2.4 不同處理對黃瓜生長指標(biāo)的影響

由表4可知，不同處理對黃瓜生長指標(biāo)有顯著影響。施用生物有機肥（BOF）后黃瓜各項生長指標(biāo)均為最高，黃瓜植株長勢明顯強于其他處理組，植株高度比CK和OF分別提高59.65 cm和31.79 cm；OF次之，CK處理各項指標(biāo)均為最低。施用生物有機肥對黃瓜植株生長有顯著的促進作用。

表4 不同處理對黃瓜生長指標(biāo)的影響

3 討論與結(jié)論

肥力消耗、自毒作用、病原菌累積是引起黃瓜連作后產(chǎn)量低、品質(zhì)差的主要原因[14]。施用生物有機肥，將功能微生物與有機肥的優(yōu)勢相結(jié)合，減少化肥農(nóng)藥的施用，改善植株根際微環(huán)境，提高土壤肥力，促進植株健康生長，是黃瓜種植業(yè)實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的可行途徑之一[15]。連作土壤由于同一類根系分泌物的持續(xù)釋放，形成了特定的土壤環(huán)境和根際條件，導(dǎo)致土壤微生物種類和數(shù)量發(fā)生變化，即細(xì)菌、放線菌數(shù)量下降，病原真菌數(shù)量升高，微生物區(qū)系由高肥的“細(xì)菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤轉(zhuǎn)化[16]，這與試驗中對照組的結(jié)果相似。

通過施用生物有機肥，黃瓜根際微生物區(qū)系受到定向調(diào)控，細(xì)菌（12.36×107cfu·g-1）和放線菌（5.27×106cfu·g-1）數(shù)量顯著高于其他處理，而真菌數(shù)量（1.23×105cfu·g-1）明顯降低，使得連作土壤由“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變，有效改善了黃瓜根際土壤微環(huán)境。施用生物有機肥后土壤中的有機質(zhì)和堿解氮含量顯著高于對照，但與有機肥組相比差異不大，說明類芽孢桿菌與丁香苷鏈霉菌沒有顯著的固碳和固氮能力；但是土壤的pH （7.08）、有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)（61.63 mg·kg-1）和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)（312.37 mg·kg-1）顯著提高，說明類芽孢桿菌能在土壤中穩(wěn)定發(fā)揮作用，而黃瓜植株高度、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均為3組試驗最大值，說明功能微生物通過其生命活動和分泌的代謝產(chǎn)物作用于黃瓜植株的促生作用顯著。在生物有機肥中復(fù)配更多種的功能微生物，彌補現(xiàn)有菌株固碳、固氮能力的不足是今后研究的方向；同時也應(yīng)注意復(fù)配過程中多菌種間的拮抗問題，穩(wěn)定而多樣化的菌群結(jié)構(gòu)是我們追求的目標(biāo)。

筆者的研究表明，在3種施肥處理中，連作黃瓜施用生物有機肥后植株根際微生物群落中的有益菌增加、有害菌減少，菌群結(jié)構(gòu)明顯改善；由于功能微生物的代謝活動，土壤中的有效磷、速效鉀等營養(yǎng)元素含量增加，為植株生長提供了良好環(huán)境。黃瓜植株的抗氧化保護酶活性增強，生長指標(biāo)均為最高值，促生效果顯著。本研究為生物有機肥在黃瓜種植中的推廣應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

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Effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment

ZHAO Jia1，DU Bin2，NIE Yuanjun3，HUANG Jing1，CHEN Zhe1，LIANG Hong1
（1.Biotechnology Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，Shanxi，China;2.Taiyuan University，Taiyuan 030031，Shanxi，China;3.Institute of Agricultural Resource and Economic，Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031，Shanxi，China）

In order to study the effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment，the bio-organic fertilizer was fermented,pot experiment was designed.Blank control（CK），application of organic fertilizer（OF）and application of bio-organic fertilizer（BOF）were set to compare the differences of the cucumber growth and rhizosphere microenvironment.The results showed that the number of rhizosphere bacterial（12.36×107cfu·g-1）and actinomycete（5.27×106cfu·g-1）community were increased,while the number of the fungal（1.23×105cfu·g-1）was decreased;the pH，available P and available K were increased significantly,the three indicators increased 6%-11%，24%-125%，15%-29%respectively.The activities of SOD and POD were also increased significantly,the two indicators increased 18%-42%,47%-113%respectively.The rhizosphere community was changed,the physical and chemical proper?ties of soil were improved,the antioxidant activity of protective enzyme was higher,the plants were stronger after using BOF.

Cucumber;Successive cropping obstacle;Microbe;Bio-organic fertilizer

2016-09-09；

2016-11-08

趙佳，男，助理研究員，研究方向：微生物學(xué)。E-mail:zhaojia.00@163.com

梁宏，男，副研究員，研究方向：微生物學(xué)。E-mail：815336057@qq.com