微生物菌劑對(duì)馬鈴薯植株干物質(zhì)累積、土壤酶活性及產(chǎn)量的影響

李沁爽，郭天文，2*，譚雪蓮，張平良，劉曉偉

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

馬鈴薯是僅次于小麥、稻谷和玉米的第四大糧食作物，中國(guó)是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的24.91%，但單產(chǎn)僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的1/3，增產(chǎn)潛力巨大[1]。甘肅省耕地資源豐富，土層深厚，土質(zhì)疏松，水熱資源豐富，具有種植馬鈴薯的天然優(yōu)勢(shì)，2020年，甘肅省馬鈴薯總產(chǎn)量位居全國(guó)第二，種植面積位居全國(guó)第三，定西作為甘肅馬鈴薯的集中種植區(qū)，已成為全國(guó)三大馬鈴薯種薯及商品薯生產(chǎn)基地之一[2]，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了農(nóng)民增收致富的支柱產(chǎn)業(yè)之一。

近年來，由于馬鈴薯連作種植以及化學(xué)肥料的過量施用，馬鈴薯連作障礙日益嚴(yán)重，導(dǎo)致了馬鈴薯化學(xué)特性劣化、土壤理化性質(zhì)劣變、庫(kù)源關(guān)系的失衡、土傳病害加劇、根際微生態(tài)環(huán)境惡化、塊莖產(chǎn)量和品質(zhì)的降低[3，4]等一系列問題，成為了甘肅馬鈴薯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的限制因素。

微生物菌劑作為一種活菌制劑，能夠通過微生物在土壤中的生命活動(dòng)，活化土壤環(huán)境，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放和作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，具有刺激作物生長(zhǎng)發(fā)育、增加產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)、控制作物病蟲害、預(yù)防土傳病害及種傳病害等多種功能[5]。本試驗(yàn)采用黑龍江黑沃土生物科技有限公司生產(chǎn)的黑沃土微酸性顆粒菌劑，旨在研究黑沃土酸性微生物顆粒菌劑在石灰性土壤上的使用效果，為作物持續(xù)高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

大田試驗(yàn)于2020年在甘肅省定西市安定區(qū)團(tuán)結(jié)鎮(zhèn)高泉山進(jìn)行，該地位于北緯35°24′21″，東經(jīng)104°34′94″，海拔2 155 m，海拔較高，年平均氣溫較低，年降水量500～550 mm，屬干旱、半干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)類型為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，土壤類型為黃棉土，土壤肥力中等，試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分見表1，前茬作物為柴胡。

表1 試驗(yàn)地耕層土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為隴署10號(hào)。

試驗(yàn)所用菌劑為黑沃土酸性微生物顆粒菌劑（有效活菌數(shù)≥5億/g），主要功能菌為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌以及哈茨木霉菌等多種復(fù)合菌，總養(yǎng)分≥15%（N 10%，P2O52%，K2O 3%）。

試驗(yàn)所用化肥：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置三個(gè)處理，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)面積42 m2。除絕對(duì)對(duì)照不施肥外，其余各處理肥底為推薦施用化肥，化學(xué)肥料全部在播前基施，黑沃土酸性微生物顆粒菌劑采用穴施。馬鈴薯供示品種均為隴薯10號(hào)，采用全膜覆蓋壟播栽培，壟高30 cm、行距60 cm、株距30 cm，播種密度3 500穴/畝。試驗(yàn)于2020年4月20日播種，10月20日收獲。

試驗(yàn)處理。（1）無肥對(duì)照（CK）。（2）單施化肥（F）:（N 180 kg/ha，P2O590 kg/ha，K2O 90 kg/ha）。（3）化肥+顆粒菌劑225 kg/ha（FM225）：?jiǎn)问┗?顆粒菌劑225 kg/ha。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目和方法

分別于7月5日、7月21日、8月13日、8月25日、9月6日、9月20日、10月14日每小區(qū)隨機(jī)取樣1株，切碎后用烘箱105℃殺青30分鐘，再將烘箱調(diào)至80℃烘干至恒重，分別測(cè)定馬鈴薯莖葉、薯塊、根干物質(zhì)重量；分別于7月5日、7月21日、8月13日、8月25日、9月6日測(cè)定馬鈴薯株高，每個(gè)小區(qū)測(cè)量10株。于馬鈴薯薯塊膨大期（8月25日），采集0～20 cm、20～40 cm土樣。

土壤酶活性測(cè)定。過氧化氫酶測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法，脲酶測(cè)定采用苯酚鈉—次氯酸鈉比色法，堿性磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法[6]。

馬鈴薯產(chǎn)量測(cè)定。按區(qū)測(cè)產(chǎn)，測(cè)定每個(gè)小區(qū)產(chǎn)量，并折合為畝產(chǎn)，商品薯標(biāo)準(zhǔn)為大于150 g的塊莖。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件繪圖，DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)馬鈴薯莖葉干物質(zhì)累積的影響。由圖1可知，隨著生育時(shí)期的不斷增加，馬鈴薯地上部分干物質(zhì)在峰值之后出現(xiàn)下降，其中CK與F在8月25日達(dá)到峰值，F(xiàn)M255在9月6日達(dá)到峰值，總體表現(xiàn)為FM225＞F＞CK，平 均 干 物 量 分 別 為CK：64.2，F(xiàn)：178.3，F(xiàn)M225：226.7，化肥配施菌劑較不施肥和單施化肥地上部分干物質(zhì)量分別平均增加了253.11%、27.19%。說明施用黑沃土微生物菌劑能夠促進(jìn)馬鈴薯地上部分的生長(zhǎng)。

圖1 不同施肥處理下馬鈴薯地上部分干物質(zhì)積累狀況

2.1.2 不同處理對(duì)馬鈴薯塊莖干物質(zhì)累積的影響。如圖2所示，馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量呈不斷上升的趨勢(shì)，8月13日至9月6日期間增長(zhǎng)速度最快，之后增速逐漸平緩，不同處理之間的差異隨生育進(jìn)程的推進(jìn)而增大，總體表現(xiàn)為FM225＞F＞CK，F(xiàn)M225與F差異較小，與CK差異較大，三種不同施肥處理下，在施用化肥基礎(chǔ)上施用微生物菌劑更有利于馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的積累。

圖2 不同施肥處理下馬鈴薯塊莖干物質(zhì)積累量

2.1.3 不同處理對(duì)馬鈴薯根干物質(zhì)累積的影響。由圖3可以看出，根干物質(zhì)質(zhì)量隨生育期的推進(jìn)不斷增加，均在8月25日達(dá)到峰值后出現(xiàn)下降，CK下降幅度最大?？傮w表現(xiàn)為FM225＞F＞CK，其中FM225較CK提高53%，較F提高8.34%，F(xiàn)與FM225差異較小，CK處理根干物質(zhì)量明顯低于F、FM225。

圖3 不同施肥處理下馬鈴薯根干物質(zhì)積累量

2.1.4 不同處理馬鈴薯全株干物質(zhì)累積的影響。干物質(zhì)積累量是衡量作物養(yǎng)分吸收狀況的重要指標(biāo)，干物質(zhì)積累量越多，說明作物的長(zhǎng)勢(shì)越好，由圖4可以看出，三種施肥方式下，馬鈴薯長(zhǎng)勢(shì)FM225＞F＞CK，F(xiàn)M225、F、CK平 均 干 物 質(zhì) 量 分 別 為：257.31 kg/hm2、640.39 kg/hm2、727.97 kg/hm2，馬鈴薯全株干物質(zhì)質(zhì)量總體呈不斷上升并在到達(dá)峰值后緩慢下降的趨勢(shì)，F(xiàn)M225、F、CK分別在9月6日、9月20日、8月25日到達(dá)峰值，說明化肥配施微生物菌劑能提高馬鈴薯全株干物質(zhì)質(zhì)量，F(xiàn)處理較FM225峰值更晚是由于馬鈴薯生育后期莖葉干枯脫落量FM225更大。

圖4 不同施肥處理下馬鈴薯全株干物質(zhì)積累量

2.1.5 不同處理對(duì)馬鈴薯株高的影響。由圖5可知，全生育期FM225處理株高均為最高，長(zhǎng)勢(shì)最好，與CK相比較，F(xiàn)M225株高增加了143%，與F相比FM225株高增加了3%，說明施用微生物菌劑可以增加作物長(zhǎng)勢(shì)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。

圖5 不同處理對(duì)馬鈴薯株高的影響

2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯土壤酶活性的影響

2.2.1 不同處理對(duì)土壤過氧化氫酶的影響。過氧化氫酶廣泛存在于動(dòng)植物體、微生物體和土壤中，作為一種具有催化作用的蛋白質(zhì)分子，能促進(jìn)生物體內(nèi)有毒的過氧化氫的催化與分解，能夠反映土壤中氧化還原反應(yīng)的強(qiáng)弱程度，也與土壤中的有機(jī)質(zhì)及微生物數(shù)量有關(guān)[7，8]，由表2可知，土壤過氧化氫酶活性20～40 cm土層整體高于0～20 cm土層，三個(gè)處理中，F(xiàn)M225＞CK＞F，其中，0～20 cm土 層，F(xiàn)較CK降 低3.28%，F(xiàn)M225較CK增 加1.39%，20～40 cm土層，F(xiàn)較CK降低7.58%，F(xiàn)M225較CK增加2.53%，說明單施化肥會(huì)降低土壤酶活性，但化肥與微生物菌劑配施后土壤酶活性增加。

表2 不同施肥處理土壤過氧化氫酶活性

2.2.2 不同處理對(duì)土壤脲酶的影響。脲酶存在于大多數(shù)微生物和植物體中，能夠直接參與土壤有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化，使尿素得以快速分解，土壤脲酶活性能夠表征土壤的氮素狀況。由表3可以看出，土壤脲酶活性在0～20cm土層及20～40 cm土層均表現(xiàn)為FM225＞CK＞F，其中FM225較CK兩個(gè)土層分別增加5.17%、27.27%，F(xiàn)M225較F處理兩個(gè)土層分別增加12.96%、82.61%，可見施用化肥會(huì)降低土壤脲酶活性，化肥配施菌劑能增加脲酶活性。

表3 不同施肥處理土壤脲酶活性

2.2.3 不同處理對(duì)土壤堿性磷酸酶的影響。土壤磷酸酶可以將植物無法直接吸收利用的有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為可以直接利用的無機(jī)磷，其活性可以反應(yīng)土壤的供磷水平。由表4可以看出，施用化肥及微生物菌劑能增加土壤堿性磷酸酶活性，總體表現(xiàn)為隨土層的加深而降低，其中CK降低43.15%，F(xiàn)降低41.17%，F(xiàn)M225降低26.94%，不同處理間0～20 cm土層FM225較CK增加5.26%，較F增加2.56%，20～40 cm土層FM225較CK增加37.21%，較F增加28.26%。

表4 不同施肥處理土壤堿性磷酸酶活性

2.3 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表5可知，三個(gè)處理中FM225產(chǎn)量、商品率、單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重等均達(dá)到最高，施用微生物菌劑能顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量、單株結(jié)薯數(shù)與單株薯重，F(xiàn)M225較CK增產(chǎn)103.94%，較F增產(chǎn)12.72%，單株結(jié)薯數(shù)與單株薯重FM225較CK分別提高112.5%、255.9%，較F分別增加9.68%、12.04%，商品薯率FM225較CK高24.47%，較F高0.21%，F(xiàn)M225與F差異較小，施用微生物菌劑對(duì)提高馬鈴薯商品率作用較小。

表5 不同施肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 討論與結(jié)論

微生物菌劑能夠增強(qiáng)微生物的活性，活化土壤環(huán)境，通過微生物活動(dòng)中產(chǎn)生的一些有機(jī)酸性物質(zhì)，促進(jìn)土壤中難以被植物吸收利用的物質(zhì)如磷元素、鉀元素以及其它難溶的微量元素的釋放，增加了化肥的利用效率，提高了土壤的肥力[9，10]，有利于馬鈴薯的生長(zhǎng)。同時(shí)，微生物菌劑也具有抑制作物病蟲害、誘導(dǎo)植物系統(tǒng)產(chǎn)生抗性，預(yù)防土傳病害及種傳病害的功能，能夠減少馬鈴薯發(fā)病率，進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)，提高馬鈴薯干物積累量及產(chǎn)量。本次黑沃土微生物菌劑田間驗(yàn)證表明，與單獨(dú)施用常規(guī)化肥相比，微生物菌劑配施常規(guī)化肥能夠促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，增加馬鈴薯株高，提高馬鈴薯莖葉、根的干物質(zhì)積累量，進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯塊莖干物質(zhì)的積累，尤其對(duì)馬鈴薯生育中后期的影響較為明顯，這與崔亮等[11]的研究表明施用微生物菌肥能增加馬鈴薯莖葉、根系及塊莖干物質(zhì)量的結(jié)果一致。

李星星等[12]研究表明，施用復(fù)合微生物菌劑能提高馬鈴薯商品率、增加馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)、單株薯重以及塊莖產(chǎn)量，但隨施菌量增加而先增后減；張敏碩等[13]研究表明，施用微生物菌劑可以增加三個(gè)品種的馬鈴薯產(chǎn)量，改善馬鈴薯品質(zhì)；付華軍等[14]研究表明，施用復(fù)合微生物菌劑能增加馬鈴薯的開花率、增加單株薯重、顯著提高商品率，馬鈴薯產(chǎn)量增加30.68%，在本次田間驗(yàn)證中，施用黑沃土微酸性顆粒菌劑能增加馬鈴薯單株結(jié)薯數(shù)與單株薯重，但對(duì)馬鈴薯商品率作用還不明顯，能提高馬鈴薯產(chǎn)量，使馬鈴薯產(chǎn)量較常規(guī)施肥產(chǎn)量增加13%，具有明顯的增產(chǎn)效果。

土壤酶主要來源于土壤微生物和植物根系的分泌物及動(dòng)植物殘?bào)w分解釋放的酶，是一種產(chǎn)生生物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，土壤酶活性與土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分狀況、土壤生物學(xué)活性等密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)土壤肥力水平以及土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[15，16]，本次試驗(yàn)中，施用黑沃土微酸性微生物顆粒菌劑后，土壤過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性在0～20 cm土層及20～40 cm土層均有所增加，其中過氧化氫酶活性隨土層的加深而增加，脲酶、堿性磷酸酶活性在0～20 cm土層更高，過氧化氫酶活性及脲酶活性不同處理間表現(xiàn)為FM225＞CK＞F，堿性磷酸酶活性表現(xiàn)為FM225＞F＞CK，單施化肥會(huì)使脲酶及過氧化氫酶活性降低，堿性磷酸酶活性增加，說明單施化肥會(huì)發(fā)生土壤脲酶及過氧化氫酶的酶促反應(yīng)，降低其酶活性，但施用微生物菌劑配施常規(guī)化肥的酶活性在不同土層均為最高值，其原因可能是施用微生物菌劑增強(qiáng)了土壤中的微生物活性，促進(jìn)了土壤中有機(jī)化合物的分解，提供了酶促反應(yīng)底物，從而促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)，而土壤酶主要來源于土壤微生物和植物根系的分泌物，所以施用微生物菌劑有提高土壤酶活性的效果[16，17]。