肥效微生物菌劑對魔芋及其栽培土壤的影響

段曾平，周曉罡，漢瑞林，姚春馨，喬 琦，王奕文，曾黎瓊*，楊自光

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所/云南省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部西南作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650231；2.廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門 421005；3.昆明市西山區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，云南 昆明 650100；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650201)

【研究意義】魔芋是天南星科(Araceae)魔芋屬(Amorphophallus)植物，其球莖中含有大量葡甘露聚糖。葡甘露聚糖具有高吸水性和高膨脹性，是較好的水溶性膳食纖維，在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域都有一定的開發(fā)應(yīng)用。云南具有獨(dú)特的地理環(huán)境和豐富的魔芋資源，是發(fā)展魔芋產(chǎn)業(yè)的適宜地[1]。近幾年云南魔芋種植面積約占全國的30%，2018年云南魔芋種植面積為4.45萬hm2，占全國14.89萬hm2的29.9%。魔芋產(chǎn)業(yè)是云南高原特色產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)魔芋是調(diào)整山區(qū)半山區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)民收入的重要途徑之一，對云南推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、打贏脫貧攻堅戰(zhàn)和實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】微生物菌劑含有大量有益活菌及多種天然活性物質(zhì)，這些微生物在土壤中繁殖，能改變微生物菌群、改善土壤養(yǎng)分狀況、提高土壤酶活性，為作物生長提供良好的根區(qū)環(huán)境，起到促進(jìn)作物生長、降低土傳病害、提高產(chǎn)量的作用，施用微生物菌劑目前成為改善土壤理化和生物性狀、防治土壤生態(tài)環(huán)境污染、保障作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要措施[2-10]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】云南省農(nóng)科院生物所目標(biāo)性篩選獲得的肥效微生物菌劑是固氮解磷解鉀復(fù)合菌制劑。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)云南高原特色作物魔芋“綠色、生態(tài)、環(huán)?！狈N植生產(chǎn)，加速云南科技成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，提升云南魔芋科研和生產(chǎn)團(tuán)隊素質(zhì)，增強(qiáng)西山區(qū)魔芋產(chǎn)品的市場競爭力，推進(jìn)西山區(qū)鄉(xiāng)村振興計劃，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)、農(nóng)民富、鄉(xiāng)村美的目標(biāo)，在西山區(qū)政府的支持下，進(jìn)行了肥效微生物菌劑對魔芋生長及其種植土壤影響的研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過施用微生物菌劑旨在提高土壤有益微生物數(shù)量和土壤酶活性，改善土壤養(yǎng)分狀況，提高肥料利用效率，提升魔芋品質(zhì)和產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)?zāi)в鬄辂惤в?AmorphophalluskonjacLijiang)。試驗(yàn)所用肥效微生物菌劑為云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所目標(biāo)性篩選獲得的固氮解磷解鉀復(fù)合菌制劑。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

魔芋種植地設(shè)在昆明市西山區(qū)團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)蔡家社區(qū)大平地村，海拔2071 m。2019年1月31日取土壤送交云南三標(biāo)農(nóng)林科技有限公司檢測，分析結(jié)果如下：pH值為6.33，有機(jī)質(zhì)為48.11 g·kg-1，水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳、有效硫、水溶性氯離子含量分別為219.97、93.2、389.6、2678.68、586.29、2.13、4.39、126.74、16.98、86.67、26.95 mg·kg-1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計和調(diào)查檢測方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計 播種時間：2019年4月9日。播種方式為雙行魔芋-玉米-雙行魔芋。播種種芋平均重量為66(60～70)g·個-1。小區(qū)面積26.4 m2( 1.1 m×24.0 m)，每小區(qū)播種192株，即：4行魔芋×48株/行，1行玉米。底肥為沃夫特控釋肥(總養(yǎng)分42%，N-P2O5-K2O 22-8-12)，用量600 kg·hm-2。肥效微生物菌劑為1.18×108CFU·mL-1，T1為不施微生物菌劑對照，T2、T3、T4分別為施用稀釋100、300、500倍微生物菌劑，用量200 mL·株-1。分別于7月4日、7月18日、8月20日分3次進(jìn)行澆施，每次用量一致。重復(fù)3次，共12個小區(qū)。中耕鋤草、病蟲害防治等按常規(guī)魔芋生產(chǎn)規(guī)程進(jìn)行。

1.3.2 調(diào)查檢測方法 在開始施用菌劑后15 d(7月18日)、30 d(8月3日)和60 d(9月4日)采用5點(diǎn)取樣法取魔芋根際周圍土壤，分析檢測土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀含量和蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性?？膳囵B(yǎng)微生物的數(shù)量采用稀釋涂平板方法測定；有機(jī)質(zhì)測定采用水合熱重鉻酸鉀氧化比色法；土壤氮按LY/T1228—2015中水解性氮測定；有效磷測定方法為NY/T1121.7—2014；速效鉀測定方法為NY/T 889—2004；蛋白酶活性采用茚三酮與氨基酸反應(yīng)方法測定；以30 ℃下24 h內(nèi)1 g土壤中甘氨酸的微克數(shù)表示蛋白酶活性(U)；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測定，以37 ℃下24 h內(nèi)1 g土樣生成葡萄糖毫克數(shù)表示蔗糖酶活性(U)；脲酶采用改良靛酚藍(lán)比色法測定，以37 ℃下24 h內(nèi)1 g土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示土壤脲酶活性(U)；中性磷酸酶采用磷酸苯二鈉法測定，以37 ℃下24 h內(nèi)1 g土壤中釋放出酚(苯酚)的毫克數(shù)表示磷酸酶活性(U)。

定期測定魔芋株高、開展度、葉柄周長、地下部分長勢等。采收時測產(chǎn)，并測定球莖含水量、粘度(準(zhǔn)確稱取新鮮魔芋25.0 g，加水定容至500 mL，勻漿后按NY/T 494—2010測定)、葡甘露聚糖(按NY/T 494—2010測定)和蛋白質(zhì)含量(全自動定氮儀測定)。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理方法

采用Excel和SPSS19.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析比較，多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用肥效微生物菌劑后魔芋根際土壤微生物的變化

魔芋根際土壤樣品中可培養(yǎng)微生物的數(shù)量測定結(jié)果見表1。微生物菌劑處理15、60 d時土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于T1(CK)，T1(CK)與T2差異顯著。細(xì)菌數(shù)量增長率最高為113.06%；真菌數(shù)量增長率最高為163.16%；放線菌數(shù)量增長率最高為27.64%。30 d時4個處理細(xì)菌、放線菌數(shù)量差異均不顯著，除T2土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于對照外，其它處理低于對照。

表1 施用微生物菌劑對魔芋根際土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

2.2 施用肥效微生物菌劑后魔芋根際土壤酶活性的變化

由表2所示，施用微生物菌劑后魔芋根際土壤蛋白酶活性均高于對照。15和30 d時T1(CK)、T2、T3、T4差異均不顯著，T4的蛋白酶活性最高，分別為495.71U和539.47U，比T1(CK)提高了20.88%和25.2%；60 d時T2與T3差異不顯著，2者與T1(CK)、T4差異顯著，T2的蛋白酶活性最高，為772.8 U，比T1(CK)提高了44.6%，說明施用高濃度肥效微生物菌劑有利于提高魔芋根際土壤蛋白酶活性。

表2 施用肥效微生物菌劑對魔芋根際土壤酶活性的影響

施用菌劑后魔芋根際土壤蔗糖酶活性均高于對照。15 d時T1(CK)、T2、T3、T4差異極顯著，T2的蔗糖酶活性最高，為34.65 U，比T1(CK)提高了104.3%；30 d時T2與T3、T1(CK)與T4差異不顯著，但是T2、T3與T1(CK)、T4差異極顯著，T2的蔗糖酶活性最高，為31.25 U，比T1(CK)提高了88.71%；60 d時T2與T1(CK)、T3、T4差異極顯著，但T1(CK)、T3、T4差異不顯著，T2的蔗糖酶活性最高，為33.73 U，比T1(CK)提高了224.95%，說明高濃度施用肥效微生物菌劑顯著提高魔芋根際土壤蔗糖酶活性。

施用菌劑后15、30和60 d時T2的脲酶活性均最高，分別為1.38、1.43、1.20 U，比T1(CK)增加35.29%、34.91%、20.00%，T2與T1、T3、T4差異顯著，說明高濃度施用肥效微生物菌劑顯著提高魔芋根際土壤脲酶活性。

施用菌劑后15 d，T2與T3中性磷酸酶活性差異不顯著，但與T1(CK)、T4差異極顯著；30 d時T2與T1(CK)、T3、T4之間中性磷酸酶活性差異顯著；60 d時T2與T1(CK)、T3、T4中性磷酸酶活性差異極顯著，但T3與T4之間中性磷酸酶活性差異不顯著，T1(CK)與T3、T4中性磷酸酶活性差異顯著。15、30和60 d時處理T2的中性磷酸酶活性均最高，分別為0.73、0.64、0.67 U，比T1(CK)增加56.93%、9.36%、28.90%，說明高濃度施用肥效微生物菌劑顯著提高魔芋根際土壤中性磷酸酶活性。

2.3 施用肥效微生物菌劑后魔芋根際土壤有機(jī)質(zhì)和有效氮磷鉀的變化

由表3所示，施用菌劑后魔芋根際土壤有機(jī)質(zhì)比對照有所提高。15 d時高濃度施用菌劑處理T2與對照T1(CK)的有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，比T1(CK)提高了5.21%，但T3、T4與T1(CK)差異不顯著；30 d時T2與T1(CK)、T3、T4的有機(jī)質(zhì)含量差異均不顯著，有機(jī)質(zhì)含量最高的是T3，比T1(CK)提高了7.85%；60 d時T1(CK)、T2、T3、T4的有機(jī)質(zhì)含量差異均不顯著，T3、T4的有機(jī)質(zhì)含量低于對照。

表3 施用肥效微生物菌劑對魔芋根際土壤有機(jī)質(zhì)和有效氮磷鉀的影響

施用菌劑后魔芋根際土壤堿解氮均高于對照。15 d時T1(CK)、T2、T3、T4之間差異均不顯著；30 d時T2土壤堿解氮含量最高為264.07 mg·kg-1，比T1(CK)提高了18.87%，T2、T3、T4與T1(CK)之間差異極顯著，但T2、T3、T4之間差異不顯著；60 d時T2土壤堿解氮含量最高為245.52 mg·kg-1，比T1(CK)提高了18.91%，與T1(CK)、T3、T4之間差異極顯著，但T1(CK)、T3、T4之間差異不顯著。

施用菌劑后魔芋根際土壤有效磷均高于對照。15 d時T2有效磷含量最高為83.32 mg·kg-1，比T1(CK)提高了12.32%，與T1(CK)、T3、T4之間差異極顯著；30 d時T2與T1(CK)、T3、T4之間差異顯著，但是T1(CK)、T3、T4之間差異不顯著；60 d時T2有效磷含量最高為76.09 mg·kg-1，比T1(CK)提高了18.74%，與T1(CK)、T4之間差異極顯著，與T3差異顯著，但是T1(CK)、T3、T4之間差異不顯著。

15 d時T2土壤速效鉀最高為349.50 mg·kg-1，比T1(CK)提高了3.38%，與T4差異顯著；30 d時T2速效鉀最高為340.27 mg·kg-1，比T1(CK)提高了4.42%，與T1(CK)、T3、T4之間差異極顯著，但是T1(CK)、T3、T4之間差異不顯著；60 d時T2速效鉀最高為324.83 mg·kg-1，比T1(CK)提高了2.54%，4個處理之間差異不顯著。

2.4 微生物菌劑對魔芋植株農(nóng)藝性狀的影響

8月19日每個小區(qū)隨機(jī)挖取植株，調(diào)查了其長勢，結(jié)果見表4。T2的株高、根狀莖數(shù)、最大根長、地下部分重量都最大，分別比T1(CK)增長4.5 cm、4.5個、6.5 cm、92.17 g；4個處理的株高、開展度、葉柄周長、最大根長差異不顯著；T2、T3的根狀莖數(shù)和地下部分重量比T1(CK)、T4大，但與T1(CK)差異不顯著，與T4差異顯著；T4的株高、葉柄周長、根狀莖數(shù)、最大根長、地下部分重量比T1(CK)小。可見，施用高濃度菌劑處理的魔芋植株農(nóng)藝性狀優(yōu)于對照，說明該菌劑能促進(jìn)魔芋植株的生長發(fā)育，改善魔芋農(nóng)藝性狀。

表4 不同處理對魔芋農(nóng)藝性狀的影響

2.5 微生物菌劑對魔芋產(chǎn)量的影響

從表5可以看出，11月12日進(jìn)行測產(chǎn)，結(jié)果顯示，施用菌劑處理的大芋平均重量、子芋平均重量、單株產(chǎn)量、爛芋和死株占比均高于對照。T2子芋平均重量最高為15.8 g；T4單株產(chǎn)量最高為0.432 kg，生長系數(shù)為6.55，折合單產(chǎn)為31 455 kg·hm-2，比T1(CK)增產(chǎn)12.41%。T2的爛芋和死株占比最大為29.17%。T2、T3、T4大芋重量顯著高于T1(CK)，但是T2、T3、T4大芋重量差異不顯著，說明菌劑濃度對其影響不大。4個處理的子芋重量和單株產(chǎn)量差異不顯著。

表5 施用肥效微生物菌劑對魔芋產(chǎn)量的影響

2.6 微生物菌劑對魔芋品質(zhì)的影響

不同處理魔芋的品質(zhì)分析結(jié)果見表6。4個處理大芋含水量差異不顯著，為87.1%～87.6%。T2鮮芋粘度最大，為1950 mPa·s，比T1(CK)提高了600 mPa·s，T2與T1(CK)、T4差異極顯著，與T3差異不顯著。葡甘露聚糖含量也是T2最大，為18.51%，比T1(CK)提高了4.45%，T2與T1(CK)、T4差異極顯著，T4與T1(CK)差異不顯著。蛋白質(zhì)含量最大的是T4，為10.79%，比T1(CK)提高了3.76%，T4與T1(CK)、T2、T3差異極顯著。可見，施加菌劑能夠提高魔芋球莖粘度、葡甘露聚糖和蛋白質(zhì)含量。

表6 施用微生物菌劑對魔芋品質(zhì)的影響

3 討 論

種植的麗江花魔芋是農(nóng)戶自留種，有部分混雜種，故魔芋倒苗不整齊。總體來看，施用肥效微生物菌劑處理的倒苗時間比對照提前20～25 d。由于土壤水分較高，造成部分魔芋球莖腐爛，尤其是處理T2的爛芋+死株占比達(dá)到了29.17%，明顯高于T1(CK)。今后，施用菌劑的魔芋應(yīng)及時采收，避免魔芋腐爛減產(chǎn)。

施用微生物菌劑目前已經(jīng)成為改善土壤理化和生物性狀、防治土壤生態(tài)環(huán)境污染、保障蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要措施，在蔬菜生產(chǎn)示范中得以廣泛應(yīng)用[2-10]。試驗(yàn)中施用肥效微生物菌劑后魔芋種植的土壤細(xì)菌數(shù)量均高于對照，說明肥效微生物在土壤中存活并繁殖。蛋白酶參與土壤中蛋白質(zhì)及其它含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，其活性與土壤剖面深度、有機(jī)質(zhì)含量、氮素含量等有關(guān)；蔗糖酶與土壤有機(jī)質(zhì)、氮和磷含量、微生物數(shù)量、土壤呼吸強(qiáng)度等有關(guān)，能表征土壤生物學(xué)活性、評價土壤熟化程度和土壤肥力水平；脲酶能水解尿素生成氨和碳酸，其活性與土壤的微生物數(shù)量、有機(jī)物質(zhì)含量、全氮和速效磷含量等有關(guān)，能表征土壤的氮素狀況[5,7]；磷酸酶能將土壤中的有機(jī)磷化合物轉(zhuǎn)化成植物可吸收利用的無機(jī)磷化合物，在調(diào)節(jié)土壤磷素供應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[10]。

4 結(jié) 論

施用菌劑后魔芋根際土壤蛋白酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性均有所提高。60 d時T2的蛋白酶活性最高，比T1(CK)提高了44.6%；15、30和60 d時T2的蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性均最高，分別比T1(CK)提高了104.3%、88.71%、224.95%，35.29%、34.91%、20.00%，56.93%、9.36%、28.90%。施用菌劑后魔芋根際土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀比T1(CK)有所提高，尤其是T2表現(xiàn)最為明顯，比T1(CK)分別提高了5.21%、18.91%、18.74%、4.42%。呈現(xiàn)菌劑中功能菌的迅速繁殖加快了土壤有機(jī)物質(zhì)的分解，促進(jìn)土壤中固定養(yǎng)分向有效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)魔芋植株的生長，提高了魔芋球莖的粘度、葡甘露聚糖和蛋白質(zhì)含量。