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)微作物營養(yǎng)有限公司 山東泰安 271000;2.山東泰開生態(tài)科技有限公司 山東青島 266000)

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

番茄屬茄科類作物,果菜兩用,是我國重要的設施蔬菜之一,在我國各省均有種植,深受消費者青睞。設施番茄是番茄的主要栽培方式之一,為提高設施番茄產(chǎn)量,許多種植戶大量投入化肥,過量施肥引起土壤酸化、次生鹽漬化,造成土壤質量下降,微生物群落結構失衡,土傳病害加重,番茄產(chǎn)量、品質不增反降,已嚴重制約設施番茄的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。研究表明,有機肥或生物有機肥部分替代化肥,可在穩(wěn)定番茄產(chǎn)量的基礎上,顯著改善番茄品質,并且連年施用后,土壤環(huán)境明顯改善[6]。還有研究報道,降低化肥用量,增施生物有機肥,能夠顯著降低番茄果實中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量,同時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施番茄土壤中有機質含量降低、土傳病害發(fā)病率增加,而連年施用生物有機肥的設施番茄土壤中有機質含量呈遞增趨勢,且土傳病害的發(fā)病率較低。本文以番茄作為研究對象,以常規(guī)施肥為對照,設置普通有機肥、滅菌有機肥、加菌有機肥(生物有機肥)處理,研究不同施肥處理對番茄產(chǎn)量、品質以及土壤理化性狀的影響,以期探索出施用生物有機肥改善土壤環(huán)境及促進番茄生長的機理,為生物有機肥的推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗設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(有機質)為20.7 g/kg,可溶性鹽濃度(EC)為604 μS/cm,pH為5.87。

1.2 試驗材料

供試番茄:毛粉802號。

供試肥料:復合肥料,N-P2O5-K2O=15-15-15;普通有機肥,稻殼、雞糞經(jīng)發(fā)酵腐熟制成產(chǎn)品;滅菌生物有機肥,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生態(tài)科技有限公司提供。

1.3 盆栽試驗設計

試驗共設4個處理,即不施肥處理(CK)、普通有機肥處理(T1)、滅菌生物有機肥處理(T2)、加菌生物有機肥處理(T3)。每個處理3次重復,各處理隨機分布。盆栽容器采用含透水孔的泡沫種植箱(長×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2 mm篩的細沙。番茄首先統(tǒng)一育苗,待苗長至10 cm左右時移栽至泡沫種植箱內,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、防蟲等管理措施一致。

1.4 測定項目與方法

番茄產(chǎn)量:按番茄4穗果的采摘期進行計產(chǎn),在番茄第一穗果成熟時開始采摘,采摘周期為每2天采摘一次,直至第4穗果采摘結束,每次采摘后單獨計數(shù)稱重[8]。

番茄品質:番茄含糖量采用手持折光儀(0-32型便攜式糖度計)進行測定[9]。

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

1.5 數(shù)據(jù)處理

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

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對番茄產(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肥能將有益、有害微生物全部殺死;普通有機肥會帶有少許微生物;加菌生物有機肥是在有機肥的基礎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構,促進了礦質養(yǎng)分轉化,刺激了番茄根系生長,提高了根系對營養(yǎng)物質的吸收和利用,從而能提高番茄的產(chǎn)量。

2.2 不同施肥處理對番茄含糖量的影響

含糖量是番茄的重要品質指標,會影響番茄的口感及風味。常年施用化肥,番茄含糖量會有一定程度的下降,增施生物有機肥后對番茄的含糖量有正效應。不同施肥處理的番茄含糖量見圖1,圖中不同小寫字母表示處理間差異達顯著水平(P<0.05),下同。

圖1 不同施肥處理的番茄含糖量

由圖1可知:施用普通有機肥、滅菌生物有機肥、加菌生物有機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。說明大量有益微生物在促進番茄根系生長的同時,提高了番茄對各種養(yǎng)分的吸收利用和轉化,從而改善了番茄的品質。

2.3 不同施肥處理對番茄根際微生物數(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,根際微生物在自身活動過程中會分泌有機酸,可促進根系對養(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,細菌數(shù)量提高,但整體差異未達顯著性水平;T2處理未對放線菌數(shù)量產(chǎn)生顯著影響,但顯著降低了細菌和真菌數(shù)量;T3處理的細菌數(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%。以上表明普通有機肥自身攜帶的微生物數(shù)量較少,對根際土壤各菌種的數(shù)量和種類影響不顯著;滅菌生物有機肥不攜帶微生物,對與其呈競爭關系的其他微生物數(shù)量影響不大,故其難以影響根際微生物數(shù)量;加菌生物有機肥中加入了外源微生物菌,有機肥載體適宜外源菌生長,故加菌生物有機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與滅菌生物有機肥相反。

2.4 不同施肥處理對土壤容重的影響

常年施用化肥,土壤出現(xiàn)板結,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處理間土壤容重無顯著性差異。以上表明,增施有機肥能調節(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了各種有機物質的分解。

2.5 不同施肥處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

加菌生物有機肥因添加了功能菌,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養(yǎng),活化一部分土壤礦質養(yǎng)分來增加土壤養(yǎng)分的供應。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。土壤有機質含量很難在短時間內發(fā)生改變,但在施用大量有機肥后,土壤的有機質含量也出現(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種有機肥的有機質理論投入量為810 kg/hm2(按產(chǎn)品有機質質量分數(shù)45%、有機肥投入量1 800 kg/hm2計),生物有機肥投入后在短時間內形成了碳固持,提高了土壤的有機質含量,隨著被土壤中的微生物分解轉化,可分解成小分子物質被作物吸收。有機質在分解過程中也會加速礦質養(yǎng)分的活化,釋放更多的礦質營養(yǎng),這與土壤中養(yǎng)分含量增加呈正相關。

2.6 不同施肥處理對土壤酶活性的影響

土壤酶活性與植物生物量之間有顯著的正相關性,與土壤養(yǎng)分、pH、土壤微生物數(shù)量呈正相關。有機肥(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、過氧化氫酶、脫氫酶、中性磷酸酶以及蔗糖酶的活性均無顯著性差異;T1、T3處理則顯著提高了過氧化氫酶、脲酶和脫氫酶的活性,且T3處理與T1處理間也達到了差異顯著性水平,與T1處理相比,T3處理的脲酶、過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 生物有機肥對土壤理化性狀及根際微生物的影響

生物有機肥中含有一定量的有機質、氨基酸、蛋白質、多糖類物質和細菌、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質含量、改變土壤的理化性狀、減少營養(yǎng)元素的固定,還可通過微生物自身的代謝活動來提高土壤的通氣性和保水保肥能力;同時,生物有機肥中含有的功能微生物可在根際定植形成優(yōu)勢菌落,各微生物菌通過自身的代謝活動及代謝產(chǎn)物來提高土壤酶的活性,加速土壤中養(yǎng)分轉化和運移,最終提高土壤中有效養(yǎng)分的含量[4,13]。

據(jù)研究報道,在木薯地上施用生物有機肥,可在一定程度上降低土壤容重,提高土壤孔隙度,增強土壤通氣性,同時增施生物有機肥還可增加土壤中有機碳含量,提高土壤有效養(yǎng)分的含量。試驗發(fā)現(xiàn),增施生物有機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,尤其是堿解氮、有效磷、速效鉀,同時還顯著提升了土壤有機質的含量,增加了碳固持。

研究表明,施用生物有機肥增加了土壤中有益微生物的數(shù)量,同時提高了脲酶和過氧化氫酶等土壤酶的活性,最終增加作物產(chǎn)量[14-15]。試驗表明,與CK處理相比,施用滅菌生物有機肥顯著降低了根際土壤細菌和真菌數(shù)量,施用加菌生物有機肥則顯著提高了土壤中的細菌數(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]的研究結果基本一致。分析其原因:一是在生物有機肥中添加了一定量的功能細菌(枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌),這些功能細菌能在土壤中定植;二是有機物料提供了大量的營養(yǎng)物質,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)勢菌群競爭,生物有機肥中有益細菌數(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)競爭,降低了真菌和放線菌的數(shù)量,而滅菌生物有機肥出現(xiàn)了相反的結果,也印證了該因素。

生物有機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]。試驗發(fā)現(xiàn),與普通有機肥相比,加菌生物有機肥可提高土壤過氧化氫酶、脲酶和脫氫酶的活性。邵麗等[17]在研究生物復混肥對土壤微生物功能多樣性及土壤酶活性的影響中指出,含菌的生物有機肥可提高土壤蔗糖酶活性。試驗表明,與CK處理相比,施用加菌生物有機肥可提高蔗糖酶的活性;與普通有機肥相比,加菌生物有機肥對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、供試作物差異導致試驗結果不同。

3.2 生物有機肥對番茄產(chǎn)量和品質的影響

施用生物有機肥對多種作物均表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)提質效果,表現(xiàn)較為明顯的作物有煙草、生姜、木薯、黃瓜等,其產(chǎn)量和品質與生物有機肥的施用呈正相關[12,14,17-18]。試驗發(fā)現(xiàn)加菌生物有機肥能顯著提高番茄的單果質量、單株產(chǎn)量,與普通有機肥相比,加菌生物有機肥處理的番茄單株產(chǎn)量提高了4.08%;與滅菌生物有機肥相比,加菌生物有機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肥通過提高土壤酶活性,增加了土壤有效養(yǎng)分的供應,從而提高了番茄的產(chǎn)量。加菌生物有機肥對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]在生物有機肥的研究進展中指出,生物有機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系,優(yōu)化了植物根際環(huán)境,能刺激植物根系生長。試驗還發(fā)現(xiàn),加菌生物有機肥處理的根際土壤細菌數(shù)量增加了近800倍,真菌和放線菌數(shù)量平均降低了36.4%,加菌生物有機肥自身攜帶的有益細菌可能發(fā)生了定植,形成了有利于作物生長的生態(tài)群落結構。

針對生物有機肥提高作物產(chǎn)量和品質的作用機理研究,買買提吐遜·肉孜等[20]在基質添加菌劑對黃瓜根際環(huán)境及產(chǎn)量的影響研究中指出,微生物可能產(chǎn)生類植物生長調節(jié)劑(酚、酸、醛、酮類物質),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,生物有機肥在為根系提供大量有效養(yǎng)分的同時,還可分解礦質養(yǎng)分,增加養(yǎng)分供應,從而促進根系和地上部的生長,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設施番茄植株根系以及地上部莖葉的生長。試驗也發(fā)現(xiàn),施用加菌生物有機肥能顯著增加土壤養(yǎng)分的供應,尤其是堿解氮、有效磷、速效鉀類的速效養(yǎng)分,同時加菌生物有機肥的施用還顯著提升了土壤有機質的含量,增加了碳固持,這與前人的研究結果基本一致。

4 結語

試驗發(fā)現(xiàn):與普通有機肥相比,加菌生物有機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,施用加菌生物有機肥后,番茄根際土壤的細菌數(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,加菌生物有機肥和普通有機肥均提高了土壤酶的活性,而滅菌生物有機肥卻降低了土壤中脲酶、過氧化氫酶的活性。與CK處理相比,普通有機肥、滅菌生物有機肥、加菌生物有機肥處理均能提高番茄單株產(chǎn)量,而加菌生物有機肥處理的番茄單株產(chǎn)量比普通有機肥、滅菌生物有機肥處理的分別提高了4.08%、22.60%,差異顯著;同時,加菌生物有機肥處理還提高了番茄含糖量,比CK處理的高23.48%。