生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

王安琪，宋冠林，路來(lái)風(fēng),2，張 浩，郭慶柱，王昌祿,2,*

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.省部共建食品營(yíng)養(yǎng)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457；3.天津市宏勝源食用菌科技發(fā)展有限公司，天津 300270）

農(nóng)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，一直備受我國(guó)政府的重視，化肥具有價(jià)格低、見(jiàn)效快等特點(diǎn)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)用肥中占有很大比重[1]。但在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)期不合理施用化肥導(dǎo)致出現(xiàn)諸多問(wèn)題：①施用量不科學(xué)導(dǎo)致化肥殘留，加重土壤板結(jié)[2]；②土壤理化性質(zhì)改變[3]，土壤微生態(tài)平衡被破壞[4]；③化肥施用比例不科學(xué)，導(dǎo)致作物營(yíng)養(yǎng)需求得不到滿足，產(chǎn)量降低[5]。

一段時(shí)期以來(lái)，不合理施肥導(dǎo)致的土壤污染、食品安全問(wèn)題日益增加。人們逐漸開(kāi)始尋求一種既能保證作物種植效益，又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境的肥料。生物有機(jī)肥（Biological organic fertilizer，BOF）不僅營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，一定程度上能夠有效代替化肥，可用于蔬菜、水果、農(nóng)作物種植[6]，同時(shí)生物有機(jī)肥是以畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、食品加工副產(chǎn)物、生活垃圾等有機(jī)廢棄物為原料，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的資源化利用與轉(zhuǎn)化，使其變廢為寶。有機(jī)固體廢物經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵的無(wú)害化、腐熟處理，可制成兼具有機(jī)肥和微生物功效的肥料[7]，在促進(jìn)作物生長(zhǎng)的同時(shí)起到修復(fù)受污染的土壤和提高土壤肥力的作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，在作物種植中，將生物有機(jī)肥代替一定量的化肥施用，作物口感更佳[8]，品質(zhì)得到改善[9]，且隨著施用生物有機(jī)肥比例的提高，作物果實(shí)形狀和顏色更好[10]，果蔬中的硝酸鹽含量降低[11]，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、游離氨基酸、VC、總糖含量[12]都有所提高，蔬菜、作物的總產(chǎn)量均較單獨(dú)施用化肥有所提高[13]。生物有機(jī)肥品質(zhì)的優(yōu)劣主要取決于其所含功能微生物的作用強(qiáng)度和活菌數(shù)量。在生物有機(jī)肥制造過(guò)程中，通常在堆肥前加入發(fā)酵菌劑，包括一些活性強(qiáng)且耐高溫、高滲等抗逆性較強(qiáng)的微生物，如纖維素降解菌、酵母菌、乳酸菌、木霉等[14-15]，這些微生物主要用于降解原料中的纖維素、木質(zhì)素，以及促進(jìn)堆肥形成腐殖質(zhì)等物質(zhì)。也有一些微生物，以放線菌[16]、固氮菌[17]、溶磷菌[18]、解鉀菌等為主，在堆肥高溫期后或物料腐熟后加入，這些功能菌能夠通過(guò)二次發(fā)酵提高生物有機(jī)肥的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量[19-20]，增強(qiáng)生物有機(jī)肥的促生效果。

養(yǎng)心菜（Sedum aizoon L.），又稱費(fèi)菜、土三七、景天三七、救心菜、高鈣菜，是景天科景天屬多年生草本植物[21]。養(yǎng)心菜可作為蔬菜，涼拌、烹炒或煲湯食用，清香可口、風(fēng)味獨(dú)特；也可入藥，其性平，味甘，微酸，具有養(yǎng)心、平肝、寧心、滋陰養(yǎng)血、活血止血之功效，對(duì)預(yù)防心臟病、失眠、高血壓，治療牙齦出血、月經(jīng)量多、跌打損傷、失眠、蛇蟲(chóng)咬傷、血管硬化等疾病均有一定療效[22]。養(yǎng)心菜株形優(yōu)美，綠色期長(zhǎng)，耐修剪，花朵呈黃色聚傘狀，常用作盆栽觀賞花卉和植物造型，同時(shí)其耐旱及耐寒性好，適應(yīng)性強(qiáng)，是風(fēng)沙治理及園林綠化的優(yōu)選植物[23]。

本文利用實(shí)驗(yàn)室前期優(yōu)化的菌劑對(duì)不同原料配比的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物堆肥初產(chǎn)物進(jìn)行二次發(fā)酵，制得具有促生功能的生物有機(jī)肥，將其用于養(yǎng)心菜種植，旨在探究生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜的生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，以期為利用生物有機(jī)肥提高其他作物產(chǎn)量、品質(zhì)及促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

供試養(yǎng)心菜，選取購(gòu)于江蘇省徐州市沛縣的綠莖養(yǎng)心菜幼苗，作為盆栽試驗(yàn)使用。

BCA試劑盒：碧云天生物技術(shù)有限公司；鎢酸鈉、鉬酸鈉、酒石酸鉀鈉：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑公司；氯化鋁、沒(méi)食子酸、氫氧化鈉、醋酸鉀、乙醇：天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑公司；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、草酸、2,6-二氯酚靛酚鈉：北京索萊寶科技有限公司。

供試菌劑和生物有機(jī)肥均由天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)酵食品與生物資源開(kāi)發(fā)研究室研制生產(chǎn)，菌劑中功能微生物為實(shí)驗(yàn)室保藏菌株：白黃鏈霉菌TD-1（Streptomyces alboflavus TD-1）、固氮菌JZ1、無(wú)機(jī)磷分解菌JWP1、有機(jī)磷分解菌JP12、解鉀菌JK1。供試生物有機(jī)肥理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

供試條垛有機(jī)肥與納米膜有機(jī)肥由天津市宏盛源食用菌科技發(fā)展有限公司提供。

試驗(yàn)地點(diǎn)在天津市濱海新區(qū)（GPS：39°03ˊN，117°68ˊE），該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤屬于濱海鹽化潮土、濕潮土和濱海鹽土，含鹽量1%～2%，土質(zhì)黏重，質(zhì)地板結(jié)，肥力欠佳。盆栽試驗(yàn)的土壤盡量保證質(zhì)量和理化性質(zhì)相同。供試土壤的基本理化情況見(jiàn)表2。

表1 生物有機(jī)肥的理化特性Table 1 Physico-chemical characteristics of biological organic fertilizer

表2 供試土壤的基本理化性狀Table 2 Basic physico-chemical properties of soil sample

1.1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 8453紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海魁元科學(xué)儀器有限公司；T1000電子天平：青島精誠(chéng)儀器儀表有限公司；電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺：德清盛泰芯電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

剪取養(yǎng)心菜種苗植株上部作為插穗。插穗長(zhǎng)度統(tǒng)一修剪為5.0 cm，粗約0.3 cm，剪時(shí)莖節(jié)盡可能接近扦穗下端，上口平，下口斜，去掉下部1/3的葉片，保留上部葉片。生物有機(jī)肥按照30 t/hm2的施用比例加入盆栽鹽堿土中，拌勻。于2021年2月23日將養(yǎng)心菜扦插種植在盆栽（各處理組所選盆栽容器保持一致，均為直徑20 cm，深度30 cm的透氣花盆）中，每盆種植土添加量為花盆容積的3/4，每盆栽植1株養(yǎng)心菜苗。將各組盆栽置于室內(nèi)，待養(yǎng)心菜幼苗生長(zhǎng)穩(wěn)定后（約15 d），統(tǒng)一搬移至室外培養(yǎng)，與自然環(huán)境相同。定期澆水保持田間持水量70%左右，選取70 d（養(yǎng)心菜盛長(zhǎng)期）養(yǎng)心菜進(jìn)行促生指標(biāo)測(cè)定，每組重復(fù)3次，每次重復(fù)為3盆，每個(gè)處理組共9株養(yǎng)心菜。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 株高

使用刻度尺測(cè)定莖基部到頂端的距離，結(jié)果取平均值。

1.2.2.2 株高增量

株高增量計(jì)算公式為：

1.2.2.3 莖粗

使用游標(biāo)卡尺測(cè)定距下部扦插口1.5 cm處的扦插苗直徑即粗度，計(jì)算平均莖粗。

1.2.2.4 莖粗增量

莖粗增量計(jì)算公式為：

1.2.2.5 最長(zhǎng)須根長(zhǎng)

使用刻度尺直接測(cè)定，結(jié)果取平均值。

1.2.2.6 單株產(chǎn)量

每株地上莖質(zhì)量，直接稱量。

1.2.2.7 單寧含量

參照國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1600—2008[24]中的分光光度法測(cè)定。

1.2.2.8 總黃酮含量

采用三氯化鋁比色法[25]測(cè)定。

1.2.2.9 VC含量

采用2,6-二氯靛酚滴定法[26]測(cè)定，結(jié)果取平均值。

1.2.2.1 0可溶性蛋白含量

采用BCA法[27]測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析，當(dāng)組內(nèi)比較個(gè)數(shù)為3或超過(guò)3個(gè)時(shí)，均采用單因素ANOVA分析，Duncan差異分析方法分析，以P＜0.05為顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。所有數(shù)值均以xˉ±s表示，采用Origin 95軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

2.1.1 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜株高和株高增量的影響

由圖1可以看出，養(yǎng)心菜生長(zhǎng)70 d到達(dá)生長(zhǎng)旺盛期時(shí)，除N1M組外，生物有機(jī)肥處理組的株高和株高增量均高于未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組和不施肥處理組。其中，N2M組株高（9.55 cm）顯著高于其他處理組（P＜0.05），較未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（2.70 cm）和不施肥處理（2.77 cm）組分別高出253.7%和244.8%。N2M、N3M和N5M組養(yǎng)心菜株高增量分別為923.21%、456.10%、343.48%，均超過(guò)了200%，與未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（28.57%）和不施肥處理組（36.07%）相比差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。說(shuō)明本試驗(yàn)所制備的部分二次發(fā)酵生物有機(jī)肥能夠提高養(yǎng)心菜的生長(zhǎng)速度。

圖1 生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜株高（A）和株高增量（B）的影響Fig.1 Effects of bio-organic fertilizer on plant height(A)and plant height increment(B)of Sedum aizoon L.

2.1.2 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜莖粗和莖粗增量的影響

由圖2可以看出，養(yǎng)心菜生長(zhǎng)70 d到達(dá)生長(zhǎng)旺盛期時(shí)，大多數(shù)生物有機(jī)肥組的養(yǎng)心菜莖粗和莖粗增量高于未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組或不施肥組。N2M和N4M處理組的養(yǎng)心菜莖最粗，分別為3.89 mm和3.42 mm，顯著高于其他處理組（P＜0.05），較不施肥組（2.74 mm）分別高出42.0%和24.8%。N2Q和N2M組的養(yǎng)心菜莖粗增量最大，分別為70.00%和66.67%，顯著高于未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（14.29%）、不施肥組（2.50%）和其余處理組，差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。說(shuō)明本試驗(yàn)所制備的部分生物有機(jī)肥在一定程度上能夠促進(jìn)養(yǎng)心菜的生長(zhǎng)。

圖2 生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜莖粗（A）和莖粗增量（B）的影響Fig.2 Effects of bio-organic fertilizer on stem diameter(A)and stem diameter increment(B)of Sedum aizoon L.

2.1.3 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜生根的影響

最長(zhǎng)須根長(zhǎng)和須根分支數(shù)可反映養(yǎng)心菜扦插后定植生根效果，促生微生物菌群可產(chǎn)生酶類(lèi)物質(zhì)和植物激素吲哚乙酸（IAA）、鐵載體等促進(jìn)其生根[28]。由圖3可知，N1Q、N2M、N3M和N5Q組最長(zhǎng)須根長(zhǎng)較其他組別更長(zhǎng)，長(zhǎng)度分別為4.85、3.00、4.45、2.10 cm，與未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（0.90 cm）和不施肥組（0.70 cm）之間具有顯著性差異（P＜0.05）。N3M組養(yǎng)心菜須根分支數(shù)（15.00根）多于其他處理組，未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組和不施肥組的須根分支數(shù)分別為2.50根和2.00根。說(shuō)明本試驗(yàn)所制備的部分二次發(fā)酵生物有機(jī)肥能夠促進(jìn)養(yǎng)心菜根部生長(zhǎng)和分支。

圖3 生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜最長(zhǎng)須根長(zhǎng)（A）和須根分支數(shù)（B）的影響Fig.3 Effects of bio-organic fertilizer on the length(A)and branch number(B)of fibrous root of Sedum aizoon L.

2.1.4 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜產(chǎn)量的影響

從肥料對(duì)養(yǎng)心菜須根分支數(shù)、單株產(chǎn)量結(jié)果（圖3B和圖4）來(lái)看，兩個(gè)指標(biāo)有一定的相關(guān)性，須根分支數(shù)多的處理組，養(yǎng)心菜單株產(chǎn)量也高。N3M組養(yǎng)心菜須根分支數(shù)最多，其單株產(chǎn)量也最高，為11.89 g，較未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（2.67 g）和不施肥組（2.11 g）分別提高了345.3%和463.5%。說(shuō)明本試驗(yàn)所制備的部分生物有機(jī)肥能夠提高養(yǎng)心菜的產(chǎn)量。

2.2 不同生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜品質(zhì)的影響

不同施肥處理組養(yǎng)心菜中單寧、VC、總黃酮、可溶性蛋白含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖4 生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜單株產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of bio-organic fertilizers on the yield of single plants of Sedum aizoon L.

圖5 生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of bio-organic fertilizer on the quality of Sedum aizoon L.

由圖5可以看出，除個(gè)別處理組外，二次發(fā)酵生物有機(jī)肥組在一定程度上能提高養(yǎng)心菜的VC、總黃酮和可溶性蛋白含量。由圖5A可知，N3M處理組的單寧含量（2.19 mg·kg-1）最低，澀味不明顯，與其他各組間具有顯著性差異（P＜0.05）；N2Q、N2M、N5Q、N6Q處理組單寧含量分別為2.89、2.87、3.04、3.29 mg·kg-1，也具有較低的澀味，與未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組（3.89 mg·kg-1）和不施肥組（3.68 mg·kg-1）之間具有顯著性差異（P＜0.05）。說(shuō)明本試驗(yàn)所制備的部分二次發(fā)酵后的生物有機(jī)肥在一定程度上能夠降低養(yǎng)心菜中單寧含量，提高養(yǎng)心菜的口感。

由圖5B可知，N1處理組（N1Q和N1M組）提高養(yǎng)心菜VC含量的效果較好，說(shuō)明N1組對(duì)養(yǎng)心菜合成VC具有促進(jìn)作用。所有處理組中，N1Q和N1M處理組的VC含量較高，其中N1Q處理組與未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥組和不施肥組相比具有顯著性差異（P＜0.05）。說(shuō)明使用本試驗(yàn)所制備的部分生物有機(jī)肥后，養(yǎng)心菜中VC含量明顯提高，從而提高了養(yǎng)心菜的營(yíng)養(yǎng)性。

由圖5C和圖5D可知，施用不同肥料對(duì)總黃酮含量和可溶性蛋白含量的提高效果不明顯。其中N4M組的總黃酮含量最高，為41.29 mg·g-1，較不施肥組提高了19.0%，N2Q組的可溶性蛋白含量最高，為0.73%，較不施肥組提高了0.29個(gè)百分點(diǎn)，但各組間總黃酮含量和可溶性蛋白含量均無(wú)顯著性差異，說(shuō)明生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜的總黃酮與可溶性蛋白含量影響不大。

綜上可知，經(jīng)促生功能菌劑二次發(fā)酵制備的生物有機(jī)肥，其肥力得到有效提升，相較于未經(jīng)二次發(fā)酵的有機(jī)肥，多數(shù)處理組的生物有機(jī)肥能有效提高養(yǎng)心菜中VC含量，對(duì)總黃酮和可溶性蛋白含量的提高和單寧含量的降低也有一定作用。

3 討論與結(jié)論

生物有機(jī)肥施入土壤后，其本身所含的腐殖質(zhì)、速效養(yǎng)分等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)被作物根系吸收[29]，土壤中的微生物也會(huì)利用肥料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為生長(zhǎng)所需氮源、碳源激活作物根際附近的土壤菌群，使土壤中微生物群落多樣性得到提高[30]，這些微生物會(huì)在作物根際附近富集更多的有益菌，抑制某些土傳病原菌生長(zhǎng)，同時(shí)這些有益菌能夠分泌次級(jí)代謝產(chǎn)物，對(duì)土壤酶活性及C、N、S等能量循環(huán)產(chǎn)生影響，進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng)，改善土壤肥力[31-32]。

本文通過(guò)養(yǎng)心菜種植盆栽試驗(yàn)，探究了經(jīng)促生功能菌劑二次發(fā)酵的生物有機(jī)肥對(duì)養(yǎng)心菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響效果。施用生物有機(jī)肥后，養(yǎng)心菜的株高、莖粗、根長(zhǎng)、單株產(chǎn)量，以及VC含量相較于不施肥處理均有明顯提高?？梢?jiàn)，生物有機(jī)肥能夠作為一種綠色、安全的肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，起到提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的作用，但生物有機(jī)肥是如何通過(guò)影響作物根際附近土壤微生物群落結(jié)構(gòu)以及作物根系分泌物的產(chǎn)生，從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。