氮肥減量與生物菌肥配施對連作西芹土壤性質(zhì)及西芹生長的影響

王姣敏,呂海龍,魏鏞頻,郭子軍,張旦,謝淑琴

(定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000)

0 引 言

西芹(ApiumgraveolensLinn)又名洋芹,屬傘形科芹菜屬雙子葉植物，半耐寒性蔬菜,味淡、脆嫩，營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)及多種維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價值，在我國廣泛栽培并深受百姓青睞。近年來，農(nóng)民為了追求高效的經(jīng)濟效益，重茬栽培特別嚴(yán)重，進(jìn)而發(fā)生連作障礙。有研究表明合理輪作、土壤改良、使用生物制劑及合理施用化肥是減輕連作障礙的基本途徑[1]。在化肥的施用中，氮素是影響蔬菜產(chǎn)量的主要因子，且施用氮肥也是蔬菜高產(chǎn)的重要措施。但是，目前生產(chǎn)上盲目追求高產(chǎn)而過量施用氮肥的現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，導(dǎo)致土壤理化性狀發(fā)生改變、養(yǎng)分失調(diào)、土壤肥力下降等問題。隨著肥料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，生物菌肥為土壤修復(fù)治理提供了新方法。生物菌肥可以增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)，提高肥效[2]，對提高農(nóng)作物抗病性及產(chǎn)量有重要作用[3]。張迎春等[4]研究表明生物有機肥替代20%的化肥可顯著增加萵筍干物質(zhì)積累量和養(yǎng)分積累量，且施用生物有機肥可提高氮、磷、鉀肥的利用率，降低對土壤氮、磷、鉀素的依存率。羅佳等[5]認(rèn)為微生物有機肥的施用能夠顯著提高棉花植株體內(nèi)相關(guān)酶的活性及棉花植株對病原菌的抵抗力，從而達(dá)到防治棉花黃萎病的效果。

甘肅省定西市地處隴中地區(qū)，光熱資源豐富，是西芹的主要產(chǎn)區(qū)。近年來，隨著西芹種植面積逐步擴大，連茬栽培大面積發(fā)生，加之大量化學(xué)肥料的施用，導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化，蔬菜病害加重，引起蔬菜產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降?；谝陨犀F(xiàn)狀，本研究結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，以當(dāng)?shù)厥┓史N類及施肥量為對照，在化肥減量20%的基礎(chǔ)上配施不同生物菌肥，研究其對土壤的理化性質(zhì)、酶活性、養(yǎng)分以及高原西芹生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性的影響，探討化肥減量并配施生物菌肥對其生長發(fā)育的影響機理，篩選出適宜該地西芹生產(chǎn)的生物菌肥，為當(dāng)?shù)匚髑鄣摹皟筛咭粌?yōu)”生產(chǎn)提供合理的施肥方案和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2020年3月在甘肅省定西市西川園區(qū)進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 898.7 m，年平均氣溫6.3 ℃，年平均降水量400 mm，全年無霜期約140 d，屬中溫帶干旱半干旱氣候。供試土壤為中黏土，0～20 cm耕層土壤全氮1.12 g·kg-1、有機質(zhì)14.3 g·kg-1、堿解氮24 mg·kg-1、速效磷10 mg·kg-1、速效鉀58 mg·kg-1、pH 8.05。試驗地為連續(xù)三年種植芹菜地塊。

供試西芹品種為法國綠箭，由先正達(dá)公司提供。該品種從定植到收獲75～80 d。供試肥料及有效成分如下：(1)枯草芽孢桿菌(由海蘭利蒙特生物農(nóng)藥有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥2億·g-1，有機質(zhì)≥40%)；(2)土肥源(由陜西科道生化科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥2億·g-1，N-P2O5-K2O≥5%)；(3)海狀元818(由青島海大生物集團有限公司生產(chǎn)，濃縮海藻)；(4)施迪福(由澳大利亞美爾森作物營養(yǎng)礦業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥20億·g-1)；(5)沃葉生物菌肥(由夫沃施(北京)生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥10.0億·g-1)；(6)有機肥(由甘肅省武山通濟生物有機肥科技有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥0.2億·g-1，有機質(zhì)≥45%，N 1.4%、P 0.83%、K 0.69%)；(7)黑金三元復(fù)合肥(由中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)，N-P2O5-K2O：18-18-18)；(8)尿素(由中國石油天然氣有限責(zé)任公司烏魯木齊石化分公司生產(chǎn)，N≥46.4%)。

1.2 試驗設(shè)計

2020年3月8日進(jìn)行溫室育苗，育苗穴盤規(guī)格53 cm×27 cm、72孔，5月20日定植，8月10日統(tǒng)一收獲。定植株行距為25 cm×30 cm，以地下水灌溉為主。試驗為單因素隨機區(qū)組設(shè)計，7個處理，3次重復(fù)(表1)。小區(qū)面積為19.25 m2(3.5 m×5.5 m)。具體處理如下：CK：常規(guī)施肥；CK0：氮肥比CK減少20%；T1：氮肥比CK減少20%+枯草芽孢桿菌；T2：氮肥比CK減少20%+土肥源；T3：氮肥比CK減少20%+海狀元818；T4：氮肥比CK減少20%+施迪福；T5：氮肥比CK減少20%+沃葉。以農(nóng)戶常規(guī)施肥為CK，即有機肥4800 kg·hm-2(有機質(zhì)≥45%，N=1.4%、P= 0.83%、K=0.69%，折合成：N 67.2 kg·hm-2、P 39.84 kg·hm-2、K 33.12 kg·hm-2)+復(fù)合肥750 kg·hm-2(折合成N、P、K均為135 kg·hm-2)+尿素300 kg·hm-2(折合成N 139.5 kg·hm-2)。定植前將有機肥和復(fù)合肥作為底肥一次性施入，尿素在追肥時分不同期按量施入，其中海狀元818在定植期隨水一次性施入，其它生物菌肥也作為底肥一次性施入。追肥方式為：尿素按照30%、50%和20%在幼苗期、葉叢生長初期和葉叢生長盛期分3次追施。試驗中除肥料種類和施用量不同外其余均為常規(guī)管理。

表1 試驗設(shè)計

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性的測定。于西芹收獲后采用S型五點取樣法對各小區(qū)0～30 cm芹菜根際土壤進(jìn)行采集，待自然風(fēng)干后測定。容重采用環(huán)刀法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測定；堿解氮采用擴散吸收法測定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提釩鉬藍(lán)比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰光度計測定[6-7]。土壤蔗糖酶酶采用3，5—二硝基水楊酸比色法測定；脲酶活性采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法[7-8]。

1.3.2 芹菜生長指標(biāo)測定。于西芹收獲期進(jìn)行測定。每處理選擇長勢一致的西芹，從中隨機選擇5株進(jìn)行株高、莖粗、葉柄長、葉柄寬測量。其中株高與葉柄長采用卷尺測量；莖粗、葉柄寬均采用游標(biāo)卡尺測量。

1.3.3 芹菜產(chǎn)量與品質(zhì)測定。于西芹收獲時按小區(qū)測定單株重并統(tǒng)計產(chǎn)量，最后將其折算成公頃產(chǎn)量。品質(zhì)測定在采收時進(jìn)行，測定儀器為7200可見分光光度計。測定指標(biāo)及方法如下：可溶性糖含量用蒽酮法；維生素C含量用2,6-二氯酚靛酚鈉染色法[9]；粗纖維含量采用酸性洗滌法測定[10]。

1.3.4 芹菜病情指數(shù)統(tǒng)計。病情調(diào)查時間選擇在西芹發(fā)病高峰時期(生長盛期)，即7月-8月。每小區(qū)隨機挑選50株，對西芹菌核病、斑枯病和心腐病發(fā)生情況進(jìn)行病情調(diào)查[11]。采用如下五級劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分：

0級 無病植株

1級 0.1%～25%葉片發(fā)病的植株

2級 25%～50%葉片發(fā)病的植株

3級 50%～75%葉片發(fā)病的植株

4級 75%以上葉片發(fā)病的植株

病情指數(shù)(DI)=100×[Σ(發(fā)病級數(shù)×對應(yīng)株數(shù))/(發(fā)病的最高級數(shù)×總株數(shù))]

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010作圖，利用SPSS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件對部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和多重比較，差異顯著水平為0.05(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對西芹連作土壤理化性質(zhì)的影響

從表2可以看出，不同生物菌肥處理的土壤有機質(zhì)含量、堿解氮含量、速效磷含量以及速效鉀含量均高于CK和CK0，說明氮肥減少20%后配施生物菌肥可促進(jìn)連作西芹土壤養(yǎng)分的有效轉(zhuǎn)化。

表2 不同處理對西芹連作土壤養(yǎng)分的影響

沃葉(T5)處理的有機質(zhì)含量最高，分別較CK和CK0處理顯著增加14.9%和20.9%(P<0.05)，其次為海狀元818(T3)處理，且與其他處理差異顯著，配施生物菌肥的各處理的有機質(zhì)含量均高于CK和CK0。不同處理的堿解氮含量中，T3處理的最高，除與T5、T2處理差異不顯著外，與其他處理均差異顯著(P<0.05)，較CK和CK0分別顯著增加了6.5%和9.1%(P<0.05)；不同處理土壤堿解氮含量表現(xiàn)為T5>T3>T2>T1>T4>CK>CK0；配施生物菌肥的各處理，其速效磷含量均高于CK和CK0，其中T5處理的速效磷含量最高，分別較CK和CK0顯著增加了16.1%和18.3%(P<0.05)，與配施生物肥的各處理無顯著差異；T5處理的速效鉀含量最高，比CK和CK0處理顯著增加了38.5%和32.3%(P<0.05)，除與T3和T2處理差異不顯著，與其他處理差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

配施生物菌肥的各處理，其土壤總孔隙度和毛管孔隙度均高于CK和CK0處理，土壤容重均小于CK和CK0，說明氮肥減少20%后配施生物肥可改善連作西芹土壤環(huán)境。沃葉(T5)處理的土壤容重為1.17 g·cm-3最低，且較CK顯著降低了13.3%；T5處理的土壤總孔隙度和毛管孔隙度均顯著高于其他處理，土壤總孔隙度較CK和CK0分別顯著增加20.7%和29.1%，土壤毛管孔隙度較CK和CK0分別顯著提高了14.6%和17.3%；配施生物菌肥的處理中，其土壤總孔隙度和土壤毛管孔隙度均比CK和CK0高。可見，氮肥減少20%后配施生物菌肥可優(yōu)化連作西芹土壤環(huán)境，其中以沃葉(T5)處理效果最好，海狀元818(T3)處理次之。

2.2 不同處理對西芹連作土壤酶活性的影響

如圖1所示，不同生物菌肥處理均在一定程度上增加了土壤酶活性。與CK處理相比，T5處理的土壤蔗糖酶、脲酶以及磷酸酶活性分別顯著增加了36.5 %、57.6%、38.4%(P<0.05)。T5處理的蔗糖酶最高，顯著高于T1、CK和CK0處理，與其他處理無顯著性差異；配施生物菌肥處理中，T1處理的最低，但均比CK和CK0顯著提高13.2%、31.1%(P<0.05)。T5處理土壤脲酸酶活性最高，顯著高于T1、T2、CK、CK0，比CK和CK0顯著提高57.6%、79.3%，與T3、T4處理無顯著性差異，配施生物菌肥處理中，T2處理最低，均比CK和CK0顯著提高了21.2%、37.9%；各處理的磷酸酶活性中，T5處理最高，較CK和CK0顯著提高了38.4%、51.7%，與其他處理均無顯著差異，不同處理磷酸酶活性表現(xiàn)為T5>T3>T4>T2>T1>CK>CK0。由此可見，化肥減量20%并配施沃葉生物菌肥(T5)在提高連作西芹土壤酶活性方面效果最好。

圖1 不同處理對西芹連作土壤酶活性的影響

2.3 不同生物菌肥處理對連作西芹生長的影響

各處理對西芹生長的影響如圖2所示，T5處理的西芹株高顯著高于T1、T2、CK和CK0處理，較CK、CK0處理增加3.8%、4.3%，與T4和T3處理差異不顯著；T5處理莖粗(合抱粗)最粗，顯著高于其他處理，分別比T1、T2、T3、T4、CK和CK0處理顯著增加8.1%、6%、7.4%、17.7%、21.5%和28.2%(P<0.05)，除T5外其他處理間無顯著差異；葉柄長方面，T5處理最高，較CK0處理顯著增加12.2%，各處理西芹的葉柄長表現(xiàn)為T5>T3>T2>T1>T4>CK>CK0；各處理的葉柄寬，T1處理最寬，但是與T5、T2和T4處理差異不顯著，與T3、CK和CK0處理差異顯著，T1、T5處理的葉柄寬較CK分別顯著提高23%、12.3%?？傮w來看，T5(沃葉)處理的西芹，其生長指標(biāo)優(yōu)于其他處理，其次為T3(海狀元818)處理。

圖2 不同生物菌肥對西芹生長的影響

2.4 不同生物菌肥處理對連作西芹產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，不同生物菌肥處理的西芹產(chǎn)量顯著高于CK和CK0，其中沃葉處理(T5)的產(chǎn)量最高，為185 272 kg·hm-2，較CK和CK0分別顯著增加23.8%、26.3%(P<0.05)，且與其它處理相比差異顯著，增產(chǎn)效果明顯。T1、T2、T3、T4處理間產(chǎn)量無明顯差異，但均顯著高于CK和CK0，較CK分別增加了15.2%、17.0%、3.47%、5.44%(P<0.05)?？梢?，化肥減量20%并配施沃葉生物菌肥(T5)處理可明顯增加西芹的單位產(chǎn)量。

表3 不同生物菌肥處理對西芹產(chǎn)量的影響

2.5 不同生物菌肥處理對西芹品質(zhì)的影響

由圖3可知，施用生物菌肥后的處理均能增加西芹可溶性糖和VC含量，且降低了粗纖維含量。其中T3的可溶性糖含量最高，其次為T5處理，T3處理與T5、T2處理無顯著差異，與其他處理差異顯著；與CK(7.03 g·kg-1)和CK0(7.19 g·kg-1)相比，T3處理的可溶性糖含量分別顯著增加了27.7%、24.9%，T5處理的可溶性糖含量分別顯著增加了22.2%、19.5%，各處理的可溶性糖含量表現(xiàn)為T3>T5>T2>T1>T4>CK0>CK。T5處理，維生素C含量最高，粗纖維含量最低，與CK和CK0相比，VC含量顯著增加了分別為9.91%、18.8%，粗纖維含量顯著降低了分別為26.0%、33.4%，T5處理的維生素C和粗纖維含量與其他處理相比差異顯著?？梢奣5處理的提質(zhì)效果最好，其次是T3處理的提質(zhì)效果較好。因此，化肥減量20%并配施沃葉生物菌肥對改善果實品質(zhì)有重要的作用。

圖3 不同生物菌肥對西芹品質(zhì)的影響

2.6 不同生物菌肥處理對西芹抗病性的影響

在西芹生長過程中均出現(xiàn)不同程度地病癥，對西芹葉叢生長盛期菌核病、斑枯病和心腐病發(fā)生情況進(jìn)行病情調(diào)查表明(表4)，菌核病在T1、T3處理以及CK和CK0上發(fā)生，且CK0、CK病情指數(shù)顯著高于其它處理。T2、T4、T5處理的西芹均未發(fā)生菌核病，說明施用土肥源、施迪福、沃葉這三種肥料對西芹菌核病具有較好的抗性。斑枯病在各處理中均有不同程度的發(fā)生，其中用T5處理的西芹病情指數(shù)為3.33%，低于其它處理；從表4可以看出T4、T5的處理均未發(fā)生心腐病，其次是T1、T2、T3處理，病情指數(shù)分別為1.00%、0.67%、0.67%，較CK和CK0相比病情指數(shù)顯著降低。綜上所述，用T5處理的西芹未發(fā)生菌核病和心腐病，對斑枯病也有較好的抵抗作用，一定程度上減少了病害的發(fā)生。

表4 不同生物菌肥對西芹抗病性的影響

3 討論

已有研究表明生物菌肥和化肥配施可明顯增加連作西芹土壤酶活性，提高土壤養(yǎng)分，對抑制土傳病原真菌有重要的作用[12]。本試驗中當(dāng)?shù)蕼p施20%且配合施入了生物菌肥后，土壤理化性質(zhì)、酶活性以及西芹生長情況均比CK和CK0好，可能是大量有益細(xì)菌參與土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化，活化了土壤酶活性，從而加快土壤中有機物質(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)一步促進(jìn)植株根系及地上部的生長[13]。通過各處理對連作土壤的理化性狀可以看出，當(dāng)?shù)蕼p施20%且配合施入了生物菌肥后，土壤的酶活性明顯高于CK和CK0。劉浩等[14]研究表明，在連作芹菜根際施用生物菌肥后，土壤根際酶的活性明顯增強，且提高了土壤對營養(yǎng)物質(zhì)的代謝能力，這與本試驗結(jié)果一致。通過各處理對連作西芹的產(chǎn)量、品質(zhì)及抗病性的影響可以看出，單獨將化肥減施20%后，西芹的產(chǎn)量顯著降低，抗病性也下降，當(dāng)化肥減施20%且配合施入了生物菌肥時，西芹的抗病性增強，各處理的病情指數(shù)顯著低于CK和CK0，這與范美蓉等[15-16]研究一致。有機無機復(fù)混肥(商品)能顯著提高蔬菜萵苣和小白菜的產(chǎn)量，增加可食部分維生素C和可溶性糖含量。王振學(xué)等[17]研究表明，在生產(chǎn)條件相同的情況下，施用生物菌肥能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增強土壤通透性，為花生根系創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，促使植株壯而不旺，抗病、抗倒能力增強，這與本試驗結(jié)果一致。研究表明，微生物菌肥進(jìn)入土壤后會代謝產(chǎn)生一些有機生長物質(zhì)，通過轉(zhuǎn)化土壤中的一些有益元素，促進(jìn)植物的生長發(fā)育，并實現(xiàn)增產(chǎn)和改善品質(zhì)[18-19]。

本研究證明，當(dāng)化肥減施20%且配合施入了生物菌肥后，連作西芹土壤理化性狀得到明顯改善，酶活性也明顯增強，增加了西芹產(chǎn)量，改善了西芹品質(zhì)，增強了西芹抗病性。其中沃葉處理連作西芹的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)最好，增產(chǎn)提質(zhì)效果也好，且該處理的西芹未發(fā)生菌核病和心腐病，對斑枯病也有一定的抵抗作用。因此，在生產(chǎn)中可優(yōu)先推廣使用。前人研究中也發(fā)現(xiàn)，生物有機肥部分替代化肥使氮、磷、鉀肥的吸收利用率、農(nóng)學(xué)利用率和偏生產(chǎn)力均顯著提高[20-22]，說明在化肥減量并配施生物有機肥的條件下可促使養(yǎng)分向有效態(tài)轉(zhuǎn)化，提高土壤氮、磷、鉀的含量，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分平衡供應(yīng)，對提高養(yǎng)分資源的利用效率有顯著作用[23]。以本試驗為基礎(chǔ)，通過配施適宜生物菌肥后研究化肥減量的適宜范圍將是繼續(xù)研究的內(nèi)容。

4 結(jié)論

化肥減施20%且配合施入沃葉生物菌肥處理時，明顯提高了土壤酶活性，顯著改善了連作芹菜土壤環(huán)境，明顯提高了芹菜品質(zhì)和產(chǎn)量，有效降低了芹菜病害的發(fā)生。因此，化肥減施20%且配合施入沃葉生物肥是試區(qū)比較適宜的連作芹菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)施肥措施。