柳玲玲，芶久蘭，何佳芳，范成五，秦 松*

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生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯及土壤生化性狀的影響①

柳玲玲1,2,3，芶久蘭1,2,3，何佳芳1,2,3，范成五1,2,3，秦 松1,2,3*

(1 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，貴陽(yáng) 550006；2 貴州省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術(shù)研究中心，貴陽(yáng) 550006； 3 農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴陽(yáng) 550006)

生物有機(jī)肥是一種集有益微生物和有機(jī)肥優(yōu)點(diǎn)為一體的新型肥料，能更好地讓有益微生物在土壤中定植和生長(zhǎng)。本研究針對(duì)馬鈴薯連作障礙問(wèn)題，探索幾種生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯連作土壤生物性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。試驗(yàn)以威芋5號(hào)原種為材料，在同等化肥用量的基礎(chǔ)上，增施等量不同品種的生物有機(jī)肥，測(cè)定其出苗率、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)、土壤生物性狀等。結(jié)果表明：施用生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯的農(nóng)藝性狀、出苗率、土壤養(yǎng)分及微生物群落結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量以及薯塊品質(zhì)均有改善作用。其中GZ-I處理增產(chǎn)效果最明顯，增產(chǎn)率為52.26%，并且GZ-I處理可以明顯地提高細(xì)菌與真菌的比值(B/F)，其B/F較對(duì)照提高5.67倍。GZ-III處理提質(zhì)效果最明顯，馬鈴薯薯塊中淀粉、還原性糖以及Vc含量最高，分別較對(duì)照提高0.68倍、1.64倍、0.41倍。施用不同生物有機(jī)肥均可提高馬鈴薯土壤的養(yǎng)分含量，改善土壤肥力水平，其中GZ-III處理的改土效果最明顯，可以明顯增加土壤中的有效養(yǎng)分含量。因此，生物有機(jī)肥可以提高連作區(qū)馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)，并對(duì)土壤有明顯的改良作用，其中GZ-I處理的增產(chǎn)效果最好，GZ-III處理的提質(zhì)和改土效果最好。

馬鈴薯；生物有機(jī)肥；連作；土壤微生物群落

馬鈴薯是全球重要的糧、菜、飼兼用植物，營(yíng)養(yǎng)全面，適應(yīng)性廣，也是貴州極具發(fā)展?jié)摿Φ募Z食作物。然而，由于種植條件的限制，馬鈴薯連作現(xiàn)象十分普遍，連作區(qū)作物根際土壤微生物環(huán)境惡化，鐮刀菌等病原真菌富集，土傳病害嚴(yán)重，馬鈴薯減產(chǎn)。連作3年以上的土壤會(huì)顯著降低根系的吸收能力和范圍，從而導(dǎo)致根系生理功能失調(diào)[1]，加之目前在馬鈴薯的施肥方面比較粗放，化肥施用單一或是施用習(xí)慣差造成土壤環(huán)境惡化，營(yíng)養(yǎng)失衡，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)重的減產(chǎn)降質(zhì)的困境[2-3]。生物有機(jī)肥作為營(yíng)養(yǎng)豐富，富含有益微生物的新型肥料，不僅能夠提供養(yǎng)分，而且對(duì)于土壤理化性狀和土壤結(jié)構(gòu)都能起到有益影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)相關(guān)研究均有報(bào)道。有結(jié)果表明，通過(guò)施用生物有機(jī)肥可顯著促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)和糖分積累、對(duì)土壤理化性狀有顯著的促進(jìn)作用[4]，且對(duì)西瓜、小麥、豆角、玉米等作物均能起到提質(zhì)增產(chǎn)的作用[5-8]。也有報(bào)道表明，生物有機(jī)肥對(duì)土壤重金屬含量的降低也有作用，從而減少對(duì)作物的危害，對(duì)維持土壤中有益微生物菌群起到重要作用[9]，具有環(huán)境友好的特性?；诖耍狙芯繉?duì)連作現(xiàn)象十分嚴(yán)重的貴州威寧馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)開(kāi)展了生物有機(jī)肥改良土壤的效果試驗(yàn)，研究馬鈴薯連作下不同生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯的促生作用以及對(duì)土壤微生物種群結(jié)構(gòu)的影響，為馬鈴薯連作障礙的綜合防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2015年3月至10月在貴州省威寧縣卯關(guān)村進(jìn)行，地理位置26°52′19.7′′N(xiāo)，104°10′27.3′′E，海拔2 247 m。該區(qū)土壤類(lèi)型為黃泥土，連作2年馬鈴薯，土壤基本性狀：有機(jī)質(zhì)56.84 g/kg、全氮 1.54g/kg、堿解氮 98.43 mg/kg、全磷 0.815 g/kg、有效磷 18.75 mg/kg、全鉀10.86 g/kg、速效鉀 95.52 mg/kg、pH 5.58。

1.1.2 供試品種 威芋5號(hào)原種，由貴州省生物技術(shù)(馬鈴薯)研究所提供。

1.1.3 供試肥料 尿素(N含量460 g/kg)、過(guò)磷酸鈣(P2O5含量120 g/kg)、硫酸鉀(K2O含量500 g/kg)，均為市售；生物有機(jī)肥：GZ-I、GZ-II、GZ-III、GZ-IV，分別來(lái)源于湖南泰谷生物科技有限責(zé)任公司、北京世紀(jì)阿姆斯生物技術(shù)股份有限公司和廣東省佛山金葵子科技有限公司，總養(yǎng)分含量分別為97.1、61.9、91.4、180.7 g/kg，有機(jī)質(zhì)含量分別為588、526、222、434 g/kg，主要功能菌群均為芽孢桿菌，含量≥0.2億/g。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，3次重復(fù)，每個(gè)處理小區(qū)面積3.3 m × 8 m，采用單壟雙溝種植，1 m起壟，每壟種植2溝，每個(gè)小區(qū)種植192株。對(duì)照(CK)為當(dāng)?shù)胤N植戶(hù)常規(guī)施肥量，其余處理在常規(guī)施肥量基礎(chǔ)上，增施等量不同品種的生物有機(jī)肥，各處理肥料投入見(jiàn)表1?；手械?/2的尿素，全部的過(guò)磷酸鈣、硫酸鉀以及生物有機(jī)肥作為基肥，播種前穴施；剩余1/2的尿素塊莖膨大期追施。

表1 各處理肥料投入表(kg/hm2)

1.2.2 樣品采集與處理 試驗(yàn)于2015年9月上旬取樣，每個(gè)處理按五點(diǎn)法取0 ~ 20 cm土層土樣進(jìn)行混合，將采集的混合土壤樣品在自然條件下風(fēng)干，研磨過(guò)0.25 mm 尼龍篩備用，測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)采5株長(zhǎng)勢(shì)均勻植株樣品，洗凈表面泥土，用去離子水沖洗，放入105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中殺青15 min，60℃下烘干，粉碎過(guò)0.25 mm尼龍篩備用。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 采用常規(guī)方法測(cè)定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀；土壤微生物計(jì)數(shù)采用平板梯度稀釋培養(yǎng)法，細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)采用高氏I號(hào)培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)采用馬丁孟加拉紅培養(yǎng)基。用H2SO4-H2O2消化馬鈴薯干樣，常規(guī)方法測(cè)定全氮、全磷和全鉀[10]。馬鈴薯經(jīng)濟(jì)性狀調(diào)查按農(nóng)業(yè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置調(diào)查樣段，實(shí)取樣段內(nèi)馬鈴薯進(jìn)行考查、記載，產(chǎn)量按小區(qū)實(shí)收計(jì)算。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel、DPS和SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯出苗率及農(nóng)藝性狀的影響

從表2可知，GZ-I處理與GZ-III處理的株高較CK提高6% ~ 17.6%，尤以GZ-III處理效果最好，增量在17.6%，與其他處理差異顯著(<0.05)，其他各處理間無(wú)顯著性差異(>0.05)。與株高相同，各生物有機(jī)肥處理的莖粗與分枝數(shù)較CK均有增加，增幅分別為9.4% ~ 25.7%和23.0% ~ 41.2%，其中，GZ-III處理與GZ-IV處理莖粗無(wú)顯著性差異(>0.05)，但與其他各處理差異顯著(<0.05)；在分枝數(shù)上，各處理間無(wú)顯著性差異(<0.05)。

出苗率可以反映不同生物有機(jī)肥對(duì)作物的促生作用，與CK相比，GZ-III處理出苗率最高，較CK提高5.35%，除了CK和GZ-II處理外，其余各處理組出苗率均達(dá)到95% 以上，說(shuō)明施用生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯的促生發(fā)芽有良好的作用。GZ-II處理出苗率最低，根據(jù)苗期的調(diào)查看，該處理中未出苗的種薯并沒(méi)有腐爛，而是形成了“萌生薯”，從而影響了出苗，考慮是該生物有機(jī)肥中某些組分造成的，需要進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

表2 不同生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯出苗率及農(nóng)藝性狀的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

2.2 生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯土壤微生物的影響

從目前的研究來(lái)看，造成作物連作障礙的原因很多，包括土壤含鹽量、堿解氮含量和土壤容重逐年上升，有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量顯著下降，土壤中酚酸類(lèi)化感物質(zhì)含量(除對(duì)羥基苯甲酸外) 顯著增加，關(guān)鍵酶活性顯著下降，土壤微生物結(jié)構(gòu)失調(diào)等，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[11-12]。微生物是土壤中最具生命活性的部分，在物質(zhì)和能量傳遞、養(yǎng)分循環(huán)利用以及土壤自我修復(fù)過(guò)程中起著重要的作用[13]，有研究表明微生物群落結(jié)構(gòu)可以作為評(píng)價(jià)土壤肥力的重要活性因子，同時(shí)土壤中的有益微生物可以對(duì)土傳病害有很好的拮抗抑制作用[14]。連作體系下作物生長(zhǎng)障礙最主要的原因是土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化、失調(diào)，導(dǎo)致土傳病害嚴(yán)重，進(jìn)而影響病蟲(chóng)害發(fā)生率和作物產(chǎn)量[15-17]。因此，從調(diào)整土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，改善土壤生物環(huán)境的角度出發(fā)，通過(guò)施入有益微生物來(lái)改善土壤環(huán)境是解決連作障礙的途徑之一。

從表3中可以看出，與CK相比，施用生物有機(jī)肥后土壤中的細(xì)菌含量明顯增加，其中GZ-I處理提高最明顯，細(xì)菌含量較CK提高1倍；其次GZ-III處理；GZ-II處理細(xì)菌含量和CK相當(dāng)。各生物有機(jī)肥處理真菌含量有所減少，其中最低的是GZ-I處理，較CK減少3.8×104cfu/g；其次是GZ-III處理和 GZ-IV處理。各生物有機(jī)肥處理放線菌含量增加。從土壤中各種微生物的類(lèi)群變化來(lái)看，施用生物有機(jī)肥后土壤中各種微生物的類(lèi)群比例發(fā)生了變化，細(xì)菌含量增加，說(shuō)明土壤結(jié)構(gòu)在朝著“細(xì)菌型”的健康土壤轉(zhuǎn)變。從細(xì)菌與真菌的比例(B/F)來(lái)看，GZ-I處理的比例最高，其次是GZ-III處理，分別比CK提高5.67倍和3.2倍。土壤中的真菌大多是病原菌，通過(guò)施用生物有機(jī)肥土壤中的真菌數(shù)量明顯降低，說(shuō)明生物有機(jī)肥可以降低土壤中病原真菌的比率，減少植物病害的發(fā)生，從而促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)。同時(shí)生物有機(jī)肥可以通過(guò)改善土壤生態(tài)環(huán)境，降低自毒物質(zhì)等途徑克服連作障礙[18-21]，使土壤向著“細(xì)菌型”的健康型轉(zhuǎn)變，起到改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的作用[22-23]。

表3 不同生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯土壤微生物的影響

2.3 生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯土壤養(yǎng)分的影響

生物有機(jī)肥可以提高土壤中有效養(yǎng)分含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，有利于塊根發(fā)育和淀粉積累[24]。另外，研究表明在連作條件下土壤中有機(jī)質(zhì)含量影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[25]，土壤中增施有機(jī)肥可以提高連作黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)[26]，減少連作草莓枯萎病的發(fā)生率，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[27]，從而克服草莓連作障礙。從本試驗(yàn)生物有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響結(jié)果看，生物有機(jī)肥對(duì)提高土壤速效養(yǎng)分含量有顯著的效果，土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮、磷、鉀含量都明顯高于CK，而施用生物有機(jī)肥后的土壤pH的變化沒(méi)有明顯的規(guī)律。GZ-III處理的增肥效果最明顯，速效氮、磷、鉀分別比CK提高了10.53%、64.86% 和 69.84%，有機(jī)質(zhì)提高了8.33%。土壤肥力上升與生物有機(jī)肥富含有機(jī)質(zhì)和多種有益微生物菌系有關(guān)，其不僅能增加土壤有機(jī)質(zhì)，而且其中富含的有益微生物可以促進(jìn)土壤種養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，有利于速效養(yǎng)分的累積，提高土壤有效養(yǎng)分的含量，所以施用生物有機(jī)肥對(duì)增加土壤速效養(yǎng)分，提高土壤肥力有顯著的效果，與前人研究結(jié)果一致。

表4 不同生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯土壤養(yǎng)分的影響

2.4 生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表5可知，施用生物有機(jī)肥可以顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量，較CK增產(chǎn)7.84% ~ 52.26%。其中，GZ-I處理增產(chǎn)效果最好，為25 135 kg/hm2，較CK顯著增產(chǎn)52.26%(<0.05)；其次是GZ-IV處理，較CK增產(chǎn)46.82%；再次是GZ-III處理和GZ-II處理。這與前人研究的配施生物有機(jī)肥可以顯著地提高連作馬鈴薯、西紅柿、黃瓜等蔬菜的產(chǎn)量，降低病薯率，并有效地克服連作障礙[28-31]的結(jié)果一致。

表5 不同生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.5 生物有機(jī)肥對(duì)連作馬鈴薯薯塊養(yǎng)分和品質(zhì)的影響

從生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯薯塊養(yǎng)分的影響作用來(lái)看(表6)，4種生物有機(jī)肥均可以提高薯塊中的氮、磷、鉀含量，說(shuō)明生物有機(jī)肥可以促進(jìn)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化吸收。較CK，各生物有機(jī)肥處理對(duì)氮的吸收效果分別提高9.8% ~ 26.4%，大小順序?yàn)镚Z-II>GZ-I>GZ-IV> GZ-III；磷的含量，各生物有機(jī)肥處理分別較CK提高5.26% ~ 26.32%，最好的是GZ-II處理；鉀的含量，大小順序?yàn)镚Z-II>GZ-III>GZ-I>GZ-IV>CK，GZ-II處理最高，較CK提高21.36%。與生物有機(jī)肥可以顯著提高連作中藥材產(chǎn)量及品質(zhì)，降低藥材發(fā)病率等結(jié)果一致[32-37]。

從表7可以看出，配施生物有機(jī)肥較單施化肥的處理薯塊的品質(zhì)提高，其中施用GZ-III處理薯塊淀粉、還原性糖以及Vc含量最高，較CK分別提高67.83%、164.00% 和40.50%。GZ-II處理的粗蛋白含量最高，比CK提高26.97%，其次是GZ-III處理比CK提高25.00%。GZ-I處理和GZ-IV處理對(duì)Vc含量的影響效果相同，其余3個(gè)指標(biāo)對(duì)這兩種生物有機(jī)肥也表現(xiàn)出大體一致的響應(yīng)，說(shuō)明GZ-I和 GZ-IV兩種生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯的品質(zhì)影響一致?？傮w來(lái)看，施用生物有機(jī)肥對(duì)馬鈴薯品質(zhì)有很大的改善作用。

表6 不同生物有機(jī)肥處理對(duì)連作馬鈴薯養(yǎng)分含量的影響

表7 不同生物有機(jī)肥處理對(duì)連作馬鈴薯品質(zhì)的影響

3 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，通過(guò)配施生物有機(jī)肥，土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，土壤中的細(xì)菌/真菌比(B/F)較對(duì)照提高1.33 ~ 5.67倍；對(duì)土壤的培肥效果明顯，GZ-III處理對(duì)土壤改良作用最好，改善了土壤的微生態(tài)結(jié)構(gòu)，培肥地力。從作物的產(chǎn)量和品質(zhì)來(lái)看，施用生物有機(jī)肥對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)均有提高和改善作用，但是對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的影響效果不一致，如GZ-I處理對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和作物產(chǎn)量的作用明顯，而GZ-III處理對(duì)作物品質(zhì)提高最好。綜合對(duì)土壤培肥以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高作用，GZ-III處理效果最好，在生產(chǎn)中可以推廣應(yīng)用。

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Effects of Different Bio-organic Fertilizers on Potato Production and Soil Biochemical Characteristics in a Continuous Cropping System

LIU Lingling1,2,3, GOU Jiulan1,2,3, HE Jiafang1,2,3, FAN Chengwu1,2,3, QIN Song1,2,3*

(1 Institute of Soil and Fertilizer, Guizhou Academy of Agricutural Sciences, Guiyang 550006, China; 2 Guizhou Research Center for Agricultural Resources and Environment Engineering Technology, Guiyang 550006, China; 3 Field Monitoring Experimental Station for Cultivated Land Preservation and Agro-environment in Guizhou, Ministry of Agriculture of China, Guiyang 550006, China)

Bio-organic fertilizer is a new type of fertilizer which combines the advantages of beneficial microorganism and organic fertilizer, thus can promote the colonization and development of beneficial microorganism in soil.A field experiment was conducted to disclose the effects of different bio-organic fertilizers on potato production and soil biochemical characteristics in order to overcome the obstacle of potato continuous cropping. In this study, the emergence rates, agronomic traits, yields and qualities of Weiyu 5, a potato variety, as well as soil biological properties were compared under the same amounts of chemical fertilizer and of different bio-organic fertilizers. The results showed that bio-fertilizers improved potato production and soil nutrients and microbial community. Compared with CK (only chemical fertilizers), GZ-I treatment was the best in increasing potato yield, increased by 52.26%, and also increased the ration of bacteria to fungus (B/F) by 5.67 times. GZ-III was the best in improving potato quality, which had the highest contents of starch, reducing sugar and Vc, increased by 0.68, 1.64 and 0.41 times, respectively. Bio-fertilizers improved soil nutrient contents and soil fertility, in which GZ-III was best. In general, bio-organic fertilizer can improve soil quality and increase the yield and quality of potato under continuous cropping, GZ-I is the best in promoting yield and CZ-III is the best in promoting soil and potato qualities.

Potato; Bio-organic fertilizer; Continuous cropping; Soil microbial community

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.010

S152.4；S532

A

貴州省農(nóng)科院院專(zhuān)項(xiàng)(黔農(nóng)科院院專(zhuān)項(xiàng)[2013]010號(hào))、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)(201503127)、院地合作項(xiàng)目(院地農(nóng)科合字[2015]10號(hào))和劍河縣中藥材產(chǎn)業(yè)科技合作計(jì)劃項(xiàng)目(劍中藥科合專(zhuān)項(xiàng)[2013]4號(hào))資助。

(qs3761735@163.com)

柳玲玲(1984—)，女，山東東阿人，博士研究生，副研究員，主要從事微生物肥料研究。E-mail：yangliu8284@163.com