基于沼液微生物肥的長紅棗水肥耦合效應

紀靜雯 紀立東 楊洋 劉菊蓮 司海麗

摘要：針對長紅棗滴灌新型沼液復合微生物肥過程中存在的問題，通過分析不同水肥供應條件對長紅棗生長發(fā)育及其質(zhì)量產(chǎn)量產(chǎn)生的不同作用，研究長紅棗優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的灌水施肥條件，提出新型沼液復合微生物肥合理的灌溉施肥方案。試驗以靈武長紅棗為試材，采用2因素3水平完全組合式設計方法，試驗數(shù)據(jù)顯示，中水中肥和中水高肥處理下葉片葉綠素含量及光合特性總體優(yōu)于其他處理，產(chǎn)量構(gòu)成指標也最好，中水高肥處理坐果率為11.24%，中水中肥處理產(chǎn)量高達13 882.5 kg/hm2，比低水低肥處理高3 199.5 kg/hm2;中水肥條件下利于長紅棗糖分合成，能夠形成良好的糖酸比，長紅棗風味品質(zhì)更佳;低水中肥與低水高肥處理下有效磷累積過多，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產(chǎn)過程中應適當減少磷肥額投入。綜合以上結(jié)果，寧夏靈武市淡灰鈣土沼液復合微生物肥在灌水量 4 500 m3/hm2，施肥量3 000 kg/hm2處理下和灌水量4 500 m3/hm2，施肥量3 900 kg/hm2處理下能改善長紅棗品質(zhì)，改良土壤理化性狀。

關(guān)鍵詞：沼液復合微生物肥;長紅棗;水肥耦合;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號：S665.106;S665.107 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0114-06

收稿日期：2021-04-02

基金項目：寧夏農(nóng)林科學院全產(chǎn)業(yè)鏈科技創(chuàng)新示范項目（編號：YES-2016-0908）;寧夏農(nóng)林科學院科技創(chuàng)新先導資金（編號：NKYG-17-01）;寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃（編號：2019BCF01001）。

作者簡介：紀靜雯（1990—），女，寧夏中寧人，碩士，研究實習員，主要從事農(nóng)業(yè)有機合成研究。E-mail：jjw_526@163.com。

通信作者：紀立東，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與循環(huán)利用研究。E-mail：Jili521010@163.com。

寧夏回族自治區(qū)靈武長紅棗是當?shù)貎?yōu)質(zhì)且具備當?shù)靥匦缘墓麡浞N類，以其個大、長橢圓形、味酸甜、營養(yǎng)豐富而得名，靈武長紅棗產(chǎn)業(yè)也是寧夏靈武市促進地方經(jīng)濟發(fā)展的特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[1]。隨著靈武長紅棗種植規(guī)模的逐步擴大，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展已由“量的擴張”階段全面進入“質(zhì)的提升”階段[2]，但是寧夏靈武長紅棗在種植中仍存在水肥管理不科學的問題[3]，由于長期單一偏施化肥導致土壤板結(jié)、水肥利用率低，這是限制寧夏長紅棗可持續(xù)發(fā)展的重要因素，導致寧夏長紅棗棗樹出現(xiàn)落花落果嚴重、商品性低且品質(zhì)不佳等情況，成為制約長紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。沼液微生物肥營養(yǎng)豐富，含有大量的高分子有機酸、有機物質(zhì)及氮、磷、鉀等較多作物發(fā)育及成熟必需的養(yǎng)分及多類中微量元素，可有效增加作物產(chǎn)品數(shù)量，提升作物產(chǎn)品質(zhì)量，提高作物出現(xiàn)的優(yōu)良抗逆性狀[4-8]，同時，可以使果樹高效汲取營養(yǎng)[9-10]，還能夠增強土壤微生物活性，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，保證土壤健康[11]。灌水和施肥是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的兩大可調(diào)節(jié)控制的關(guān)鍵因素，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)需要供應適合的水分和營養(yǎng)，二者缺一不可。眾所周知，以水促肥，以肥調(diào)水，二者相輔而行，水肥耦合是獲得高產(chǎn)、高效的必經(jīng)之路[12]，不僅能提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，還能夠大幅度提高作物對水肥的利用效率[13-15]。目前，與水肥協(xié)同耦合影響作物生長發(fā)育、優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)及提高水肥利用率相關(guān)的研究較多，但是，針對新型沼液復合微生物肥料進行水肥耦合的研究很少。本研究選取新型沼液復合微生物肥，探究其對寧夏靈武長紅棗的水肥耦合效應，為確定合理的滴灌施肥方案提供科學依據(jù)，以期為寧夏靈武長紅棗產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年3—10月，在寧夏靈武市綠源恒農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)有限公司基地進行。該地區(qū)屬中溫帶大陸性半干旱氣候，光照資源充足，全年日照時數(shù) 3 080.2 h，平均無霜期157 d，年平均氣溫≥8.8 ℃，積溫3 351.3 ℃，年均降水量206.2～255.2 mm。

1.2 試驗材料

選用8年齡靈武長紅棗作為供試作物，選取寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司研制的沼液復合微生物肥作為供試肥料，總養(yǎng)分高于18%，有效活菌數(shù)大于0.5億CFU/g，該肥料有以下3個型號：高氮型（N、P2O5、K2O含量分別為10%、5%、3%）、平衡型（N、P2O5、K2O含量分別為6%、6%、6%）、高鉀型（N、P2O5、K2O含量分別為6%、4%、8%）。

1.3 供試土壤

土壤為沙質(zhì)壤土，地勢平緩，土壤侵蝕中等，土質(zhì)疏松。土壤基本化學性質(zhì)見表1。

1.4 試驗方法

試驗設置滴灌量和施肥量2個因素。滴灌量參考當?shù)厮室惑w化推薦值：滴灌定額（W） 4 500 m3/hm2，施肥量（F）參照當?shù)赝扑]施肥量（N ∶P2O5 ∶K2O=20.5 ∶10.2 ∶11.4）減氮30%設計用量為3 000 kg/hm2。其中灌水量設置3個水平：W1（3 300 m3/hm2）、W2（4 500 m3/hm2）、W3（5 700 m3/hm2）;施肥量設置3個水平：F1（2 100 kg/hm2）、F2（3 000 kg/hm2）、F3（3 900 kg/hm2）。試驗采用2因素3水平完全組合設計，共9個處理 （表2），3次重復，共計27個小區(qū)，每個小區(qū)每個處理2行。整個生育期共灌水13次，施肥6次，分別為營養(yǎng)生長期施用總施肥量30%的高氮型沼液肥2次;坐花坐果期施用總施肥量40%的平衡型沼液肥2次;膨果著色期施用總施肥量30%的高鉀型沼液肥2次。利用水肥一體化滴灌施肥方式，通過水表和施肥泵精準控制滴灌量和施肥量，其他日常管理相同。

1.5 測定項目

1.5.1 土壤樣品采集與測定 多點混合采集試驗田0～30 cm與30～60 cm土層土壤樣品，用于測試土壤化學指標，其中堿解氮、有機質(zhì)、速效鉀、有效磷含量和pH值的檢測均遵照國家標準方法進行。

堿解氮含量采用堿解擴散法檢測;有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法檢測;速效鉀含量采用1 mol/L醋酸銨溶液浸提-火焰光度計法檢測;有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法檢測;土壤pH值使用pH計檢測;全鹽含量采用DDS-11電導率儀檢測;采集0～30 cm土層原狀土樣檢測土壤水穩(wěn)性團聚體含量 [16-17]。

1.5.2 長紅棗生長發(fā)育指標監(jiān)測 （1）生物學指標：在果實成熟期，采用稱量法檢測單果質(zhì)量（小區(qū)內(nèi)全部長紅棗單果質(zhì)量平均數(shù)）及長紅棗產(chǎn)量（小區(qū)實測產(chǎn)量折算），并測量長紅棗橫縱徑及硬度等農(nóng)藝指標。

（2）生理指標：在長紅棗關(guān)鍵生育期，使用葉綠素儀（SPAD-502）檢測葉片葉綠素SPAD值;選取6棵樹，對同一位置相同部位葉片進行標記，在09：00—11：00時間段內(nèi)，采用CI-340光合作用測量系統(tǒng)測定葉片光合作用特性。

（3）品質(zhì)指標：在長紅棗果實成熟期，采集鮮果測定紅棗品質(zhì)指標，其中果實可溶性固形物含量采用手持式折光儀檢測;果實可滴定酸含量（以酒石酸計）采用氫氧化鈉滴定法檢測;維生素C含量采用2，4-二硝基苯肼比色法檢測。

1.6 數(shù)據(jù)分析

所涉及數(shù)據(jù)及圖表均選用Excel 2017進行處理，選用SAS 25統(tǒng)計軟件進行方差分析，同時，用最小顯著性差異法評價顯著性差異（α=0.05，n=5）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對長紅棗葉片葉綠素SPAD值的影響

由表3可得，開花期長紅棗葉片SPAD值相對較小，主要是葉片生長前期發(fā)育較為緩慢，葉片合成葉綠素不足，隨著生育期的推移，在膨大期葉片SPAD值達到最大，相比開花期平均增加了7～13個單位;開花期，當灌水量與施肥量逐漸升高，葉綠素SPAD值總體呈現(xiàn)出增大的趨勢，其中，中水高肥（W2F3）條件下葉綠素SPAD值達到峰值，相比W1F1增加了4.64%。坐果期在高水（W3）水平下，SPAD值隨著施肥量的增加而增大，在高肥（F3）水平下，SPAD值表現(xiàn)為高水處理（W3）>中水處理（W2）>低水處理（W1），且高水高肥（W3F3）條件下SPAD值達到最大。由此可知，當水肥施用充分時，葉綠素含量得到明顯提高，植株葉片濃綠[18]。膨大期中水中肥（W2F2）條件下葉片葉綠素含量最大，且顯著高于W1F1。因此可見，中水中肥有利于長紅棗膨大期葉片葉綠素的合成。

2.2 不同處理對長紅棗葉片光合特性的影響

從表4可得，長紅棗葉片的凈光合速率在不同灌水量條件下，表現(xiàn)為W2>W3>W1，中水處理明顯增加了葉片凈光合速率。蒸騰速率也有相似的規(guī)律（除F3肥力下外），在低水W1處理下，葉片蒸騰速率顯著低于W2和W3處理，尤其W1F1處理的蒸騰速率為 1.39 mmol/（m2·s），遠低于同等肥力條件下的中水和高水處理，說明在低水條件下植物更能適應干旱環(huán)境。當施肥量逐漸增加，氣孔導度明顯升高，W1F1處理下氣孔導度最低，減緩了凈光合速率，阻礙了光合產(chǎn)物的合成，W2F3條件下氣孔導度達到最大。同一灌水量條件下，胞間二氧化碳在低肥處理下濃度高于中肥、高肥處理，與凈光合速率成反比關(guān)系，主要原因是當凈光合速率降低時，氣孔張度較低，滯留在細胞間的二氧化碳濃度便會升高。水分利用效率在W1F3和W2F3條件下達到較大值，顯著高于其他處理。

2.3 不同處理對長紅棗脆農(nóng)藝指標的影響

坐果率對棗樹的產(chǎn)量影響較大，根據(jù)表5可知，同一施肥水平下，W2處理的坐果率最高，尤其W2F3處理的坐果率達到11.24 %，高出其他處理2.12百分點～3.78百分點。單果質(zhì)量在不同肥力條件下，總體表現(xiàn)為W3>W2>W1，在低中水處理下，隨著沼液肥的增加，單果質(zhì)量逐漸增加，在高水處理下，隨著沼液肥的增加，單果質(zhì)量先增加后減少，W3F2處理的單果質(zhì)量最高，高于其他處理 0.3～3.0 g。長紅棗橫縱經(jīng)在中、高水肥條件下高于低水處理，W2F2處理下長紅棗橫縱徑分別達到最大值。裂果導致果實維生素C含量降低，棗果品質(zhì)和營養(yǎng)含量降低，會影響果實的商品價值，本試驗得出，W1F1、W1F3、W2F3、W3F3這4個處理的裂果率明顯高于其他處理，而W3F1、W3F2處理的裂果率較小，分別只有8.53%和8.41%，說明缺水和沼液肥過量都會導致長紅棗出現(xiàn)裂果現(xiàn)象，應適當?shù)乜刂剖┓柿繌亩档土压省?/p>

2.4 不同處理對長紅棗產(chǎn)量的影響

由圖1可知，低水量供應條件下，長紅棗產(chǎn)量隨施肥量的增加而提高，中水量和高水量供應條件下，長紅棗產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，不同施肥量與供水量對長紅棗產(chǎn)量的影響有相似的規(guī)律。其中，W2F2處理下長紅棗產(chǎn)量最高，為13 882.5 kg/hm2，顯著高于低水、中水低肥處理下長紅棗的產(chǎn)量。說明中水中肥處理下產(chǎn)量增效應明顯。

2.5 不同處理對長紅棗品質(zhì)的影響

水肥耦合調(diào)控下長紅棗品質(zhì)表現(xiàn)出較明顯的差異。由表6可知，W2F2處理下總糖含量最高，相比W3F1、W3F2、W3F3處理分別增加了1.80百分點、1.61百分點、1.58百分點，說明適量的水肥供給能促進糖分積累，而高水、高肥不利于糖類化合物形成;總酸在W1F2處理下含量最高，而其他處理之間差異不顯著;W2F2處理明顯提高了長紅棗的糖酸比，改善口感，W1F2處理糖酸比最低，在一定程度上影響口感;維生素C含量在各處理間差異較明顯，W1F1處理下維生素C含量最高，這是由于供水量低引起用于果皮滲透調(diào)節(jié)的水分減少，導致維生素C含量提高，W2F1處理下維生素C含量最低，因為水肥比例失衡，養(yǎng)分供給不足，降低了合成酶的活性，從而抑制己糖內(nèi)脂化合物的合成，使得維生素C含量降低?？扇苄怨绦挝锖康脑黾涌捎行嵘麑嵉臓I養(yǎng)品質(zhì)，W2F2和W2F3處理下可溶性固形物含量明顯高于其他處理，顯著高于W1水平下處理;同一水量供應水平下，低肥處理的長紅棗硬度值大于中肥和高肥處理，W2F3處理下的果實硬度值最低，為12.75 kg/cm3。

2.6 不同處理對土壤化學性質(zhì)的影響

由表7可得，不同處理對土壤基本化學性質(zhì)影響較大，W1F2、W1F3處理能明顯增加有效磷含量，磷素容易在堿性土壤中固定，水分不足的情況下淋溶作用較弱，因此在低水高肥處理下土壤有效磷達到極豐富水平，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，為較豐富狀態(tài)，因此，在生產(chǎn)過程中應適當減少磷肥額投入;施肥量增大時，速效鉀含量也隨之升高，同時，高水條件也會對其含量積累產(chǎn)生抑制作用;有機質(zhì)含量整體變化不太大，中水中肥處理下有機質(zhì)含量有所提升，這與適當?shù)氖┓时壤罨寥鲤B(yǎng)分有一定的關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

一般情況下，水肥耦合效應具有臨界值，小于臨界值時，隨著灌水量和施肥量的升高，產(chǎn)量也會明顯提高，大于臨界值時，產(chǎn)量提升不顯著[19]，在施肥過量時，會對產(chǎn)量產(chǎn)生負效應[20-21]，本試驗也得到了相似結(jié)論，長紅棗產(chǎn)量隨著施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，且不同灌水量對產(chǎn)量的影響有相似的規(guī)律。沼液復合微生物肥作為一種新型肥料，目前在我國蔬菜、糧食作物領(lǐng)域逐步推行，研究表明，灌溉沼液肥能有效增加油菜維生素C含量和還原性糖含量，降低西紅柿遭受病蟲害程度，加快西紅柿生長發(fā)育進程，并能提升西紅柿品質(zhì)和產(chǎn)量[22-24]，本試驗施用適量沼液肥可提高寧夏靈武長紅棗可溶性糖及維生素C含量的結(jié)果與之一致。灌溉沼液肥還可增加土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量，增進稻田營養(yǎng)物質(zhì)可持續(xù)化利用，與化肥配施功效更加顯著[25]。本試驗研究表明，沼液肥供給土壤的有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產(chǎn)過程中應適當減少磷肥額投入。還有研究表明，沼液肥還田明顯增加了各深度土壤中細菌、放線菌及真菌的含量[26]，提高了土壤微生物的豐富度，在今后的試驗中，應關(guān)注沼液肥對棗園土壤微生物的影響，以及沼液肥和化肥配施對寧夏長紅棗的影響。畜禽養(yǎng)殖糞便作為沼液肥的主要來源，會導致重金屬和抗生素污染等問題發(fā)生，因此，仍需要對沼液還田應用技術(shù)進行全面的風險評估，從而促進并推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

適量的沼液復合微生物肥可增加棗樹葉片葉綠素含量，加快光合反應，從而積聚大量養(yǎng)分，為棗樹的健康發(fā)育提供保障;W2F3處理能提高棗樹坐果率;W2F2處理可促進長紅棗可溶性固形物的形成，降低長紅棗的硬度，改善果實品質(zhì)，長紅棗的橫徑和縱徑較大，增產(chǎn)效果較好;中水供應條件下，低肥與中肥處理小于0.25 mm的團聚體含量保持在40%左右，利于構(gòu)建完善的土體結(jié)構(gòu);在低水供應條件下，中肥與高肥處理有效磷累積過多，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產(chǎn)過程中應適當減少磷肥額投入。整體分析長紅棗生長發(fā)育、產(chǎn)量、質(zhì)量等指標，寧夏靈武市淡灰鈣土沼液復合微生物肥在灌水量4 500 m3/hm2，施肥量 3 000 kg/hm2 處理下和灌水量4 500 m3/hm2，施肥量3 900 kg/hm2處理下能改善長紅棗品質(zhì)，改良土壤理化性狀。

參考文獻：

[1]岳 坤，孫亞萍，李占文，等. 配方施肥對靈武長棗葉片熒光特性的影響[J]. 陜西林業(yè)科技，2018，46（6）：89-93.

[2]周麗紅. 寧夏靈武長棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題及對策[J]. 果樹實用技術(shù)與信息，2015，2（23）：34-36.

[3]李 華. 寧夏靈武長棗種植基地土壤養(yǎng)分調(diào)查與分析[D]. 銀川：寧夏大學，2013：1-39.

[4]聶愛湘，古麗米熱，布 婭. 沼液肥在溫室大白菜上的應用對比示范初探[J]. 蔬菜，2010，11（26）：35-36.

[5]蔣 華，王忠義，李忠碧，等. 沼液對番茄、蘿卜、芹菜、豇豆產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2007，35（2）：99-100.

[6]Sanchez C A，Doerge T A. Using nutrient uptake patterns to develop efficient nitrogen management strategies for vegetables[J]. Hort Technology，1999，16（4）：601-606.

[7]王連君，劉桂英. 酵素菌肥對藤稔葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 北方園藝，2009（6）：9-12.

[8]劉小剛，李丙智，張林森，等. 追施沼液對紅富士蘋果品質(zhì)及葉片生理效應的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報，2007，16（3）：105-108.

[9]申麗霞，王 璞，張軟斌. 施氮對不同種植密度下夏玉米產(chǎn)量及子粒灌漿的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2005，11（3）：314-319.

[10]王桂芳，李丙智，張林森，等. 蘋果園沼液配施鉀肥對土壤酶活性及果實品質(zhì)的影響[J]. 西北林學院學報，2009，24（5）：88-91.

[11]羅健航，劉曉彤，劉 超，等. 沼液微生物菌肥對設施番茄植株生長及土壤環(huán)境的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學 2017，45（36）：98-101.

[12]周罕覓. 蘋果幼樹水肥耦合效應及高效利用機制研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2015：1-122.

[13]王振華，楊培嶺，鄭旭榮，等. 新疆現(xiàn)行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤鹽分分布變化[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（8）：149-159.

[14]邢英英，張富倉，張 燕，等. 滴灌施肥水肥耦合對溫室番茄產(chǎn)量品質(zhì)和水氮利用的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2015，48（4）：713-726.

[15]張會梅，田軍倉，馬 波，等. 膜下滴灌灌溉定額對油葵光合特性和水分生產(chǎn)效率的影響[J]. 灌溉排水學報，2016，35（3）：56-60.

[16]Gartzia-Bengoetxea N，González-Arias A，Merino A，et al. Soil organic matter in soil physical fractions in adjacent semi-natural and cultivated stands in temperate Atlantic forests[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009，41（8）：1674-1683.

[17]Schutter M E，Dick R P. Microbial community profiles and activities among aggregates of winter fallow and cover-cropped soil[J]. Soil Science Society of America Journal，2002，66（1）：142-153.

[18]紀立東，李 磊，劉菊蓮，等. 基于沼液復合微生物肥的西瓜水肥耦合效應研究[J]. 節(jié)水灌溉，2020，9（1），21-24.

[19]Halil K，David H，Cengiz K，et al. Effects of irrigation and nitrogen rates on growth，yield，and quality of muskmelon in semiarid regions[J]. Journal of Plant Nutrition，2005，28（4）：621-638.

[20]王 新，馬富裕，刁 明，等. 不同施氮水平下加工番茄植株生長和氮素積累與利用率的動態(tài)模擬[J]. 應用生態(tài)學報，2014，25（4）：1043-1050.

[21]高煒城，Azeem M，孫吉翠，等. 沼液與化肥配施對蘋果生長及土壤理化性狀的影響——以煙臺紅富士蘋果為例[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2020，48（21）：160-165.

[22]韓曉莉，李博文，劉 薇，等. 沼液配方肥對油菜生長、品質(zhì)及氮素利用的影響[J]. 水土保持學報，2012，35（3）：20-24.

[23]康凌云，趙永志，曲明山，等. 施用沼渣沼液對設施果類蔬菜生長及土壤養(yǎng)分積累的影響[J]. 中國蔬菜，2011（21）：57-62.

[24]Gao T G，Chen N，Li W Q，et al. Effect of highly efficient nutrient solution of biogas slurry on yield and quality of vegetable[J]. Agricultural Science & Technology，2011，12 （4）：567-570.

[25]左 狄，呂衛(wèi)光，李雙喜，等. 沼液還田對稻田土壤養(yǎng)分與氮循環(huán)微生物的影響[J]. 上海農(nóng)業(yè)學報，2018（2）：55-59.

[26]Odlare M，Pell M，Svensson K. Changes in soil chemical and microbiological properties during four years of application of various organicresidues[J]. Waste Management，2008，28（7）：1246-1253.