秦廣利, 崔保偉, 杜保偉, 陳東陽, 朱俊朋

(1.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南商丘 476000; 2.河南省三門峽市檢驗檢疫中心,河南三門峽 472000;3.國家面粉及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,河南商丘 476000)

花生是重要的油料作物之一,因其適應(yīng)性強、增產(chǎn)潛力大、營養(yǎng)價值高等特性被廣泛種植[1]。花生既是人民生活的主要食用油和植物蛋白質(zhì)來源,又是重要的營養(yǎng)保健食品和優(yōu)質(zhì)的飼料,用途廣泛,市場需求量大,種植效益高[2-4]。經(jīng)濟效益驅(qū)動著農(nóng)民常年連作種植,施肥存在濫用化肥,忽視有機肥,導(dǎo)致花生產(chǎn)量品質(zhì)降低、土壤養(yǎng)分平衡失調(diào),土壤質(zhì)量下降,生態(tài)環(huán)境破壞等諸多問題[5-9]。因此,如何有效解決連作障礙和濫用化肥對推動花生產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

有機物料中含有大量有機質(zhì)和豐富礦質(zhì)元素,可有效增加土壤有機質(zhì)積累、培肥土壤、促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。相關(guān)有機物料還田對土壤培肥效果和作物產(chǎn)量的影響已有較多研究報道。陳琳等的研究表明,豬糞還田能提高玉米土壤供氮能力,增加土壤微生物量氮含量[10];郝近羽等的研究表明,沼渣還田可提高土壤細(xì)菌群落的豐富度和多樣性[11];趙蕊等的研究表明,雞糞、油菜籽餅組合肥有利于提高土壤有機質(zhì)、速效氮磷鉀含量及酶活性[12];鄧金華等的研究表明,腐殖酸鉀、蚯蚓糞和生物炭配施可改善煙田土壤的物理特性,增強土壤的保水性能,提高煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量[13];高日平等的研究表明,秸稈還田能提高土壤微生物量碳氮磷含量和蔗糖酶、脲酶活性[14];汪忠坪等的研究表明,菇渣有機料可增加土壤總有機碳含量,改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性[15];李娜等的研究表明,深翻配施牛糞還田能優(yōu)化土壤固、液、氣三相比,改良土壤結(jié)構(gòu),增加玉米產(chǎn)量和收獲指數(shù)[16]。由此可知,有機物料通過本身的礦源物質(zhì)能改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力,還能為土壤微生物群落提供可利用能源物質(zhì)和良好的生態(tài)環(huán)境,從而增加土壤微生物量和酶活性,提升作物產(chǎn)量品質(zhì)[10-16]。但是,有機物料在實際應(yīng)用過程中存在腐熟速率慢、養(yǎng)分釋放期長、肥效慢等問題,影響對土壤培肥及作物增產(chǎn)的效果[17]。

生物菌肥是由多種有益微生物經(jīng)過發(fā)酵而成的生物性肥料,含有植物酶、膠原多肽和多種高濃度活性微生物。目前,相關(guān)有機物料聯(lián)合生物菌肥施用效果的研究報道較少,有研究表明,二者配施能增加土壤有益微生物數(shù)量,又提供了豐富碳源物質(zhì),促進(jìn)微生物新陳代謝活動,加速有機物料中碳源物質(zhì)的礦化分解,解除有效養(yǎng)分的抑制,顯著提高土壤養(yǎng)分的有效性[18-21]。而有關(guān)有機物料配施生物菌肥在豫東黃潮土區(qū)花生上的應(yīng)用研究未見報道。為此,本研究以有機物料發(fā)酵羊糞、菌渣和生物菌肥為材料,研究有機物料配施生物菌肥對豫東黃潮土壤質(zhì)量變化及花生產(chǎn)量的影響,探究不同施肥措施條件下土壤質(zhì)量變化與產(chǎn)量間的相關(guān)性,以期為該生態(tài)區(qū)花生生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及試驗材料

試驗于2018—2021年在河南省商丘市寧陵縣程樓鄉(xiāng)花生生產(chǎn)基地定點進(jìn)行,該地地勢平坦,排灌方便。前茬種植作物為玉米,供試土壤為沙質(zhì)黃潮土,肥力均勻,耕層土壤基本理化性狀：含有機質(zhì)14.6 g/kg、堿解氮(N)87.8 mg/kg、有效磷(P2O5) 22.6 mg/kg、速效鉀(K2O) 139.5 mg/kg,pH值為7.91。

供試花生品種為豫花47。化肥為復(fù)合肥料(N ∶P2O5∶K2O=15 ∶12 ∶15,總養(yǎng)分含量≥42%),由史丹利農(nóng)業(yè)集團股份有限公司生產(chǎn);生物菌肥[(顆粒狀)含有植物酶≥500萬U/g,EM光合菌劑、解淀粉芽孢稈菌、枯草芽孢桿菌等有效活菌數(shù)≥5億CFU/g],由江蘇思威博生物科技有限公司生產(chǎn);腐熟羊糞含有氮(N)23.1 g/kg、磷(P2O5)21.4 g/kg、鉀(K2O) 15.1 g/kg、有機質(zhì)361.5 g/kg,由滄州慶科生物肥料有限公司生產(chǎn);菌渣主要養(yǎng)分為有機質(zhì)含量448.6 g/kg、全氮含量10.6 g/kg、全磷含量 8.8 g/kg、全鉀含量14.7 g/kg,由商丘市梁園區(qū)雙八鎮(zhèn)食用菌種基地提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個處理,分別為T1(對照,CK)：常規(guī)施肥,T2：常規(guī)施肥+菌渣,T3：常規(guī)施肥+發(fā)酵羊糞,T4：常規(guī)施肥+發(fā)酵羊糞+生物菌肥,T5：常規(guī)施肥+菌渣+生物菌肥。常規(guī)施肥于整地前施入復(fù)合肥料750 kg/hm2,發(fā)酵羊糞(18 000 kg/hm2)、菌渣(15 000 kg/hm2)、生物菌肥(150 kg/hm2)均作為基肥。隨機區(qū)組排列,重復(fù)3次,共15個小區(qū),每個小區(qū)長5 m,寬4 m,面積為20 m2。2021年4月30日起壟種植(壟距0.75～0.80 m,壟長5 m,壟面寬0.45 m～0.50 m,壟高0.15 m～0.20 m),一壟雙行,播種深度為0.3 m～0.5 m,密度為30萬株/hm2,其他同一般大田管理。

1.3 樣品采集

土壤樣品采集于2021年花生成熟收獲前進(jìn)行,每個小區(qū)采用對角線取樣法選取5個樣點,每個樣點采集0～30 cm深度的土壤,現(xiàn)場去除石礫、植物殘體等雜質(zhì),混勻后利用保溫箱及時帶回實驗室,粉碎、過篩、保存,分別測定土壤理化性狀、微生物量碳氮磷含量及酶活性。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤理化性狀 土壤理化指標(biāo)參照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行測定：容重、比重分別采用環(huán)刀法、比重瓶法測定,根據(jù)二者計算土壤孔隙度;有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量測定分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、火焰光度計法、鉬銻抗比色法[22]。

1.4.2 微生物量 土壤微生物量參照《土壤微生物生物量測定方法及其應(yīng)用》進(jìn)行測定：微生物量碳、氮、磷等含量測定分別采用容量分析法(三氯甲烷熏蒸提取)、茚三酮比色法、碳酸氫鈉提取法[23]。

1.4.3 酶活性 土壤酶活性參照常虹等的檢測方法進(jìn)行測定：土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、磷酸酶、脲酶等活性測定分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、高錳酸鉀滴定法、磷酸苯二鈉比色法、次氯酸鈉-苯酚鈉比色法[24]。

1.4.4 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量 花生成熟收獲時,在每個小區(qū)的農(nóng)藝性狀調(diào)查區(qū)域隨機采取20株花生,分別測定其主莖株高、第一側(cè)枝長、有效分枝數(shù)、單株莢果數(shù),晾干后計算單株莢果質(zhì)量、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率;同時在每個小區(qū)的測產(chǎn)區(qū)域收獲10 m2進(jìn)行實收測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)分別采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理繪圖、SPSS 21軟件做差異顯著性及相關(guān)性分析、Canoco 5.0進(jìn)行冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機物料配施生物菌肥對花生土壤質(zhì)量的影響

2.1.1 有機物料配施生物菌肥對土壤理化性質(zhì)的影響 由表1可以看出,施用有機物料、生物菌肥可以有效提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。對于有機質(zhì)含量,T2～T5處理比T1(CK)處理顯著提高9.64%～29.93%,各處理間達(dá)到顯著差異水平;堿解氮含量方面,T2～T5處理比T1(CK)處理顯著提高10.91%～22.25%,T2、T3處理間差異不顯著,其他處理間均達(dá)到顯著差異水平;對于有效磷、速效鉀含量,各處理兩者表現(xiàn)趨勢一致,T2～T5處理比T1(CK)處理分別顯著提高8.53%～18.55%、9.14%～20.97%,T2處理與T3處理、T4處理與T5處理均無顯著差異。綜上,各指標(biāo)在不同處理間具體表現(xiàn)為T4>T5>T3>T2>T1處理。

土壤孔隙度和容重是評價土壤板結(jié)程度的關(guān)鍵指標(biāo)。施用有機物料、生物菌肥能有效提高連作花生土壤孔隙度,降低土壤容重,以T4處理土壤容重最低,土壤孔隙度最大,且二者各處理除T3處理與T5處理差異不顯著,其他各處理間均達(dá)到顯著差異水平。

2.1.2 有機物料配施生物菌肥對土壤微生物量碳、氮、磷含量的影響 由圖1可知,T4、T5處理微生物量碳含量差異不顯著;T3、T5處理微生物量氮含量差異不顯著;T2、T3處理微生物量磷含量差異不顯著。其他各處理間均到達(dá)到顯著差異水平。綜上可見,在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上增施有機物料、生物菌肥可有效提高土壤微生物量碳、氮、磷的含量,各指標(biāo)均以T4處理最高,分別比T1處理顯著提高29.73%、34.54%、33.91%。

2.1.3 有機物料配施生物菌肥對土壤酶活性的影響 由表2可以看出,與T1(CK)處理相比,施用有機物料、生物菌肥均可以提高土壤蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶的活性,以T4處理效果最佳。各處理土壤蔗糖酶、過氧化氫酶活性表現(xiàn)趨勢一致,T2～T5處理比T1(CK)處理顯著提高10.11%～34.83%、7.14%～28.57%,T4處理與T5處理差異不顯著,其他處理間均達(dá)到顯著差異水平;土壤磷酸酶、脲酶活性表現(xiàn)趨勢一致,T2～T5處理比T1(CK)處理顯著提高11.51%～26.89%、13.07%～31.82%,T3、T4、T5處理間差異不顯著,與T2處理均達(dá)到顯著差異水平。

表2 有機物料配施生物菌肥對土壤酶活性的影響

2.1.4 有機物料配施生物菌肥條件土壤環(huán)境因子之間的相關(guān)性分析 由圖2-a可知,土壤微生物量碳氮磷(CNP)含量與土壤養(yǎng)分含量、容重、孔隙度的RDA結(jié)果表明,主成分1軸、主成分2軸能夠在累計變量67.37%水平上解釋不同施肥措施下土壤微生物量碳氮磷含量與土壤理化環(huán)境因子之間的關(guān)系。各處理點分散于不同的象限,說明土壤微生物量碳氮磷含量與土壤養(yǎng)分含量、土壤容重、土壤孔隙度對有機物料配施生物菌肥會產(chǎn)生不同的響應(yīng)。其中土壤微生物量碳氮磷含量與土壤有機質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、土壤孔隙度箭頭指向基本一致,所成夾角均為銳角,表示各成分之間均呈正相關(guān)關(guān)系;土壤微生物量碳氮磷含量與土壤速效鉀含量、容重所成夾角為鈍角,表示呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。假設(shè)性測驗結(jié)果(Pseudo-F值為3.6,P=0.002)表明,所有排序軸都是極顯著。土壤孔隙度(32.4%)、堿解氮含量(24.3%)為影響土壤微生物量碳氮磷含量的主要驅(qū)動因子。由此可見,外源有機物配施生物菌肥輸入能夠改良板結(jié)土壤,為微生物代謝活動提供較好的通氣條件和可利用能源物質(zhì),加速微生物對有機物料的碳源固定,解除土壤對有效養(yǎng)分的抑制,促使土壤微生物量碳氮磷含量增加。

由圖2-b可知,主成分1軸和主成分2軸能夠在累計變量69.33%水平上解釋不同施肥措施下土壤微生物量碳氮磷含量與土壤酶活性的關(guān)系。其中土壤微生物量碳氮含量與土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性呈正相關(guān)關(guān)系;土壤微生物磷含量與磷酸酶活性呈正相關(guān)關(guān)系,與土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤蔗糖酶活性(44.5%)為主要驅(qū)動因子,說明土壤微生物碳氮磷含量與蔗糖酶活性高度相關(guān)。假設(shè)性測驗結(jié)果(Pseudo-F值為4.1,P=0.003)表明,所有排序軸都是差異極顯著。由此可見,有機物料配施生物菌肥與土壤微生物量碳氮磷含量及土壤酶活性密切相關(guān)。

2.2 有機物料配施生物菌肥對花生生長及產(chǎn)量的影響

2.2.1 有機物料配施生物菌肥對花生農(nóng)藝性狀的影響 由表3可知,施用有機物料、生物菌肥均能有效改善花生農(nóng)藝性狀。各處理主莖高、有效分枝數(shù)表現(xiàn)趨勢一致,T3處理與T5處理差異不顯著,其他處理間均達(dá)到顯著差異水平;第一側(cè)枝長表現(xiàn)為T3、T4、T5處理間差異不顯著,其與T2、T1處理均達(dá)到顯著差異水平,同時T2處理與T1處理間差異也達(dá)到顯著水平。綜上可見,施用有機物料、生物菌肥顯著提高了花生主莖高、第一側(cè)枝長、有效分枝數(shù),各指標(biāo)均以T4處理最高。

表3 有機物料配施生物菌肥對花生農(nóng)藝性狀的影響

2.2.2 有機物料配施生物菌肥對花生產(chǎn)量性狀及莢果產(chǎn)量的影響 由表4可知,T2～T5處理單株莢果質(zhì)量、出仁率比T1處理顯著提高7.72%～23.76%、3.06%～9.97%,T3、T5處理間差異不顯著,其他處理間均達(dá)到顯著差異水平。T2～T5處理百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量比T1處理顯著提高3.99%～5.59%、4.74%～6.94%,各處理間差異不顯著。綜上可見,施用有機物料、生物菌肥均能提高花生的單株莢果質(zhì)量、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率,以T4處理效果最佳。

表4 有機物料配施生物菌肥對花生產(chǎn)量性狀及莢果產(chǎn)量的影響

T2～T5處理花生產(chǎn)量均顯著高于T1處理,以T4處理為最高,其產(chǎn)量為5 338.95 kg/hm2,比T1處理增產(chǎn)29.83%,T3處理與T5處理產(chǎn)量差異不顯著,其他處理間均到達(dá)顯著差異水平,具體表現(xiàn)為T4>T5>T3>T2>T1。

2.2.3 土壤微生物量碳氮磷含量、酶活性及花生產(chǎn)量之間的相關(guān)分析 由表5可知,不同施肥處理條件下土壤微生物量碳氮磷含量、酶活性與花生產(chǎn)量之間具有密切相關(guān)性?；ㄉ偖a(chǎn)量、單株莢果質(zhì)量與土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、微生物量碳含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與磷酸酶活性、過氧化氫酶活性、微生物量氮含量、微生物量磷含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05);花生出仁率與土壤蔗糖酶活性、微生物量氮含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與土壤脲酶活性、過氧化氫酶活性、微生物量碳含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05);花生百仁質(zhì)量、百果質(zhì)量與土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、微生物量碳含量、微生物量氮含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05);花生總產(chǎn)量、出仁率、百仁質(zhì)量、百果質(zhì)量、單株莢果質(zhì)量與其他土壤微生物量碳氮磷含量及酶活性指標(biāo)均呈正相關(guān),但相關(guān)性不顯著。綜上可見,有機物料配施生物菌肥條件下土壤微生物量、酶活性的增加有助于提高花的生產(chǎn)量。

表5 土壤微生物量碳氮磷含量、酶活性與花生產(chǎn)量之間的相關(guān)性分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

土壤質(zhì)量是土壤養(yǎng)分、微生物量碳氮磷含量及酶活性對土壤肥力的綜合評價[25]。土壤養(yǎng)分直接影響作物生長發(fā)育進(jìn)程,微生物量碳氮磷含量反映土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及代謝活性,土壤酶可高效催化土壤中有機質(zhì)分解,參與土壤養(yǎng)分循環(huán)轉(zhuǎn)換,不同施肥措施對土壤養(yǎng)分、微生物量碳氮磷含量及酶活性產(chǎn)生不同的影響[26-27]。有機物料、生物菌肥對提高土壤質(zhì)量方面的研究已有相關(guān)報道。舒方瑜等的研究表明,有機物料施入土壤能有效提高玉米土壤肥力,改善土壤碳氮、團聚體比例,降低土壤容重,增加土壤孔隙度[28]。馬子茜等的研究表明,生物菌肥能增加土壤微生物生物量和酶活性,加速有機物料腐熟分解轉(zhuǎn)化,提高養(yǎng)分供應(yīng)效率[29];勉有明等的研究表明,秸稈配施微生物菌肥能提高耕層有機質(zhì)和堿解氮、有效磷、速效鉀含量,提高養(yǎng)分的利用率[30];孫琪然等的研究表明,生物炭配施菌肥能提高土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性及有機碳含量[31];陳思婷等的研究表明,農(nóng)家肥配施微生物菌肥能改善椰園土壤微生態(tài)環(huán)境,增加土壤微生物量碳氮磷含量[32]。本研究結(jié)果表明,黃潮土種植花生在常規(guī)施化肥基礎(chǔ)上,配施有機物料、生物菌肥可改善土壤理化性狀,增加土壤微生物量可提高酶活性。所有處理中,常規(guī)施肥+發(fā)酵羊糞+生物菌肥(T4)處理效果最好,與T1處理相比,該處理土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別顯著提高29.93%、22.25%、18.55%、20.97%,土壤孔隙度顯著提高,微生物量碳、氮、磷含量顯著提高,土壤蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶活性分別顯著提高34.83%、26.89%、31.82%、28.57%。另外,筆者通過冗余分析(RDA)發(fā)現(xiàn),土壤微生物量碳氮磷含量以及酶活性變化受多種土壤環(huán)境因子共同制約。其中,土壤孔隙度(32.4%)、堿解氮含量(24.3%)、土壤蔗糖酶活性(44.5%)為主要驅(qū)動因子。分析認(rèn)為外源菌渣、發(fā)酵羊糞和生物菌肥輸入為土壤微生物提供了可利用的能源物質(zhì),又改善了土壤結(jié)構(gòu)和微區(qū)域環(huán)境,促進(jìn)微生物新陳代謝活動,加速有機物料中碳源物質(zhì)的礦化,解除有效磷、速效鉀的抑制,使土壤微生物碳氮磷含量增加和酶活性增強。由此可知,施用有機物料、生物菌肥能有效提高花生土壤質(zhì)量。

良好的土壤質(zhì)量是作物獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果表明,不同有機物料配施生物菌肥不僅可以提高土壤質(zhì)量,還能促進(jìn)作物生長發(fā)育,實現(xiàn)增產(chǎn)增效[33-35]。張舒予等的研究表明,秸稈還田配施生物菌肥可增加單株有效分蘗,提高穗粒數(shù)和結(jié)實率,顯著提高水稻產(chǎn)量[34];王赫等的研究表明,牛糞配施菌肥能提高單株有效分枝數(shù)、結(jié)果數(shù)和紅椒率,實現(xiàn)辣椒增產(chǎn)增效[35]。本研究結(jié)果表明,與T1(CK)處理相比,有機物料配施生物菌肥可促進(jìn)花生生長發(fā)育,提高產(chǎn)量。其中,常規(guī)施肥+發(fā)酵羊糞+生物菌肥(T4)處理效果最好,該處理花生主莖高、第一側(cè)枝長、有效分枝數(shù)顯著提高,單株莢果質(zhì)量、百果質(zhì)量、百仁質(zhì)量、出仁率分別顯著提高23.76%、5.59%、6.94%、9.97%,產(chǎn)量顯著增產(chǎn)29.83%,這與前人的研究結(jié)果[34-35]相一致。相關(guān)性分析結(jié)果表明,花生產(chǎn)量與土壤微生物量碳氮磷含量及酶活性具有密切正相關(guān)聯(lián)系。由此可知,在常規(guī)施化肥基礎(chǔ)上配施有機物料、生物菌肥能促進(jìn)花生生長發(fā)育,提高產(chǎn)量。

在本試驗條件下,綜合考慮,有機物料、生物菌肥對土壤理化性狀、微生物量、酶活性、花生農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響,以T4(常規(guī)施肥+發(fā)酵羊糞+生物菌肥)處理效果最好,可改良土壤板結(jié),緩解花生連作障礙,建議在花生生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。