氮磷鉀用量對(duì)基質(zhì)培茄子產(chǎn)量、根系形態(tài)和根際微生物數(shù)量與酶活性的影響

郜永博，王世顯，魏珉，李靜，高中強(qiáng)，孟倫，楊鳳娟,2,3

氮磷鉀用量對(duì)基質(zhì)培茄子產(chǎn)量、根系形態(tài)和根際微生物數(shù)量與酶活性的影響

1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；3山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，山東泰安 271018；4山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，濟(jì)南 250100；5山東獅克現(xiàn)代農(nóng)業(yè)投資有限公司，山東菏澤 274051

【】研究日光溫室基質(zhì)培條件下，不同氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量、根系生長和根際基質(zhì)中微生物數(shù)量及酶活性的影響，為基質(zhì)培茄子氮磷鉀養(yǎng)分合理施用提供理論依據(jù)。采用基質(zhì)槽栽和水肥一體化滴灌方式，以前期試驗(yàn)得到的基質(zhì)配方沙子﹕爐渣﹕菇渣=6﹕3﹕1（體積比）為栽培基質(zhì)，以不施肥處理為對(duì)照（CK），以目標(biāo)產(chǎn)量施肥量（目標(biāo)產(chǎn)量施肥量=（目標(biāo)產(chǎn)量需肥量-基質(zhì)中速效養(yǎng)分含量）/化肥利用率）設(shè)定100%施肥量（F4），在此基礎(chǔ)上，分別減少60%（F1）、40%（F2）、20%（F3）及增加20%（F5）和40%（F6）施肥量，研究氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量、根系發(fā)育和根際基質(zhì)微生物數(shù)量和酶活性的影響。茄子單株產(chǎn)量隨氮磷鉀用量增加呈先增高后降低的趨勢(shì)，較CK增產(chǎn)幅度為101.1%—212.9%，F(xiàn)3處理下單株產(chǎn)量最高，比CK高212.9%（＜0.05）。根際基質(zhì)中微生物以細(xì)菌為主，其次為放線菌，真菌較少。定植90 d后，隨氮磷鉀施用量增加，茄子根際基質(zhì)中速效氮、磷、鉀含量逐漸增加，細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，F(xiàn)3處理下均較高，高氮磷鉀處理（F4、F5和F6）下脲酶活性較高；根系活力、根系總長度和根系表面積呈先增加后降低的趨勢(shì)，在F2處理下較高，分別較CK增加109.2%、49.2%和46.5%，差異顯著。細(xì)菌數(shù)量與基質(zhì)酶活性呈顯著正相關(guān)，脲酶活性與速效氮、磷、鉀含量呈極顯著正相關(guān)，過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性與速效磷、鉀含量呈顯著正相關(guān)；細(xì)菌數(shù)量、過氧化氫酶活性與根系活力和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，脲酶活性、速效磷、速效鉀含量與根系活力和產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，根系活力與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。在沙子﹕爐渣﹕菇渣=6﹕3﹕1（體積比）的栽培基質(zhì)條件下，日光溫室冬春茬茄子的適宜氮磷鉀用量分別為N 180.6 kg·hm-2、P2O5212.1 kg·hm-2、K2O 434.9 kg·hm-2，依此量施肥有利于茄子產(chǎn)量、根系活力和基質(zhì)微生物數(shù)量及酶活性的提高，可為茄子生長提供良好的微生態(tài)環(huán)境。

茄子；基質(zhì)培；氮磷鉀肥；產(chǎn)量；根系形態(tài)；微生物數(shù)量；酶活性

0 引言

【研究意義】基質(zhì)栽培是由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新型栽培方式之一，在設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)中迅速發(fā)展[1]。而在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，往往通過大量施肥來獲得高產(chǎn)，但過多或不合理施肥，造成肥料利用率降低、土壤理化性狀惡化、根際微環(huán)境破壞和生態(tài)環(huán)境污染等一系列問題，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[2-3]。微生物數(shù)量和酶活性是影響作物根際微生態(tài)環(huán)境的重要因素，對(duì)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化有重要意義，是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)[4]。因此，探討基質(zhì)培和水肥一體化條件下，不同氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量、根系發(fā)育、根際微生物數(shù)量和酶活性的影響，對(duì)指導(dǎo)基質(zhì)培茄子的合理施肥具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】適宜養(yǎng)分供應(yīng)可有效改善作物根際微環(huán)境和提高作物產(chǎn)量，而過量施肥則會(huì)降低土壤微生物數(shù)量和酶活性[5]，減少產(chǎn)量和降低品質(zhì)[6]。華國偉[7]研究表明辣椒單果重和產(chǎn)量均隨施肥水平的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)；Sharma等[8]發(fā)現(xiàn)在稻麥輪作中增施磷肥可增加土壤酶活性，提高土壤質(zhì)量；雋英華等[9]發(fā)現(xiàn)隨施氮量增加，春玉米土壤脲酶活性增加，但當(dāng)施氮量超過180 kg·hm-2時(shí)，脲酶活性無顯著變化。植株根際微環(huán)境受到環(huán)境因子的顯著影響，與根際養(yǎng)分供應(yīng)密切相關(guān)[10]，在黃瓜[11]、番茄[12]等作物上已有相關(guān)報(bào)道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】茄子（L.）在我國設(shè)施果菜類蔬菜栽培中面積位居第四，因富含蛋白質(zhì)、糖類等營養(yǎng)物質(zhì)，且紫色茄皮中還含有豐富的類黃酮、花青苷物質(zhì)，是一種良好的保健蔬菜[13]。目前關(guān)于茄子養(yǎng)分用量的研究一般均采用土壤栽培方式，多集中于產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分吸收利用等方面[14-15]，對(duì)于基質(zhì)培和水肥一體化條件下，不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)微環(huán)境的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)采用前期得出的以低成本農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的基質(zhì)配方，擬通過水肥一體化方式，研究不同氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量、根系發(fā)育、根際基質(zhì)微生物數(shù)量和酶活性的影響，以期為基質(zhì)培茄子合理施肥方案的制定提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年1—5月（栽培期125 d）在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)園藝實(shí)驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試基質(zhì)配方為前期試驗(yàn)篩選出的沙子﹕爐渣﹕菇渣=6﹕3﹕1（體積比）[16]，其容重為0.99 g·cm-3，速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為85.1、45.1和221.88 mg·kg-1。供試茄子品種為‘布利塔’嫁接苗（砧木為‘托魯巴姆’）。栽培槽寬30 cm×高20 cm×長600 cm，采用大小行距定植，大行距80 cm，小行距50 cm，株距50 cm，每個(gè)小區(qū)面積為3.9 m2（即一個(gè)栽培槽），每栽培槽定植茄子13株，每處理3次重復(fù)。槽內(nèi)覆無紡布，防止植株根系與土壤接觸。

每生產(chǎn)1 000 kg茄子需要N 1.72 kg、P 0.97 kg、K 4.90 kg[17]，設(shè)定目標(biāo)產(chǎn)量為112 500 kg·hm-2（施肥期為150 d），參照熊靜[18]、潘銅華[19]和李建勇[20]等的研究結(jié)果，基質(zhì)培氮、磷、鉀當(dāng)季利用率范圍分別為16.42%—53.25%、49.4%—58.26%和27.69%—64.74%，因此本試驗(yàn)以氮、磷、鉀當(dāng)季利用率分別為40%、45%和60%來計(jì)算。目標(biāo)產(chǎn)量施肥量=（目標(biāo)產(chǎn)量需肥量-基質(zhì)中速效養(yǎng)分含量）/化肥利用率，以此設(shè)定為100%（F4），分別減少60%（F1）、40%（F2）和20%（F3）及增加20%（F5）和40%（F6）用量，以不施肥處理為對(duì)照（CK）。根據(jù)前期研究結(jié)果[17]，定植緩苗后整個(gè)生育期分為幼苗期（0—30 d）和結(jié)果期（31 d至拉秧），幼苗期和結(jié)果期每15 d氮磷鉀用量詳見表1，溶解到同一容器中。定植5 d后開始供肥，每15 d配制一次營養(yǎng)液，微量元素選擇通用的微量元素配方。采用滴灌方式供應(yīng)肥水，依據(jù)設(shè)施環(huán)境及植株生長情況確定滴灌量和滴灌頻率，滴灌量為每株0.4—1.2 L·d-1，滴灌頻率為每小時(shí)1次，每天8—10次。提供營養(yǎng)元素的化合物分別為Ca(NO3)2·4H2O、KNO3、KH2PO4、NHNO、K2SO4和MgSO4·7H2O。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 基質(zhì)樣品的采集 分別于茄子定植后60、90和120 d取樣。每處理取樣3—5株，先將2 cm表層基質(zhì)除去，小心挖出完整根系，抖落根際基質(zhì)，混合均勻，一部分放入無菌自封袋，迅速于4℃冰箱內(nèi)保存，用于基質(zhì)微生物分析；一部分自然風(fēng)干保存，用于基質(zhì)酶活性測(cè)定。定植后90 d，另取一部分放入烘箱45℃烘干后，磨碎過1 mm篩，用于基質(zhì)速效氮、磷、鉀含量和pH測(cè)定。

1.2.2 基質(zhì)pH的測(cè)定 采用基質(zhì)﹕水=1﹕5（W/V）浸提[21]，濾液pH用HANNA數(shù)據(jù)型筆式pH測(cè)量?jī)x測(cè)定。

1.2.3 基質(zhì)速效氮、磷、鉀含量的測(cè)定 采用擴(kuò)散吸收法測(cè)定速效氮含量；碳酸氫鈉浸提比色法測(cè)定速效磷含量；乙酸銨浸提火焰光度法測(cè)定速效鉀含量[22]。

1.2.4 基質(zhì)微生物數(shù)量的測(cè)定 采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)定[23]：以牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌；改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌；馬丁氏培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌。

1.2.5 基質(zhì)酶活性的測(cè)定 脲酶活性采用苯酚－次氯酸鈉比色法測(cè)定，蔗糖酶活性采用3,5－二硝基水楊酸比色法測(cè)定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定[24]。

1.2.6 根系構(gòu)型參數(shù)和根系活力的測(cè)定 定植后90 d，根系總長度、根系表面積和根系體積采用Win RHIZO根系分析軟件分析；根系活力采用TTC法測(cè)定[25]。

1.2.7 茄子產(chǎn)量的測(cè)定 采用雙干整枝方式，定植后標(biāo)記15株，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。待果實(shí)達(dá)到商品成熟時(shí)，統(tǒng)計(jì)單株果數(shù)，并稱量單果重量，以單株為單位統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析、差異顯著性檢驗(yàn)（＜0.05）和pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量的影響

隨著氮磷鉀用量增加，茄子單株產(chǎn)量呈先升高后降低趨勢(shì)（圖1）。各施肥處理下的單株產(chǎn)量均較CK增加，增產(chǎn)幅度為101.1%—212.9%，差異顯著。F3處理下單株產(chǎn)量最高，較CK增加212.9%（＜0.05）；F4和F2處理次之，且兩者無顯著差異；F6較F5略有降低，兩處理間也無顯著差異；F1處理下單株產(chǎn)量較低。

不同小寫字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）。下同

2.2 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力的影響

茄子根系活力和根系構(gòu)型參數(shù)隨氮磷鉀用量增加呈先增加后降低趨勢(shì)（表2）。F2處理下的根系活力、根系總長度和根系表面積均較高，但根系活力與F3和F4處理無顯著差異，三者分別比CK增加109.2%、104.1%和97.8%（＜0.05），F(xiàn)1處理的活力較低，但仍顯著高于CK。T2處理的根系總長度與F3處理無顯著差異，F(xiàn)6處理較低，但與CK無顯著差異。T2處理下的根系表面積顯著高于其他處理；F6和CK處理顯著低于其他處理，但兩者間無顯著差異。根系體積以F3和F4處理下較高，兩者無顯著差異，F(xiàn)6處理下較低，但仍顯著高于CK。

2.3 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)速效氮、磷、鉀含量和pH的影響

如表3所示，根際基質(zhì)中速效氮含量隨氮磷鉀用量增加呈增加趨勢(shì)，均顯著高于CK，分別較CK增加20.9%、44.4%、56.5%、63.9%、75.3%和81.6%（＜0.05）。F4、F5和F6處理的速效磷含量較高，但3個(gè)處理間無顯著差異，三者分別較CK高86.7%、93.4%和87.9%（＜0.05）；速效鉀含量分別比CK高41.0%、67.5%、89.4%、99.7%、117.6%和114.1%（＜0.05）。pH以F1和F2處理較高，但與CK無顯著差異；F6處理較低，顯著低于CK。

表2 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根系形態(tài)指標(biāo)和根系活力的影響

不同小寫字母表示處理間差異顯著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters indicate significant differences among treatments (＜0.05). The same as below

表3 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)速效氮、磷、鉀含量和pH的影響

2.4 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)微生物數(shù)量的影響

隨生育期延長，基質(zhì)中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量呈先升高后降低的趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在定植后90 d（圖2）。所有處理下的細(xì)菌數(shù)量均顯著高于CK；定植后60 d，F(xiàn)3和F6處理的細(xì)菌數(shù)量較高，分別比CK高47.6%和43.4%（＜0.05）；定植后90和120 d，隨施肥量增加，細(xì)菌數(shù)量呈先升高后降低的趨勢(shì)，F(xiàn)3和F4處理的細(xì)菌數(shù)量較高，兩者間無顯著差異。

定植后60 d，各處理間真菌數(shù)量無顯著差異，但均高于CK；定植后90 d，F(xiàn)6處理較CK顯著降低，其他處理間無顯著差異，但均高于CK；定植后120 d，真菌數(shù)量隨施肥量增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，F(xiàn)5和F6處理顯著低于CK。

定植后60 d，各處理下放線菌數(shù)量均顯著高于CK，F(xiàn)3、F4和F5處理顯著高于其他處理；定植后90和120 d，F(xiàn)1、F2和F3處理較高，均顯著高于CK。F6處理較低，但定植后90 d，F(xiàn)6與CK無顯著差異，定植后120 d，F(xiàn)6處理比CK顯著減少16.9%（＜0.05）。

圖2 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量的影響

表4對(duì)根際基質(zhì)微生物多樣性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，定植后90 d，F(xiàn)1處理的微生物香農(nóng)指數(shù)較定植后60 d升高，其他處理隨生育期延長呈降低趨勢(shì)。定植后60 d，F(xiàn)4處理下微生物香農(nóng)指數(shù)較高，F(xiàn)6處理下較低；定植后90 d，香農(nóng)指數(shù)表現(xiàn)為F1＞F2＞F5＞CK＞F3＞F4＞F6；定植后120 d，香農(nóng)指數(shù)表現(xiàn)為F1＞CK＞F2＞F3＞F5＞F6＞F4。

表4 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)微生物香農(nóng)指數(shù)的影響

2.5 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)酶活性的影響

由圖3可知，脲酶活性在定植后60—90 d變化較為平緩，但定植后120 d其活性明顯下降，與CK相比，F(xiàn)1—F6脲酶活性均有所升高。定植后60 d，F(xiàn)6處理酶活性最高，顯著高于CK和其他處理；定植后90 d，F(xiàn)4、F5和F6處理較高，但三者間無顯著差異；定植后120 d，F(xiàn)2、F3和F4處理較高。

而蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均隨生育期延長呈先增加后降低的趨勢(shì)，基本在定植后90 d達(dá)到最大值。定植后60 d，F(xiàn)3處理的蔗糖酶活性最高，F(xiàn)5和F6處理較低，但仍顯著高于CK；定植后90 d，F(xiàn)2、F3和F4處理的活性較高，分別比CK增加58.0%、47.0%和48.8%，差異顯著，F(xiàn)6處理則顯著低于CK；定植后120 d，F(xiàn)2和F3處理的活性較高，顯著高于CK，而F5和F6處理的活性分別比CK顯著降低18.7%和24.8%（＜0.05）。

定植后60 d，所有處理下的過氧化氫酶活性差異較小，F(xiàn)5處理的活性略低，但均顯著高于CK；定植后90 d，所有處理顯著高于CK，F(xiàn)3處理的活性較高，F(xiàn)4與F5處理無顯著差異，F(xiàn)1和F6處理活性較低，二者也無顯著差異；隨生育期延長，氮磷鉀用量過多會(huì)抑制過氧化氫酶活性，定植后120 d，F(xiàn)5和F6處理的活性顯著低于CK。

定植后60 d和90 d，所有處理下的堿性磷酸酶活性均顯著高于CK；定植后60 d，F(xiàn)3和F4處理的活性較高，分別比CK高66.8%和73.9%；定植后90 d，F(xiàn)3處理的活性較高，但與F4和F5處理無顯著差異；定植后120 d，F(xiàn)1、F2和F3處理的活性顯著高于CK，F(xiàn)4和F6處理顯著低于CK。

圖3 不同氮磷鉀用量對(duì)茄子根際基質(zhì)脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性的影響

2.6 茄子根際基質(zhì)微生物數(shù)量、酶活性、速效氮、速效磷、速效鉀含量、pH、根系活力和產(chǎn)量的相關(guān)性

表5所示，根際基質(zhì)中細(xì)菌數(shù)量與脲酶、蔗糖酶和堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，與過氧化氫酶活性相關(guān)系數(shù)為0.928，達(dá)極顯著水平；真菌與放線菌數(shù)量顯著正相關(guān)；放線菌數(shù)量與蔗糖酶活性相關(guān)系數(shù)為0.766，達(dá)顯著水平，與其他酶活性和速效氮、磷、鉀含量相關(guān)性差異不顯著?；|(zhì)中脲酶活性與過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)，與速效氮、速效磷、速效鉀含量均呈極顯著正相關(guān)；過氧化氫酶與堿性磷酸酶活性呈極顯著正相關(guān)，與速效磷和鉀含量呈顯著正相關(guān)?；|(zhì)中細(xì)菌、過氧化氫酶活性均與根系活力呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.927和0.913；細(xì)菌、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.952、0.954和0.942；脲酶活性、速效磷、速效鉀含量均與根系活力和產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；根系活力與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.956；各處理根際基質(zhì)中pH相差較小，pH與根際微生物數(shù)量、酶活性相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平。

3 討論

施肥可顯著提高作物產(chǎn)量[26]。本研究結(jié)果表明，與CK相比，各施肥處理均顯著提高了茄子產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度為101.1%—212.9%。在一定范圍內(nèi)，茄子產(chǎn)量隨氮磷鉀用量增加而升高，但超過一定范圍后則產(chǎn)生相反結(jié)果，李建勇等[20]在番茄上的結(jié)果與本研究一致。本試驗(yàn)條件下，冬春茬茄子（生育期125 d）最有利于產(chǎn)量形成的肥料使用量為N 180.6 kg·hm-2、P2O5212.1 kg·hm-2、K2O 434.9 kg·hm-2。而張燕燕等[14]開展“3414”肥料效應(yīng)試驗(yàn)得到，秋植茄子達(dá)到經(jīng)濟(jì)最佳產(chǎn)量時(shí)的N、P2O5、K2O施用量分別為164.9、107.1和186.3 kg·hm-2；盧家柱等[27]采用牛糞﹕草炭﹕蛭石=1﹕1﹕2（體積比）進(jìn)行茄子基質(zhì)培試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)P2O5179 kg·hm-2、K2O 489 kg·hm-2前提下，N 231 kg·hm-2最有利于茄子產(chǎn)量形成。以上不同研究條件下得出的氮磷鉀需求量不同，分析其原因可能為：一是不同茄子品種，對(duì)養(yǎng)分需求特性和耐肥能力不同；二是茄子為無限生長型作物，生育期愈長則需肥愈多；三是栽培介質(zhì)的營養(yǎng)狀況不盡相同，其養(yǎng)分供應(yīng)能力也不同。另外，熊靜等[18]研究發(fā)現(xiàn)，封閉式基質(zhì)栽培較開放式而言，番茄氮磷鉀養(yǎng)分利用率均有所提高，從節(jié)水、節(jié)肥和保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，基質(zhì)栽培應(yīng)著力發(fā)展封閉式供液方式。

表5 茄子結(jié)果盛期根際基質(zhì)微生物數(shù)量、酶活性、速效氮、速效磷、速效鉀含量、pH、根系活力及單株產(chǎn)量的相關(guān)性關(guān)系

*表示在＜0.05水平顯著相關(guān)，**表示在＜0.01水平極顯著相關(guān)

* represents at＜0.05 level significantly correlated, ** represents at＜0.01 level significantly correlated

基質(zhì)微生物是基質(zhì)的重要組成部分，也是最活躍的部分。細(xì)菌是基質(zhì)微生物種群中最大的一類，其次為放線菌，真菌較少[28]?；|(zhì)微生物易受環(huán)境因子的影響，氮磷鉀供應(yīng)與其數(shù)量和活性密切相關(guān)。LOW等[29]研究發(fā)現(xiàn)高濃度營養(yǎng)液下，硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌數(shù)量顯著下降；強(qiáng)浩然等[30]研究表明，中高水平供應(yīng)條件下，辣椒栽培基質(zhì)中脲酶活性隨氮肥供應(yīng)增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，基質(zhì)中細(xì)菌和放線菌數(shù)量均隨氮磷鉀用量增加而升高，超過一定范圍后呈相反趨勢(shì)。其原因可能是：一方面，適量的氮、磷、鉀為微生物提供了充足營養(yǎng)源，可顯著改善根際微生物環(huán)境，提高微生物數(shù)量。郭萍等[31]研究也表明，施肥較不施肥處理使成熟期小麥土壤中細(xì)菌數(shù)量明顯提高。另一方面，植物光合作用固定的碳可通過根系分泌物形式釋放到土壤中，為土壤微生物提供豐富的營養(yǎng)源[32]；根系分泌物量與微生物數(shù)量密切相關(guān)[33]。超過一定的氮磷鉀用量后，其微生物數(shù)量降低可能是因?yàn)殡S氮磷鉀施用量增加和生育期延長，基質(zhì)中鹽濃度不斷升高，降低了茄子根系活力，影響了其根系生長，因此根系分泌物隨之降低，進(jìn)而使根際微生物數(shù)量下降。但不同氮磷鉀用量下根際基質(zhì)微生物香農(nóng)指數(shù)與基質(zhì)微生物總數(shù)量的變化趨勢(shì)不一致，定植后60、90和120 d，F(xiàn)3處理下微生物總數(shù)量較高，但微生物香農(nóng)指數(shù)分別在F4、F1和F1處理下較高。也有研究發(fā)現(xiàn)，幾種蘋果砧木中以東北山荊子根際微生物數(shù)量最多，但其微生物多樣性指數(shù)并不是相應(yīng)地最高[26]。這可能是由于在本試驗(yàn)的栽培基質(zhì)條件下，不同氮磷鉀用量適于某一類或幾類微生物的生長，結(jié)果使基質(zhì)中微生物總數(shù)量升高，但其微生物多樣性指數(shù)沒有增加。

研究表明，土壤酶活性反映了土壤中各種生物化學(xué)過程的強(qiáng)度和方向，與養(yǎng)分供應(yīng)和植物生長關(guān)系密切[34]。其酶活性與微生物數(shù)量存在一定關(guān)系，尤其與細(xì)菌密切相關(guān)[35]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)中細(xì)菌數(shù)量與脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性均顯著正相關(guān)。陳汝等[28]研究也發(fā)現(xiàn)不同蘋果砧木的根際細(xì)菌與脲酶、蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，高鉀處理（300 kg K2O·hm-2）下，棉花吐絮期土壤脲酶、磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性受到抑制[36]；隨施氮量增加，間作條件下，現(xiàn)蕾期馬鈴薯的土壤脲酶活性呈上升趨勢(shì)，而在成熟期均呈先增加后下降的趨勢(shì)[37]。本研究結(jié)果表明，不同氮磷鉀處理對(duì)基質(zhì)酶活性影響不同，蔗糖酶、過氧化氫酶和堿性磷酸酶活性隨氮磷鉀用量增加呈先升高后下降趨勢(shì)，而高氮磷鉀處理下脲酶活性較高。因脲酶活性能夠反映土壤中氮素的轉(zhuǎn)化和能量交換過程，與土壤硝態(tài)氮含量顯著正相關(guān)[38]。另外，施入過量氮磷鉀會(huì)使土壤中無機(jī)氮磷鉀富集，抑制氧化酶基因表達(dá)，降低過氧化氫酶活性[39]。因此，基質(zhì)培條件下，高氮磷鉀下基質(zhì)的脲酶活性較高，過氧化氫酶活性降低。且有研究表明土壤酶主要來源于植物的根系分泌物、土壤微生物活動(dòng)和動(dòng)植物殘?bào)w腐解過程[40]，因此基質(zhì)培條件下，基質(zhì)酶活性高低應(yīng)與根系活力、微生物變化趨勢(shì)密切相關(guān)。

本研究中，脲酶活性與速效氮、速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)，蔗糖酶活性與速效氮、磷、鉀含量相關(guān)性不顯著，過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性與速效磷、速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。而周東興等[41]研究發(fā)現(xiàn)玉米/大豆輪作下，玉米土壤中脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀呈顯著正相關(guān)，與本研究結(jié)果不一致，這可能與施肥方式和肥料用量不同有關(guān)。本試驗(yàn)中基質(zhì)細(xì)菌數(shù)量與pH呈負(fù)相關(guān)，李春越等[42]發(fā)現(xiàn)土壤全效養(yǎng)分和微生物磷隨pH增加有減少趨勢(shì)，營養(yǎng)源的減少抑制了細(xì)菌的擴(kuò)增。pH對(duì)基質(zhì)微生物數(shù)量的相關(guān)性分析達(dá)到顯著水平，該基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，pH變化幅度較小，且均在微生物生長的正常范圍內(nèi)，對(duì)其沒有產(chǎn)生顯著抑制或顯著促進(jìn)。

4 結(jié)論

不同氮磷鉀用量對(duì)茄子產(chǎn)量、根系形態(tài)、根際基質(zhì)微生物數(shù)量和酶活性差異顯著。F3處理下單株產(chǎn)量最高，較CK增加212.9%。隨著氮磷鉀用量的增加，茄子根系活力、根系總長度和根系表面積呈先增加后降低的趨勢(shì)，以F2處理較好。定植后90 d，根際基質(zhì)微生態(tài)系統(tǒng)較好。微生物數(shù)量和蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性隨氮磷鉀用量增加呈先升高后降低趨勢(shì)，F(xiàn)3處理下均較高；而高氮磷鉀處理（F4、F5和F6）下脲酶活性較高。綜上，以沙子﹕爐渣﹕菇渣=6﹕3﹕1（體積比）為栽培基質(zhì)條件下，日光溫室冬春茬（栽培期125 d）茄子適宜氮磷鉀用量為N 180.6 kg·hm-2、P2O5212.1 kg·hm-2、K2O 434.9 kg·hm-2；此施肥條件有利于茄子產(chǎn)量、根系活力和基質(zhì)微生物數(shù)量及酶活性的提高，可為茄子生長提供良好的微生態(tài)環(huán)境。

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Effects of Nitrogen, Phosphorus and Potassium Dosage on the Yield, Root Morphology, Rhizosphere Microbial Quantity and Enzyme Activity of Eggplant Under Substrate Cultivation

1College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Tai’an 271018, Shandong;2Huanghuai Region Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, Shandong;3Shandong Province Collaborative Innovation Center of Fruit and Vegetable, Tai’an 271018, Shandong;4Shandong Agricultural Technology Extending Station, Ji’nan 250100;5Shandong Shike Modern Agricultural Investment Co., Ltd., Heze 274051, Shandong

【】The effects of different levels of NPK on eggplant yield and roots growth as well as rhizosphere microbial numbers and enzyme activities were studied, so as to provide the theoretical basis for the scientific management of NPK (nitrogen, phosphorus and potassium) for the eggplant cultivation by using substrate in solar greenhouse.【】Substrate trough with sand, slag and mushroom residue (6﹕3﹕1, V﹕V﹕V) obtained from the previous experiment and drip irrigation integrated with water and fertilizer were used. There were six treatments with fertilization dosage and 100% fertilization dosage (F4) was considered as required by the target yield (fertilization dosage of the target yield = (fertilizer required by target yield - available nutrient content in substrate ) / fertilizer utilization rate), based on the 100% fertilization dosage of F4, the fertilization dosage was reduced by 60% (F1), 40% (F2), 20% (F3) and increased by 20% (F5) and 40% (F6), respectively, and no fertilization treatment was control (CK). The effects of NPK dosage on the yield and roots growth of eggplant as well as rhizosphere microbial numbers and enzyme activity were studied. 【】 The eggplant yield was increased firstly and then decreased with the increasing of NPK dosage. Compared with CK, the yield per plant under all treatments increased by 101.1%-212.9%. The eggplant under F3 treatment showed the highest yield per plant and was increased by 212.9% compared with CK. Bacteria were the main microbial in the rhizosphere substrate of eggplants, followed by actinomycetes and fungi. After 90 days of transplanting, with the increasing of NPK dosage, the contents of available NPK in the substrate were increased, the numbers of bacteria, actinomycetes and fungi, the activities of sucrase, catalase and alkaline phosphatase in rhizosphere substrate were increased firstly and then decreased, the values of which were higher under F3 treatment and the urease activity was higher under F4, F5 and F6 than that under other treatments. The root activity, total root length and root surface area of eggplant were increased first and then decreased with the increasing of NPK dosage. Notably, the root activity, total root length and root surface area of eggplant under F2 treatment were increased significantly by 109.2%, 49.2% and 46.5% compared with CK, respectively. There was a significant positive correlation between bacteria number and the enzyme activities in rhizosphere substrate. The urease activity showed extremely significant positive correlation with the contents of available NPK. The activities of catalase and alkaline phosphatase showed significant positive correlation with the contents of available phosphorus and potassium. The number of bacteria, catalase activities showed significant positive correlation with root activity and yield per plant, while urease activity, available phosphorus and potassium content showed significant positive correlation with root activity and yield. The root activity showed extremely significant positive correlation with yield. 【】In summary, the optimal fertilizer dosage for the eggplant cultivation using the mixture of sand, slag and mushroom residue in winter-spring crop in solar greenhouse was N 180.6 kg·hm-2, P2O5212.1 kg·hm-2and K2O 434.9 kg·hm-2, which was important to increase the yield of eggplants, root activity, rhizosphere microbial numbers and enzyme activity, and could provide a good micro ecological environment for eggplant growth.

eggplant; substrate cultivation; nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer; yield; root morphology; microbial number; enzyme activity

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.21.012

2021-01-17；

2021-04-19

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1001904）、國家自然科學(xué)基金（31672169）、寧夏瓜菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心（2017DC55）、2020年度山東省重點(diǎn)扶持區(qū)域引進(jìn)急需緊缺人才項(xiàng)目（魯發(fā)改動(dòng)能辦[2020]1285號(hào)）、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)“雙一流”科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)設(shè)施園藝優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)（SYL2017YSTD07）

郜永博，E-mail：1158840500@qq.com。通信作者楊鳳娟，E-mail：beautyyfj@163.com

（責(zé)任編輯 趙伶俐）