李晶，陳憲信，陳亮，劉振富，殷碧秋，徐保民

（1.濟(jì)寧市土壤肥料工作站，山東 濟(jì)寧 272000；2.嘉祥縣農(nóng)業(yè)局土壤肥料站，山東 嘉祥 272400；3.曲阜市土壤肥料工作站，山東 曲阜 273100；4.金鄉(xiāng)縣土壤肥料工作站，山東 金鄉(xiāng) 272200）

山東省是我國(guó)大蒜生產(chǎn)及出口的重要基地之一，大蒜種植面積、產(chǎn)量以及出口和加工能力均居全國(guó)首位[1]。大蒜種植區(qū)域性強(qiáng)，配套高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)相對(duì)滯后。以金鄉(xiāng)縣為代表的老蒜區(qū)因耕地面積有限，常年連作導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和大蒜重茬障礙等問(wèn)題逐年加重[1，2]，造成化肥用量不斷增加而土壤質(zhì)量卻不斷下降的惡性循環(huán)，單純依靠增加化肥投入量已不能實(shí)現(xiàn)大蒜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。通過(guò)優(yōu)化施肥技術(shù)措施，在減少肥料資源投入量的前提下提升單位面積耕地的大蒜產(chǎn)出能力，已成為大蒜產(chǎn)業(yè)能否實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的重大科技問(wèn)題。目前有關(guān)大蒜重茬障礙機(jī)制及其緩解措施的相關(guān)研究已經(jīng)廣泛開(kāi)展。大蒜常年輪作會(huì)導(dǎo)致根際土壤細(xì)菌數(shù)量和微生物總量減少，真菌數(shù)量增加，微生物結(jié)構(gòu)失調(diào)，土壤酶活性下降，以根腐病為代表的真菌性病害逐年加重[3～5]。研究表明，在其他連作作物上施用有機(jī)肥和微生物菌肥后均對(duì)重茬障礙表現(xiàn)出明顯的緩解效果，可有效提高土壤有效養(yǎng)分含量，改善土壤理化性狀和微生物學(xué)性狀[6～11]。在等量養(yǎng)分條件下，通過(guò)對(duì)比研究不同種類(lèi)肥料與化肥配施對(duì)重茬大蒜根際土壤養(yǎng)分含量、微生物數(shù)量和土壤酶活性以及大蒜病情指數(shù)和生物學(xué)性狀的影響，以期優(yōu)化重茬大蒜養(yǎng)分管理技術(shù)，為通過(guò)合理施肥有效緩解大蒜重茬障礙提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山東省金鄉(xiāng)縣馬廟鎮(zhèn)馬廟村進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為潮土，排灌條件較好，大蒜已連作10 a，有明顯的重茬障礙，在當(dāng)?shù)鼐哂写硇浴?/p>

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)大蒜品種為金鄉(xiāng)白皮蒜。所用化肥為尿素（N含量46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5含量18%）和硫酸鉀（K2O含量50%）；有機(jī)肥為堆制過(guò)的豬廄肥（N、P2O5、K2O含量分別為0.50%、0.34%、0.19%）；微生物菌劑主要成分為哈茨木霉、淡紫擬青霉和復(fù)合芽孢桿菌，有效菌含量100億個(gè)/g。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)是在等量養(yǎng)分條件下進(jìn)行的，N、P2O5、K2O施用總量分別為450、240和360 kg/hm2，為目前金鄉(xiāng)縣大蒜生產(chǎn)的推薦施肥量[4，5]，其中氮肥和鉀肥均2/3底施、1/3追施，磷肥全部底施。有機(jī)肥與化肥配施處理以氮肥施用量為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)足磷、鉀肥，確保各處理的氮、磷、鉀肥施用量一致。試驗(yàn)設(shè)不施肥（CK）、100%化肥N（處理Ⅰ）、80%化肥N＋20%有機(jī)肥N（處理Ⅱ）、100%化肥N＋微生物菌劑300 kg/hm2（處理Ⅲ）、80%化肥N＋20%有機(jī)肥N＋微生物菌劑300 kg/hm2（處理Ⅳ） 5個(gè)處理。小區(qū)面積30 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，單灌單排，小區(qū)之間筑壩覆膜以防串水，3次重復(fù)。2018年10月10日整地并施用基肥；10月12日種植大蒜，行距0.19 m，株距0.13m；10月14日覆膜。其他管理措施同大田常規(guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 大蒜指標(biāo)。（1）病情指數(shù)。在大蒜鱗莖膨大期（2019年4月7日） 進(jìn)行田間病害調(diào)查。分別按照大蒜葉枯病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[12，13]、大蒜根腐病根部分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[14]和大蒜菌核病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]，統(tǒng)計(jì)病害發(fā)生的級(jí)別。計(jì)算病情指數(shù)和防效。（2）生物學(xué)性狀。2019年5月15日，每小區(qū)均對(duì)角線5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)重復(fù)取樣10株大蒜，用卷尺測(cè)量株高，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)度＞1 cm的新鮮根系數(shù)量。收獲期，全小區(qū)收獲蒜頭，風(fēng)干后稱(chēng)量干重，折算單產(chǎn)。

1.3.2.2 土壤指標(biāo)。2019年5月15日取大蒜植株根際土壤，用無(wú)菌塑料袋裝好后迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。（1）養(yǎng)分含量[16]。有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；堿解氮含量測(cè)定采用1 mol/L NaOH擴(kuò)散法；有效磷含量測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測(cè)定采用火焰光度計(jì)法。（2）微生物數(shù)量與群落組成比例[17]。采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，測(cè)定土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量[6]。其中，細(xì)菌數(shù)量測(cè)定采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基；真菌數(shù)量測(cè)定采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基；放線菌數(shù)量測(cè)定采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基。微生物計(jì)數(shù)基本單位為cfu/g（干土）。計(jì)算細(xì)菌數(shù)量與真菌數(shù)量的比值（B/F），以及放線菌數(shù)量與真菌數(shù)量的比值（A/F）。（3） 酶活性[18]。脲酶活性測(cè)定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法；過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法；蔗糖酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸比色法；磷酸酶活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法[7]。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS Statistics 24數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行顯著性分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌劑與有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)重茬土壤改良效果的影響

2.1.1 土壤養(yǎng)分含量 施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均＞CK，增幅分別為0.41%～6.96%和3.71%～19.69%，除處理Ⅰ的有機(jī)質(zhì)含量與CK差異不顯著外，其他指標(biāo)與CK差異均達(dá)到了顯著水平；不同施肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量順序均為處理Ⅳ＞處理Ⅱ＞處理Ⅲ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ的指標(biāo)值均極顯著高于其他處理，處理Ⅱ與處理Ⅲ和Ⅰ的差異也均達(dá)到了顯著水平，而處理Ⅲ與處理Ⅰ指標(biāo)值差異均不顯著（表1）。表明施肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，其中處理Ⅳ效果最好，該處理下土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均極顯著高于其他施肥處理；處理Ⅱ效果次之，該處理下土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量也均顯著高于未施用有機(jī)質(zhì)的其他2個(gè)施肥處理。

表1 不同施肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響Table 1 Effects of different fertilization treatments on soil nutrition content

施肥處理的土壤有效磷和速效鉀含量均＞CK，增幅分別為4.02%～29.88%和10.27%～20.53%，除處理Ⅰ的有效磷含量與CK差異不顯著外，其他指標(biāo)與CK差異均達(dá)到了極顯著水平；不同施肥處理的土壤有效磷和速效鉀含量順序均為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ的指標(biāo)值均極顯著高于其他處理，處理Ⅰ與處理Ⅱ的有效磷含量差異不顯著但二者均與處理Ⅲ差異達(dá)到了極顯著水平，而處理Ⅱ與處理Ⅲ的速效鉀含量差異不顯著但二者均與處理Ⅰ差異達(dá)到了極顯著水平。表明施肥可以提高土壤有效磷和速效鉀含量，其中處理Ⅳ效果最好，該處理下土壤有效磷和速效鉀均極顯著高于其他施肥處理；處理Ⅲ對(duì)提高土壤有效磷含量的效果極顯著優(yōu)于未施用微生物菌劑的2個(gè)施肥，處理Ⅲ和Ⅱ?qū)μ岣咄寥浪傩р浐康男Ч麡O顯著優(yōu)于僅施用化肥（處理Ⅰ）。

綜上分析可以看出，不同的施肥處理均可以提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，其中有機(jī)與無(wú)機(jī)肥配施且同時(shí)施用微生物菌劑（處理Ⅳ）時(shí)土壤各養(yǎng)分含量均為最高且均極顯著高于其他施肥處理，提高土壤養(yǎng)分含量的效果最好。

2.1.2 土壤生物學(xué)特性

2.1.2.1 微生物數(shù)量。土壤微生物量是土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的活性庫(kù)或源，可在一定程度上反映土壤微生物的活動(dòng)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率，是土壤生物質(zhì)量變化的靈敏指標(biāo)[19]。土壤中細(xì)菌數(shù)量最多、真菌數(shù)量最少，放線菌數(shù)量介于細(xì)菌和真菌之間；但不同處理間各微生物數(shù)量以及3種微生物的總數(shù)量均存在顯著差異，指標(biāo)值順序均為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ的指標(biāo)值均極顯著高于其他處理（表2）。處理Ⅳ的微生物總量最多、處理Ⅲ次之，二者差異極顯著，且均與其他處理差異也達(dá)到了極顯著水平；處理Ⅰ和Ⅱ指標(biāo)值與CK差異均不顯著。表明施肥時(shí)增施微生物菌劑可以極顯著地增加土壤微生物的數(shù)量，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。

不同施肥處理的B/F順序?yàn)樘幚恝簦咎幚恝螅咎幚恝颍咎幚恝?，差異均達(dá)到了極顯著水平，且除處理Ⅰ略＜CK外其他處理均極顯著＞CK；A/F均＞CK，指標(biāo)值順序?yàn)樘幚恝簦咎幚恝螅荆ㄌ幚恝颍教幚恝瘢?，其中處理Ⅳ與處理Ⅲ差異極顯著，且二者均與其他2個(gè)未施用微生物菌劑處理的差異也達(dá)到了極顯著水平，而處理Ⅰ與處理Ⅱ差異不顯著。表明施肥時(shí)增施微生物菌劑可以快速改變土壤微生物菌落結(jié)構(gòu)比例，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。

2.1.2.2 酶活性。土壤酶是由微生物和植物根系等共同產(chǎn)生，參與土壤許多重要的生物化學(xué)過(guò)程和物質(zhì)循環(huán)，與土壤微生物一起推動(dòng)了土壤的代謝過(guò)程[20]，其活性代表了土壤微生物的新陳代謝能力，是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[21，22]。不同處理的土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶活性變化規(guī)律均與土壤微生物總量順序一致，指標(biāo)值順序均為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞CK＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅲ差異極顯著且二者均與其他處理差異也達(dá)到了極顯著水平，而其他3個(gè)處理之間指標(biāo)值差異均不顯著（表3）。表明施肥時(shí)增施微生物菌劑可以極顯著地提高土壤脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和磷酸酶的活性，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。不施用微生物菌劑時(shí)，與CK相比，單獨(dú)施用化肥（處理Ⅰ，100%化肥N）對(duì)4種土壤酶的活性均略有抑制，無(wú)機(jī)肥與有機(jī)肥配施對(duì)提高土壤酶活性效果不顯著。處理Ⅳ的脲酶、過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、磷酸酶活性分別較處理Ⅲ提高了23.27%、26.95%、30.46%和28.13%，處理Ⅲ較處理Ⅰ指標(biāo)值分別提高了21.37%、13.71%、13.97%和45.45%。

表2 不同施肥處理對(duì)土壤微生物數(shù)量和群落組成比例的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on soil microbial population and community composition ratio

表3 不同施肥處理對(duì)土壤酶活性的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on soil enzyme activity

2.2 微生物菌劑與有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施對(duì)大蒜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

2.2.1 大蒜病情指數(shù) 不同處理的大蒜菌核病、葉枯病、根腐病病情指數(shù)順序均為處理Ⅳ＜處理Ⅲ＜處理Ⅱ＜CK＜處理Ⅰ，其中處理Ⅳ的指標(biāo)值與處理Ⅲ均差異極顯著，且二者均與其他處理差異也達(dá)到了極顯著水平；其他2個(gè)施肥處理中，除處理Ⅰ的葉枯病病情指數(shù)顯著＞CK、處理Ⅱ的菌核病病情指數(shù)顯著＜CK外，其他指標(biāo)與CK差異不顯著（表4）。表明施肥時(shí)增施微生物菌劑可以極顯著地降低大蒜的發(fā)病程度，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。不施用微生物菌劑時(shí)，與CK相比，單獨(dú)施用化肥（處理Ⅰ，100%化肥N）的大蒜菌核病、葉枯病和根腐病病情指數(shù)均略有加重趨勢(shì)，無(wú)機(jī)肥與有機(jī)肥配施降低大蒜發(fā)病程度的效果不顯著。處理Ⅳ對(duì)菌核病、葉枯病、根腐病的防效分別為53.63%、66.50%和67.66%，分別較處理Ⅲ提高了7.17個(gè)百分點(diǎn)、18.3個(gè)百分點(diǎn)和23.53個(gè)百分點(diǎn)。

表4 不同施肥處理對(duì)大蒜病情指數(shù)的影響Table 4 Effects of different fertilization treatments on disease index of garlic

2.2.2 大蒜生物學(xué)性狀 施肥處理的大蒜株高和莖粗均極顯著＞CK，指標(biāo)值順序均為處理Ⅳ＞處理Ⅲ＞處理Ⅱ＞處理Ⅰ，其中處理Ⅳ與處理Ⅲ差異均不顯著；且相同施肥條件下，增施微生物菌劑處理的指標(biāo)值均顯著＞未施用微生物菌劑處理（表5）。表明施肥可以極顯著促進(jìn)大蒜株高生長(zhǎng)和莖粗增大，相同施肥條件下增施微生物菌劑處理較未施用微生物菌劑處理效果更加明顯，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。

施肥處理的大蒜根系數(shù)量除處理Ⅰ略＜CK外，其他處理均極顯著＞CK，其中處理Ⅳ極顯著＞處理Ⅲ且二者均與其他處理差異達(dá)到了顯著水平；且相同施肥條件下，增施微生物菌劑處理的指標(biāo)值均顯著＞未施用微生物菌劑處理。表明單獨(dú)施用化肥（處理Ⅰ）會(huì)對(duì)大蒜根系生長(zhǎng)略有抑制，施用微生物菌劑或有機(jī)肥可以極顯著促進(jìn)大蒜根系生長(zhǎng)，且相同施肥條件下增施微生物菌劑處理較未施用微生物菌劑處理效果更加明顯，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。

2.2.3 大蒜產(chǎn)量 施肥處理的蒜頭產(chǎn)量均極顯著＞CK，指標(biāo)值順序?yàn)樘幚恝簦咎幚恝螅荆咎幚恝颍咎幚恝瘢渲刑幚恝襞c處理Ⅲ差異極顯著且二者均與其他處理差異也達(dá)到了極顯著水平，而處理Ⅰ與處理Ⅱ差異不顯著；且相同施肥條件下，增施微生物菌劑處理的指標(biāo)值均極顯著＞未施用微生物菌劑處理。表明施肥可以極顯著提高蒜頭產(chǎn)量，其中處理Ⅳ效果最好、處理Ⅲ次之。與處理Ⅲ相比，處理Ⅳ的根系數(shù)量顯著增多，最終蒜頭產(chǎn)量極顯著提高。處理Ⅳ較CK增產(chǎn)幅度高達(dá)90.91%，分別較處理Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ增產(chǎn)17.49%、36.71%和45.92%；處理Ⅱ較處理Ⅰ增產(chǎn)6.74%，但差異未達(dá)到顯著水平。

表5 不同施肥處理對(duì)大蒜生物學(xué)性狀和產(chǎn)量的影響Table 5 Effects of different fertilization treatments on biological characteristics and yield of garlic

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，在等量養(yǎng)分條件下，單施化肥處理會(huì)對(duì)土壤微生物數(shù)量產(chǎn)生顯著的抑制作用，降低土壤微生物代謝和酶活性，加重重茬大蒜的重茬障礙。有機(jī)肥中含有大量的碳水化合物和礦質(zhì)元素，能夠?yàn)槲⑸锎罅糠敝程峁┏渥愕奶荚?、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[23～26]，與化肥配施后可有效緩解高濃度氮肥引起的抑制作用[27，28]，較單施化肥處理更能促進(jìn)土壤微生物的生長(zhǎng)和繁育，但對(duì)土壤微生物類(lèi)群的組成比例影響較小，對(duì)以根腐病為代表的大蒜真菌性病害和重茬障礙的緩解效果有限。

施用復(fù)合微生物菌劑后，以芽孢桿菌為代表的微生物快速繁殖，脲酶、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶等大量合成，可有效促進(jìn)尿素形態(tài)的轉(zhuǎn)化[29]和土壤有機(jī)物質(zhì)的代謝[30]，將無(wú)機(jī)氮肥轉(zhuǎn)化為大量的聚氨基酸、蛋白質(zhì)等含氮有機(jī)質(zhì)，能有效減少氮肥的揮發(fā)，提高土壤中氮肥的有效性[31，32]；芽孢桿菌等功能菌大量繁殖，還可顯著提高土壤磷酸酶活性，促進(jìn)土壤中不溶性磷肥、鉀肥轉(zhuǎn)化為有效磷和速效鉀[33～35]，提高土壤中磷鉀肥的有效性。對(duì)以根腐病為代表的大蒜重茬性病害有效緩解是由于引入的微生物菌劑中各種有益菌種大量繁殖，可快速改變土壤微生物類(lèi)群的組成比例，促進(jìn)重茬土壤由“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變[36]；同時(shí)芽孢桿菌等微生物合成分泌大量的多糖和聚氨基酸等黏性物質(zhì)，混同無(wú)機(jī)顆粒和殘存的有機(jī)顆粒形成土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，可有效提高土壤孔隙度，改變土壤中的厭氧環(huán)境[37]，限制鐮刀菌等重茬性病害等厭氧性真菌的生存與繁殖。同時(shí)，本次試驗(yàn)引入的哈茨木霉等大量繁殖，還可通過(guò)寄生、競(jìng)爭(zhēng)、溶菌以及分泌抗生素類(lèi)的小分子物質(zhì)和分子量較大的抗菌肽等有效抑制病原菌的生長(zhǎng)[38]。加上引入的有益菌大量繁殖，與重茬大蒜土壤中的致病菌爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和各種生存條件，對(duì)病原菌繁殖產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，占據(jù)病原體容易侵染的位置，有效抑制根腐病等大蒜重茬性病害的發(fā)生。

有機(jī)肥和微生物菌劑同時(shí)與化肥配施處理，較其他施肥處理對(duì)重茬大蒜根際土壤改良及重茬障礙緩解的效果最佳。推測(cè)是由于魯西南蒜區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低[39]，土壤中缺乏足夠的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)，引入的芽孢桿菌等有益微生物菌群難以長(zhǎng)期穩(wěn)定繁殖，而施入有機(jī)肥做載體，會(huì)對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生協(xié)同作用，對(duì)土壤理化性狀和微生態(tài)環(huán)境的改良效果較其他處理更為顯著，不僅有效減輕大蒜根腐病、菌核病等重茬病害，還可以直接改善連作根系狀況，提高大蒜發(fā)根數(shù)量，促進(jìn)大蒜株高生長(zhǎng)和莖粗增大，有效緩解大蒜重茬障礙，提高大蒜產(chǎn)量。

由于有機(jī)肥物料來(lái)源、微生物菌劑類(lèi)型以及化肥與有機(jī)肥和微生物菌劑配比等均會(huì)影響到土壤改良效果，因此，仍需針對(duì)等量養(yǎng)分條件下不同種類(lèi)微生物菌劑和有機(jī)肥、化肥的最佳施用比例等進(jìn)行深入研究，探討三者協(xié)同效應(yīng)對(duì)大蒜重茬障礙的改良效果及影響機(jī)制。