包慧芳, 王 寧, 侯 敏, 陳 競(jìng), 王小武, 侯新強(qiáng), 楊 蓉,崔衛(wèi)東, 楊文琦, 龍宣杞, 詹發(fā)強(qiáng)

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物應(yīng)用研究所/新疆特殊環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】枸杞(LyciumbarbarumL.)屬藥食同源植物[1]。枸杞屬多年生果樹，需肥量較大，為了得到較高的產(chǎn)量，大部分枸杞園普遍存在過量施用化肥的現(xiàn)象，而且長(zhǎng)期施用單一品種化肥，基本不施有機(jī)肥。長(zhǎng)期施用化肥將引起一系列副作用，如造成土壤有機(jī)質(zhì)大幅下降、土壤板結(jié)、土壤生物活性降低、產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2,3]。使用生物有機(jī)肥，可以提高產(chǎn)量、提升土壤肥力、減少病蟲害和環(huán)境污染，在綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用[4]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】李小剛等[2]將微生物肥料有機(jī)寶Y(主要為固氮菌及一定量的放線菌和乳酸菌)和根菌寶G(主要為枯草芽孢桿菌、光合細(xì)菌和膠質(zhì)芽孢桿菌)分別與化肥配施，結(jié)果表明，2種微生物肥料可以不同程度提高枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)。羅青等[5]曾將Nutrismart生態(tài)型肥料應(yīng)用于枸杞栽培中，該肥料能夠顯著提高枸杞產(chǎn)量和多糖含量。王春蘭等[6]研究表明，化肥配施農(nóng)家肥可以顯著提高枸杞產(chǎn)量。趙棟等[7]探討了4種生物生物肥料對(duì)寧杞1號(hào)生理特性、植物學(xué)性狀和病害的影響，結(jié)果表明,施用微生物肥料，可提高枸杞葉片葉綠素含量、可溶性蛋白質(zhì)含量，并可以降低枸杞發(fā)病率?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】植物根際促生菌(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)能夠定殖于植物根系與植物共生，促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并能夠提高產(chǎn)量[8,9]，是制作生物有機(jī)肥的優(yōu)良菌種。解淀粉芽孢桿菌(Bacillusamyloliquefaciens)和枯草芽孢桿菌(Bacillussutilis)均是優(yōu)良的植物根際促生菌，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[10,11]。篩選獲得1株解淀粉芽孢桿菌S13[12]，并從河北農(nóng)林科學(xué)院引進(jìn)1株枯草芽孢桿菌NCD-2[13]，2株菌對(duì)番茄、枸杞等多種作物或果樹具有良好的促生長(zhǎng)及生防作用。平均顏色變化率(average well color development, AWCD)可反映微生物群落總體碳源利用能力和土壤微生物活性，體現(xiàn)了微生物群落生理功能多樣性[16]。Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)和McIntosh指數(shù)分別反映土壤微生物物種豐富度、某些最常見物種優(yōu)勢(shì)度和群落物種的均勻度[16]。研究生物有機(jī)肥對(duì)枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤性狀的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在化肥減施基礎(chǔ)上，配施自制有機(jī)肥、S13生物有機(jī)肥及NCD-2生物有機(jī)肥進(jìn)行田間試驗(yàn)，分析不同施肥處理對(duì)枸杞果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤理化性狀的影響，研究化肥減施條件下的枸杞提質(zhì)增效施肥技術(shù)，為枸杞園土壤肥力提升和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試地位于新疆精河縣托里鄉(xiāng)枸杞種植基地，土壤初始pH值8.44，有機(jī)質(zhì)8.513 g/kg，總鹽1.0 g/kg，電導(dǎo)率0.178 ms/cm，全氮0.606 g/kg，全磷1.135 g/kg，全鉀17.358 g/kg，速效氮46.7 mg/kg，速效磷46.9 mg/kg、速效鉀143 mg/kg。

供試枸杞品種為寧杞7號(hào)，樹齡為5 a以上，種植密度為240株/667m2，株高為1.3～1.5 m。

化肥：市售，尿素(含N 46%)，磷酸二銨(含N 18%，P2O546%)，復(fù)合肥(N/P/K=15/15/15)。

有機(jī)肥(自主研發(fā))：為羊糞∶蘑菇渣∶煙渣=5∶4∶1，N+P2O5+K2O≥5%，有機(jī)質(zhì)含量≥40%。

生物有機(jī)肥：有機(jī)肥中分別復(fù)配解淀粉芽孢桿菌S13和枯草芽孢桿菌NCD-2，活菌數(shù)≥2×108cfu/g 。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2017年4～10月，共設(shè)4個(gè)處理，每10株樹為1個(gè)處理，采用區(qū)組隨機(jī)排列，重復(fù)3次。

處理1(CK，化肥)：萌芽期施用尿素，花期施用磷酸二銨，坐果期施用復(fù)合肥。

處理2(T1，50%化肥+有機(jī)肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量為240 kg/667m2。

處理3(T2，50%化肥+S13生物有機(jī)肥)： 4月中旬枸杞萌芽前，采用環(huán)狀溝施一次性施用，用量為240 kg/667m2。分別于花期和坐果期增施解淀粉芽孢桿菌S13，菌液活菌數(shù)為5×1010cfu/mL，稀釋100倍后環(huán)狀溝施，2次總施用量為原液10 L/667m2。

處理4(T3，50%化肥+NCD-2生物有機(jī)肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量為240 kg/667m2?？紤]到土壤中微生物對(duì)生物有機(jī)肥中添加的微生物菌種有一定的競(jìng)爭(zhēng)作用，分別于花期和坐果期增施枯草芽孢桿菌NCD-2，菌液活菌數(shù)為5×1010cfu/mL，稀釋100倍后環(huán)狀溝施，2次總施用量為原液10 L/667m2。

列出化肥、有機(jī)肥及菌劑具體施用量。表1

表1 不同施肥處理全年化肥、有機(jī)肥及菌劑用量

Table 1 Annual consumption per 667m2of chemical fertilizer,organic fertilizer and bacteria solution

處理Treatments尿素Urea(kg/667m2)磷酸二銨Diammonium phosphate(kg/667m2)硫酸鉀肥K2SO4 fertilizer(kg/667m2)有機(jī)肥/生物有機(jī)肥Organic fertilizer/bio-organic fertilizer(kg/667m2)菌劑Bacteria solution(L/667m2)CK305020--T1152510240(有機(jī)肥)-T2152510240(S13生物有機(jī)肥)10(S13)T3152510240(NCD-2生物有機(jī)肥)10(NCD-2)

1.2.2 枸杞果實(shí)產(chǎn)量測(cè)定

對(duì)每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選擇5株枸杞樹，做好標(biāo)記，從第1茬枸杞果實(shí)成熟時(shí)開始采摘，每次采摘，晾干至恒重后稱重，累計(jì)計(jì)算出單株干果枸杞產(chǎn)量，根據(jù)單株產(chǎn)量核算出667 m2產(chǎn)量。

1.2.3 枸杞果實(shí)品質(zhì)測(cè)定

鮮果：采用游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)縱徑和橫徑，計(jì)算出縱橫比，獲得果形指數(shù)；采用手持折射儀測(cè)定可溶性固形物含量。

干果：枸杞果實(shí)晾干至恒重后，采用國(guó)標(biāo)GB/T18672-2014測(cè)定總糖及枸杞多糖，采用SN/T4592-2016標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定總黃酮。

1.2.4 土壤理化性質(zhì)

土壤樣品采集：2017年10月，采用蛇形采樣法，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選擇5株枸杞，采集枸杞根區(qū)周圍50 cm左右處地表以下10～30 cm土壤，混合成1份樣品，每處理3次重復(fù)。樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行理化性質(zhì)分析。土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量分別采用電位法和重鉻酸鉀氧化容量法，速效氮、速效磷及速效鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉法和火焰分光光度法[14]。

1.2.5 土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量

將上述土壤樣品，進(jìn)行稀釋后涂布于固體培養(yǎng)基平板，計(jì)算可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌數(shù)量，其中細(xì)菌采用LB固體培養(yǎng)基，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基[15]。

1.2.6 土壤微生物群落多樣性

采用梯度稀釋法將上述土壤樣品稀釋至103，吸取土壤稀釋液150 μL接種至Biolog-Eco生態(tài)板中，置于28℃恒溫箱培養(yǎng)7 d，每24 h用Biolog鑒定系統(tǒng)測(cè)定吸光值，用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析[15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用SPSS20.0 (Statistical Product and Service Solutions)進(jìn)行Duncan法多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)枸杞果實(shí)產(chǎn)量的影響

研究表明，4個(gè)處理中，T2處理最高，達(dá)到246 kg/667m2，T1處理最低，為224 kg/667m2，CK和T3處理產(chǎn)量分別為234 和236 kg/667m2。4個(gè)處理差異不顯著，減施50%化肥，配施有機(jī)肥或生物有機(jī)肥不會(huì)導(dǎo)致枸杞減產(chǎn)，配施生物有機(jī)肥比配施有機(jī)肥效果更好。和CK處理相比，生物有機(jī)肥處理產(chǎn)量有所提升，但差異不顯著，其中T2處理增加7.4%，T3處理增加3.6%。圖1

圖1 不同處理枸杞果實(shí)產(chǎn)量

Fig.1 The yield of different treatments

2.2 不同施肥處理對(duì)枸杞果實(shí)品質(zhì)的影響

研究表明，4個(gè)處理對(duì)枸杞果實(shí)果形指數(shù)存在一定影響，但差異不顯著。其中T3處理果形指數(shù)最大，為1.91，CK處理果形指數(shù)最小，為1.74。鮮果可溶性固形物含量測(cè)定結(jié)果表明，和CK處理相比，T1、T2、T3處理可溶性固形物含量均升高，其中T1處理與CK處理差異不顯著，T2、T3處理與CK處理差異均顯著，T2處理可溶性固形物含量最高，比CK處理增加9.4%，施用生物有機(jī)肥比有機(jī)肥更有助于增加枸杞果實(shí)可溶性固形物含量。表2

表2 不同施肥處理下枸杞品質(zhì)變化

Table 2 Effects of different treatments on quality ofLyciumbarbarumL.

處理Treatments果型指數(shù)Fruit shape index可溶性固形物Soluble solid(%)百粒重100-grain weight(g)枸杞多糖Polysaccharide(%)總糖Total carbohydrate(%)黃酮Flavonoids(%)CK1.68±0.09a24.33±0.59b14.73±0.45b2.08±0.11c25.93±1.00c0.29±0.04aT11.74±0.1a25.47±0.50ab15.60±0.36b2.49±0.11b31.17±0.90b0.38±0.06aT21.85±0.08a26.63±0.96a17.70±0.55a3.12±0.11a41.53±1.13a0.42±0.05aT31.91±0.11a26.00±0.70a16.27±0.56ab2.70±0.12b36.77±0.84ab0.46±0.07a

注: 同一列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平，下同

Note: Different letters in the same line are significant among treatments at the 5% level，the same as below

研究表明，T2處理百粒重最高，達(dá)到17.7 g，比CK處理增加20.2%，差異顯著；T3處理、T1處理百粒重分別為16.27、15.6 g，與CK處理相比差異不顯著。T2處理枸杞多糖含量最高，達(dá)到3.12%，T2、T3、T1處理比CK處理依次增加50%、29.8%、19.7%，差異顯著。在總糖方面，T2處理含量最高，為41.53%，其次為T3和T1處理，T2、T3、T1處理比CK處理依次增加60.2%、41.8%、20.2%，差異顯著。在黃酮含量方面，4個(gè)處理差異均不顯著，其中T3處理含量最高，為0.46%，其次依次為T2、T1、CK處理，含量分別為0.42%、0.38%、0.29%，施用生物有機(jī)肥可適當(dāng)提升黃酮含量。表2

2.3 不同施肥處理對(duì)土壤理化性狀的影響

研究表明，和土壤原始pH值相比，CK處理pH值有上升趨勢(shì)，T1、T2、T3處理pH值則明顯下降，與CK處理之間存在顯著差異。至試驗(yàn)?zāi)┢冢琓2處理pH值最低，達(dá)到7.86，比CK處理降低8.6%，施用有機(jī)肥、生物有機(jī)肥均有利于土壤pH值下降，其中S13生物有機(jī)肥下降效果最顯著；在試驗(yàn)中期，T1、T2、T3處理有機(jī)質(zhì)顯著高于CK處理，速效氮磷鉀則顯著低于CK處理；至試驗(yàn)?zāi)┢?，T1、T2、T3處理有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK處理，其中T3處理含量最高，達(dá)到11.12 g/kg，比CK處理增加31.8%。在速效氮磷鉀養(yǎng)分方面，除T1處理速效磷含量與CK處理差異不顯著，其它各組速效氮磷鉀含量均顯著高于CK處理。其中T3處理速效氮含量最高，比CK處理增加41.6%，T2處理速效磷和速效鉀含量最高，分別比CK處理增加34.2%和26.4%。表3

表3 不同施肥處理下枸杞根系土壤理化性質(zhì)變化

Table 3 Effects of different treatments on physicochemical properties of the soil

采樣時(shí)間Time of sample處理TreatmentpHpH value有機(jī)質(zhì)Organic matter (g/kg)速效氮Available nitrogen (mg/kg)速效磷Available phosphorus (mg/kg)速效鉀Available potassium(mg/kg)中期CK8.57±0.07a9.11±0.61a108.23±1.67a89.47±2.11a306±6.17aIntermediate T18.22±0.06b12.24±0.69b77.67±2.34c74.5±2.23b206±6.74cperiodT28.16±0.06b12.57±0.56b83.37±1.49b77.23±1.44b227±6.33bT38.08±0.05b12.44±0.36b81.4±1.88bc64.7±1.99c216±5.24bc 末期CK8.6±0.1a8.44±0.31b49.23±1.95c45.13±1.04c156±7.54cEnd periodT18.12±0.08b10.7±0.66a58.3±2.21b51.83±2.57bc182±5.36bT27.86±0.07b10.37±0.56a62.87±1.28b60.57±2.02a208±3.84aT37.98±0.08b11.12±0.52a69.73±1.3a57.03±2.61ab198±3.84ab

2.4 不同施肥處理對(duì)土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響

研究表明，CK處理與其它3個(gè)處理可培養(yǎng)細(xì)菌和真菌數(shù)量均存在顯著差異。與CK處理相比，其它3組細(xì)菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量則顯著減少。CK、T1、T2、T3處理細(xì)菌總數(shù)分別為0.9×106、16×106、67×106和55×106cfu/g，真菌總數(shù)分別為74×103、17×103、8×103和12×103cfu/g。圖2

2.5 不同施肥處理對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響

2.5.1 不同施肥處理土壤微生物群落代謝

研究表明,4個(gè)處理土壤微生物碳源利用率隨時(shí)間升高，不同處理土壤的AWCD值在培養(yǎng)開始后的24～120 h快速升高，且各樣品間存在明顯差異，其它3個(gè)處理組土壤微生物碳源利用率均顯著高于CK處理。說明和施用化學(xué)肥料相比，施用有機(jī)肥或生物有機(jī)肥均有利于提高土壤微生物代謝活性，而生物有機(jī)肥效果更佳。各試驗(yàn)組AWCD值120 h后升高幅度減少，說明120 h后各樣品微生物生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中后期。圖3

注: 不同字母表示處理間差異達(dá)至5%顯著水平

Note: Different letters are significant among treatments at the 5% level

圖2 不同施肥處理下土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量變化

Fig. 2 Effects of different treatments on total numbers of bacteria and fungi in soil

圖3 不同施肥處理土壤微生物代謝AWCD曲線

Fig. 3 AWCD curves of the soil samples of different treatments

2.5.2 不同施肥處理土壤微生物群落代謝多樣性指數(shù)

研究表明，與CK處理相比，其它3個(gè)處理組Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)均明顯升高，而McIntosh指數(shù)差異不顯著，說明施用有機(jī)肥和生物有機(jī)肥均能顯著提高土壤微生物群落的豐富度和優(yōu)勢(shì)度。表4

表4 不同施肥處理下土壤微生物群落多樣性指數(shù)

Table 4 Microbial community diversity index of different treatments

處理Treatments優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Simpson豐富度指數(shù)Shannon均勻度指數(shù)McintoshCK0.94±0.01c3.53±0.08b0.99±0.03aT11.03±0.01b4.24±0.06a1.09±0.05aT21.16±0.02a4.4±0.04a1.06±0.02aT31.17±0.03a4.39±0.09a1.1±0.02a

3 討 論

生物有機(jī)肥是采用特定功能微生物與腐熟的或經(jīng)過無害化處理的有機(jī)肥料復(fù)合而成，兼具微生物肥料和有機(jī)肥料的優(yōu)點(diǎn)，近年來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用越來越廣泛。姜莉莉等[17]發(fā)現(xiàn)1種含固氮功能的解淀粉芽孢桿菌制成的生物有機(jī)肥可使草莓增產(chǎn)21.9%～30.6%；盧云峰等[18]采用解淀粉芽孢桿菌SQR9制成“全元”復(fù)合微生物液體肥料，對(duì)玉米和白菜有顯著增產(chǎn)效果。研究中，雖然4個(gè)處理組產(chǎn)量差異不顯著，但T2、T3處理比CK、T1處理產(chǎn)量有所增加，在減施50%化肥條件下，配施生物有機(jī)肥后，枸杞產(chǎn)量有增加趨勢(shì)，通過多年連續(xù)使用，有望達(dá)到顯著增產(chǎn)效果。

枸杞多糖是枸杞最主要的有效成分和生物活性物質(zhì)，馬世震等[19]研究表明，施用枸杞肥專用生物有機(jī)肥后，枸杞多糖和總糖分別提高了39.72%、9.25%。使用S13生物有機(jī)肥后，多糖和總糖含量分別增加了50%和60.1%，說明該項(xiàng)目組研制的生物有機(jī)肥，對(duì)枸杞品質(zhì)的改善優(yōu)于部分同類產(chǎn)品。

試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果表明，在試驗(yàn)中期，CK處理速效氮磷鉀含量高于其它3個(gè)試驗(yàn)組，而在末期，則低于其它3個(gè)組。推測(cè)可能是CK處理施用化肥量高于其它3個(gè)處理，在試驗(yàn)中期時(shí)，由于化肥中速效養(yǎng)分尚有部分末被消耗，所以CK處理中速效氮磷鉀含量遠(yuǎn)高于其它3組。至試驗(yàn)?zāi)┢?，隨著化肥中速效氮磷鉀被快速消耗，CK處理中速效氮磷鉀快速下降，而其它3組因配施了有機(jī)肥或生物有機(jī)肥，在微生物作用下，將土壤中難以利用的氮磷鉀逐漸轉(zhuǎn)化成速效氮磷鉀，因此，土壤中速效氮磷鉀下降較緩慢，從而達(dá)到保持肥效的效果。T2和T3處理對(duì)比結(jié)果表明，T2處理速效磷和速效鉀含量高于T3處理，而T3處理速效氮含量高于T2處理，推測(cè)解淀粉芽孢桿菌S13解磷解鉀能力優(yōu)于枯草芽孢桿菌NCD-2，而枯草芽孢桿菌NCD-2固氮能力優(yōu)于解淀粉芽孢桿菌S13。也可能S13促進(jìn)了解磷解鉀微生物的生長(zhǎng)，而NCD-2促進(jìn)了固氮菌的生長(zhǎng)， 因此，在后期肥料改良研究中，可以考慮將S13與NCD-2同時(shí)復(fù)配使用。

研究表明，土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的主要驅(qū)動(dòng)力，參與土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)[20]，是構(gòu)成土壤肥力的重要因素[21]。施用生物有機(jī)肥后，肥料中的微生物菌種與土壤中土著微生物會(huì)形成相互競(jìng)爭(zhēng)，不同的菌種會(huì)表現(xiàn)出不同的定殖行為[22,23]，如果數(shù)量較低，將難以定殖，從而難以促進(jìn)植物生長(zhǎng)或達(dá)到改良品質(zhì)的目的。為確保促生菌快速定殖，采用分批次增施促生菌的方法，促進(jìn)了S13和NCD-2的快速定殖，并明顯提升枸杞品質(zhì)。土壤微生物數(shù)量及群落多樣性檢測(cè)結(jié)果表明，和CK處理相比，T2和T3處理土壤微生物群落多樣性及細(xì)菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著減少，這與韓麗珍等[24]、鐘書堂等[25]研究結(jié)果一致。有研究表明[26]，土壤中細(xì)菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，會(huì)使土壤微生物區(qū)系更趨合理。由此說明，生物肥料中促生菌的定殖與生長(zhǎng)優(yōu)化了土壤微生物種群結(jié)構(gòu)，微生物的活動(dòng)改善了土壤理化性質(zhì)，提高了肥料轉(zhuǎn)化利用效率，最終增加產(chǎn)量，提升品質(zhì)。

4 結(jié) 論

4.1 施用生物有機(jī)肥后，4個(gè)處理組產(chǎn)量差異不顯著，但在減施50%化肥條件下，配施生物有機(jī)肥后，枸杞產(chǎn)量有增加趨勢(shì)；枸杞可溶性固形物、百粒重、枸杞多糖、總糖含量比對(duì)照分別提高9.6%～9.4%、10.5%～20.2%、29.8%～50%、41.8%～60.2%，土壤pH值降低7.2%～8.6%，有機(jī)質(zhì)含量提高26.8%～31.8%，速效氮磷鉀分別提高27.7%～41.6%、26.3%～34.2%、26.9%～33.3%；細(xì)菌數(shù)量顯著上升，真菌數(shù)量顯著下降。

4.2 在減施50%化肥條件下，配施生物有機(jī)肥不能顯著增加枸杞產(chǎn)量，可以顯著提升枸杞品質(zhì)和土壤養(yǎng)分，可明顯優(yōu)化土壤微生物種群結(jié)構(gòu)。