武杞蔓 田詩涵 李昀燁 潘英杰 張穎

（沈陽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，沈陽 110034）

黃瓜中含有豐富的維生素、苯丙酸、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，具有降脂減壓、清熱解毒的功效，是世界上熱量最低的蔬菜，是我國栽培面積大、種植范圍廣的主要設(shè)施蔬菜作物之一［1］。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年，我國黃瓜栽培總面積已達(dá)世界首位［2］。但由于農(nóng)藥和化肥的長期使用、一代又一代的種植導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞、土壤有機(jī)質(zhì)含量下降和生態(tài)環(huán)境污染等一系列問題，致使作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降［3］。近年來，利用有益微生物菌肥改善土壤理化性質(zhì)、改良土壤生態(tài)環(huán)境是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的有效措施［4］。

微生物菌肥作為一種新型生物肥料，是通過具有活性的微生物生命活動來使作物得到生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)［5］，通過在植物根際產(chǎn)生生長素、嗜鐵素等生物物質(zhì)，進(jìn)而影響植物某方面的信號通路，達(dá)到改善作物根際土壤環(huán)境、促進(jìn)作物生長、提高果實(shí)產(chǎn)量的目的［6］?！皩幎堋笔俏⑸锞手械囊环N，是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生物源農(nóng)藥研發(fā)實(shí)驗(yàn)室研制，主要成分是兩種芽孢桿菌和沙雷氏菌，它通過提高土壤中微生物多樣性，進(jìn)而提高植物根圍土壤速效氮、磷、鉀的含量，對土壤肥力和結(jié)構(gòu)具有良好的改善作用［7］。本研究通過施用農(nóng)用微生物菌肥“寧盾”，探討其對黃瓜生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和根際土壤環(huán)境的影響，明確“寧盾”對黃瓜生長的作用效果，旨在為指導(dǎo)農(nóng)民生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試黃瓜品種為水果黃瓜，栽培條件為塑料薄膜大棚栽培。每個處理3個重復(fù)小區(qū)，隨機(jī)排序，兩側(cè)區(qū)域均留有保護(hù)行。供試菌劑購自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的農(nóng)用微生物菌劑“寧盾”，有效成分為芽孢桿菌，有效活菌數(shù) ≥0.2億個/g，供試土壤基本理化性狀：硝態(tài)氮374.66 mg/kg ，全磷 0.66 g/kg，全鉀4.58 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計除微生物菌肥不同外，其他底肥、追肥等栽培方式同正常黃瓜栽培管理方式相同，分別為空白對照（CK）：不施用微生物菌劑，正常栽培管理；只施用“寧盾”A液（T1）；只施用“寧盾”B液（T2）；“寧盾”A液+“寧盾”B液（T3）。

水果黃瓜于2020年9月3日至2020年11月10日種植于沈陽師范大學(xué)日光溫室，2020年9月3日黃瓜定植，采收期為2020年10月7日至11月2日，種植期間寧盾A液稀釋200倍后每間隔30 d澆灌于黃瓜根部，寧盾B液稀釋200倍每間隔10 d后噴施于黃瓜莖葉間。大棚試驗(yàn)采用水肥一體管理，各處理基施雞糞30 mL/株，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2 項(xiàng)目測定

1.2.2.1 生物量、葉綠素含量及產(chǎn)量的測定 在黃瓜定植當(dāng)天第1次澆灌寧盾A液，20 d之后（9月22日）使用常規(guī)方法測定株高、莖粗、葉片數(shù)（株高：用卷尺測量莖基部到頂部生長點(diǎn)的距離；莖粗：用游標(biāo)卡尺測量黃瓜莖基部莖直徑；葉片數(shù)：從植株基部到生長點(diǎn)的葉片數(shù)量），每隔5 d測一次；在黃瓜盛果期（10月8日）測定產(chǎn)量和葉綠素含量（10月16日）。葉綠素含量采用502 Plus型手持SPAD儀測定［8］，果實(shí)產(chǎn)量采用電子天平測定。

1.2.2.2 黃瓜果實(shí)品質(zhì)的測定 在黃瓜盛果期（10月10日），各處理選取同一節(jié)位的果實(shí)測定可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、有機(jī)酸、硝酸鹽和維生素C含量?？扇苄蕴呛繙y定采用蒽酮比色法［9］，可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法［10］，可溶性固形物采用愛拓數(shù)顯糖度計PAL-1測定［11］，有機(jī)酸含量測定采用氫氧化鈉滴定法［12］，硝酸鹽含量測定采用硫酸水楊酸法［13］，維生素C含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法［14］。

1.2.2.3 土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的測定 在黃瓜盛果期對應(yīng)每個處理隨機(jī)多點(diǎn)取黃瓜根際土樣，土樣采集0-20 cm土層，取回后風(fēng)干，打碎過篩，采用紫外分光光度法測定土壤中硝態(tài)氮含量，采用微波消解法測定土壤中礦質(zhì)元素含量，使用美國PE公司Optima8300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)行土壤中磷、鉀、鈣、鎂、錳、鋅和銅等元素測定［15］。土壤蔗糖酶活性測定采用3，5二硝基水楊酸比色法［16］，土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法［17］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；用SPSS Statistcs17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)單因素試驗(yàn)統(tǒng)計分析方法進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 “寧盾”對設(shè)施黃瓜生物量、葉綠素含量和產(chǎn)量的影響

從表1可以看出，隨著時間增長，施用微生物菌劑“寧盾”對黃瓜的株高、莖粗、葉片數(shù)都有影響。T2和T3對黃瓜生長促進(jìn)效果顯著。T2和T3處理在不同時期黃瓜株高、莖粗和葉片數(shù)均顯著高于對照（CK），說明增施寧盾A和寧盾B處理后對黃瓜生長起到了促進(jìn)作用，而且各處理中以T3處理對黃瓜生長促進(jìn)作用表現(xiàn)最優(yōu)。

表1 “寧盾”對黃瓜生長指標(biāo)的影響Table 1 Effects of “Ningdun” on the growth indexes of cucumber

由圖1可以看出，“寧盾”處理顯著提高黃瓜葉片葉綠素含量，T1、T2和T3葉綠素含量分別比對照提高了12.3%、28.3%和58.1%，其中T3效果最為顯著。說明通過添加“寧盾”對于黃瓜葉片葉綠素含量的提高有顯著的促進(jìn)作用，單獨(dú)施用寧盾A和寧盾B對葉綠素含量都有不同程度的提高，但是其中寧盾A和寧盾B配合施用表現(xiàn)效果最好。

圖1 “寧盾”對黃瓜葉綠素含量的影響Fig. 1 Effect of “Ningdun” on the chlorophyll content of cucumber

由表2可知，施用“寧盾”能提高黃瓜的產(chǎn)量。處理T1、T2、T3的總產(chǎn)量較CK分別提高了55.2%、49%和46.7%。平均單株總產(chǎn)量分別比CK提高了11.4%、9.8%和17.4%。施用“寧盾”后能不同程度的提高黃瓜產(chǎn)量，以T3效果顯著。

表2 “寧盾”對黃瓜產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of “Ningdun”on cucumber yield

2.2 “寧盾”對設(shè)施黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

由圖2可知，“寧盾”處理與對照相比，改善黃瓜果實(shí)品質(zhì)，可提高維生素C、可溶性糖和可溶性固形物含量，降低硝酸鹽含量。T1、T2和T3處理顯著提高黃瓜果實(shí)中的維生素C含量、可溶性糖含量和可溶性固形物含量，維生素C含量分別比對照增加50%、31.8%和54.5%，可溶性糖含量分別比對照增加了71.4%、57.1%和85.7%，可溶性固形物含量分別比對照增加了3.4%、7.9%和8.6%；T1、T2和T3處理顯著降低了黃瓜果實(shí)中的硝酸鹽含量，分別比對照降低了20.2%、55.8%和21.6%。與對照CK相比，施用微生物菌肥“寧盾”后對黃瓜果實(shí)中可溶性蛋白含量和有機(jī)酸含量沒有顯著影響。

圖2 不同處理對黃瓜品質(zhì)的影響Fig. 2 Effect of different treatments on cucumber quality

2.3 “寧盾”對根際土壤環(huán)境和土壤酶的影響

表3表明，與對照CK相比，T1、T2、T3的磷的含量均有下降；T3處理顯著提高了土壤中硝態(tài)氮的含量，與CK相比提高了34.1%；除T3處理鉀、鈣、鈉、鎂、錳含量略有升高外，其余2個處理變化不明顯。“寧盾”A液和“寧盾”B液配合施用對土壤養(yǎng)分含量有一定促進(jìn)作用，可以增加土壤中大量元素與微量元素的含量，但總體結(jié)果并不顯著，其中T3處理有效鉀、鈣、鈉、鎂和錳含量分別比 CK 處理提高2.7%、6.0%、10.6%、0.9%和7.0%。

表3 “寧盾”對根際土壤環(huán)境的影響Table 3 Effects of “Ningdun” on rhizosphere soil environment

由圖3可知，“寧盾”處理不同程度的增加黃瓜根際土壤酶活性，其中T3處理效果最為顯著。與對照CK相比，T1、T2和T3三種處理均能提高根際土壤脲酶活性，其中T3處理效果最為顯著，脲酶活性分別比CK處理提高了9.5%、15%和16.9%。T1和T3處理顯著提高了根際土壤中蔗糖酶活性，分別比CK處理提高了21.3%、12.6%。

圖3 “寧盾”對黃瓜根際土壤酶活性的影響Fig. 3 Effects of “Ningdun” on the enzyme activities in cucumber rhizosphere soil

3 討論

黃瓜的生長與土壤理化性質(zhì)、土壤酶的活性以及土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，植物根際促生菌在植株生長、土壤環(huán)境改良等方面的研究具有重要意義［18］。微生物菌肥中含有豐富的植物根際促生菌，這些小生物的活動能力和適應(yīng)環(huán)境的能力都很強(qiáng)，澆灌到土壤中，還會產(chǎn)生能夠使土壤松散的代謝產(chǎn)物，提高土壤透氣度，解決土壤板結(jié)的問題，增加土壤養(yǎng)分，提高土壤的肥沃程度［19］，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)植物生長，改善品質(zhì)，提高產(chǎn)量的效果。

該研究結(jié)果表明，通過增施“寧盾”A液（T1）和噴施“寧盾”B液（T2），均可以促進(jìn)黃瓜營養(yǎng)生長。此外，單獨(dú)施用A液和噴施B液也均能顯著提高黃瓜產(chǎn)量。說明“寧盾”對于促進(jìn)黃瓜生長和增加產(chǎn)量均有作用。劉燕等［20］研究表明，施用帶有枯草芽孢桿菌的肥料能夠促進(jìn)黃瓜生長，增加黃瓜單株結(jié)果數(shù)和單果重，大幅度提升黃瓜產(chǎn)量，與該研究中微生物菌肥“寧盾”促進(jìn)黃瓜生長、提高黃瓜產(chǎn)量結(jié)果一致。此外，施用“寧盾”A（T1）、噴施“寧盾”B（T2）以及二者互作（T3）均能提高黃瓜果實(shí)中維生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量，降低黃瓜中硝酸鹽含量，對黃瓜營養(yǎng)品質(zhì)有一定改善作用。這與余小蘭等［21］的研究結(jié)果有相似之處。除此之外，微生物菌肥還可以顯著促進(jìn)白菜的生長發(fā)育，提高白菜的單株鮮重和葉綠素含量，降低白菜的硝酸鹽含量，提高可溶性糖含量和維生素含量，同時增強(qiáng)土壤中酶的活性［22］。4種處理相比較，“寧盾”A液與“寧盾”B液配合施用對黃瓜的促生和品質(zhì)改善效果最好，與對照相比，T3處理的株高、莖粗、葉片數(shù)分別比對照增加45.4%、15.2%和50%，產(chǎn)量比對照增加46.7%，硝酸鹽比對照降低了21.6%，維生素C、可溶性糖、可溶性固形物分別比對照增加54.5%、85.7%和8.6%。上述結(jié)果與溫丹等［23］在不結(jié)球白菜上的研究結(jié)果一致。

在農(nóng)田人工生態(tài)系統(tǒng)中，微生物家族在其中占有重要地位，微生物通過自身的生命活動影響植物的代謝過程［24］，在分子水平上微生物與植物之間如何相互作用一直以來都是科學(xué)家們研究的重點(diǎn)，土壤中的酶活性與植物的生命活動息息相關(guān)。土壤酶活性高低代表土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率的快慢，同時綜合反映土壤性質(zhì)和肥力水平［25］。蔗糖酶影響土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷含量和微生物數(shù)量，并與土壤呼吸有關(guān)，與土壤肥力呈正相關(guān)；脲酶水解尿素為氨，表示土壤的氮素狀況。該研究表明，施用“寧盾”短時間內(nèi)對植物根際土壤中大量元素和微量元素的含量沒有明顯影響，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)的處理時間短，氮磷鉀等大量元素和微量元素積累的慢，而植物利用的多，最終導(dǎo)致處理與對照之間并沒有明顯的差異?！皩幎堋蹦茱@著提高土壤中脲酶和蔗糖酶的活性。這與李英楠等［2］的研究結(jié)果一致。推測“寧盾”是通過根際促生菌在根際土壤和莖葉中的運(yùn)動，在植物根際和葉片間產(chǎn)生嗜鐵素、生長因子等代謝物質(zhì)，進(jìn)而影響根際土壤中氮磷鉀等元素的含量，達(dá)到改善植物根際土壤環(huán)境的目的。通過色氨酸代謝產(chǎn)生內(nèi)源性生長素，調(diào)節(jié)ACC脫氨酶的活性，刺激植物體內(nèi)ACC合成酶的生物合成，從而導(dǎo)致ACC表達(dá)增加，從而促進(jìn)植物生長。也有研究表明根際促生菌能夠通過調(diào)控基因，產(chǎn)生乙酰乙酸、2，3- 丁二醇等物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對擬南芥、小麥和生菜等農(nóng)作物的促生作用［19］。后續(xù)會進(jìn)一步探索微生物菌肥促進(jìn)植物生長的可能機(jī)制，研究根際促生菌是通過調(diào)控哪一基因哪一通路進(jìn)而達(dá)到促生作用。

綜上所述，施用微生物菌肥“寧盾”能夠促進(jìn)黃瓜生長、增加果實(shí)產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)，提高根際土壤養(yǎng)分含量，增加土壤中土壤酶活性，改善土壤中氮磷鉀等元素的含量。其中“寧盾”A液和“寧盾”B液配合施用效果最好，運(yùn)用到農(nóng)業(yè)中可有效促進(jìn)我國有機(jī)農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展。

4 結(jié)論

本研究以水果黃瓜為實(shí)驗(yàn)材料，通過澆灌微生物菌肥“寧盾”A液和噴施“寧盾”B液，促進(jìn)黃瓜植株生長、提高葉綠素含量和產(chǎn)量、改善果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)；同時提高根際土壤蔗糖酶、脲酶的活性，增加根際土壤中氮、磷、鉀等大量元素的含量，其中“寧盾”A液與“寧盾”B液配合施用的效果最佳。