生物復(fù)合肥對(duì)油茶苗木生長(zhǎng)及土壤微生態(tài)的影響

彭江濤，周?chē)?guó)英，蔣越西，劉君昂

（中南林業(yè)科技大學(xué)/南方人工林病蟲(chóng)害防控國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，森林有害生物防控湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

油茶（Camellia oleifera）又名油茶樹(shù)、茶子樹(shù)，屬山茶科山茶屬植物，被稱為“東方的橄欖樹(shù)”［1］。油茶經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，茶油色清味香，營(yíng)養(yǎng)豐富，不飽和脂肪酸一般在90%以上，是烹制食品、加工罐頭、制造人造奶油最理想的油脂之一［2-3］；目前，由于油茶施肥及后期管理中存在各種各樣的問(wèn)題，大部分油茶林產(chǎn)投比不高。林木的合理施肥及配方施肥是提高油茶產(chǎn)量的一項(xiàng)極其重要的措施。因此，采用合理適宜的方式施肥有利于提高油茶的產(chǎn)投比，提高油茶種植的生態(tài)效益以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

食用菌菌糠又稱為菌渣，是指采收食用菌的子實(shí)體后廢棄不用的固體基質(zhì)。菌糠的主要成分包括碎農(nóng)作物秸稈、木屑、干草、玉米芯等一些木質(zhì)纖維含量高的物料，研究分析發(fā)現(xiàn)菌糠中含有豐富的蛋白、多糖、有機(jī)酸、黃酮類物質(zhì)及少量生物堿等化學(xué)物質(zhì)［4-5］。但是大部分菌糠被不合理處置，隨意廢棄，導(dǎo)致了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，環(huán)境污染。實(shí)現(xiàn)食用菌菌糠的循環(huán)再利用，制備菌糠菌肥是一種合理有效的應(yīng)用途徑。

微生物菌肥是以微生物生命活動(dòng)的產(chǎn)物及其所含的酶類來(lái)改善土壤環(huán)境的一種無(wú)公害肥料，其主要作用在于改善土壤質(zhì)量，提高有機(jī)質(zhì)含量和土壤肥力，增強(qiáng)植物抗病、抗逆能力以及提高作物產(chǎn)量和改善農(nóng)作物品質(zhì)，減少工業(yè)氮肥的施用，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染等［6-8］。土壤微生物直接或間接參與調(diào)節(jié)土壤肥力形成、土壤養(yǎng)分循環(huán)、有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換以及能量流動(dòng)等活動(dòng)。因此土壤的微生態(tài)反映了土壤的肥力現(xiàn)狀，速效N、P、K的高低代表土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程的方向和強(qiáng)度，可作為評(píng)價(jià)土壤肥力和質(zhì)量的敏感指標(biāo)。目前關(guān)于微生物菌肥研究較多［9-17］，但研究微生物菌肥與菌糠形成的生物復(fù)合肥對(duì)油茶生長(zhǎng)和土壤微生態(tài)的影響卻鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過(guò)研究生物復(fù)合肥對(duì)油茶生長(zhǎng)和土壤微生態(tài)的影響，旨在改善土壤肥力、保持土壤可持續(xù)性和促進(jìn)油茶生長(zhǎng)。為我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)油料作物——油茶提供新的無(wú)公害肥料種類，對(duì)油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地設(shè)在海南省澄邁縣國(guó)營(yíng)林場(chǎng)。施肥對(duì)象為3年生油茶幼林，選取苗高相差0.5 cm、地徑相差0.5 mm誤差內(nèi)的油茶苗木。試驗(yàn)材料為菌糠（由上林縣明山菌業(yè)有限責(zé)任公司提供）、玉米粉，供試菌株（由3、4、5、6、7年生的油茶根際土壤20～40 cm樣品中分離）：YC-NK03為格式假單胞菌（Pseudomonas grimontii）、YC-NK04為 韓 國(guó)假單胞菌（Pseudomonas koreensis）、YC-NK05為惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）、YC-NK07和YCP05為分散泛菌（Pantoea dispersa）、YC-P06洋蔥伯克霍爾德菌（Burkholderia cepacia）。

盆栽所用營(yíng)養(yǎng)土來(lái)自合肥麗科農(nóng)業(yè)有限公司，主要成分為泥炭土、草炭土、蚯蚓糞，珍珠巖等。

盆栽供試苗木：江西長(zhǎng)林系列高產(chǎn)0.5年生，由江西新余亞林中心長(zhǎng)埠林場(chǎng)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

半固態(tài)發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基：以一定比例的菌糠、玉米粉進(jìn)行混合作為發(fā)酵培養(yǎng)基的固體部分，以一定添加量水作為發(fā)酵培養(yǎng)基的液態(tài)部分，菌糠∶玉米粉∶水=25∶5∶70。

菌糠菌肥的制作：將采收鳳尾菇后的新鮮菌糠自然風(fēng)干，粉碎過(guò)0.178 mm篩。在半固態(tài)發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入0.2% NH4NO3和KH2PO4，培養(yǎng)基初始pH 7.0，裝載量300 g/L，121℃滅菌20 min。待培養(yǎng)基冷卻后，將混合后的固氮解鉀菌、解磷菌各取1 mL，加入半固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中，33℃、160 r/min恒溫培養(yǎng)6 d。將菌肥儲(chǔ)存于陰涼無(wú)污染的條件下，用平板稀釋計(jì)數(shù)法檢測(cè)其中的有效菌數(shù)。

盆栽試驗(yàn)：為了研究菌糠菌肥對(duì)油茶的肥效及替代化學(xué)肥料的程度，按照替代化學(xué)肥料不同梯度，設(shè)置7個(gè)處理（表1），其中，T5只加菌糠基質(zhì)（不添加功能菌），CK為空白對(duì)照。每個(gè)試驗(yàn)組油茶苗木9株，共計(jì)63株（每株10 g肥料），從施肥日算起，3個(gè)月后測(cè)定植株生長(zhǎng)和根際微生態(tài)效應(yīng)。檢測(cè)的主要指標(biāo)包括：油茶的地徑、苗高及根際土壤微生物總量、土壤有機(jī)質(zhì)及水解N、有效P、速效K含量。

表1 不同的施肥處理的替代化肥程度 （%）

林間試驗(yàn)：（1）肥料種類：①菌糠菌肥；②化肥：N肥為湖南株洲湘江氮肥廠生產(chǎn)的尿素，含N量≥460 g/kg；P肥為湖南瀏陽(yáng)古港磷肥廠生產(chǎn)的鈣鎂磷肥，含P2O5量≥126 g/kg；K肥為加拿大進(jìn)口的氯化鉀，K2O含量≥600 g/kg；（2）處理配方設(shè)置3個(gè)處理：①對(duì)照（CK），不施任何肥料；②化肥處理（HC）：尿素、鈣鎂磷肥及氯化鉀用量配比為2∶1∶2；③化肥+菌糠菌肥（HJC）：化肥和菌肥用量配比2∶3，每個(gè)處理設(shè)置油茶5株，共計(jì)15株。從施肥日算起，3個(gè)月后測(cè)定植株生長(zhǎng)和根際微生態(tài)效益。檢測(cè)的主要指標(biāo)包括：油茶的地徑、樹(shù)高、根際土壤pH及水解N、有效P、速效K含量。具體見(jiàn)表2。

表2 不同處理的施肥量 （g/株）

土壤微生態(tài)測(cè)試方法：參照中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定［11-14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌糠菌肥質(zhì)量檢測(cè)

對(duì)配制好的菌糠菌肥進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果如表3所示，菌糠菌肥偏酸性，pH為6.85，有效菌總數(shù)為5.3×108個(gè)/g，并未被污染，說(shuō)明菌糠菌肥質(zhì)量較好。

表3 菌糠菌肥質(zhì)量指標(biāo)檢測(cè)

2.2 生物復(fù)合肥對(duì)油茶苗高、地徑的影響

如圖1所示，與施用生物復(fù)合肥前相比，T1、T2、T3、T4、T5、T6組的苗高分別增加了40.92%、74.32%、108.64%、90.33%、28.56%、30.77%。各試驗(yàn)組的地徑與施肥前相比，均有不同程度的增加。T1、T2、T3、T4、T5、T6組的地徑增幅分別為22.24%、28.77%、45.62%、32.50%、15.40%、16.85%。而CK組苗高和地徑的增加量分別僅4.56%和10.70%。各試驗(yàn)組中只有T3組（60%菌糠菌肥+40%化學(xué)肥料）對(duì)油茶苗高、地徑的增長(zhǎng)影響最為明顯。

2.3 生物復(fù)合肥對(duì)油茶根際土壤微生態(tài)的影響

在施用菌糠菌肥3個(gè)月后，對(duì)植株根際土壤微生態(tài)進(jìn)行測(cè)定，圖2A為土壤微生物總量的測(cè)定。結(jié)果顯示，T3組處理后的油茶根際微生物總量增加最多，與CK組處理方式相比增加了70.41%，而只添加菌糠基質(zhì)處理的T5組僅增加了27.35%。說(shuō)明菌糠菌肥中的功能菌能夠很好地促進(jìn)土壤微生物的繁殖；在土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定中，發(fā)現(xiàn)T1組的處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加最有利，比CK組增加了97.65%，分析各組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，菌糠菌肥與化肥的質(zhì)量配比和土壤有機(jī)質(zhì)含量呈正比關(guān)系，并且功能菌和菌糠基質(zhì)均起到增加土壤有機(jī)質(zhì)的作用（圖B）；與CK組的水解N、有效P、速效K含量相比，T3組的增加量在各組中最高，分別增加了101.55%、118.44%、25.93%。綜合7個(gè)處理組對(duì)油茶根際土壤微生態(tài)的測(cè)定結(jié)果顯示，T3處理組（菌糠菌肥與化肥的用量比3∶2）為最優(yōu)處理方式。

根據(jù)盆栽試驗(yàn)生物復(fù)合肥對(duì)油茶苗高、地徑和根際土壤的微生態(tài)效應(yīng)的結(jié)果，并且秉著減少化肥使用的目的，最終選擇T3組的比例進(jìn)行接下來(lái)的林間試驗(yàn)。

2.4 生物復(fù)合肥林間施用對(duì)油茶幼林生長(zhǎng)量的影響

與施肥前相比，各試驗(yàn)組的樹(shù)高和地徑均有不同程度的增加。其中HC、HJC組的樹(shù)高平均增長(zhǎng)量分別為4.6、6.9 cm，地徑平均增長(zhǎng)量分別為3.16、5.28 mm。而CK組的樹(shù)高、地徑增長(zhǎng)量分別為2.6 cm、1.34 mm。HJC處理組相對(duì)于HC和CK處理組，油茶幼林的樹(shù)高、地徑增長(zhǎng)明顯。

2.5 林間試驗(yàn)微生態(tài)指標(biāo)檢測(cè)

如圖4所示，油茶根際土壤呈酸性，pH為4.28～4.47，肥料種類與用量對(duì)土壤pH無(wú)明顯影響。與施肥前相比，HJC與HC組的土壤速效N、P、K含量均有顯著增加。與CK組相比，HC組的土壤水解N、有效P、速效K分別增加了21.71%、25.81%、29.77%，分別 達(dá) 到42.60、12.16、26.50 mg/kg；HJC組的土壤水解N、有效P、速效K分別增加了71.71%、81.84%、45.79%，分別達(dá)到60.10、17.58、29.77 mg/kg。與HC和CK組比較，HJC組明顯提高土壤水解N、有效P、速效K。說(shuō)明本研究的生物復(fù)合肥在減少化肥施用量的同時(shí)也能更好地促進(jìn)油茶苗木的生長(zhǎng)。

3 討論

3.1 生物復(fù)合肥對(duì)油茶苗木及土壤微生態(tài)的影響

隨著食用菌工業(yè)化產(chǎn)業(yè)模式迅速發(fā)展，廢棄菌糠的產(chǎn)量也越來(lái)越大。調(diào)查結(jié)果顯示，平均每生產(chǎn)1 kg的食用菌大約能產(chǎn)生3.25 kg的菌糠［15］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年我國(guó)菌糠產(chǎn)生量約為836萬(wàn)t［16-17］。為了實(shí)現(xiàn)食用菌菌糠的高效利用，王世強(qiáng)等［18］研究發(fā)現(xiàn)，食用菌廢料施加到土壤后，菌糠會(huì)被逐漸分解，能夠提高土壤中營(yíng)養(yǎng)元素、礦質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì)的含量，增加土壤肥效，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。2012年，Zhu等［19］將高效解磷菌FL7接種到菌糠，制作了單一微生物磷肥，并通過(guò)盆栽試驗(yàn)證明菌糠菌肥能有效提高土壤中有效P、速效K和總N含量以及農(nóng)作物產(chǎn)量。因此，將菌糠制備成肥料、實(shí)現(xiàn)食用菌菌糠的循環(huán)再利用，制備菌糠菌肥是一種合理有效的應(yīng)用途徑。

化肥的長(zhǎng)期施用可以提高土壤無(wú)機(jī)養(yǎng)分，但是也會(huì)破壞土壤根際微生態(tài)環(huán)境的平衡，造成林地環(huán)境的污染，如水體富營(yíng)養(yǎng)化、降低土壤通透性、導(dǎo)致土壤微生物活性和土壤肥力降低等一系列環(huán)境問(wèn)題，不利于植物的生長(zhǎng)［20］。而生物復(fù)合肥的使用是通過(guò)改良土壤根際微生態(tài)環(huán)境，提高土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性和種群多樣性，促進(jìn)土壤根際微生物的繁殖，使土壤微生物的活性也得到顯著的提高［9，21］；微生物利用各種生理代謝反應(yīng)和拮抗等作用使土壤中的土壤有機(jī)質(zhì)、速效N、P、K含量顯著增加［8，22-25］。本研究盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示，T3組（60%菌糠菌肥+40%化學(xué)肥料）對(duì)油茶的促生效果最明顯，同時(shí)各試驗(yàn)組的微生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)變化明顯；說(shuō)明菌糠菌肥與化學(xué)肥料的質(zhì)量配比越大，施用后土壤有機(jī)質(zhì)的含量越高。林間試驗(yàn)結(jié)果顯示，HJC組效果最明顯，并且通過(guò)微生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果可知，肥料種類與用量對(duì)土壤pH無(wú)顯著影響，與李甜江等［26］的研究結(jié)果相一致。

3.2 盆栽試驗(yàn)與林間試驗(yàn)的比較

在本研究的林間試驗(yàn)中，無(wú)論是對(duì)油茶幼林生長(zhǎng)量還是對(duì)土壤微生態(tài)的影響，HJC處理組均表現(xiàn)最佳，這與盆栽試驗(yàn)的結(jié)果一致；說(shuō)明本研究的生物復(fù)合肥在自然條件下對(duì)油茶苗木也具有良好的促生效果，可以有效地減少化肥的使用量；但是與盆栽試驗(yàn)相比，HJC處理組相較于T3處理組的土壤水解N、有效P、速效K含量增加幅度較小，這可能是因?yàn)楹Ｄ隙嘧兊臍夂驐l件影響了功能菌的繁殖；也可能是因?yàn)榕柙栽囼?yàn)與林間試驗(yàn)油茶苗木樹(shù)齡的不同，導(dǎo)作物根系分泌物的數(shù)量及種類也會(huì)有所不同。在土壤中，作物根系分泌物可以影響根際微生物的群落結(jié)構(gòu)和種群多樣性，因此不同樹(shù)齡的油茶苗木與土壤微生物的互作會(huì)有一定程度的差異［27-29］，從而導(dǎo)致油茶苗木對(duì)生物復(fù)合肥的響應(yīng)差別問(wèn)題，但是生物復(fù)合肥無(wú)論是對(duì)0.5年還是3年生的油茶苗木均有改善土壤微生態(tài)環(huán)境和增長(zhǎng)苗高、地徑的作用，并且效果均高于化學(xué)肥料。

微生物肥料是綠色環(huán)保型肥料發(fā)展的方向，對(duì)發(fā)展新型農(nóng)業(yè)有著重要影響。隨著生物肥料研究的深入，從特定植物根際土壤篩選高效功能菌株用于研制專用生物復(fù)合肥已漸成為一種趨勢(shì)。特定的植物根際土壤功能菌可促進(jìn)該植物根際微生態(tài)促生體系的形成，并以生物復(fù)合肥中的有機(jī)質(zhì)、腐植酸、N、P、K、微量元素及植物生理活性物質(zhì)為原料，達(dá)到促進(jìn)植物生長(zhǎng)、綠色環(huán)保、節(jié)約資源的目的。

4 結(jié)論

綜上所述，生物復(fù)合肥有利于增加土壤有機(jī)質(zhì)、水解N、有效P、速效K的含量，提高土壤微生物生物量，增強(qiáng)土壤生產(chǎn)力的可持續(xù)性，從而達(dá)到保護(hù)和改善土壤微生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)油茶苗木生長(zhǎng)的效果。本研究表現(xiàn)突出的處理為T(mén)3處理，即60%菌糠菌肥+40%化學(xué)肥料一起施用。生物復(fù)合肥的施用能夠改善土壤性狀，對(duì)大規(guī)模種植油茶經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。