阿氏芽孢桿菌解硅微生物菌劑MB35-5 對(duì)日光溫室黃瓜土壤有效硅含量及產(chǎn)量的影響

宋小穎，董勝旗，于海闊，吳廣利，張新仕，侯大山，孫明清，高倩，劉鑫翠，李光，李娟茹，張廣輝*

（1.石家莊市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河北 石家莊 050051；2.河北萌幫水溶肥料股份有限公司，河北 石家莊 050051；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，河北 石家莊 050051）

黃瓜是我國設(shè)施蔬菜的主要種類之一，市場需求量巨大，其品質(zhì)直接關(guān)系到千家萬戶的食品安全[1]。黃瓜是典型的富硅植物，研究表明，增施硅肥對(duì)促進(jìn)黃瓜生長發(fā)育、增強(qiáng)植株抗性、提高果實(shí)品質(zhì)均具有重要作用[2～8]。

硅是地球的第二大組成元素，主要以不溶于水的礦物質(zhì)形式存在[9，10]。硅元素是農(nóng)作物生長所需的重要營養(yǎng)元素，但其并不能直接作為養(yǎng)分而被作物吸收，只能以土壤液中微量單硅酸的形式被吸收利用[11，12]。土壤中活性硅不足，主要采用施用外源硅肥的方式補(bǔ)充作物需求[13～17]。通過微生物活化降解土壤中的礦物質(zhì)硅，使其部分變?yōu)榛钚怨?，是一種較直接施用外源硅肥更經(jīng)濟(jì)、有效補(bǔ)充土壤活性硅的方法，采用該方法既可以降低肥料投入，又可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)收益[18～20]。

阿氏芽孢桿菌解硅微生物菌劑MB35-5（以下簡稱“MB35-5”）是從土壤中篩選出的最具代表性的高效解硅菌株，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，MB35-5 水劑、粉劑處理的硅酸鎂培養(yǎng)液中，水溶性硅含量分別較對(duì)照提高了149.1%和251.4%[21]；大田試驗(yàn)結(jié)果顯示，施用MB35-5 可降低甜瓜的坐瓜結(jié)位，增產(chǎn)16.78%，并促進(jìn)甜瓜早熟，降低甜瓜失重率，極顯著地提高貯藏期甜瓜的硬度[22]。

日光溫室連年種植黃瓜，從土壤中帶走了大量的有效硅。而常規(guī)施用礦物性硅肥，不僅會(huì)增加生產(chǎn)投入，且在作物生長期內(nèi)活性硅釋放緩慢、肥效有限。在甜瓜、甜菜等作物上的研究表明，使用解硅生物菌劑MB35-5 對(duì)土壤中的礦物質(zhì)硅進(jìn)行活化、降解，既能使土壤中的難溶性含硅礦物得到有效利用，又能減少生產(chǎn)作業(yè)投入，是一種更經(jīng)濟(jì)有效補(bǔ)充土壤有效硅的途徑[21，22]。MB35-5 在不同作物上的解硅效果研究較少，截至目前尚未見到在黃瓜種植中應(yīng)用的詳細(xì)研究報(bào)道?；诖?，在日光溫室黃瓜上，研究了施用MB35-5 對(duì)黃瓜拉秧后土壤有效硅含量以及植株抗病性、生長性狀和果實(shí)產(chǎn)量的影響，旨為新型生物解硅菌劑在黃瓜生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在石家莊市藁城區(qū)農(nóng)聯(lián)蔬菜專業(yè)合作社種植黃瓜的日光溫室內(nèi)實(shí)施。土壤為黏壤土，0～20 cm 土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)26.3 g/kg、全氮1.61 g/kg、P2O547.5 mg/kg、K2O 189 mg/kg、堿解氮45.73 mg/kg，有效硅含量為120.62 mg/kg，pH 值9.05。

1.2 試驗(yàn)材料

供試阿氏芽孢桿菌解硅微生物菌劑為MB35-5 粉劑，菌數(shù)超過250 億個(gè)/g，由河北萌幫水溶肥料有限公司提供；黃瓜品種為17-7。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本研究在不施用外源硅的條件下進(jìn)行。試驗(yàn)MB35-5 處理設(shè)2 個(gè)，施用量分別為3 000和6 000 g/hm2，在黃瓜初花期一次性沖施；對(duì)照處理（CK）為黃瓜初花期灌等量清水。小區(qū)面積40 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)。

2020 年2 月18 日在日光溫室內(nèi)定植黃瓜，株行距90 cm×30 cm，種植密度34 500 株/hm2。定植前底施腐熟雞糞8 m3/hm2，黃瓜生長期不再使用其他葉面肥，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)胤N植戶相同。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法 分別在黃瓜生長中期（4 月10 日）和中后期（5 月9 日），各選擇具代表性的植株10 株，利用直尺測量同一節(jié)位上葉片大小，利用游標(biāo)卡尺測量莖粗，利用皮尺測量株高，利用葉綠素測定儀測定葉綠素含量，取平均值；以大棚溫室中常見的病害黃瓜霜霉病和黃瓜角斑病為調(diào)查對(duì)象，4 月中旬每個(gè)小區(qū)均隨機(jī)選擇10 株，每株均自同一位置從上到下連續(xù)選擇10 片葉，統(tǒng)計(jì)病葉數(shù)，計(jì)算病葉率，同時(shí)觀察整株長勢情況；記錄各小區(qū)每次收獲的黃瓜質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)小區(qū)黃瓜產(chǎn)量，再折合成單位面積產(chǎn)量，計(jì)算增產(chǎn)率。

黃瓜拉秧后，每小區(qū)均采用三點(diǎn)取樣法采集土壤樣品，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定土壤有效硅含量（使用0.025 mol/L 檸檬酸溶液浸提，檢測方法為硅鉬藍(lán)比色法）。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 使用Excel 和SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，其中“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”的表達(dá)形式代表的是計(jì)量數(shù)據(jù)，采用t檢驗(yàn)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤有效硅含量的影響

黃瓜拉秧后，CK 的土壤有效硅含量＜播前，降幅為8.7%（表1）。表明在不施用外源硅的條件下，黃瓜生長對(duì)土壤的有效硅消耗較大。MB35-5 處理的土壤有效硅含量均＞播前，增幅為13.8%～16.1%；指標(biāo)值均極顯著＞CK，增幅為24.6%～27.2%，但不同用量處理的土壤有效硅含量差異不顯著，其中處理Ⅱ的指標(biāo)值較處理Ⅰ提高了2.1%。表明在不施用外源硅的條件下，施用MB35-5 能夠有效活化、降解土壤中的難溶性硅，補(bǔ)充土壤有效硅，其中處理Ⅱ的效果略優(yōu)于處理Ⅰ。

表1 施用MB35-5 對(duì)黃瓜收獲后土壤有效硅含量的影響Table 1 Effect of MB35-5 on soil available silicon content after cucumber harvest

2.2 對(duì)黃瓜植株生長的影響

在黃瓜生長中期和中后期，MB35-5 處理的葉面積均極顯著＞CK，但不同用量處理的葉面積差異均不顯著，其中處理Ⅱ的指標(biāo)值略＞處理Ⅰ；莖粗均＞CK，其中處理Ⅱ的莖粗極顯著＞處理Ⅰ和CK，而處理Ⅰ與CK 差異不顯著；株高均＞CK，且均以處理Ⅱ最高，其中生長中期所有處理間差異均不顯著，生長中后期處理Ⅰ與CK 差異不大但二者均極顯著＜處理Ⅱ；SPAD 值均＞CK，但不同時(shí)期各處理間差異均不顯著（表2）。表明在不施用外源硅的條件下，施用MB35-5能夠促進(jìn)黃瓜植株健壯生長，其中處理Ⅱ的效果優(yōu)于處理Ⅰ。

表2 施用MB35-5 對(duì)黃瓜植株生長的影響Table 2 Effect of MB35-5 on plant growth of cucumber

2.3 對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響

MB35-5 處理的黃瓜長度、單果質(zhì)量和理論產(chǎn)量均極顯著＞CK，增幅分別為7.4%～10.2%、9.1%～13.9%和8.8%～11.9%；但不同用量處理的3 個(gè)指標(biāo)值差異均不顯著，其中處理Ⅱ的黃瓜長度、單果質(zhì)量、產(chǎn)量分別較處理Ⅰ提高了2.6%、4.5%和2.8%（表3）。表明在不施用外源硅的條件下，施用MB35-5 能夠顯著增加果實(shí)長度，明顯提高單果質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量，其中處理Ⅱ的效果略優(yōu)于處理Ⅰ。

表3 施用MB35-5 對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of MB35-5 on yield of cucumber

2.4 對(duì)黃瓜長勢和抗病性的影響

裸眼觀察發(fā)現(xiàn)，MB35-5 處理的黃瓜植株長勢旺盛；而CK 的黃瓜植株長勢一般（表4）。病情調(diào)查結(jié)果顯示，MB35-5 處理對(duì)黃瓜霜霉病和黃瓜細(xì)菌性角斑病病葉率的影響程度不同，其中，黃瓜霜霉病的病葉率極顯著＜CK，但不同用量處理的差異不顯著，其中處理Ⅱ的指標(biāo)值較處理Ⅰ降低了2.2 百分點(diǎn)；黃瓜細(xì)菌性角斑病的病葉率與CK 差異均不顯著，且不同用量處理的差異也不顯著，其中處理Ⅱ的指標(biāo)值較處理Ⅰ降低了0.7 百分點(diǎn)。表明在不施用外源硅的條件下，施用MB35-5 能夠顯著增強(qiáng)黃瓜植株長勢，明顯提高對(duì)黃瓜霜霉病的抗性，但對(duì)黃瓜細(xì)菌性角斑病的抗性影響不大，其中處理Ⅱ的效果略優(yōu)于處理Ⅰ。

表4 施用MB35-5 對(duì)黃瓜長勢和抗病性的影響Table 4 Effects of MB35-5 on growth and disease resistance of cucumber

3 結(jié)論與討論

本研究是在不施用外源硅的條件下進(jìn)行的，試驗(yàn)結(jié)果表明，在溫室土壤中施用MB35-5 后能有效補(bǔ)充黃瓜生長消耗的土壤有效硅，黃瓜收獲后施用量3 000和6 000 g/hm2處理的土壤有效硅含量分別較播前提高了13.8%和16.1%，分別較清水對(duì)照處理提高了24.6%和27.2%；能顯著促進(jìn)黃瓜植株生長，有效增強(qiáng)對(duì)黃瓜霜霉病的抗性，明顯提高黃瓜產(chǎn)量，施用量為3 000和6 000 g/hm2處理的黃瓜產(chǎn)量分別較清水對(duì)照處理提高了8.8%和11.9%。MB35-5 施用量6 000 g/hm2處理在補(bǔ)充土壤有效硅、提高黃瓜產(chǎn)量、增強(qiáng)黃瓜抗病性方面的效果優(yōu)于施用量3 000 g/hm2處理，建議實(shí)際生產(chǎn)中MB35-5 的施用量為6 000 g/hm2。

硅被認(rèn)為是繼氮、磷、鉀三大元素之后的第4 種生長元素，為禾本科等作物必需的養(yǎng)分，不僅能提高作物葉片的光合作用能力，促進(jìn)作物積累更多的有機(jī)物質(zhì)[23]，還能提高作物莖稈的健壯程度，增強(qiáng)抗病能力，對(duì)提升瓜果蔬菜品質(zhì)、增強(qiáng)作物對(duì)不良生長環(huán)境的抗逆性等具有顯著作用，是植物生長過程中不可缺少的一種元素[24]。

近些年來，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上復(fù)種指數(shù)較高，致使土壤中的有效硅含量大幅度降低，對(duì)于農(nóng)作物而言，僅依靠自然循環(huán)來供給硅元素是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此施用硅肥并有效利用顯得十分重要[25～28]。硅雖然在自然界中分布廣，但主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，而這些含硅礦物質(zhì)均呈非常穩(wěn)定的潔凈態(tài)與非晶態(tài)狀，溶解度低，難以被植物吸收。選擇能夠?qū)ν寥乐须y溶性硅礦物進(jìn)行分解的微生物，對(duì)土壤中的礦物質(zhì)硅進(jìn)行活化、降解，使其一部分變成活性硅，既可以使土壤中的難溶性含硅礦物得到有效利用，又可以起到抗病、改善土壤環(huán)境的作用，是一種較施用外源礦物性硅肥更為經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的補(bǔ)充土壤有效硅的途徑。因此，積極開發(fā)生物性硅肥是我國目前生物肥料研究的焦點(diǎn)[29，30]。微生物對(duì)礦物質(zhì)進(jìn)行降解主要是通過酸解、酶解、微生物（分泌物）與礦物絡(luò)合等途徑實(shí)現(xiàn)的[31]，因此，挖掘得到解硅能力較強(qiáng)的微生物菌株具有重要意義。MB35-5 具有高效活化分解土壤中硅元素的功能，施入土壤后能夠促進(jìn)作物健壯生長，增強(qiáng)作物抗逆性，提高品質(zhì)和產(chǎn)量。且與其他菌種相比，MB35-5 具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。考慮到實(shí)際應(yīng)用時(shí)很多微生物在偏酸、堿性土壤中持續(xù)性均較差，而MB35-5 的適應(yīng)性更強(qiáng)，這一突出優(yōu)勢使得其具有很強(qiáng)的競爭力。本研究中溫室土壤的pH 值為9.05，通過田間試驗(yàn)進(jìn)一步明確了MB35-5 施入偏堿性土壤后，可以分解土壤中的礦物性硅，提高土壤有效硅含量，對(duì)促進(jìn)黃瓜健壯生長、增強(qiáng)植株抗病性、提高黃瓜產(chǎn)量起到積極作用。

通過對(duì)日光溫室黃瓜常發(fā)性病害黃瓜霜霉病和黃瓜細(xì)菌性角斑病的發(fā)病情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沖施MB35-5后黃瓜霜霉病病葉率顯著降低，而黃瓜細(xì)菌性角斑病病葉率與清水對(duì)照無明顯差別。黃瓜霜霉病是真菌性病害，黃瓜細(xì)菌性角斑病是細(xì)菌性病害，MB35-5 是否有助于提高黃瓜對(duì)真菌性病害的抗病性而對(duì)細(xì)菌性病害無效的觀點(diǎn)還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。