任軼+李瑞霞+艾昊+蔡楓+顧小龍+余光輝+陳巍
摘要:研究哈茨木霉SQR-T037微生物肥對黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分利用效率的影響,以100%農(nóng)戶慣用化肥處理CF作對照,75%的農(nóng)戶慣用化肥配施普通有機(jī)肥OF或SQR-T037木霉生物肥BF分別作處理進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果顯示:75%的化肥配施SQR-T037木霉微生物肥與100%的化肥處理產(chǎn)量相當(dāng),而相比普通有機(jī)肥處理,產(chǎn)量提高193%;同時,生物有機(jī)肥處理BF相對于化肥處理CF和普通有機(jī)肥處理OF能顯著提升黃瓜果實(shí)品質(zhì),提高維生素C含量、減少硝酸鹽積累,并增加植株養(yǎng)分含量;減施25%的化肥而代之以木霉生物肥能顯著提升黃瓜對養(yǎng)分的利用效率,特別是對氮肥的利用效率明顯高于100%的化肥處理。
關(guān)鍵詞:黃瓜;木霉微生物肥;減施肥;產(chǎn)量和品質(zhì);養(yǎng)分利用效率
中圖分類號:S642.206+.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1002-1302(2014)02-0143-04
收稿日期:2013-07-11
基金項(xiàng)目:國家公益基金行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(編號:201103004);中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)第二批自主創(chuàng)新重點(diǎn)研究項(xiàng)目(編號:KYZ201143)。
作者簡介:任軼(1991—),男,江蘇南京人,主要從事植物營養(yǎng)和肥料研究。E-mail:13610104@njau.edu.cn。
通信作者:陳巍,博士,教授,主要從事植物營養(yǎng)和肥料研究。Tel:(025)84399188;E-mail:chenwei@njau.edu.cn。近年來,化學(xué)農(nóng)藥和化學(xué)肥料的大量使用對人類的生活環(huán)境和農(nóng)林牧產(chǎn)品造成了巨大的危害,既浪費(fèi)有限的資源又污染環(huán)境,嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,近10年來,我國化肥施用量增加了90.7%,而糧食總產(chǎn)量僅增加了9.1%,大量的化肥未發(fā)揮出應(yīng)有的效果[1-2]。其中,約有30%的化肥通過淋溶進(jìn)入水圈,導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化和地下水的硝酸鹽污染[3]。長期大量使用化肥不僅不能促進(jìn)作物增產(chǎn),反而會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降、肥力減退和環(huán)境污染。但化肥的施用對作物增產(chǎn)具有重要意義,如果停止施用化肥,全球作物產(chǎn)量將立即減產(chǎn)50%。因此,研究科學(xué)合理施肥和提高肥料效率,特別是有機(jī)、無機(jī)肥料配施和微生物肥料是未來農(nóng)業(yè)研究的重要方向。
植物的生長發(fā)育與周圍環(huán)境中的微生物有著密切關(guān)系,植物的生長勢常取決于植物與微生物之間的互作結(jié)果[4]。為此,利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中有益微生物防治植物蟲害、病害和雜草,促進(jìn)作物生長、增加作物產(chǎn)量、提高品質(zhì)及養(yǎng)分利用效率逐漸成為人們研究的熱點(diǎn)。木霉屬真菌能夠改善土壤生態(tài)環(huán)境,提高土壤肥力,可作為化學(xué)肥料的有益補(bǔ)充[5],而且木霉屬真菌生長繁殖速度快,能迅速占領(lǐng)營養(yǎng)空間,可分泌拮抗物質(zhì)抑制其他病原菌的生長,對植物病原菌具有重寄生作用,并對植物生長產(chǎn)生影響,被認(rèn)為是極有價值和重要的根際促生菌(PGPR)和植病生防因子[6],在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。近幾年,有大量研究正致力于驗(yàn)證一個假說[7],即植物根際促生菌(PGPR)有可能在減少化肥施肥量的前提下使得作物獲得穩(wěn)定產(chǎn)量?,F(xiàn)有不少研究結(jié)果也顯示,減少15%~30%的N、P、K施入量,同時輔以PGPR作用,農(nóng)作物產(chǎn)量可達(dá)到相當(dāng)于N、P、K正常施用量(無PGPR)時的水平[7-9]。本試驗(yàn)通過研究哈茨木霉SQR-T037這一典型植物促生菌制成的微生物肥與化肥配施對黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用效率的影響,驗(yàn)證減少化肥用量的同時保證黃瓜穩(wěn)產(chǎn)并提升黃瓜品質(zhì)及養(yǎng)分利用效率的假設(shè),為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
試驗(yàn)在南京市棲霞區(qū)麒麟鎮(zhèn)大棚蔬菜種植地進(jìn)行,土壤為黃棕壤,pH值6.1,含有機(jī)質(zhì)27.19 g/kg、銨態(tài)氮 22.03 mg/kg、硝態(tài)氮24.27 mg/kg、速效磷132.26 mg/kg、速效鉀213.24 mg/kg。供試品種為碧綠2號黃瓜。供試菌種為哈茨木霉SQR-T037,由江蘇省固體有機(jī)廢棄物資源化高技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。
供試有機(jī)肥料由氨基酸有機(jī)肥和豬糞堆肥按1 ∶1的體積比混合而成,為普通有機(jī)肥。氨基酸有機(jī)肥是以菜粕為原料經(jīng)篩選的高效分泌蛋白的微生物分解而制成,pH值為54,含有機(jī)質(zhì)713.24 g/kg、全氮65.82 g/kg、全磷9.22 g/kg、全鉀11.26 g/kg。豬糞堆肥的pH值為7.0,含有機(jī)質(zhì) 186.03 g/kg、全氮13.16 g/kg、全磷5.91 g/kg、全鉀 10.32 g/kg。2種有機(jī)肥分別由江蘇新天地肥料有限公司和江蘇田娘農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)。供試微生物有機(jī)肥是將木霉SQR-T037用馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基28 ℃振蕩培養(yǎng)4 d,按10%接種量接種于普通有機(jī)肥,再經(jīng)過7 d的二次發(fā)酵所獲得,用前檢測有效活菌數(shù)達(dá)106 CFU/g。供試農(nóng)用化肥為雅苒苗樂復(fù)合肥(N、P2O5、K2O含量分別為15%、15%、15%)和尿素,由挪威雅苒公司生產(chǎn)。
1.2試驗(yàn)設(shè)計
試驗(yàn)采用大棚黃瓜種植的形式,設(shè)3個處理,分別為:100%農(nóng)戶慣用化肥處理(CF);75%的農(nóng)戶慣用化肥配施普通有機(jī)肥2 250 kg/hm2(OF);75%的農(nóng)戶慣用化肥配施木霉SQR-T037生物肥2 250 kg/hm2(BF)。100%的化肥施用量標(biāo)準(zhǔn)為基施雅苒苗樂復(fù)合肥210 kg/ hm2,生育期75 d,每 20 d 追施雅苒苗樂復(fù)合肥450 kg/hm2,尿素沖施 225 kg/hm2,追施3次;而OF和BF則是在此基礎(chǔ)上減施25%化肥,基施普通有機(jī)肥或SQR-T037微生物肥 2 250 kg/hm2,其他田間管理均保持一致。小區(qū)面積9.6 m2(6 m×1.6 m),行距0.4 m,株距0.4 m,栽種黃瓜苗60株/小區(qū),設(shè)3個平行,重復(fù)2次。
1.3樣品采集endprint
植株樣品:待75 d生育期滿,采集整株植株置于網(wǎng)袋編號,每個小區(qū)隨機(jī)取3株,于105 ℃殺青,75 ℃烘干至恒重后測定養(yǎng)分含量。果實(shí)置于冰盒內(nèi)帶回作品質(zhì)分析。土壤樣品:采集各小區(qū)土壤混合樣品,每個小區(qū)取5點(diǎn),放于易封袋編號,4 ℃冰箱保存待用。
1.4測定項(xiàng)目與方法
1.4.1黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)的測定從黃瓜始果期開始統(tǒng)計各小區(qū)累計產(chǎn)量,即為總產(chǎn)量。
黃瓜果實(shí)維生素C[10-11]、硝酸鹽含量[12]的測定采用安捷倫高效液相色譜HPLC(Agilent 1200),色譜柱為Agilent ZORBAX SB-C18 semi-preparative reverse-phase column(9.4 mm×150 mm,5 μm)。
高效液相色譜測維生素C:取黃瓜鮮果5 g+5 g/L的草酸50 mL用豆?jié){機(jī)打成勻漿(4 ℃),浸提15 min,抽濾(5 g/L的草酸沖洗濾渣),濾液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶,用草酸定容,取適量該液過0.45 μm濾膜,通過高效液相色譜HPLC檢測。液相條件:流動相為0.05 mol/L KH2PO4 ∶甲醇=95 ∶5,流速1 mL/min,紫外檢測波長265 nm,柱溫25 ℃,進(jìn)樣量10 μL,時間5 min。標(biāo)準(zhǔn)曲線制作:取抗壞血酸(維生素C)標(biāo)準(zhǔn)品0.1 g用0.05 mol/L KH2PO4定容至1 000 mL,得到濃度為 100 mg/L 的維生素C溶液,分別吸取該液1.25、6.25、12.5、18.75、25 mL定容至25 mL容量瓶,得到濃度為5、25、50、75、100 mg/L的維生素C標(biāo)準(zhǔn)液,以峰面積計算。
高效液相色譜測硝酸鹽:取黃瓜果實(shí)50 g+50 mL去離子水打成勻漿,取勻漿5 g,加入50 mL 70~80 ℃的去離子水超聲20 min,冷卻。取5 mL該液,用去離子水定容至25 mL,靜置后取上清液過0.45 μm濾膜,通過高效液相色譜HPLC檢測。液相條件:流動相為0.03 mol/L KH2PO4-H3PO4緩沖液(pH值=3.3),流速1 mL/min,紫外檢測波長210 nm,柱溫25 ℃,進(jìn)樣量20 μL,時間5 min。標(biāo)線制作:取KNO3標(biāo)準(zhǔn)品0.1 g用去離子水定容至1 000 mL,得到濃度為100 mg/L的NO3-溶液,分別吸取該液0.025、0.125、0.625、1.25、2.5 mL定容至25 mL容量瓶,得到濃度為0.1、0.5、2.5、5、10 mg/L的NO3-標(biāo)液,以峰面積計算。
1.4.2土壤理化性質(zhì)的測定土壤pH值采用pH計(STARTER 2100)法測定;土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的測定采用元素分析儀;土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的測定[13]:土壤鮮樣用水浸提后經(jīng)流動分析儀(德國BRAN+LUEBBE,AutoAnalyzer3)測定;土壤速效磷的測定[14]79-89:土壤風(fēng)干樣經(jīng)0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L 1/2H2SO4浸提,鉬藍(lán)比色法;土壤速效鉀的測定[14]106-108:土壤風(fēng)干樣經(jīng)醋酸銨浸提,F(xiàn)P640火焰光度計(上海悅豐儀器儀表有限公司)法。
1.5數(shù)據(jù)處理與分析
數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件完成,不同處理間差異顯著性檢驗(yàn)采用鄧肯氏新復(fù)極差法[15],利用Microsoft Excel作圖。
2結(jié)果與分析
2.1不同施肥處理對黃瓜產(chǎn)量的影響
由表1可以看出,不同施肥處理對黃瓜產(chǎn)量影響顯著。其中,75%的農(nóng)戶慣用化肥配施普通有機(jī)肥處理OF相對于100%的農(nóng)戶慣用化肥處理CF減產(chǎn)顯著,減產(chǎn)幅度達(dá)1267%;75%的農(nóng)戶慣用化肥配施木霉SQR-T037生物肥處理BF與100%的農(nóng)戶慣用化肥處理CF相比,產(chǎn)量無顯著差異;75%的農(nóng)戶慣用化肥配施木霉SQR-T037生物肥處理BF相對于75%的農(nóng)戶慣用化肥配施普通有機(jī)肥處理OF則能顯著提高黃瓜產(chǎn)量,增幅達(dá)19.30%。
2.2不同施肥處理對黃瓜品質(zhì)的影響
由圖1可見,3種施肥處理黃瓜中維生素C含量無明顯差異,其中以生物肥處理效果略佳,維生素C含量為 233.19 mg/kg 果實(shí)。由圖2可以看出,不同施肥處理對黃瓜硝酸鹽含量影響極顯著(P<0.01),處理CF的硝酸鹽含量為 216.90 mg/kg,分別比BF、OF處理高172.69%、169.98%;而處理BF相對處理OF硝酸鹽含量無明顯差異。
2.3不同施肥處理對黃瓜植株養(yǎng)分含量的影響
由圖3可見,處理BF中黃瓜整株全氮百分含量和處理CF相比差異顯著,分別為3.02%和2.94%,增加2.72%;處理BF和處理OF相比差異極顯著,分別是3.02%和2.69%,增加12.27%。由圖4可以看出,與處理CF相比,處理BF和處理OF全磷含量有所下降,分別降低57.69%和87.58%,且處理BF和處理OF差異顯著,分別為1.82%和1.53%。由圖5可以看出,不同施肥處理對黃瓜植株全鉀含量影響不顯著。
2.4不同施肥處理對土壤速效養(yǎng)分含量的影響
由圖6可以看出,3種施肥處理土壤的硝態(tài)氮含量均有所增加,處理CF、BF、OF硝態(tài)氮含量相對于當(dāng)季黃瓜種植前土壤CK的背景值含量分別增加80.75%、53.96%、77.40%;而銨態(tài)氮含量只有處理BF相對背景土壤CK略有升高,但3個處理間差異顯著。
由圖7可以看出,背景土壤CK與處理CF間土壤速效磷含量無明顯差異,處理BF和處理OF間無明顯差異,而處理BF和處理OF相對于背景土壤CK速效磷含量分別提高1500%和16.81%。
由圖8可以看出,處理CF和OF相對于背景土壤CK,土壤速效鉀含量無顯著差異,處理BF相對于CK土壤中速效鉀含量略有降低。endprint
3討論與結(jié)論
目前,生物有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥、有機(jī)無機(jī)生物活性肥料以及新型生物菌肥在常規(guī)農(nóng)業(yè)中已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用,并取得了良好的增產(chǎn)效果[16-18]。其中生物有機(jī)肥能夠顯著提高產(chǎn)量,例如,王延軍等研究結(jié)果表明,生物肥與有機(jī)肥配合施用可以顯著提高有機(jī)水稻和有機(jī)番茄的產(chǎn)量[19];凌寧等對西瓜的研究也表明施用生物有機(jī)肥不僅能促進(jìn)西瓜植株生長,增加其產(chǎn)量,還能顯著降低西瓜枯萎病發(fā)病率[20]。本試驗(yàn)中,哈茨木霉SQR-T037微生物肥與75%的化肥配施,相對于100%的化肥處理不存在減產(chǎn)的效應(yīng),相對于普通有機(jī)肥處理則能顯著提高產(chǎn)量。這與劉方春等研究生物肥對冬棗產(chǎn)量影響的結(jié)果[21]相一致。
此外,哈茨木霉SQR-T037微生物有機(jī)肥與75%的化肥配施,相對于100%化肥處理,能有效提升黃瓜品質(zhì),維生素C含量有所增加,硝酸鹽含量降低,果實(shí)口感變好,安全品質(zhì)得到改善。大量文獻(xiàn)也表明,施用有機(jī)肥可明顯改善產(chǎn)品品質(zhì),同時培肥土壤[22-24]。以氮素為例,減施25%的化肥并配施 2 250 kg/hm2 木霉SQR-T037生物肥處理中黃瓜植株的全氮百分含量最高,為3.02%,同時,該處理土壤中硝態(tài)氮含量較普通有機(jī)肥與75%的化肥配施處理及100%化肥處理要低,且差異明顯。由此,減施25%的化肥并配施生物肥處理可以明顯提高氮素的吸收利用效率,促進(jìn)其向植株運(yùn)轉(zhuǎn)。
從微生物的角度來看,生物肥中所含有的木霉微生物在適宜的土壤環(huán)境中迅速繁殖,不僅起到激活土著微生物的作用,同時還增加了外源微生物數(shù)量,活化了土壤中的養(yǎng)分,尤以氮素表現(xiàn)最為明顯,同時加速土壤養(yǎng)分的分解轉(zhuǎn)化和釋放,使得土壤中的營養(yǎng)元素更好地向植株中轉(zhuǎn)移積累,為黃瓜的生長提供了養(yǎng)分保障[25]。王濤等也認(rèn)為有機(jī)肥可促進(jìn)土壤中養(yǎng)分供給能力,促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)向果實(shí)中轉(zhuǎn)移[25]。從養(yǎng)分的角度來看,加入的微生物肥料中含有大量的營養(yǎng)元素,在微生物的作用下養(yǎng)分被活化,使速效養(yǎng)分含量升高[26]。從代謝的角度來看,已有大量研究表明,木霉代謝物具有生物防治及促進(jìn)植物生長方面的作用,微生物活動分解有機(jī)類物質(zhì)可刺激植物根系生長,促進(jìn)根的伸長及側(cè)根的形成,增大根的有效吸收面積,提高根系吸收利用土壤養(yǎng)分的能力[27-32]。另外,木霉對植物生長激素平衡起到雙向調(diào)節(jié)的作用等[33-34]。從酶活性的角度來看,曹丹等認(rèn)為生物有機(jī)肥增強(qiáng)了土壤主要功能性酶的活性,使作物產(chǎn)量提高,品質(zhì)變好[35]。
由上述分析可知,在相同化肥施用的前提下,減施25%的化肥并配施2 250 kg/hm2木霉SQR-T037生物肥,不僅能夠保證黃瓜不減產(chǎn),還能顯著改善黃瓜果實(shí)品質(zhì),降低硝酸鹽積累,提高黃瓜營養(yǎng)價值,促進(jìn)土壤中養(yǎng)分的高效吸收和利用,節(jié)約成本,改良土壤,保護(hù)環(huán)境。由于普通有機(jī)肥與75%的化肥配施會造成黃瓜產(chǎn)量顯著下降,經(jīng)濟(jì)效應(yīng)減弱,不適宜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此,減施部分化肥而配以促生木霉菌 SQR-T037 制成的生物有機(jī)肥能夠使黃瓜在減施肥條件下保證產(chǎn)量、改善品質(zhì),提高養(yǎng)分利用效率。
另有研究報道,生物有機(jī)肥不僅能夠?qū)⑼寥乐须y以被作物吸收的無效養(yǎng)分分解轉(zhuǎn)化為易吸收的形態(tài),提高養(yǎng)分供應(yīng)速率,而且其本身具有速效、長效、抗病、改良土壤和抗板結(jié)的作用,因此可以有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)[36-38]。木霉微生物肥應(yīng)用前景廣闊,但是否有更加合適的配比、更加優(yōu)良的木霉微生物肥配方以及更加適宜木霉微生物肥的經(jīng)濟(jì)作物,并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中,有待于進(jìn)一步研究。
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[23]姜東,戴廷波,荊奇,等. 有機(jī)無機(jī)肥長期配合施用對冬小麥籽粒品質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報,2004,24(7):1548-1555.
[24]趙明,蔡葵,孫永紅,等. 不同施肥處理對番茄產(chǎn)量品質(zhì)及土壤有效態(tài)重金屬含量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2010,29(6):1072-1078.
[25]王濤,王虎,余劍,等. 不同施肥量對迷你黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、硝酸鹽含量的影響[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(1):13-15.
[26]耿士均,王波,劉刊,等. 專用微生物肥對不同連作障礙強(qiáng)度土壤上辣椒生長發(fā)育的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(8):134-137.
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[38]韓曉玲,張乃文,賈敬芬. 生物有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤的影響[J]. 土壤肥料,2005(3):51-53.endprint
[11]寧德生,梁小燕,方 宏.高效液相色譜法對羅漢果中維生素C含量的檢測[J]. 食品科學(xué),2010,31(20):311-313.
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[20]凌寧,王秋君,楊興明,等. 根際施用微生物有機(jī)肥防治連作西瓜枯萎病研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2009,15(5):1136-1141.
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