張倩倩, 付增朋, 綦蘭蘭, 劉 珍, 韋 青, 梁 華, 梁傳勤, 張 玉, 蘇芳芳, 馬高升

(1.山東創(chuàng)微作物營(yíng)養(yǎng)有限公司 山東泰安 271000;2.山東泰開(kāi)生態(tài)科技有限公司 山東青島 266000)

有機(jī)肥是指畜禽糞便、植物秸稈等含碳有機(jī)物料經(jīng)發(fā)酵腐熟制成的產(chǎn)品,具有提高土壤肥力、提供植物營(yíng)養(yǎng)的功能。生物有機(jī)肥一般是指利用有機(jī)肥原料經(jīng)腐熟和無(wú)害化處理后與特定功能微生物結(jié)合制備而成的產(chǎn)品,兼具有機(jī)肥料和生物肥料的功能。生物有機(jī)肥對(duì)改善土壤理化性狀、提高土壤肥力和土壤微生物數(shù)量、供給作物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等具有一定的效果,同時(shí)還能對(duì)秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物進(jìn)行肥料資源化利用,故開(kāi)發(fā)生物有機(jī)肥是我國(guó)發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的有效途徑之一[1-2]。據(jù)研究報(bào)道,與未使用和施用普通有機(jī)肥相比,施用生物有機(jī)肥的作物產(chǎn)量、品質(zhì)有明顯的提高,土壤的有機(jī)質(zhì)含量、有效養(yǎng)分含量也有一定幅度的提高,且在經(jīng)濟(jì)作物上施用的效果更為明顯[2-4]。設(shè)施蔬菜因常年過(guò)量施用化肥、肥料配比不合理等原因,導(dǎo)致設(shè)施土壤質(zhì)量下降,作物產(chǎn)量和品質(zhì)與肥料投入不成正比,作物抗逆能力變差[4-5]。生物有機(jī)肥因具有以上功能,可作為設(shè)施蔬菜主要推廣施用的肥料品種之一,對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

番茄屬茄科類作物,果菜兩用,是我國(guó)重要的設(shè)施蔬菜之一,在我國(guó)各省均有種植,深受消費(fèi)者青睞。設(shè)施番茄是番茄的主要栽培方式之一,為提高設(shè)施番茄產(chǎn)量,許多種植戶大量投入化肥,過(guò)量施肥引起土壤酸化、次生鹽漬化,造成土壤質(zhì)量下降,微生物群落結(jié)構(gòu)失衡,土傳病害加重,番茄產(chǎn)量、品質(zhì)不增反降,已嚴(yán)重制約設(shè)施番茄的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。研究表明,有機(jī)肥或生物有機(jī)肥部分替代化肥,可在穩(wěn)定番茄產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,顯著改善番茄品質(zhì),并且連年施用后,土壤環(huán)境明顯改善[6]。還有研究報(bào)道,降低化肥用量,增施生物有機(jī)肥,能夠顯著降低番茄果實(shí)中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量,同時(shí)在一定程度上提高番茄紅素含量[6-7]?？总S[7]研究發(fā)現(xiàn),連年僅施用化肥的設(shè)施番茄土壤中有機(jī)質(zhì)含量降低、土傳病害發(fā)病率增加,而連年施用生物有機(jī)肥的設(shè)施番茄土壤中有機(jī)質(zhì)含量呈遞增趨勢(shì),且土傳病害的發(fā)病率較低。本文以番茄作為研究對(duì)象,以常規(guī)施肥為對(duì)照,設(shè)置普通有機(jī)肥、滅菌有機(jī)肥、加菌有機(jī)肥(生物有機(jī)肥)處理,研究不同施肥處理對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤理化性狀的影響,以期探索出施用生物有機(jī)肥改善土壤環(huán)境及促進(jìn)番茄生長(zhǎng)的機(jī)理,為生物有機(jī)肥的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)在山東省泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)西良甫村。供試土壤基本理化性狀:w(堿解氮)為76.5 mg/kg,w(有效磷)為53.2 mg/kg,w(速效鉀)為176 mg/kg,w(有機(jī)質(zhì))為20.7 g/kg,可溶性鹽濃度(EC)為604 μS/cm,pH為5.87。

1.2 試驗(yàn)材料

供試番茄:毛粉802號(hào)。

供試肥料:復(fù)合肥料,N-P2O5-K2O=15-15-15;普通有機(jī)肥,稻殼、雞糞經(jīng)發(fā)酵腐熟制成產(chǎn)品;滅菌生物有機(jī)肥,稻殼、雞糞、花生殼、牛糞混合物料經(jīng)發(fā)酵腐熟后高溫滅菌制成產(chǎn)品;加菌生物有機(jī)肥,稻殼、雞糞、花生殼、牛糞混合物料經(jīng)發(fā)酵腐熟后加入微生物菌劑制成產(chǎn)品;微生物菌劑,含枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌。以上肥料由山東泰開(kāi)生態(tài)科技有限公司提供。

1.3 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理,即不施肥處理(CK)、普通有機(jī)肥處理(T1)、滅菌生物有機(jī)肥處理(T2)、加菌生物有機(jī)肥處理(T3)。每個(gè)處理3次重復(fù),各處理隨機(jī)分布。盆栽容器采用含透水孔的泡沫種植箱(長(zhǎng)×寬×高=60 cm×40 cm×30 cm),底部鋪上紗網(wǎng),平鋪一層厚度約2 cm、過(guò)2 mm篩的細(xì)沙。番茄首先統(tǒng)一育苗,待苗長(zhǎng)至10 cm左右時(shí)移栽至泡沫種植箱內(nèi),每箱種植3株。各施肥處理的肥料用量為1 800 kg/hm2,折合每箱施肥0.043 2 kg。移苗后澆水、防蟲(chóng)等管理措施一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

番茄產(chǎn)量:按番茄4穗果的采摘期進(jìn)行計(jì)產(chǎn),在番茄第一穗果成熟時(shí)開(kāi)始采摘,采摘周期為每2天采摘一次,直至第4穗果采摘結(jié)束,每次采摘后單獨(dú)計(jì)數(shù)稱重[8]。

番茄品質(zhì):番茄含糖量采用手持折光儀(0-32型便攜式糖度計(jì))進(jìn)行測(cè)定[9]。

土壤理化性狀:土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法測(cè)定;土壤有效磷含量用0.5 mol/L NaHCO3浸提,鉬藍(lán)比色法測(cè)定;土壤速效鉀含量用CH3COONH4浸提,火焰光度法測(cè)定;土壤有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法測(cè)定;土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定;土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定[10]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SAS 9.3軟件進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析與繪圖,采用最小顯著極差法(LSD)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

不同施肥處理的番茄產(chǎn)量差異明顯,見(jiàn)表1。

表1 不同施肥處理的番茄產(chǎn)量

由表1可知:施用3種肥料均能提高番茄的單果質(zhì)量;與CK處理相比,T2處理的單株果數(shù)有所降低;在單株產(chǎn)量上,T1、T2、T3處理較CK處理分別顯著提高了32.72%、12.67%、38.13%;與T2處理相比,T1和T3處理的單株產(chǎn)量顯著提高了17.79%和22.60%,T3處理的效果最好。這可能是由于滅菌生物有機(jī)肥能將有益、有害微生物全部殺死;普通有機(jī)肥會(huì)帶有少許微生物;加菌生物有機(jī)肥是在有機(jī)肥的基礎(chǔ)上加入一定量的有益微生物,改善了根際土壤微生物群落結(jié)構(gòu),促進(jìn)了礦質(zhì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,刺激了番茄根系生長(zhǎng),提高了根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用,從而能提高番茄的產(chǎn)量。

2.2 不同施肥處理對(duì)番茄含糖量的影響

含糖量是番茄的重要品質(zhì)指標(biāo),會(huì)影響番茄的口感及風(fēng)味。常年施用化肥,番茄含糖量會(huì)有一定程度的下降,增施生物有機(jī)肥后對(duì)番茄的含糖量有正效應(yīng)。不同施肥處理的番茄含糖量見(jiàn)圖1,圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05),下同。

圖1 不同施肥處理的番茄含糖量

由圖1可知:施用普通有機(jī)肥、滅菌生物有機(jī)肥、加菌生物有機(jī)肥均可提高番茄的含糖量;T1、T2處理的番茄含糖量與CK處理的相比差異不顯著,T3處理的番茄含糖量較CK處理的提高23.48%,差異顯著。說(shuō)明大量有益微生物在促進(jìn)番茄根系生長(zhǎng)的同時(shí),提高了番茄對(duì)各種養(yǎng)分的吸收利用和轉(zhuǎn)化,從而改善了番茄的品質(zhì)。

2.3 不同施肥處理對(duì)番茄根際微生物數(shù)量的影響

作物近根區(qū)(<5 cm)土壤微生物可以看作是根際微生物,根際微生物在土壤養(yǎng)分礦化以及C、N、P元素循環(huán)等方面起著重要的作用;同時(shí),根際微生物在自身活動(dòng)過(guò)程中會(huì)分泌有機(jī)酸,可促進(jìn)根系對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。不同施肥處理的番茄根際土壤微生物總量及種類明顯不同,見(jiàn)圖2。

圖2 不同施肥處理的番茄根際微生物數(shù)量

由圖2可知:與CK處理相比,T1處理的真菌和放線菌數(shù)量降低,細(xì)菌數(shù)量提高,但整體差異未達(dá)顯著性水平;T2處理未對(duì)放線菌數(shù)量產(chǎn)生顯著影響,但顯著降低了細(xì)菌和真菌數(shù)量;T3處理的細(xì)菌數(shù)量顯著增加,真菌、放線菌數(shù)量顯著降低,與CK處理相比,細(xì)菌數(shù)量增加了近800倍,真菌和放線菌數(shù)量平均降低了36.4%。以上表明普通有機(jī)肥自身攜帶的微生物數(shù)量較少,對(duì)根際土壤各菌種的數(shù)量和種類影響不顯著;滅菌生物有機(jī)肥不攜帶微生物,對(duì)與其呈競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的其他微生物數(shù)量影響不大,故其難以影響根際微生物數(shù)量;加菌生物有機(jī)肥中加入了外源微生物菌,有機(jī)肥載體適宜外源菌生長(zhǎng),故加菌生物有機(jī)肥提高了有益微生物菌的數(shù)量,因此土壤中微生物的變化趨勢(shì)與滅菌生物有機(jī)肥相反。

2.4 不同施肥處理對(duì)土壤容重的影響

常年施用化肥,土壤出現(xiàn)板結(jié),容重增大,土壤大孔隙數(shù)量減少,透水、透氣性變差。增施生物有機(jī)肥后,土壤容重發(fā)生變化,且不同處理間土壤容重差異顯著,見(jiàn)圖3。

圖3 不同施肥處理的土壤容重

由圖3可知:與CK處理相比,T1、T2、T3處理的土壤容重均顯著降低,降幅為5.5%～9.5%;與T1處理相比,T2、T3處理的土壤容重也顯著降低,而T2與T3處理間土壤容重?zé)o顯著性差異。以上表明,增施有機(jī)肥能調(diào)節(jié)土壤物理性狀,降低土壤容重,提高土壤透水、透氣性,增大土壤的疏松度,且以加菌生物有機(jī)肥處理的效果最顯著。這可能是微生物自身代謝分泌物促進(jìn)了各種有機(jī)物質(zhì)的分解。

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

加菌生物有機(jī)肥因添加了功能菌,不僅能改善土壤環(huán)境,還能在一定程度上提供作物所需要的營(yíng)養(yǎng),活化一部分土壤礦質(zhì)養(yǎng)分來(lái)增加土壤養(yǎng)分的供應(yīng)。不同施肥處理的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量有較大差別,見(jiàn)表2。

表2 不同施肥處理的土壤養(yǎng)分含量

由表2可知:與CK處理相比,3種有機(jī)肥處理均顯著提高了土壤中堿解氮、速效鉀和有效磷的含量,處理間關(guān)系均為T3>T1>T2;與T1處理相比,T3處理的堿解氮、速效鉀和有效磷的含量分別提高了10.9%、15.1% 和26.0%,差異顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量很難在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變,但在施用大量有機(jī)肥后,土壤的有機(jī)質(zhì)含量也出現(xiàn)了一定程度的提高,且T3處理的效果較好,較T1、T2處理分別提高了7.54%、6.27%。3種有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)理論投入量為810 kg/hm2(按產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%、有機(jī)肥投入量1 800 kg/hm2計(jì)),生物有機(jī)肥投入后在短時(shí)間內(nèi)形成了碳固持,提高了土壤的有機(jī)質(zhì)含量,隨著被土壤中的微生物分解轉(zhuǎn)化,可分解成小分子物質(zhì)被作物吸收。有機(jī)質(zhì)在分解過(guò)程中也會(huì)加速礦質(zhì)養(yǎng)分的活化,釋放更多的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),這與土壤中養(yǎng)分含量增加呈正相關(guān)。

2.6 不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性與植物生物量之間有顯著的正相關(guān)性,與土壤養(yǎng)分、pH、土壤微生物數(shù)量呈正相關(guān)。有機(jī)肥(包括畜肥和秸稈堆肥)的加入均顯著提高了脲酶、堿性磷酸酶、脫氫酶的活性,有機(jī)肥與化肥配施比單用化肥能提高土壤酶活性[12]。由表3可知,CK處理與T2處理的脲酶、過(guò)氧化氫酶、脫氫酶、中性磷酸酶以及蔗糖酶的活性均無(wú)顯著性差異;T1、T3處理則顯著提高了過(guò)氧化氫酶、脲酶和脫氫酶的活性,且T3處理與T1處理間也達(dá)到了差異顯著性水平,與T1處理相比,T3處理的脲酶、過(guò)氧化氫酶和脫氫酶的活性分別提高了46.04%、9.10%和15.14%,而中性磷酸酶和蔗糖酶的活性差異不顯著。由此表明,加菌尤其是加入一些特定功能菌對(duì)土壤酶活性的影響是比較大的。

表3 不同施肥處理的土壤酶活性

3 討論

3.1 生物有機(jī)肥對(duì)土壤理化性狀及根際微生物的影響

生物有機(jī)肥中含有一定量的有機(jī)質(zhì)、氨基酸、蛋白質(zhì)、多糖類物質(zhì)和細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物菌,施入土壤后可有效提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量、改變土壤的理化性狀、減少營(yíng)養(yǎng)元素的固定,還可通過(guò)微生物自身的代謝活動(dòng)來(lái)提高土壤的通氣性和保水保肥能力;同時(shí),生物有機(jī)肥中含有的功能微生物可在根際定植形成優(yōu)勢(shì)菌落,各微生物菌通過(guò)自身的代謝活動(dòng)及代謝產(chǎn)物來(lái)提高土壤酶的活性,加速土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和運(yùn)移,最終提高土壤中有效養(yǎng)分的含量[4,13]。

據(jù)研究報(bào)道,在木薯地上施用生物有機(jī)肥,可在一定程度上降低土壤容重,提高土壤孔隙度,增強(qiáng)土壤通氣性,同時(shí)增施生物有機(jī)肥還可增加土壤中有機(jī)碳含量,提高土壤有效養(yǎng)分的含量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),增施生物有機(jī)肥顯著改善了土壤理化性狀,降低了土壤容重,增加了土壤養(yǎng)分的供應(yīng),尤其是堿解氮、有效磷、速效鉀,同時(shí)還顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)的含量,增加了碳固持。

研究表明,施用生物有機(jī)肥增加了土壤中有益微生物的數(shù)量,同時(shí)提高了脲酶和過(guò)氧化氫酶等土壤酶的活性,最終增加作物產(chǎn)量[14-15]。試驗(yàn)表明,與CK處理相比,施用滅菌生物有機(jī)肥顯著降低了根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量,施用加菌生物有機(jī)肥則顯著提高了土壤中的細(xì)菌數(shù)量,降低了真菌和放線菌的數(shù)量,這與張鵬[16]、張金妹等[15]的研究結(jié)果基本一致。分析其原因:一是在生物有機(jī)肥中添加了一定量的功能細(xì)菌(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌),這些功能細(xì)菌能在土壤中定植;二是有機(jī)物料提供了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),C/N適宜微生物的繁殖,還有可能就是微生物間也存在優(yōu)勢(shì)菌群競(jìng)爭(zhēng),生物有機(jī)肥中有益細(xì)菌數(shù)量大,在適宜的土壤環(huán)境中繁殖加速,并與真菌、放線菌形成生態(tài)競(jìng)爭(zhēng),降低了真菌和放線菌的數(shù)量,而滅菌生物有機(jī)肥出現(xiàn)了相反的結(jié)果,也印證了該因素。

生物有機(jī)肥不僅可以提高土壤微生物群落的豐度和功能多樣性,還提高了土壤蔗糖酶和脲酶的活性[17]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),與普通有機(jī)肥相比,加菌生物有機(jī)肥可提高土壤過(guò)氧化氫酶、脲酶和脫氫酶的活性。邵麗等[17]在研究生物復(fù)混肥對(duì)土壤微生物功能多樣性及土壤酶活性的影響中指出,含菌的生物有機(jī)肥可提高土壤蔗糖酶活性。試驗(yàn)表明,與CK處理相比,施用加菌生物有機(jī)肥可提高蔗糖酶的活性;與普通有機(jī)肥相比,加菌生物有機(jī)肥對(duì)土壤中性磷酸酶和蔗糖酶的活性影響不顯著,可能因供試土壤、供試作物差異導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不同。

3.2 生物有機(jī)肥對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

施用生物有機(jī)肥對(duì)多種作物均表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)提質(zhì)效果,表現(xiàn)較為明顯的作物有煙草、生姜、木薯、黃瓜等,其產(chǎn)量和品質(zhì)與生物有機(jī)肥的施用呈正相關(guān)[12,14,17-18]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加菌生物有機(jī)肥能顯著提高番茄的單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量,與普通有機(jī)肥相比,加菌生物有機(jī)肥處理的番茄單株產(chǎn)量提高了4.08%;與滅菌生物有機(jī)肥相比,加菌生物有機(jī)肥處理的番茄單株產(chǎn)量提高了22.60%。這可能是由于加菌生物有機(jī)肥通過(guò)提高土壤酶活性,增加了土壤有效養(yǎng)分的供應(yīng),從而提高了番茄的產(chǎn)量。加菌生物有機(jī)肥對(duì)番茄含糖量有顯著的影響,與CK處理相比,番茄含糖量提高了23.48%。張余莽等[19]在生物有機(jī)肥的研究進(jìn)展中指出,生物有機(jī)肥中的有益微生物可能與作物根際微生物形成一種互惠共生關(guān)系,優(yōu)化了植物根際環(huán)境,能刺激植物根系生長(zhǎng)。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),加菌生物有機(jī)肥處理的根際土壤細(xì)菌數(shù)量增加了近800倍,真菌和放線菌數(shù)量平均降低了36.4%,加菌生物有機(jī)肥自身攜帶的有益細(xì)菌可能發(fā)生了定植,形成了有利于作物生長(zhǎng)的生態(tài)群落結(jié)構(gòu)。

針對(duì)生物有機(jī)肥提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的作用機(jī)理研究,買買提吐遜·肉孜等[20]在基質(zhì)添加菌劑對(duì)黃瓜根際環(huán)境及產(chǎn)量的影響研究中指出,微生物可能產(chǎn)生類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(酚、酸、醛、酮類物質(zhì)),可抵抗有害微生物,減輕了土壤中病原菌的侵染。還有研究表明,生物有機(jī)肥在為根系提供大量有效養(yǎng)分的同時(shí),還可分解礦質(zhì)養(yǎng)分,增加養(yǎng)分供應(yīng),從而促進(jìn)根系和地上部的生長(zhǎng),最終提高產(chǎn)量[21]。盛振慶等[22]發(fā)現(xiàn),施用添加有益菌的肥料能促進(jìn)設(shè)施番茄植株根系以及地上部莖葉的生長(zhǎng)。試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),施用加菌生物有機(jī)肥能顯著增加土壤養(yǎng)分的供應(yīng),尤其是堿解氮、有效磷、速效鉀類的速效養(yǎng)分,同時(shí)加菌生物有機(jī)肥的施用還顯著提升了土壤有機(jī)質(zhì)的含量,增加了碳固持,這與前人的研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):與普通有機(jī)肥相比,加菌生物有機(jī)肥能夠提高土壤有效養(yǎng)分含量,降低土壤容重;加菌生物有機(jī)肥更易提高土壤中有益微生物群落的種類和數(shù)量,施用加菌生物有機(jī)肥后,番茄根際土壤的細(xì)菌數(shù)量顯著提高,放線菌數(shù)量顯著降低;土壤酶的活性與土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量之間存在密切的聯(lián)系,加菌生物有機(jī)肥和普通有機(jī)肥均提高了土壤酶的活性,而滅菌生物有機(jī)肥卻降低了土壤中脲酶、過(guò)氧化氫酶的活性。與CK處理相比,普通有機(jī)肥、滅菌生物有機(jī)肥、加菌生物有機(jī)肥處理均能提高番茄單株產(chǎn)量,而加菌生物有機(jī)肥處理的番茄單株產(chǎn)量比普通有機(jī)肥、滅菌生物有機(jī)肥處理的分別提高了4.08%、22.60%,差異顯著;同時(shí),加菌生物有機(jī)肥處理還提高了番茄含糖量,比CK處理的高23.48%。