王一鳴，賴朝圓，張漢卿，阮云澤，趙 艷，王蓓蓓*

有機氮替代部分無機氮對香蕉生產(chǎn)和土壤性狀的影響①

王一鳴1，賴朝圓1，張漢卿1，阮云澤1，趙 艷1，王蓓蓓1*

(海南大學熱帶農(nóng)林學院，海口 570228)

改善施肥方式，利用有機肥替代部分化肥是指導農(nóng)業(yè)合理施肥、維持土壤可持續(xù)利用、保證我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。本文研究了有機氮替代部分無機氮對香蕉產(chǎn)量、品質(zhì)、枯萎病發(fā)病率及土壤微生物群落的影響，為香蕉生產(chǎn)中減少化肥使用提供理論依據(jù)。試驗共設置4個施肥處理：常規(guī)氮、磷、鉀化肥(T1)，商品有機肥替代20% 無機氮肥(T2)，商品有機肥替代30% 無機氮肥(T3)；商品有機肥替代40% 無機氮肥(T4)。測定香蕉長勢、枯萎病的發(fā)病率、產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤理化性質(zhì)、土壤可培養(yǎng)微生物。結(jié)果表明，有機氮肥替代無機氮用量的20% ~ 40% 均能滿足香蕉正常生長的需要，并且相比于單施化肥，替代處理香蕉枯萎病發(fā)病率顯著降低，香蕉產(chǎn)量顯著增加，有機氮替代無機氮顯著提高土壤有機質(zhì)，減緩土壤酸化以及提高土壤速效氮、磷、鉀含量，同時降低土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌數(shù)量和真菌數(shù)量，增加土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量，提高B/F，使土壤向細菌型土壤轉(zhuǎn)化。并且香蕉枯萎病發(fā)病率與土壤有機質(zhì)、速效氮磷鉀和可培養(yǎng)細菌呈顯著負相關，與可培養(yǎng)真菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量呈顯著正相關，主成分分析顯示T4、T3處理的土壤質(zhì)量水平最高，T2處理的土壤質(zhì)量水平次之，T1處理最低。綜上，連續(xù)有機氮替代40% 無機氮處理提高土壤質(zhì)量和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、提高土壤抑病性作用、滿足香蕉生長、提高香蕉產(chǎn)量最為顯著。

有機氮；無機氮；香蕉枯萎病；土壤微生物

香蕉(spp.)是亞熱帶銷量最大的水果，也是熱帶產(chǎn)區(qū)的重要糧食作物和經(jīng)濟作物[1]。我國不僅是香蕉消費大國，更是重要的香蕉主產(chǎn)國，主要種植區(qū)域包括廣東省、海南省、云南省等，其生產(chǎn)總產(chǎn)量居世界第三[2-4]。但香蕉枯萎病危害區(qū)域廣、程度深，已經(jīng)嚴重影響香蕉種植生產(chǎn)。由于香蕉經(jīng)濟價值高，在香蕉枯萎病嚴重的情況下，農(nóng)民反而加大施肥量，致使香蕉的施肥量逐年增加，且長期大量使用酸性或生理酸性化肥導致土壤酸化加劇[5]，引發(fā)一系列土壤問題。在海南，由于土壤肥力下降、土壤微生物群落失衡等引發(fā)的香蕉枯萎病導致香蕉種植面積銳減，從高峰期的87萬畝，降到2016年收獲面積僅26萬畝，嚴重威脅香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展[6-7]。

長期過量使用化肥導致土壤結(jié)構(gòu)退化、土壤有機質(zhì)含量下降、土壤肥力下降、土壤微生物活性和生物多樣性降低，是引發(fā)香蕉土傳枯萎病，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)的主要原因[8-9]。大量研究表明，有機肥和化學肥料配施，有利于提高土壤有機質(zhì)進而增加土壤肥力、改善土壤微生態(tài)環(huán)境和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分容量的供應強度，進而提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)[10-13]。因此，調(diào)整施肥方式，增加有機肥的投入，是維持土壤可持續(xù)利用、保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[14]。大量研究結(jié)果表明，施用有機肥或功能型生物有機肥不僅可明顯提高土壤生物活性[15-17]，而且在調(diào)控健康土壤微生物區(qū)系和防治土傳病害方面有著突出作用[18-21]。

經(jīng)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前海南的香蕉種植者，尤其是農(nóng)戶，為了追求產(chǎn)量，大量施用化肥，較少或不用有機肥，造成土壤退化進而引發(fā)香蕉連作障礙，造成減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。鑒于此，本研究采用以雞糞為原料的商品有機肥，研究有機氮肥部分替代無機氮對香蕉產(chǎn)量、品質(zhì)、枯萎病發(fā)病率以及對土壤微生物群落的影響，以期為海南蕉園合理施肥、降低枯萎病發(fā)病率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗位于海南省臨高縣新盈農(nóng)場(19°48′N，109°0′E)，屬熱帶季風氣候，年平均氣溫23 ~ 24 ℃，降雨量為1 417.8 mm。供試土壤屬玄武巖風化發(fā)育而成的紅壤，試驗前為高發(fā)病香蕉園，巴西蕉發(fā)病率大于80%，試驗前0 ~ 40 cm土層土壤基本理化性質(zhì)為：pH 5.02，有機質(zhì)含量15.10 g/kg，堿解氮189.83 mg/kg，有效磷13.45 mg/kg，速效鉀191.91 mg/kg。

1.2 供試材料

1.2.1 供試香蕉苗 香蕉品種為“寶島190”，供試種苗為海南萬鐘實業(yè)有限公司提供。

1.2.2 供試肥料 本試驗施用的肥料種類：氮肥為尿素(N 46%)、磷肥為過磷酸鈣(P2O512%)、鉀肥為氯化鉀(K2O 60%)、雞糞有機肥(N 1.2%，P2O52.4%，K2O 1.4%，有機質(zhì)45%)。雞糞有機肥由南通惠農(nóng)生物有機肥有限公司提供。

1.2.3 培養(yǎng)基配方 尖孢鐮刀菌選擇性培養(yǎng)基(1 L)：D-半乳糖20.0 g、L-天門冬酰胺2.0 g、瓊脂 20.0 g、K2HPO41.0 g、KCl 0.5 g、MgSO40.5 g、Fe-Na-EDTA 0.01 g，121 ℃高壓滅菌20 min。倒平板前每升培養(yǎng)基加入五氯硝基苯1.0 g、牛膽汁0.5 g、硫酸鏈霉素0.3 g、Na2B4O7·10H2O 1.0 g，最后用10% (/) 磷酸將pH調(diào)至3.8 ~ 4.0。

LB培養(yǎng)基(1 L)：酵母粉10 g、蛋白胨20 g、瓊脂20 g、NaCl 20 g，并用NaOH將pH調(diào)至7.0，121 ℃高壓滅菌20 min。

馬丁氏培養(yǎng)基(1 L)：蛋白胨5 g、葡萄糖10 g、瓊脂20 g、KH2PO41.0 g、MgSO40.5 g、孟加拉紅0.033 g、氯霉素0.1 g，121 ℃高壓滅菌20 min。

1.3 試驗設計

1.3.1 田間試驗 試驗開始于2015年9月，到2017年10月結(jié)束，共進行兩季試驗，其中第二季植株為第一季收獲后留芽。試驗共設置4個施肥處理：常規(guī)氮、磷、鉀化肥(T1)，商品有機肥替代20% 無機氮肥(T2)，商品有機肥替代30% 無機氮肥(T3)，商品有機肥替代40% 無機氮肥(T4)。種植密度為2 m×2 m，每小區(qū)種植50株，小區(qū)面積200 m2(4 m×50 m)，各小區(qū)之間用深30 cm、寬40 cm的排水溝隔開。各處理重復3次，按隨機排列分布，試驗區(qū)外設置保護行。各處理的肥料用量見表1。有機肥和過磷酸鈣全部作為底肥，香蕉種植前一次性施入，其余化學肥料是在香蕉生育期按照其生育特性，分為11次施入。第一季與第二季施肥情況相同。

表1 各處理有機肥和化肥用量

1.3.2 土壤樣品采集 在香蕉苗期、快速生長期和收獲期分別采集土樣。各小區(qū)隨機選取3株健康香蕉，用土鉆于植株滴水線附近隨機選取5點鉆取距地表0 ~ 20 cm耕作層土壤并混勻為1個土樣。每處理3次重復，剔除石礫等雜物后過2 mm篩，部分樣品4 ℃下保存?zhèn)溆?，部分樣品風干后用于土壤化學特性的測定。

1.3.3 植株樣品測定 在香蕉苗期和快速生長期用尺子測量香蕉株高和莖粗，其中株高為地面到香蕉倒三葉葉柄處高度、莖粗為株高1/2處莖圍，并且使用手持葉綠素儀(TYS-A)采集倒三葉葉綠素數(shù)據(jù)。

1.3.4 香蕉果實樣品采集及處理 在香蕉收獲期采集倒數(shù)第三把香蕉，使用1:500乙烯利溶液，清洗香蕉表面，放在16 ℃保存至香蕉表皮金黃時，進行香蕉品質(zhì)測定。

1.4 測定方法

1.4.1 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測定 土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌、細菌及真菌的數(shù)量均通過稀釋涂布法測定?？膳囵B(yǎng)尖孢鐮刀菌計數(shù)使用尖孢鐮刀菌選擇性培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)96 h；細菌采用LB培養(yǎng)基，30 ℃培養(yǎng)24 h；真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，28 ℃培養(yǎng)72 h。將培養(yǎng)后計數(shù)平板上形成的菌落數(shù)轉(zhuǎn)換成每克干土形成的菌落數(shù)(cfu)。各樣品中每克干土細菌菌落數(shù)與真菌菌落數(shù)之比即為可培養(yǎng)細菌與真菌的B/F值，B/F值越小，表示土壤中真菌數(shù)量越多、所占比例越大，土壤微生物區(qū)系異常，植株易發(fā)病。

1.4.2 土壤理化性質(zhì)和香蕉品質(zhì)的測定 土壤理化性質(zhì)和香蕉總酸的測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[22]。香蕉糖度測定，將香蕉和去離子水1:1混合，攪勻后使用糖度計(TD-45)測量。

1.4.3 枯萎病發(fā)病率的測定 在兩季種植中自出現(xiàn)枯萎病發(fā)病癥狀開始，每隔7 d調(diào)查1次，計算發(fā)病率，直至發(fā)病率相對穩(wěn)定。

香蕉枯萎病的發(fā)病率按下式計算：

發(fā)病率=發(fā)病植株數(shù)/調(diào)查植株總數(shù)×100% (1)

1.4.4 香蕉產(chǎn)量的測定 在兩季種植后每個小區(qū)隨機統(tǒng)計6株健康香蕉的產(chǎn)量。

香蕉產(chǎn)量按下式計算：

香蕉產(chǎn)量=平均單株產(chǎn)量××(100%–發(fā)病率)/100%(2)

式中：：每公頃種植香蕉植株數(shù)量(本試驗中按照每公頃種植2 490株計算)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用IBM Statistics SPSS 22.0軟件進行分析。其中顯著性分析使用單因素方差分析，多重比較使用LSD(<0.05)；聚類分析使用系統(tǒng)聚類分析；PCA分析，先對數(shù)據(jù)進行Z標準化，然后使用因子分析，經(jīng)過計算得到相關坐標。試驗數(shù)據(jù)處理和圖表使用Excel 2007軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機肥替代比例對香蕉植株長勢影響

各處理香蕉植株長勢見表2，結(jié)果顯示，在香蕉苗期，T4處理的株高顯著高于T1處理，較T1處理增加了22.17%， T2、T3、T4處理的莖圍顯著高于T1處理，分別增加了14.43%、24.06%、23.49%。到快速生長期，所有處理的株高、莖圍和葉綠素均無顯著性差異。這說明，有機肥替代處理，可以顯著促進香蕉苗期植株生長，特別是香蕉莖的發(fā)育。

表2 不同有機肥替代比例對香蕉植株長勢影響

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示不同處理間差異顯著 (< 0.05)，下表同。

2.2 不同有機肥替代比例對香蕉枯萎病發(fā)病率、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

各處理香蕉枯萎病發(fā)病率如圖1所示。在第一季和第二季，與純化肥對照(T1)相比，不同有機肥替代比例均能顯著降低香蕉枯萎病的發(fā)病率，第一季時，相比于T1處理，T2、T3、T4處理發(fā)病率分別降低32.91%、37.68% 和27.13%，其中，T3處理的發(fā)病率最低，為31.39%，顯著低于其他幾個處理。第二季中，與第一季結(jié)果類似，相比于T1處理，T2、T3、T4處理發(fā)病率顯著降低，但這3個處理間差異不顯著。

各處理香蕉產(chǎn)量如表3所示。第一季中，所有處理的單株產(chǎn)量間無顯著性差異，但由于有機肥部分替代的3個處理T2、T3、T4枯萎病發(fā)病率較T1顯著降低，因此T2、T3、T4處理的產(chǎn)量均顯著高于T1處理，分別增產(chǎn)28.83%、31.47% 和26.68%；第二季中，T4處理的單株產(chǎn)量與T1處理相比顯著增加，單株增產(chǎn)達26.17%。結(jié)合發(fā)病率計算的產(chǎn)量結(jié)果顯示，T2、T3、T4處理的產(chǎn)量也均顯著高于T1處理，與第一季結(jié)果一致。同時，第二季中，有機肥替代處理中，T4處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他兩個處理，這說明有機肥替代不僅不降低香蕉單株產(chǎn)量，而且在連續(xù)兩季有機肥替代40% 處理后香蕉單株產(chǎn)量還有所提高。同時，有機氮替代無機氮還可以有效降低枯萎病發(fā)病率，由此顯著增加香蕉產(chǎn)量。

(圖中小寫字母不同表示處理間差異達到P<0.05顯著水平)

表3 不同有機肥替代比例對香蕉產(chǎn)量影響

如表4所示，相比于純化肥處理T1，30% ~ 40% 有機肥替代比例(T3、T4處理)顯著降低了香蕉的總酸度，并且T4處理中香蕉總酸度最低。除T3處理顯著低于T1處理，各處理的香蕉糖度沒有顯著差異，但純化肥處理糖度最高。綜合糖度和酸度，T4處理的糖酸比顯著高于T1處理，相比于T1處理，提高了8.94%。這說明有機氮替代40% 無機氮能夠顯著降低香蕉酸度，提高香蕉品質(zhì)。

表4 不同有機肥替代比例對香蕉品質(zhì)的影響

2.3 不同有機肥替代比例對土壤養(yǎng)分的影響

各處理土壤養(yǎng)分含量如表5所示，其中T3和T4處理土壤pH顯著高于T1和T2，表明30% 和40% 有機氮替代無機氮緩解了土壤酸化。T3和T4處理土壤有機質(zhì)顯著高于T1和T2，與對照(T1)相比，T2、T3、T4處理土壤有機質(zhì)含量分別提高了5.63%、14.50% 和19.55%，說明有機替代30% 和40% 無機氮肥可以顯著提高土壤有機質(zhì)含量。同時，T2、T3、T4處理的土壤中堿解氮含量顯著高于純化肥處理，比T1處理分別提高了3.67%、10.10% 和10.05%；有效磷含量分別提高了53.18%、67.59% 和105.26%；速效鉀含量分別提高了5.74%、11.62% 和14.98%；其中，T4處理土壤中的有效磷和速效鉀含量最高，分別達到7.41和147.02 mg/kg，并且堿解氮含量與T3處理沒有顯著差異。這說明，有機氮替代30% ~ 40% 無機氮能夠顯著緩解蕉園土壤酸化，提高有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量。

表5 不同有機肥替代比例對香蕉園土壤化學性質(zhì)的影響

2.4 不同有機肥替代比例對蕉園土壤可培養(yǎng)微生物的影響

2.4.1 對連作土壤尖孢鐮刀菌數(shù)量的影響? 各處理土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌數(shù)量如圖2A所示，在整個生育期內(nèi)，T1處理尖孢鐮刀菌數(shù)量都呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。在苗期和收獲期時，T1處理尖孢鐮刀菌數(shù)量顯著高于其他3個處理。特別是收獲期時，T2、T3、T4處理的尖孢鐮刀菌數(shù)量比T1處理分別降低了41.38%、43.37% 和34.68%。結(jié)果表明，施用有機肥，可以有效降低土壤中可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌的數(shù)量。

2.4.2 對土壤真菌數(shù)量的影響 各處理土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量如圖2B所示，與T1處理相比，不同有機氮肥替代比例處理土壤中可培養(yǎng)真菌數(shù)量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。其中，苗期，T2、T3、T4處理的可培養(yǎng)真菌數(shù)量比T1處理降低了13.45%、32.76% 和29.31%；收獲期，T2、T3、T4處理的可培養(yǎng)真菌數(shù)量比T1處理減少了45.50%、59.50% 和64.50%。結(jié)果表明，施用有機肥，可以有效降低土壤中可培養(yǎng)真菌的數(shù)量，并且有機肥替代比例越高，土壤可培養(yǎng)真菌數(shù)量越低。

2.4.3 對土壤細菌數(shù)量的影響 各處理土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量如圖2C所示，在整個生育期內(nèi)，4個處理的細菌數(shù)量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢。其中，苗期，T2、T3、T4處理的可培養(yǎng)細菌數(shù)量比T1處理增加了17.07%、39.02% 和85.37%；收獲期，T3、T4處理比T1處理可培養(yǎng)細菌數(shù)量增加了27.84% 和28.91%；同時，縱觀整個生育期，T4處理中可培養(yǎng)細菌數(shù)量都顯著高于其他3個處理。結(jié)果表明，有機肥替代比例越高，土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量越高。

2.4.4 不同有機肥替代比例對細菌真菌比值(B/F)的影響 不同有機肥替代比例對細菌真菌比值影響如圖2所示，在香蕉苗期和收獲期時，純化肥處理T1的土壤中B/F基本相似，不同比例有機替代處理的土壤中B/F從香蕉苗期到收獲期緩慢上升，在收獲期時，相比于T1處理，T2、T3、T4處理的土壤B/F值分別增加了96.87%、215.72% 和263.12%，其中T4處理土壤中B/F在苗期和收獲期均最高，分別為32.11和50.52。B/F值越小，表示土壤中真菌數(shù)量越多、所占比例越大，土壤微生物區(qū)系異常，植株易發(fā)病。因此表明，添加有機肥可以提高土壤B/F值，有機肥替代比例越高，B/F越大。

2.5 相關性分析、聚類分析和主成分分析

香蕉枯萎病的發(fā)病率與土壤理化性質(zhì)及微生物數(shù)量相關性如表6所示，其中，香蕉枯萎病發(fā)病率與土壤速效養(yǎng)分(堿解氮、有效磷和速效鉀)呈極顯著負相關，并與土壤有機質(zhì)呈顯著負相關，同時與收獲期時土壤可培養(yǎng)細菌數(shù)量有著顯著負相關，而與可培養(yǎng)真菌數(shù)量和尖孢鐮刀菌數(shù)量有著極顯著正相關關系。這些因子是影響香蕉枯萎病發(fā)病率并且造成處理間土壤生態(tài)環(huán)境變化的主要因子。

圖2 不同有機肥替代比例對香蕉園土壤尖孢鐮刀菌(A)、真菌(B)、細菌(C)數(shù)量的影響

表6 香蕉枯萎病發(fā)病率與土壤理化性狀和土壤微生物的相關性分析

注：*、** 分別表示相關性達到< 0.05和< 0.01 顯著水平。

對不同處理的可培養(yǎng)土壤微生物進行聚類分析(圖3A)表明，T1處理和有機肥替代無機氮肥處理在聚類中最先分為兩簇，有機肥替代無機氮肥處理改變了土壤可培養(yǎng)微生物結(jié)構(gòu)，與T1差異很大，說明有機肥替代無機氮肥處理對土壤可培養(yǎng)微生物具有明顯的影響。在有機肥替代無機氮肥處理中，T2和T3、T4處理的各重復在聚類中聚在一起，并分為兩簇，T3、T4處理的聚在一起，這可能與T3處理和T4處理差異較小有關。

通過5個土壤化學性質(zhì)指標和3種土壤可培養(yǎng)微生物組成的土壤生物肥力指標的主成分分析(圖3B)，矢量線段代表因子負荷，點代表處理，兩個主要成分PC1和PC2的貢獻率分別為84.93% 和7.49%。同時，各施肥土壤質(zhì)量水平在PC1上的分異程度明顯大于在PC2上的分異程度，這與PC1對土壤質(zhì)量水平的方差貢獻率較大有關[23]。

根據(jù)因子負荷，可以看出有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和土壤可培養(yǎng)細菌在PC1有較高負荷，土壤可培養(yǎng)真菌、可培養(yǎng)病原菌和pH在PC2有較高負荷。由以上分析可知對于PC1上的因子與香蕉枯萎病發(fā)病率呈顯著相關性，同時香蕉枯萎病發(fā)病率與PC1得分呈極顯著負相關(-0.784**)。

圖3 不同有機肥替代比例處理香蕉園土壤基于可培養(yǎng)微生物的聚類(A)和主成分(B)分析

根據(jù)處理得分，4個處理可以明顯分為3個部分，第一部分為T1處理，第二部分為T2處理，第三部分為T3、T4處理，這也與聚類情況較為相似。在以PC1所代表的土壤質(zhì)量水平上，各施肥土壤質(zhì)量水平大小依次為T4＞T3＞T2＞T1。結(jié)果表明，有機替代比例越高，抵御香蕉枯萎病的能力越高。

3 討論

施肥是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中提高作物產(chǎn)量的重要措施，為了單純地追求效率和產(chǎn)量而過量施用化肥是導致我國土壤肥力下降并誘發(fā)土傳病害的主要原因之一[24]。施用有機肥是緩解土壤退化等問題的重要手段之一，有機肥分解緩慢，具有長效性，但單純的有機肥并不能滿足作物生長前期的養(yǎng)分需求。一定比例的有機無機肥料配施，不僅能滿足當季作物生長獲得較高的產(chǎn)量，而且能在一定程度上提高土壤肥力[25-26]。陶磊等[27]研究發(fā)現(xiàn)有機肥或生物有機質(zhì)替代化肥20% ~ 40% 能夠滿足棉花的生長，并未降低棉花的產(chǎn)量。而目前在海南省大規(guī)模香蕉生產(chǎn)中，需要施入的氮量約為600 kg/hm2左右[28]。因此本試驗以540 kg/hm2施氮量為基準，設置不同梯度的有機氮替代化學氮肥的田間試驗，并參考他人研究結(jié)果及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，設置最高替代比例為40%。研究結(jié)果表明，減少20% ~ 40% 的無機氮肥用量情況下，分別配施9 000 ~ 18 000 kg/hm2有機肥，可以使香蕉單產(chǎn)達到與化學肥料施用相同的效果，并在第二季有機替代達到40% 時，香蕉單產(chǎn)顯著提高，同時香蕉品質(zhì)無明顯差異。由于有機氮部分替代無機氮處理能夠顯著降低香蕉枯萎病的發(fā)病率，減少香蕉植株的損失，因此，有機氮部分替代無機氮既可以維持香蕉持續(xù)高產(chǎn)，又可以顯著提高香蕉單位面積產(chǎn)量。

研究表明，有機肥可以增加土壤中有機質(zhì)含量，使土壤形成良好的團聚體結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分，從而增強土壤保肥供肥能力[29]。本研究結(jié)果顯示，施用有機肥可以有效提高土壤有機質(zhì)含量，有機肥施用比例越高，土壤中有機質(zhì)含量越高，這與Guo等[30]研究相一致。同時，研究表明，在香蕉園中，單純的施用無機肥會導致土壤pH不同程度降低[31-32]，本研究中，有機肥部分替代無機氮肥處理與對照相比，能夠顯著減弱土壤的酸化，可以提高土壤全氮量、速效鉀和有效磷含量，同時有機質(zhì)對速效養(yǎng)分的吸附可減少速效養(yǎng)分的流失，因此有機肥既可保證足量的速效養(yǎng)分，又減少了養(yǎng)分流失，并且隨著有機肥替代比例的增加，土壤速效養(yǎng)分含量也呈增加趨勢。

目前主成分分析法在土壤質(zhì)量評價中正得到大量的應用[33-36]。通過5個土壤化學性質(zhì)和3種土壤可培養(yǎng)微生物組成的土壤生物肥力指標的主成分分析結(jié)果得出，各施肥土壤質(zhì)量水平在PC1上的分異程度大于PC2，同時香蕉枯萎病發(fā)病率與PC1得分呈極顯著負相關。因此，有機肥替代無機氮有利于土壤質(zhì)量水平的提高、降低香蕉枯萎病的發(fā)病率，這種提高是由土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀的含量差異引起的，同時這與鄧曉等[37]的調(diào)研結(jié)果相一致。并且隨著有機替代比例提高，在PC1上的得分越高，土壤抑病性程度也呈現(xiàn)增加趨勢。

土壤微生物對土壤養(yǎng)分循環(huán)和土壤有機質(zhì)的分解有著重要的作用，土壤微生物數(shù)量是反映土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標[38]。程萬莉等[39]認為，有機肥替代部分化肥能明顯增加土壤細菌等數(shù)量，抑制了真菌的生長，改變了土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)組成。本研究中有機無機肥配施處理均能顯著降低土壤真菌數(shù)量。在替代比例為30% ~ 40% 的處理中，與化肥處理相比，土壤中可培養(yǎng)細菌的數(shù)量顯著提高，真菌數(shù)量顯著降低。同時細菌真菌比是評價土壤生態(tài)的一個重要指標，土壤細菌真菌比(B/F)越大，土壤肥力越高，抑病能力越強[40-42]。本研究結(jié)果顯示，隨著有機肥替代比例的增高，B/F也逐漸增大，B/F越大表示土壤中真菌數(shù)量越少、所占比例越小，土壤微生物區(qū)系正常，植株難發(fā)病。隨著有機肥替代比例增加，土壤向細菌型轉(zhuǎn)化的趨勢越明顯。

本試驗在有機氮肥替代30% ~ 40% 無機氮肥的情況下，顯著提高土壤有機質(zhì)含量，顯著提高土壤pH，改良土壤，提高土壤養(yǎng)分供應水平，顯著提高速效養(yǎng)分例如堿解氮、有效磷和速效鉀的含量；并且顯著減少土壤可培養(yǎng)尖孢鐮刀菌和真菌數(shù)量，顯著增加土壤可培養(yǎng)細菌的數(shù)量，提高土壤細菌B/F，增強土壤的抑病性。在提高土壤肥力的同時對土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了影響, 從而顯著降低香蕉枯萎病的發(fā)生，提高香蕉產(chǎn)量。本研究結(jié)果可為海南香蕉生產(chǎn)上持續(xù)利用有機肥替代部分無機氮肥施用提供理論參考。

[1] Heslop-Harrison J S. Domestication, genomics and the future for banana[J]. Annals of Botany, 2007, 100(5): 1073–1084

[2] 艾建安, 熊瑞權(quán), 董麗萍,等. 2015年廣東香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢與對策建議[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2016, 43(4): 11–15

[3] 江林. 香蕉鐮刀菌枯萎病拮抗細菌的篩選及其抗菌物質(zhì)的初步研究[D]. ?？? 海南大學, 2011

[4] 劉海清, 方佳. 中國香蕉產(chǎn)業(yè)的國際競爭力研究[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2010, 31(5): 565–569

[5] 樊小林, 李進. 堿性肥料調(diào)節(jié)香蕉園土壤酸度及防控香蕉枯萎病的效果[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2014, 20(4): 938–946

[6] 沈宗專. 抑制香蕉土傳枯萎病土壤的微生物區(qū)系特征及調(diào)控[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學, 2015

[7] 王芳, 過建春, 柯佑鵬, 等. 2016年我國香蕉產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告及2017年發(fā)展趨勢[J]. 中國熱帶農(nóng)業(yè), 2017(3): 25–29

[8] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327: 1008–1010

[9] Zhong W H, Cai Z C. Long-term effects of inorganic fertilizers on microbial biomass and community functional diversity in a paddy soil derived from quaternary red clay[J]. Applied Soil Ecology, 2007, 36(2/3): 84–91

[10] 李彥, 孫翠平, 井永蘋, 等. 長期施用有機肥對潮土土壤肥力及硝態(tài)氮運移規(guī)律的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2017, 36(7): 1386–1394

[11] 郭振, 王小利, 徐虎, 等. 長期施用有機肥增加黃壤稻田土壤微生物量碳氮[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2017, 23(5): 1168–1174

[12] 黃婷, 荀衛(wèi)兵, 張瑞福. 長期不同施肥對北方旱地輪作土壤有機質(zhì)和作物產(chǎn)量影響的抽樣調(diào)查[J]. 浙江農(nóng)林大學學報, 2017, 34(2): 253–260

[13] 朱寶國, 于忠和, 王囡囡, 等. 有機肥和化肥不同比例配施對大豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 大豆科學, 2010, 29(1): 97–100

[14] Khaliq A, Abbasi M K, Hussain T. Effects of integrated use of organic and inorganic nutrient sources with effective microorganisms (EM) on seed cotton yield in Pakistan[J]. Bioresource Technology, 2006, 97(8): 967–972

[15] 林新堅, 王飛, 蔡海松, 等. 不同有機肥源對土壤微生物生物量及花生產(chǎn)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2009, 17(2): 235–238

[16] 胡可, 李華興, 盧維盛, 等. 生物有機肥對土壤微生物活性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2010, 18(2): 303–306

[17] Plaza C, Hernández D, García-Gil J C, et al. Microbial activity in pig slurry-amended soils under semiarid conditions[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2004, 36(10): 1577–1585

[18] 姜麗娜, 敬巖, 符建榮, 等. 有機肥提升高產(chǎn)稻田生產(chǎn)力及土壤生物活性作用研究[J]. 土壤通報, 2010, 41(4): 892–897

[19] Tao R, Liang Y, Wakelin S A, et al. Supplementing chemical fertilizer with an organic component increases soil biological function and quality[J]. Applied Soil Ecology, 2015, 96: 42–51

[20] Feng Y, Chen R, Hu J, et al. Bacillus asahii, comes to the fore in organic manure fertilized alkaline soils[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2015, 81: 186–194

[21] Li J, Cooper J M, Lin Z, et al. Soil microbial community structure and function are significantly affected by long-term organic and mineral fertilization regimes in the North China Plain[J]. Applied Soil Ecology, 2015, 96: 75–87

[22] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000

[23] 陳吉, 趙炳梓, 張佳寶, 等. 主成分分析方法在長期施肥土壤質(zhì)量評價中的應用[J]. 土壤, 2010, 42(3): 415–420

[24] 曹勝, 周衛(wèi)軍, 王凡榮, 等. 東安縣水稻測土配方施肥專家信息系統(tǒng)研制與推廣示范[J]. 農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡信息, 2015(9): 66–71

[25] 郝小雨, 高偉, 王玉軍, 等. 有機無機肥料配合施用對設施番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤硝態(tài)氮淋失的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2012, 31(3): 538–547

[26] 宋永林, 唐華俊, 李小平. 長期施肥對作物產(chǎn)量及褐潮土有機質(zhì)變化的影響研究[J]. 華北農(nóng)學報, 2007, 22(Z1): 100–105

[27] 陶磊, 褚貴新, 劉濤, 等. 有機肥替代部分化肥對長期連作棉田產(chǎn)量、土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響[J]. 生態(tài)學報, 2014, 34(21): 6137–6146

[28] 林木森, 王娟, 范志榮, 等. 云南河口山地香蕉測土配方施肥的田間肥料效應研究[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學, 2017, 37(6): 18–22

[29] 張靚, 梁成華, 杜立宇, 等. 長期定位施肥條件下蔬菜保護地土壤微團聚體組成及有機質(zhì)狀況分析[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報, 2007, 38(3): 331–335

[30] Guo L, Wu G, Li Y, et al. Effects of cattle manure compost combined with chemical fertilizer on topsoil organic matter, bulk density and earthworm activity in a wheat–maize rotation system in Eastern China[J]. Soil & Tillage Research, 2016, 156: 140–147

[31] Yang X, Ren W, Sun B, et al. Effects of contrasting soil management regimes on total and labile soil organic carbon fractions in a loess soil in China[J]. Geoderma, 2012, 177/178: 49–56

[32] 龍光強, 蔣瑀霽, 孫波. 長期施用豬糞對紅壤酸度的改良效應[J]. 土壤, 2012, 44(5): 727–734

[33] 張亞鴿, 史彥江, 吳正保, 等. 基于主成分分析的棗園土壤肥力綜合評價[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報, 2016, 29(5): 1156–1160

[34] 呂真真, 吳向東, 侯紅乾, 等. 有機-無機肥配施比例對雙季稻田土壤質(zhì)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2017, 23(4): 904–913

[35] 栗麗, 李廷亮, 孟會生, 等. 菌劑與肥料配施對礦區(qū)復墾土壤養(yǎng)分及微生物學特性的影響[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2016(6): 1156–1160

[36] 馬忠明, 王平, 陳娟, 等. 適量有機肥與氮肥配施方可提高河西綠洲土壤肥力及作物生產(chǎn)效益[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2016, 22(5): 1298–1309

[37] 鄧曉, 李勤奮, 侯憲文, 等. 蕉園土壤因子與香蕉枯萎病發(fā)病的相關性研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2012, 21(3): 446–454

[38] Gil-Sotres F, Trasar-Cepeda C, Leirós M C, et al. Different approaches to evaluating soil quality using biochemical properties[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2005, 37(5): 877–887

[39] 程萬莉. 有機肥替代部分化肥對馬鈴薯根際微生群落功能多樣性的影響[D]. 蘭州: 甘肅農(nóng)業(yè)大學, 2015

[40] Liu X, Herbert S J. Fifteen years of research examining cultivation of continuous soybean in northeast China: A review[J]. Field Crops Research, 2002, 79(1): 1–7

[41] Yao H, Wu F. Soil microbial community structure in cucumber rhizosphere of different resistance cultivars to fusarium wilt[J]. Fems Microbiology Ecology, 2010, 72(3): 456–463

[42] 柳玲玲, 芶久蘭, 何佳芳, 等. 生物有機肥對連作馬鈴薯及土壤生化性狀的影響[J]. 土壤, 2017, 49(4): 706–711

Effects of Partial Substitution of Chemical Nitrogen with Organic Fertilizer on Banana Production and Soil Properties with Serious Disease Incidence

WANG Yiming1, LAI Chaoyuan1, ZHANG Hanqin1, RUAN Yunze1, ZHAO Yan1, WANG Beibei1*

(Institute of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228, China)

Partially replacing chemical fertilizer with organic fertilizer is the inevitable trend in guiding the rational fertilization, maintaining soil sustainable utilization and ensuring agriculture sustainable development in China. This study investigated the effects of partially replacing chemical nitrogen fertilizer (CNF) with organic fertilizer on the yield, quality and wild disease incidence of banana as well as soil microflora in order to provide theoretical basis for reducing the usage amount of CNF in the banana production. Fourtreatments were designed: T1, conventional CNF; T2, 20% of CNF replaced by organic nitrogen fertilizer (ONF); T3, 30% of CNF replaced by ONF; T4, 40% of CNF replaced by ONF. The growing conditions, disease incidence, yield and quality of banana, the nutrients and the amount of culturable microbial in soils were measured. The results showed that 20% to 40% of CNF replaced by ONF could meet the normal growth need of banana. Moreover, compared with T1, the substitution treatments (T2, T3 and T4) significantly increased the banana yield, meanwhile significantly reduced the disease incidence of banana fusarium wilt. In addition, the substitution treatments enhanced the contents of soil organic matter, available nitrogen, phosphor and potassium and mitigated soil acidification, which were all significantly negatively correlated with disease incidence. Furthermore, the quantities of culturable soil fungi and culturable fusarium were reduced, which were significantly positively correlated with disease incidence, and the quantity of culturable soil bacteria and B/F ratio were increased in the substitution treatments, principle components analysis showed that T4 and T3 treatments had the highest soil qualities, followed by T2, and T1 was the lowest. In conclusion, 30%-40% substitution treatment is optimal in promoting soil quality and improving soil microbial community structure for banana production.

Organic N; Inorganic N;wild disease; Soil microbial

國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0202101)、海南省自然科學基金項目(317040)和國家自然科學基金項目(31672239)資助。

345814069@qq.com)

王一鳴(1993—)，男，山東煙臺人，碩士研究生，主要研究方向為土壤微生物。E-mail: 2572277461@qq.com

S963.91

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.05.006