小球藻粉對番茄幼苗生長及土壤性質的影響

陳平，張紫然，張偉，張智涵，呂曉艷，趙吉強，汪少麗，劉保友

摘 要：為研究小球藻粉作為生物肥料的潛能，以番茄品種紅粉佳人為材料，設置葉噴和灌根兩種施用方式，探究施用不同濃度的小球藻粉對番茄幼苗生長指標及土壤性質的影響。結果表明，與清水對照相比，小球藻粉500倍稀釋液對番茄生長效果最佳，葉噴和灌根處理后株高、葉片數(shù)、生物量和生長函數(shù)顯著增加2.90%～47.49%，灌根處理效果整體優(yōu)于葉噴處理；與生物肥料“益施幫”和復合肥“大量元素水溶肥料”相比，小球藻粉500倍液同樣表現(xiàn)出生物量和生長函數(shù)的顯著增加。在改善土壤性質方面，小球藻粉500倍葉噴和灌根處理后土壤pH分別降低0.06、0.29，電導率顯著降低8.31%以上；小球藻粉灌根處理番茄后植株地上、地下部位以及土壤中氮素含量增加；小球藻粉葉噴及灌根處理后土壤中蔗糖酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶、過氧化物酶等酶活性顯著提高。研究結果證實小球藻粉葉噴及灌根均適用于番茄生長發(fā)育及土壤改良，可為小球藻粉及其他生物肥料的開發(fā)應用提供試驗依據(jù)。

關鍵詞：番茄；小球藻；幼苗生長；土壤性質

中圖分類號：S641.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）06-135-07

Effects of Chlorella vulgaris powder on tomato seedling growth and soil properties

CHEN Ping1， ZHANG Ziran1， ZHANG Wei1，2， ZHANG Zhihan1，2， L? Xiaoyan3， ZHAO Jiqiang1， WANG Shaoli2， LIU Baoyou1，2

（1. College of Life Science， Yantai University， Yantai 264005， Shandong， China; 2. Yantai Academy of Agricultural Sciences， Yantai 265500， Shandong， China; 3. Rural Development Research Center of Chinese Academy of Social Sciences， Yantai City， Shandong Province， Yantai 265499， Shandong， China）

Abstract： In order to study the potential of Chlorella vulgaris powder as a biological fertilizer， the experiment used tomato variety Hongfenjiaren as the material， and set up two application methods of leaf spray and root irrigation to explore the effects of different concentrations of C. vulgaris powder on tomato seedling growth index and soil properties. The results showed that compared with the water control， the 500 times dilution of C. vulgaris powder had the best effect on the growth of tomato. After leaf spray and root irrigation， the plant height， leaf number， biomass and growth function were significantly increased by 2.90%-47.49%， and the effect of root irrigation was better than that of leaf spray. Compared with the biological fertilizer Yishibang and the compound fertilizer Macroelement Water Soluble Fertilizer， the 500 times dilution of C. vulgaris powder also showed a significant increase in biomass and growth function. In terms of improving soil properties， the pH of soil decreased by 0.06 and 0.29， respectively， and the electrical conductivity decreased significantly by more than 8.31% after spray and root irrigation with 500 times dilution of C. vulgaris powder. The content of nitrogen in the aboveground and underground parts of the plant and the soil increased after application with C. vulgaris powder. The activities of sucrase， nitrate reductase， catalase， urease， polyphenol oxidase， peroxidase in soil increased significantly after C. vulgaris powder leaf spray and root irrigation. The results of this study confirmed that C. vulgaris powder leaf spray and root irrigation were suitable for tomato growth and soil improvement， which could provide experimental basis for the development and application of C. vulgaris powder and other biological fertilizers.

Key words： Tomato; Chlorella vulgaris; Seedling growth; Soil properties

在我國農業(yè)生產中，化肥施用量逐年增加，衍生出土壤板結、酸化、鹽堿等問題[1]。國務院在推進農業(yè)供給側結構性改革中，對減少化肥農藥的施用量和改善生態(tài)環(huán)境提出了明確要求[2]。生物肥可提高土壤肥力水平、改善土壤理化性質和微生態(tài)系統(tǒng)、活化土壤養(yǎng)分、增強土壤向作物提供營養(yǎng)的能力，從而提高作物產量和品質、增強作物抗性、減少病蟲害發(fā)生[3-4]。生物肥以綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展等優(yōu)勢有望成為傳統(tǒng)化學肥料的替代者[5]。

微藻含有豐富的生長活性物質，如植物激素、多糖、氨基酸、微量元素等，在調節(jié)生長、發(fā)育和對刺激反應中起重要作用[6-7]。微藻代謝產物和植物激素具有潛在的農業(yè)用途，代謝物中的酚類化合物、萜類化合物、游離脂肪酸等已被鑒定為植物生長促進劑[8-9]。小球藻（Chlorella vulgaris）歸屬小球藻科，為單細胞微藻，不能夠形成合子，只能通過無性繁殖，每個細胞可以產生2、4、8或16個似親孢子，成熟后母細胞破裂，孢子逸出，長大后即為新個體[10-11]。20多億年前，小球藻出現(xiàn)在地球上，分布范圍極廣，可在極端的環(huán)境中生存，不僅能利用光能自養(yǎng)，還能在異養(yǎng)條件下利用有機碳源進行生長和繁殖[12]。小球藻含有豐富的蛋白質、氨基酸、脂類、脂肪酸、維生素、類胡蘿卜素等營養(yǎng)成分，在飼料、食品、醫(yī)藥、生物柴油等領域都有重要作用[13]。

近年來，國內外研究人員對小球藻在農業(yè)領域的應用方面進行相關研究。Dineshkumar等[14]研究表明，小球藻和牛糞混合可促進玉米的生長，提高產量；Kholssi等[15]研究表明，小球藻懸浮液對提高小麥地上和地下部分的生物量起促進作用，明確藻液中的藻類分泌的營養(yǎng)物質和胞外物質影響植物的生長；Faheed等[16]指出施用小球藻作為土壤添加劑可提高萵苣的產量、品質和生產力，減少環(huán)境污染；劉淑芳等[17]研究表明，施用小球藻液體肥可促進黃瓜生長，提高土壤質量。

目前小球藻的研究多集中在藻類提取液或與牲畜糞便、秸稈等生物有機質的混配方面，制作復雜、成本高且不宜保存，而利用小球藻制得的小球藻粉，可克服上述缺點。筆者通過探究小球藻粉不同施用方式及濃度對番茄苗期生長指標和土壤性質的影響，明確其作為生物肥料的作用機制，以期為小球藻粉將來在農業(yè)方面的廣泛應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2023年3－7月在山東省煙臺市福山區(qū)煙臺農業(yè)科學院試驗地進行，地處中國山東半島東北部，屬暖溫帶季風氣候。選取日光溫室中段栽培區(qū)域作為試驗小區(qū)，每小區(qū)面積8.00 m2，栽培株行距0.45 m×0.75 m。土壤為棕壤，肥力均勻，排灌條件良好。試驗前0～20 cm土層土壤基本理化性質見表1。

1.2 供試材料

試驗用番茄品種紅粉佳人是常規(guī)大果番茄，為滄州津科力豐種苗有限責任公司產品。

供試肥料：小球藻粉為小球藻粗提物，其中粗蛋白含量（w，后同）≥45%，葉綠素含量≥6.5 mg·g-1，為煙臺泓源生物肥料有限公司產品；益施幫是一種天然源的生物激活劑，其中氨基酸含量（ρ，后同）≥110 g·L-1，（Mn+Zn）含量≥24 g·L-1，富含脯氨酸、羥基脯氨酸等平衡及抗逆因子，為先正達集團股份有限公司產品；大量元素水溶肥料是本試驗灌根復合肥，劑型為粉劑，其中（N+P2O5+K2O）含量≥51%，Mg含量≥0.9%，（Zn+B）含量≥0.1%，為雅苒國際有限公司產品。

1.3 試驗設計

試驗采取隨機區(qū)組設計，采用葉噴和灌根兩種處理方式，分別以葉面噴施清水（CK 1-1）、葉面噴施“益施幫”稀釋液400倍（CK 2-1）、根部灌施清水（CK 1-2）、根部灌施“大量元素水溶肥料”稀釋液200倍（CK 2-2）作為對照，處理為小球藻粉稀釋液（300、500、1000、1500、2000倍）分別葉噴及根灌，共14個處理，每個處理3次重復，共42個小區(qū)。每隔7 d進行葉噴、灌根處理。葉噴所有處理的用液量保持一致，保證葉片表面潤濕但不成股流下；灌根用液量為每次每株500 mL。育苗所用穴盤選用72孔穴盤（0.54 m×0.28 m），用蔬菜專用營養(yǎng)土進行育苗。于2023年5月10日番茄幼苗長至4葉1心時進行移栽，緩苗7 d，分別于2023年5月17日、5月24日、5月31日進行葉噴和灌根處理，末次處理后第7 天（2023年6月7日）測定番茄植株和土壤的各項指標。每小區(qū)隨機選取10株番茄植株進行測定。

1.4 試驗測定指標與方法

1.4.1 生長指標 末次施肥后7 d調查番茄生長指標，包括株高、莖粗、葉片數(shù)、葉綠素含量、地上鮮質量、地上干質量、地下鮮質量、地下干質量、壯苗指數(shù)和生長函數(shù)。

株高用直尺測定從地面到頂端生長點的高度；莖粗用游標卡尺（PD-151）測量地上部2 cm處的粗度；葉片數(shù)為完全展開的真葉數(shù)；利用葉綠素儀（SPAD-502 Plus）測定番茄植株頂端第二片真葉SPAD值；將植株沖洗干凈，吸干水分后從根莖連接處分開，分別測定幼苗地上部和地下部鮮質量，再將其置于105 ℃烘箱（DGX-9143B-1）中殺青30 min，65 ℃烘干至恒質量，并計算壯苗指數(shù)和生長函數(shù)。

壯苗指數(shù)（S）=莖粗/（株高×10）×全株干質量；（1）

生長函數(shù)（G）=全株干質量/35×1000。?（2）

1.4.2 植株養(yǎng)分測定 于末次施肥后7 d采集整株番茄幼苗，植株分為根系和地上兩部分，洗凈后105 ℃殺青30 min，再放置于65 ℃烘箱內烘至恒質量后粉碎，用硫酸和過氧化氫消煮后用于植物養(yǎng)分含量的測定。采用自動定氮儀法（NY/T 2419－2013）測定植株全氮含量[18]，采用鉬銻抗比色法（NY/T 2421－2013）測定全磷含量[19]，采用火焰光度計法（NY/T 2420－2013）測定全鉀含量[20]。

1.4.3 土壤肥力 末次施肥后7 d對表層土壤進行采樣分析，每個處理對角線五點取樣，風干過篩后用于土壤理化性質和酶活性測定。

采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法測定銨態(tài)氮含量，采用元素分析儀法測定硝態(tài)氮、有機質和全氮含量，采用鹽酸氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定速效鉀含量，采用酸度計法測定酸堿度[21-22]。

通過二硝基水楊酸比色法測定土壤蔗糖酶（SC）活性；采用酚二磺酸比色法測定硝酸還原酶（NR）活性；采用紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性；采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法測定脲酶（URE）活性；采用磷酸苯二鈉比色法測定酸性磷酸酶（ACP）活性；采用鄰苯三酚比色法測定多酚氧化酶（PPO）活性；采用愈創(chuàng)木酚氧化法測定過氧化物酶（POD）活性[23]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗結果使用Microsoft Excel 2019和DPS 9.01進行統(tǒng)計分析，采用Duncan氏新復極差法（p＜0.05）進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 小球藻粉葉噴對番茄幼苗的促生效果

由表2可知，在各處理中，小球藻粉500倍液葉噴處理效果最好，對各項生長指標均有促進作用，與對照（CK 1-1）相比，株高、葉片數(shù)、葉綠素含量、生物量和生長函數(shù)顯著增加3.83%～16.34%；與生物肥料“益施幫”（CK 2-1）相比，葉綠素含量顯著增加4.02%；地上鮮質量、干質量分別顯著增加12.25%和10.81%；地下鮮質量和干質量分別顯著增加13.54%和11.92%；生長函數(shù)顯著增加10.91%；其余各項生長指標增加了2.24%～9.25%。

2.2 小球藻粉灌根對番茄幼苗的促生效果

由表3可知，與對照（CK 1-2）相比，小球藻粉灌根500倍液處理后，番茄株高、莖粗、葉片數(shù)、生物量、壯苗指數(shù)和生長函數(shù)顯著增加10.67%～47.49%；與復合肥“大量元素水溶肥料”（CK 2-2）相比，各項生長指標均有顯著的促進作用，其中葉片數(shù)、莖粗、地上和地下干質量、地上和地下鮮質量、壯苗指數(shù)、生長函數(shù)增加較多，顯著增加了18.58%～35.07%；株高和葉綠素含量分別顯著增加了8.90%和3.77%。

2.3 小球藻粉對番茄幼苗全氮、全磷、全鉀含量的影響

通過小球藻粉葉噴、灌根處理番茄幼苗促生效果評價，測得小球藻粉500倍處理效果最好，因此繼續(xù)開展小球藻粉葉噴及灌根500倍處理對番茄氮磷鉀含量、土壤理化性質及土壤酶活性的研究。

由表4可知，與清水對照相比，小球藻粉葉噴處理后地上、地下部氮含量提高，但差異不顯著；地上部磷素和鉀素含量均顯著降低；地下部的鉀素含量顯著提高。與清水對照相比，小球藻粉灌根處理后地上部和地下部的氮素含量分別顯著降低6.38%、11.00%；磷素含量變化不顯著；地上部和地下部的鉀素含量分別顯著提高5.71%、21.21%。綜上分析可知，小球藻粉500倍灌根處理效果好于葉噴處理，可顯著提高番茄幼苗中鉀素含量，促進植株生長，提高抗性。

2.4 小球藻粉對土壤理化性質的影響

由表5可知，與清水對照相比，小球藻粉500倍葉噴處理的土壤pH顯著降低0.94%；電導率顯著降低8.31%；有機質、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效氮和有效磷含量變化較小；速效鉀含量顯著提高9.45%。小球藻粉灌根處理的土壤pH顯著降低4.33%；電導率顯著降低8.43%；有機質含量顯著提高16.86%；速效鉀含量顯著降低7.89%。

綜上分析可知，小球藻粉500倍液灌根和葉噴處理均可顯著降低土壤pH和電導率，其中灌根處理比葉噴處理可更好地降低土壤pH、電導率，顯著提高有機質、銨態(tài)氮和有效氮含量。

2.5 小球藻粉對土壤酶活性的影響

由表6可知，與清水對照相比，小球藻粉葉噴及灌根500倍對土壤酶活性均有不同程度的增強作用，除酸性磷酸酶活性外，其他6種酶的活性均顯著高于對照處理。與清水對照相比，小球藻粉500倍葉噴處理的土壤蔗糖酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶、過氧化物酶活性分別顯著提高38.50%、40.52%、56.89%、66.85%、40.32%、46.00%；酸性磷酸酶活性與對照差異不顯著。與清水對照相比，小球藻粉500倍灌根處理的土壤蔗糖酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和過氧化物酶活性分別顯著提高25.75%、22.65%、45.66%、27.83%、33.33%和38.89%。小球藻粉500倍葉噴處理對土壤酶活性的增強效果優(yōu)于灌根處理，葉噴處理土壤的7種酶活性的變化量均高于灌根處理的各種酶活性的變化量。

3 討論與結論

小球藻中含有豐富的營養(yǎng)物質，如植物生長激素、多糖、氨基酸等，具有促進作物幼苗生長、調節(jié)植物代謝、提高作物產量等作用[24]。本試驗結果表明，與清水對照、商品化生物肥料“益施幫”和復合肥“大量元素水溶肥料”處理相比，小球藻粉500倍葉噴、灌根處理均對番茄幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、地上地下生物量等具有不同程度的促進作用。施用一定濃度的小球藻粉后株高、莖粗和葉綠素含量有不同程度的增加，這與趙浩健等[25]在草莓上的研究結果基本一致，一定濃度的小球藻粉對作物生長發(fā)育有促進作用，可增加作物的株高和莖粗，提高葉綠素含量。此外，施用小球藻粉500倍后，番茄地上、地下生物量均有不同程度的增加，這與邊建文等[26]的研究結果一致。

化肥養(yǎng)分含量高，肥效快，但營養(yǎng)元素較為單一，存在局限性。農民在化肥用量上總是憑經驗估計，盲目及過量施用化肥，導致土壤板結、肥力下降等現(xiàn)象，因此開發(fā)更高效的生物肥料具有重要意義。前人研究表明，微藻固氮速率高，固碳能力強，能夠改善土壤結構[27-28]。本研究結果表明，與對照相比，小球藻粉葉噴和灌根處理后，土壤pH顯著降低，這表明施加小球藻粉能夠有效減輕土壤堿化程度。土壤電導率表示土壤中水溶性離子的溶出狀況，一定程度上反映鹽離子的含量，小球藻粉葉噴和灌根處理后土壤電導率顯著降低，說明小球藻粉具有修復鹽漬化土壤的潛力。同時小球藻粉灌根處理后，土壤中銨態(tài)氮和有效氮含量均顯著提高，可能與小球藻固氮能力強，且吸收空氣中的氨氮和氮氧化物有關[29]，這與王建華等[30]探究小球藻對萵苣土壤質量影響的結果基本一致。高雅曉玲[31]研究發(fā)現(xiàn)，增溫加快了植株對土壤鉀的吸收，造成土壤速效鉀含量下降，本試驗小球藻粉500倍灌根處理后，顯著提高了番茄幼苗中鉀素的含量，但土壤中速效鉀的含量顯著降低，推測小球藻粉可能通過促進作物本身對土壤中鉀元素的吸收，導致土壤中鉀元素含量相應降低。

土壤酶參與土壤中各種生物化學過程，測定酶活性，可間接了解土壤某些物質的轉化情況[32]。土壤中含有50～60種酶，其中蔗糖酶活性與土壤有機質含量緊密相關，可表征土壤肥力[33]；硝酸還原酶可將土壤中的硝酸鹽離子轉化成氮氣，維持土壤健康和生態(tài)平衡[34]；過氧化氫酶可催化過氧化氫分解，促進土壤有機質降解，提高土壤肥力等[35]；脲酶的酶促反應物可供植物利用氮源，是一種對尿素轉化起關鍵作用的酶；酸性磷酸酶可將有機磷和無機磷轉化為可供植物吸收的磷酸鹽，從而提高作物產量和品質；多酚氧化酶是一種可將芳香族化合物氧化成醌的氧化還原酶，可促進芳香族化合物循環(huán)，有利于土壤環(huán)境的修復[36]；過氧化物酶可消除過氧化氫和酚類、醛類等物質的毒害作用，在有機質氧化和腐殖質形成中起重要作用[37]。本研究表明，小球藻粉葉噴及灌根處理后，土壤中的蔗糖酶、硝酸還原酶、過氧化氫酶、脲酶、多酚氧化酶和過氧化物酶活性均顯著提高，僅酸性磷酸酶活性變化不大，表明小球藻粉可能通過提高土壤酶活性，提高養(yǎng)分轉化率，提升土壤肥力，延長土壤肥效，加快植株對土壤養(yǎng)分的吸收，促進番茄幼苗的生長。

化學肥料雖然成分比較簡單、見效快、使用方便，但是長期和大量使用會導致土壤板結、酸化、元素失衡等一系列問題，嚴重影響土壤恢復能力，不利于農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[38]。生物肥料是一種高效、無污染的新型肥料，可建立土壤的良性循環(huán)，減少化肥的利用，進而獲得更好的經濟效益和生態(tài)效益[39]。本研究結果表明，小球藻粉500倍灌根處理與商品化“大量元素水溶肥料”復合肥相比，株高、莖粗、葉片數(shù)、葉綠素含量、地上和地下生物量、壯苗指數(shù)、生長函數(shù)均顯著增加3.77%～35.07%；小球藻粉葉噴效果雖然不及灌根處理，但與生物肥料“益施幫”相比，各項生長指標也增加了2.24%～16.34%。上述結果證實，小球藻粉不僅有優(yōu)于化學肥料的肥效效果，更有作為生物肥料改善土壤理化性質的特性。小球藻粉還具有生產成本低、易于儲存、方便運輸?shù)忍攸c，這些優(yōu)勢有助于小球藻粉進一步開發(fā)為新型生物肥料。

在實際生產應用中，葉面噴施是通過葉片表面的氣孔吸收養(yǎng)分，灌根是將肥料送達植物根部，通過根系吸收營養(yǎng)，不同施用方法需根據(jù)作物及肥料特性進行選擇。本研究表明，小球藻粉500倍灌根和葉噴處理對番茄植株的生長均具有促進作用，可顯著降低土壤pH和電導率，提高土壤中的酶活性和土壤養(yǎng)分含量。

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