化肥減施與木霉菌有機肥配施對辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)及根際土壤酶活性的影響

靳亞忠，熊亞男，孫 雪，李金雨，李 響，何淑平，李春霞

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江大慶 163319）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)在我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。在中國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已形成了高化肥投入進(jìn)行作物生產(chǎn)的模式[1-3]，然而化學(xué)肥料的大量投入?yún)s帶來了環(huán)境污染、土壤肥力的下降、養(yǎng)分失衡以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低等問題[1，3-5]，且化肥的過量施用也導(dǎo)致蔬菜生產(chǎn)中肥料的利用率降低、土壤硝態(tài)氮積累、土壤板結(jié)及酸化、土傳病害嚴(yán)重等問題[6]。為了解決不合理施用化學(xué)肥料問題，在綠色生產(chǎn)的要求下，必然選擇提高肥料利用率和降低化學(xué)肥料投入量的方法。近年來許多研究表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用化肥減施[4]、平衡營養(yǎng)肥料施用[5]、有機肥和無機肥配施[7-10]、水肥耦合使用[11]、肥料增效劑使用[12-14]等措施能有效提高肥料利用率，降低農(nóng)業(yè)面源污染，并提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，但是各種措施發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的機理或方式存在差異。

木霉菌（Trichoderma spp.）是一類絲狀子囊菌類綠色孢子真菌，大部分來自土壤[15]，可以保護(hù)或減輕逆境脅迫對作物的傷害。木霉菌可以通過與植物根系互作，誘導(dǎo)植物體內(nèi)代謝發(fā)生變化，如激素、可溶性糖、次級代謝物、氨基酸含量以及光合作用等發(fā)生變化，促進(jìn)植物生長、提高作物產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)[16-18]，它已作為有益生防菌及生物肥料被應(yīng)用于生產(chǎn)。為了提高辣椒栽培中肥料的利用，進(jìn)行養(yǎng)分綜合管理是有效方法之一。在番茄、黃瓜、蕹菜栽培中，化肥減量配施木霉菌有機肥通過調(diào)節(jié)土壤微生物群體變化，活化養(yǎng)分，促進(jìn)產(chǎn)量增加和品質(zhì)提高[19-22]，但關(guān)于木霉菌有機肥及木霉菌菌劑對瓜果、蔬菜及作物品質(zhì)的影響結(jié)果還存在爭論[20，23-24]。

辣椒（Capsicum annuum L），一種茄科蔬菜植物，其果實富含Vc，已經(jīng)成為全國各地重要的經(jīng)濟作物[3，25]。辣椒在全生育期對肥料的需求量較大，氮、磷、鉀施用量影響了辣椒的產(chǎn)量與品質(zhì)[26]，尤其是氮肥的過量施用降低了辣椒果實品質(zhì)，而產(chǎn)量未呈現(xiàn)增加，且肥料利用率較低[27-28]。已有研究表明，氮、磷與硅鈣肥配施可以顯著提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]；減施化肥40%～50%并配施沼液可以明顯增加辣椒產(chǎn)量與可溶性糖、Vc及氨基酸的含量[29]。此外，利用畜禽糞肥[30]、蘑菇渣[31]及沼渣堆肥[32]配施化肥顯著提高了辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)，而關(guān)于通過減施化肥配施木霉菌有機肥來調(diào)節(jié)辣椒果實產(chǎn)量、品質(zhì)的研究較少。因此，本研究擬利用化肥減量配施木霉菌有機肥進(jìn)行處理，了解其對辣椒生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及其根際土壤酶活性、有效氮磷鉀含量的影響，為辣椒優(yōu)質(zhì)可持續(xù)性生產(chǎn)提供理論支持，并初步探討木霉菌有機肥配施化肥調(diào)節(jié)辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)的可能原因。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試?yán)苯菲贩N為“東北辣妹子”（黑龍江省五大連池市富民種子有限公司生產(chǎn)）；供試土壤為黑鈣土，土壤為pH 7.3，有機質(zhì)含量19.1 g/kg，銨態(tài)氮含量27.5 mg/kg，硝態(tài)氮含量1.1 mg/kg，有效磷含量99.5 mg/kg，速效鉀含量142.8 mg/kg。供試化肥為氮磷鉀復(fù)合肥（15-15-15）（由黑龍江牧康牧業(yè)有限責(zé)任公司提供）；試驗所用木霉菌有機肥為棘孢木霉菌DQ001孢子粉（由黑龍江田力保生物科技有限公司提供），與羊糞和秸稈的混合發(fā)酵物按照1 kg∶500 kg的比例進(jìn)行混合，有效活菌孢子量達(dá)到3億以上，含有基質(zhì)≥25%、氮磷鉀≥6，由黑龍江牧康牧業(yè)有限責(zé)任公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年5月10日—9月30日在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)園藝園林學(xué)院實驗基地露地試驗田進(jìn)行。試驗設(shè)置：A，100%化肥（農(nóng)民常規(guī)施用復(fù)合肥 75 kg/667 m2）；B，85%化肥施肥（63.75 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥245 kg/667 m2；C，70%化肥（52.5 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥 290 kg/667 m2；D，50%化肥（37.5 kg/667 m2）+木霉菌微生物肥 450 kg/667 m2；CK，不施肥。每個處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)，每個小區(qū)面積6 m2，每個小區(qū)定植辣椒苗24株，定植密度為2 500株/667 m2，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計。100%化肥處理中，50%的化肥作為基肥進(jìn)行施用，另外的50%肥料作為追肥進(jìn)行施用，在“四門斗”辣椒花后10 d左右進(jìn)行追施（田間溫度大約25℃±2℃），其他處理中的化肥作為基肥一次性施入；木霉菌有機肥作為基肥施用。試驗期間，各處理辣椒植株的田間管理按照常規(guī)田間管理方法進(jìn)行，在“四門斗”花后30 d（商品綠果期）和45 d（紅果期）采集樣品，進(jìn)行測定辣椒品質(zhì)；另外選擇固定植株，于花后45 d（紅果期）進(jìn)行單株產(chǎn)量和生物量的測定；同時采集辣椒植株根際土壤，每個小區(qū)多點混合采集土壤樣品，其中一部分土壤進(jìn)行風(fēng)干、過篩，取2～10 g土用于測定速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量；另外一部分放入4℃冰箱中保存，進(jìn)行測定土壤酶活性。

1.3 測定項目及方法

果實硝態(tài)氮含量測定采用水楊酸-硫酸比色法[33]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法測定[33]；可溶性糖含量測定采用比色法[33]；Vc含量測定2,6-二氯酚靛酚滴定法[33]；辣椒單果重及產(chǎn)量采用電子天平秤稱量法測定；土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀測定采用孔濤等的方法進(jìn)行[34]；土壤蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[8]；土壤多酚氧化酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[8]；土壤脲酶活性測定采用靛酚藍(lán)比色法[8]；土壤脫氫酶活性測定采用TTC比色法[8]；堿性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2013和DPS 9.01軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析，其中用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著性分析，并得出結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減施配施木霉菌有機肥對辣椒生物量及單株果實產(chǎn)量的影響

由表1可知，不同處理之間辣椒植株生物量、單株果實及小區(qū)果實產(chǎn)量存在顯著差異（P＜0.05）。與CK（對照）處理相比較，各施肥處理辣椒單株生物量、單株果實及小區(qū)果實產(chǎn)量顯著高于對照（P＜0.05）。各施肥處理之間相比，A處理（100%的化學(xué)肥料）的辣椒單株生物量顯著高于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理，而單株果實產(chǎn)量和小區(qū)果實產(chǎn)量則與C和D處理之間無顯著差異（P＜0.05）；化肥減施與木霉菌有機肥配合施用的各處理產(chǎn)量相比，C和D處理的辣椒單株果實和小區(qū)果實產(chǎn)量顯著高于B處理（P＜0.05），而C和D處理辣椒單株果實和小區(qū)果實產(chǎn)量之間無明顯差異（P＜0.05）。

表1 辣椒生物量與單株果實產(chǎn)量Table 1 Peper biomass and fruit weight of per plant

2.2 化肥減施配施木霉菌有機肥對辣椒果實硝酸鹽含量的影響

由圖1可知，隨著“四門斗”辣椒的生長發(fā)育，各處理辣椒果實中的硝酸鹽含量存在明顯差異。在花后30 d（綠色商品果期）和45 d（紅果期）時，A處理（100%施用化學(xué)肥料）果實的硝酸鹽含量顯著高于CK和其他施肥處理（P＜0.05）；B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理果實中硝酸鹽含量顯著地高于CK處理果實中硝酸鹽的含量（P＜0.05）。在化學(xué)肥料與木霉菌有機肥配施的處理中，B處理辣椒果實硝酸鹽含量明顯大于C和D處理，而在花后30 d和45 d時，D處理辣椒果實硝酸鹽含量最低（P＜0.05）。

圖1 辣椒果實硝酸鹽的含量Figure 1 Nitrate content in pepper fruit

2.3 化肥減施配施木霉菌有機肥對辣椒可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，隨著“四門斗”辣椒的生長發(fā)育，不同處理的辣椒果實可溶性蛋白含量不同。在花后30d（綠色商品果期）時，A處理（100%施用化學(xué)肥料）辣椒果實中可溶性蛋白的含量顯著高于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C（70%化肥+木霉菌微生物肥）、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）以及CK（不施肥）處理；而化肥減施配施木霉菌有機肥的處理之間相比較，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）處理辣椒果實可溶性蛋白含量最低，明顯低于B和D處理（P＜0.05）。此外，在花后45 d（紅果期）時，A 處理和B處理辣椒果實可溶性蛋白含量之間無明顯差異，且顯著高于其他處理（P＜0.05），而C和D處理辣椒果實可溶性蛋白含量也無明顯差異，且高于CK處理（P＜0.05）。

圖2 辣椒果實可溶性蛋白含量Figure 2 Content of soluble protein in pepper fruit

2.4 化肥減施配施木霉菌有機肥對辣椒可溶性糖含量的影響

由圖3可以看出，施肥方式的不同對辣椒果實可溶性糖含量的影響不同。在辣椒果實花后30 d（綠色商品果期）時，施肥處理辣椒果實可溶性糖含量明顯高于CK，且施肥處理中，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理辣椒果實中可溶性糖含量顯著高于A（100%的化學(xué)肥料）和B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）處理（P＜0.05）。在花后45 d（紅果期）時，A處理辣椒果實可溶性糖含量明顯低于CK和B、C、D施肥處理，且CK辣椒果實中可溶性糖含量最高，而C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理辣椒果實可溶性糖含量顯著大于B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）處理，且C和D處理之間無顯著差異（P＜0.05）。

圖3 辣椒果實可溶性糖含量Figure 3 Content of soluble sugar in pepper fruit

2.5 化肥減施配施木霉菌有機肥對辣椒Vc含量的影響

圖4表明，不同施肥方式調(diào)節(jié)了辣椒果實中Vc含量。在花后30 d（綠色商品果期）時，各種施肥處理辣椒果實中Vc含量顯著高于CK處理，而施肥處理之間相比較，發(fā)現(xiàn)A（100%的化學(xué)肥料）處理辣椒果實中Vc的含量則明顯低于化肥與木霉菌有機肥配施處理（B、C、D）處理（P＜0.05），且 C（70%化肥+木霉菌微生物肥）處理辣椒果實中Vc含量最高。在花后45 d（紅果期）的辣椒果實中，B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）、C、D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理的辣椒果實中Vc含量則顯著高于A和CK處理，且B、C、D處理辣椒果實Vc含量之間無顯著差異（P＜0.05）。

圖4 辣椒果實Vc含量Figure 4 Content of Vc in pepper fruit

2.6 化學(xué)肥料配施木霉菌有機肥對土壤速效氮磷鉀含量的影響

施肥影響了土壤中速效氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量，且存在施肥方式之間的差異（表2）。與CK處理相比，各施肥處理土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷以及速效鉀的含量顯著高于其他處理與CK處理（P＜0.05）。從表2也可以看出，與100%化學(xué)肥料處理（A）相比，C（70%化肥+木霉菌微生物肥）和D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理明顯提高了土壤中銨態(tài)氮、速效磷以及速效鉀的積累，而顯著降低了硝態(tài)氮的含量（P＜0.05），而化肥減施與木霉菌有機肥配施處理中，D處理土壤銨態(tài)氮含量則低于C處理，而C和D處理土壤中速效鉀和硝態(tài)氮含量無明顯差異（P＜0.05），說明木霉菌有機肥配施的量影響了土壤中速效氮、磷、鉀的有效性。

表2 土壤速效氮磷鉀含量Table 2 The contents of available nitrogen，phosphorus and potassium in soil mg·kg-1

2.7 化學(xué)肥料配施木霉菌有機肥對土壤酶活性的影響

土壤中的各種酶活性能反映土壤肥力狀況。如表3所示，與CK處理相比，施肥處理的蔗糖酶和脲酶活性顯著高于CK（不施肥）處理。各施肥處理之間，D（50%化肥+木霉菌微生物肥）處理土壤蔗糖酶活性明顯大于A處理（100%施用化學(xué)肥料）、B（85%化肥施肥+木霉菌微生物肥）和C（70%化肥+木霉菌微生物肥）土壤中蔗糖酶活性，而A、B和C處理蔗糖酶活性之間無顯著差異（P＜0.05）。對脲酶活性而言，A（100%施用化學(xué)肥料）土壤脲酶活性顯著低于B、C、D處理土壤脲酶活性，但B、C及D處理之間無明顯差異（P＜0.05）。此外，化肥減施與木霉菌有機肥配施（B、C、D）處理土壤多酚氧化酶活性明顯大于A（100%施用化學(xué)肥料）和CK（不施肥處理），且在B、C、D處理之間，D處理土壤多酚氧化酶活性最高，而各施肥處理土壤中脫氫酶活性也存在與多酚氧化酶活性相似的規(guī)律，D處理土壤脫氫酶活性顯著高于其他處理與CK（P＜0.05）（表3）。施肥處理土壤堿性磷酸酶活性顯著高于CK，而C和D處理土壤堿性磷酸酶活性則明顯大于A處理和B處理（P＜0.05）（表 3）。

表3 土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities

3 討論

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，減少化學(xué)肥料的投入量和提高化學(xué)肥料的利用率是生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的方式之一。許多研究表明，木霉菌作為一種環(huán)境友好型有益微生物能應(yīng)用于綠色、無害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中，實現(xiàn)減肥減藥增效的目的[19-24]。本研究中發(fā)現(xiàn)，相對于100%的化肥處理（A），化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥的處理（C和D）能維持辣椒生物量和果實產(chǎn)量，與對番茄[19-20]、黃瓜[21]、蕹菜[22]等的研究結(jié)果相一致，即減施化肥配施木霉菌有機肥可以提高葉菜和瓜果類蔬菜的產(chǎn)量。有研究認(rèn)為，木霉菌有機肥與化肥配施提高了土壤有機質(zhì)含量，提升了土壤養(yǎng)分的有效性，進(jìn)而提高了產(chǎn)量[22]；在番茄上研究發(fā)現(xiàn)，木霉菌生物肥與75%化肥配施促進(jìn)了根際土壤中真菌、細(xì)菌以及放線菌數(shù)量的增加，提高了土壤養(yǎng)分有效性，維持了番茄的產(chǎn)量[20]；等氮量條件下，木霉菌有機肥處理提高了土壤中總氮、磷、鉀以及速效氮、磷、鉀的含量，并提高了木霉菌、細(xì)菌以及真菌數(shù)量，促進(jìn)了小白菜[34]和生菜[35]的產(chǎn)量增加。在不同的作物上，木霉菌有機肥的使用促進(jìn)產(chǎn)量增加的調(diào)節(jié)作用存在差異[20，22，34-35]。本研究中，化肥減量 30%和50%配施木霉菌有機肥（C和D）處理明顯提高了根際土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、脫氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性以及提高了土壤中有效氮、磷、鉀的含量，從而促進(jìn)了辣椒生物量及產(chǎn)量的提高，推測木霉菌有機肥配施減量化肥可能提高了土壤有機質(zhì)含量[36]，發(fā)揮了木霉菌在土壤中招募有益微生物的作用，進(jìn)而促進(jìn)了土壤酶活性[19，32]，活化了土壤中速效養(yǎng)分[37-38]，且木霉菌可能優(yōu)化了根際環(huán)境[39]，進(jìn)而促進(jìn)辣椒生長，提高產(chǎn)量，但還需進(jìn)一步進(jìn)行驗證。

除了產(chǎn)量之外，化肥減量配施木霉菌有機肥提高了辣椒綠果和紅果果實（花后45 d）可溶性糖含量、Vc含量，而顯著降低了辣椒果實中硝酸鹽的含量，趙政等[20]的研究也得到了相同的結(jié)果。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，在化肥減量下，配施木霉菌的處理并沒有提高果實中可溶性蛋白的含量，與鷹嘴豆中的研究結(jié)果相一致[39]，其中的原因還不清楚。許多研究已經(jīng)表明，有機肥的使用能夠保證作物營養(yǎng)代謝協(xié)調(diào)均衡[40]，進(jìn)而促進(jìn)果實優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，且木霉菌能活化土壤中的礦物質(zhì)營養(yǎng)，提高養(yǎng)分有效性和利用率[39]，調(diào)節(jié)了植物生理代謝及果實品質(zhì)形成途徑中關(guān)鍵酶基因的表達(dá)[41]，進(jìn)而提高了果實品質(zhì)，但是木霉菌有機肥如何啟動辣椒果實糖、Vc合成途徑中的代謝網(wǎng)絡(luò)途徑還不明確。

4 結(jié)論

與100%化肥處理相比，化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥能穩(wěn)定辣椒植株生物量及辣椒產(chǎn)量，并提高了辣椒紅色果實可溶性糖含量和Vc含量（僅C處理提高了綠色果實（花后30 d）中可溶性糖含量），顯著降低了果實中硝酸鹽的積累量，但果實中可溶性蛋白含量低于100%化肥處理；同時也提高了辣椒植株根際土壤中蔗糖酶、多酚氧化酶、脫氫酶、脲酶以及堿性磷酸酶活性，提高了土壤中銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量，說明化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥能通過改變根際土壤酶活性，進(jìn)而活化土壤有效養(yǎng)分和供應(yīng)能力，從而改善土壤肥力，促進(jìn)辣椒生長、產(chǎn)量的提高以及品質(zhì)的改善，但是木霉菌有機肥與化肥配施調(diào)節(jié)辣椒生長及品質(zhì)改善的機理還有待于進(jìn)一步研究。