生物菌肥與化肥配施對土沉香生長及土壤養(yǎng)分的影響

龐圣江，張 培，楊保國，劉士玲，馮昌林*

（1.中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600）

生物菌肥是指一類具有活性微生物且可獲取特定肥力效應的生物肥料制品［1］。生物菌肥主要以微生物的活動產(chǎn)生代謝產(chǎn)物和所包含的酶類物質(zhì)，增強植物抗逆和抗病能力、提高土地肥力和土壤生物活性，從而促進植物生長［2］。由于我國長期過量的施用單一化肥，致使土壤養(yǎng)分供給不均衡和土壤理化性狀惡化的形勢嚴峻［3］。Zhao等［4］研究也指出，植物根際有限時間內(nèi)吸收到少量的化肥，其余多數(shù)流失而造成環(huán)境污染，因此，探尋以生物菌肥為主的新肥源，用于替代或部分替代化肥的研究倍受關注。相關學者研究發(fā)現(xiàn)，生物菌肥與化肥組合配施時，楊樹（Populus spp.）幼苗生長、葉綠素形成和土壤養(yǎng)分增幅效果較為明顯［5］。在提高濕地松（Pinus elliottii）幼苗生長、土壤微生物種類、數(shù)量和所含酶類活性方面尤為顯著［6］。同時，對油茶（Camellia oleifera）幼苗生長、生理指標和土壤養(yǎng)分含量提升具有明顯促進作用，且以生物菌肥與磷肥合適配施的效果更好［7］。

總體而言，生物菌肥與化肥配施能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分比例失衡和環(huán)境污染，又具有低投入高增產(chǎn)出的特點，可作為一種無公害生態(tài)肥料用于實際生產(chǎn)和土壤改良［8］。然而，生物菌肥配施多以集中于楊樹［5］、松樹（Pinus spp.）［6，9］和油茶［10］等林木生長方面，對于諸珍貴樹種的研究鮮見報道。通過生物菌肥與化肥配施培育優(yōu)質(zhì)苗木，不僅有利于珍貴樹種產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，也對實現(xiàn)我國林業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略和實施極具重要意義。

土沉香（Aquilaria sinensis）屬于瑞香科沉香屬常綠喬木樹種，天然分布于廣東、廣西和海南以及香港等省區(qū)。土沉香木材含油脂部分稱為沉香，因其具有優(yōu)異的醫(yī)療和保健功能，香味濃郁且價值不菲，為我國特有的鄉(xiāng)土珍貴木材和藥材兼用樹種［11-12］。近年來，隨著土沉香種植業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，其優(yōu)質(zhì)苗木繁育研究也引起林業(yè)工作者所關注。如王冉［13］開展傳統(tǒng)施肥和指數(shù)施肥的土沉香幼苗氮（N）肥響應研究指出，指數(shù)施肥處理的幼苗生長形態(tài)指標表現(xiàn)更為優(yōu)異，通過建立苗期營養(yǎng)診斷指數(shù)表，獲取幼苗所需N、P和K肥配方。何茜等［14］利用不同濃度指數(shù)施肥研究方法，初步揭示土沉香苗期需肥規(guī)律，并推斷幼苗氮（N）肥施用量。但生物菌肥與化肥配施對土沉香生長及土壤養(yǎng)分的影響試驗尚未見報道，難以滿足土沉香育苗產(chǎn)業(yè)的旺盛需求。因此，本研究以土沉香為研究對象，開展生物菌肥與氮肥、磷肥、鉀肥或復合肥配施對土沉香苗期生長、葉片生理和土壤養(yǎng)分含量的影響，為土沉香優(yōu)質(zhì)苗木培育和育苗技術(shù)體系的完善提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年3月以來，從廣西友誼關森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站熱林中心站點苗木繁育基地選取生長良好、比較均勻的2年生土沉香實生苗，平均地徑為0.72 cm，平均苗高為0.76 m，盆栽于廣西憑祥市夏石樹木園附近（N22°05′，E106°53′）。供試驗所用土壤為林地周邊（0～30 cm）紅壤土，采用多點取樣具有代表性的紅壤土1 kg，共計3份；土壤樣品測定理化性質(zhì)作為本底數(shù)據(jù)。經(jīng)檢測盆栽所用紅壤土理化平均數(shù)值分別為：土壤pH值4.21，有機質(zhì)28.72 g·kg-1，堿解N 78.59 mg·kg-1，有效P 0.83 mg·kg-1和速效K 32.34 mg·kg-1，全 N 1.83 g·kg-1、全 P 0.87 g·kg-1和全 K 1.45 g·kg-1。

供試生物菌肥主要包括土壤益生菌、多元盛肽、有機酸等成分；N肥（N 46.3%）、P肥（P2O550.8%）和K肥（K2O 50.8%）以及復合肥（N∶P2O5∶K2O=16∶16∶16，總養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)≥ 48%）。

1.2 試驗方法

采用隨機完全區(qū)組設計，設置不同水平處理的生物菌肥與化肥配施試驗：即不施肥處理（CK），N1（5 g生物菌肥）、N2（5 g生物菌肥+20 g N肥）、N3（5 g生物菌肥+20 g P肥）、N4（5 g生物菌肥+20 g K肥）和N5（5 g生物菌肥+20 g復合肥）；M1（10 g生物菌肥）、M2（10 g生物菌肥+20 g N肥）、M3（10 g生物菌肥+20 g P肥）、M4（10 g生物菌肥+20 g K肥）和M5（10 g生物菌肥+20 g復合肥），共計11個處理。3次重復。每重復栽植12株，共36株·處理-1，本次試驗總計用苗396株。

將栽植所用的紅壤土進行高錳酸鉀消毒和自然風干處理，先把CK、土壤與需添加不同比例的肥料混合均勻后裝入聚乙烯育苗容器（容器直徑和高度30 cm×20 cm）內(nèi)，裝土共計6.5 kg·盆-1。在2018年4月初將土沉香栽植于經(jīng)過各處理的育苗容器土壤中進行培育。

1.3 測定項目與方法

2018年12月中下旬，采用顯數(shù)游標卡尺（精確度0.1 mm）和鋼卷尺（精確度0.1 cm）測量土沉香幼苗地徑和高度，葉綠素儀（SPAD502）測定葉綠素含量、考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量和蒽酮比色法測定可溶性糖含量［7，15］。采用收獲法，從各試驗處理隨機取樣15株土沉香幼苗，稱量植株地上部分和地下部分生物量，并帶回實驗室于80℃烘干至恒重稱重。

將土沉香幼苗從育苗容器移出后，土壤取樣帶回實驗室風干，用于測定土壤理化性質(zhì)。其中，采用酸度計測定土壤pH值，K2Cr2O7氧化-外加熱法測定土壤有機質(zhì)含量、堿解擴散法測定堿解N含量、NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效P含量和CH3COONH4浸提-火焰光度法測定速效K含量［16］，所有的土壤樣品重復測定3次取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 20.0對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各處理的土沉香幼苗地徑、苗高和生物量以及土壤養(yǎng)分進行單因素（One-way ANOVA）方差分析。同時，每個處理間各項生長調(diào)查指標進行Duncan多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物菌肥與化肥配施對土沉香生長指標的影響

2.1.1 地徑

從圖1可以看出，生物菌肥與化肥配施的土沉香幼苗地徑差異達到顯著水平（P＜0.05）。與不施肥處理（CK）比較發(fā)現(xiàn)，其他處理的幼苗地徑均顯著增加。施用5和10 g單一生物菌肥時，二者幼苗地徑平均值（2.38和2.46 cm）與CK處理（1.37 cm）差異顯著（P＜0.05）。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施時，土沉香幼苗地徑平均值與CK相比分別增加100%、120%、83.94%和135.77%。10 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施時，土沉香幼苗地徑平均值與CK相比分別增加114.60%、127.01%、109.49%和205.84%。總體上來看，10 g生物菌肥的水平處理組明顯優(yōu)于5 g生物菌肥的梯度，以生物菌肥與復合肥配施對土沉香地徑的促進作用效果最好。

圖1 生物菌肥配施對土沉香地徑的影響

2.1.2 苗高

由圖2可知，生物菌肥與化肥配施對土沉香苗高有顯著的促進作用。與CK處理相比，其他處理的平均苗高亦均呈顯著地增加。施用5和10 g單一生物菌肥時，CK處理的平均苗高（0.96 m）與前者（1.12 m）差異不顯著（P＞0.05），而與后者（1.44 m）差異達到顯著水平（P＜0.05）。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施處理差異不顯著（P＞0.05），但生物菌肥與化肥配施的效果均優(yōu)于施用單一生物菌肥，其平均苗高大小順序依次為N5＞N3＞N4＞N2＞N1。10 g 生物菌肥與 20 g N、P、K 或復合肥配施處理差異顯著（P＜0.05），其苗高均值大小順序為 M5＞M3＞M2＞M4＞M1。其中，10 g 生物菌肥的水平處理組優(yōu)于5 g生物菌肥的梯度，以生物菌肥與復合肥配施對土沉香地徑的促進作用效果最優(yōu)。

圖2 生物菌肥配施對土沉香苗高的影響

2.1.3 生物量

由圖3可知，生物菌肥與化肥配施的土沉香生物量差異顯著（P＜0.05）。與CK處理相比，其他處理的土沉香幼苗生物量均顯著增加。其中，生物菌肥與N、P、K或復合肥配施的效果均優(yōu)于施用單一生物菌肥，與土沉香幼苗地徑和苗高的增長基本一致。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施時，N5處理的效果最好，比CK增加79.00%；10 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施時，M5處理的效果最好，比CK增加131.19%。說明適當?shù)脑黾由锞视昧颗c復合肥配施可顯著地提高土沉香幼苗的生物量積累。

圖3 生物菌肥配施對土沉香生物量的影響

2.2 生物菌肥與化肥配施對土沉香生理指標的影響

2.2.1 葉綠素

圖4顯示，生物菌肥與化肥配施的土沉香葉片葉綠素含量差異達到顯著水平（P＜0.05）。與CK相比，其他處理的土沉香葉綠素含量均有所增加，但不同水平的生物菌肥與化肥配施處理組間增幅各異。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，N3處理葉綠素含量增幅最大（44.09%），N5處理組增幅次之（38.58%），其他3個處理組的增幅范圍為21.26%～27.56%。10 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，M3處理葉綠素含量增幅最大（66.14%），M5處理組增幅次之（55.91%），其他3個處理組的增幅范圍為25.20%～32.28%。

圖4 生物菌肥配施對土沉香葉片葉綠素含量的影響

2.2.2 可溶性糖

圖5顯示，生物菌肥與化肥配施的土沉香葉片可溶性糖含量差異顯著。與CK相比，其他處理的土沉香葉片可溶性糖含量均有所增加，但不同水平處理組間增幅各異。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，土沉香葉片可溶性糖含量的增幅大小依次為 N5（23.67%）＞N3（22.14%）＞N2（21.56%）＞N4（20.45%）＞N1（20.32%）；10 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，土沉香葉片可溶性糖含量的增幅大小依次為M3（26.13%）＞M5（26.12%）＞M2（24.08%）＞M4（22.97%）＞M1（22.51%）。

圖5 生物菌肥配施對土沉香葉片可溶性糖含量的影響

2.2.3 可溶性蛋白質(zhì)

圖6顯示，不同水平處理組的土沉香葉片可溶性蛋白質(zhì)含量明顯高于CK。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，土沉香葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的增幅范圍為12.68～19.74%，N2（19.59%）和N5（19.74%）可溶性蛋白質(zhì)含量的增幅效果最為明顯。10 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，土沉香葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的增幅次序依次為M5（31.74%）＞M3（29.61%）＞M4（24.63%）＞M2（24.09%）＞M1（20.08%）。說明10 g生物菌肥與化肥配施的處理組可溶性蛋白含量明顯高于5 g菌肥的處理組，且不同水平處理組間差異達到顯著水平（P＜0.01）。

圖6 生物菌肥配施對土沉香葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

2.3 生物菌肥與化肥配施對土沉香土壤養(yǎng)分的影響

由表1可知，不同水平生物菌肥與化肥配施的土壤有機質(zhì)、堿解N、有效P和速效K含量差異顯著（P＜0.05）。與CK相比，經(jīng)過施肥處理的土沉香土壤有機質(zhì)含量均表現(xiàn)為增加的趨勢。5 g生物菌肥與20 g N、P、K或復合肥配施，N2處理的堿解N含量較高，N5處理的土壤有機質(zhì)、有效P和速效K含量提高幅度較大；10 g生物菌肥與20 g復合肥配施時，M2處理的堿解N含量為最高，M5土壤有機質(zhì)含量、有效P和速效K增幅效果最大，說明適當?shù)纳锞逝c復合肥配施提高土壤養(yǎng)分的效果更好。

表1 生物菌肥配施對土壤有機質(zhì)、堿解N、有效P和速效K含量的影響

3 結(jié)論與討論

研究表明，施用單一生物菌肥及其與N、P、K或復合肥配施對土沉香植株生長量均優(yōu)于對照處理，M5（10 g生物菌肥+20 g復合肥）處理幼苗生長效果最好，與其他處理差異顯著（P＜0.05）。與CK相比，在土沉香苗期施用生物菌肥對幼苗地徑、苗高和生物量有著顯著的促進作用，這與生物菌肥能顯著地提高油茶［7］、馬尾松［9］、巨尾桉［17］苗期生長量的研究結(jié)果相似。同時，施用化肥對于幼苗生長亦有顯著促進作用，但施用單一過量的化肥可造成土壤的嚴重污染［18］。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)不同處理水平的生物菌肥與N、P、K或復合肥配施比施用單一生物菌肥的效果更好，以M5處理的效果最優(yōu)，N1處理相對較差，說明合適的生物菌肥與化肥配施對促進苗木生長、減少環(huán)境污染極具重要意義。也有學者研究認為，生物菌肥與P肥配施對油茶生長的效果最佳［7］，這與本研究的結(jié)果有所差異，原因可能與樹種生物學特性、幼苗養(yǎng)分需求以及育苗土壤來源方面各異有關。

研究結(jié)果顯示，不同水平處理組的土沉香葉片葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量均高于CK，M3處理葉綠素和可溶性糖的含量最大，M5處理可溶性蛋白質(zhì)含量最大。

以往其他樹種研究發(fā)現(xiàn)，生物菌肥與化肥配施的油茶［10］、楊梅［19］以及鼓節(jié)竹［20］幼苗葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量等生理指標的增幅效果較好，與本研究的結(jié)果基本一致。究其原因，可能與生物菌肥和化肥配施，不僅有效地改善土壤環(huán)境，利于土壤微生物繁殖代謝，提高土壤呼吸強度，促進植物生長發(fā)育。但不同水平處理組之間存在一定的差異性，其原因頗為復雜，尚待從幼苗光合利用效率以及土壤微生物多樣性方面開展深入研究。

本研究還發(fā)現(xiàn)，生物菌肥與化肥配施皆可有效地提高土壤肥力，M2處理的土壤堿解N含量增幅最大，M5處理的有機質(zhì)、有效P和速效K含量增幅最為顯著。楊盼盼等［2］研究亦表明，生物菌肥與化肥配施能夠快速增加土壤有機質(zhì)含量，有效地提高土壤堿解N、有效P和速效K含量，Bouranis等［21］研究亦得出相類似觀點，與本研究的結(jié)論基本一致。他們研究認為，這可能是生物菌肥含有固氮菌、解磷菌和解鉀菌等大量有益微生物，其生命活動可達到培肥地力的緣故。因此，生物菌肥與化肥配施是提高土壤有益微生物多樣性、數(shù)量以及土壤養(yǎng)分含量的關鍵。

綜上所述，適當?shù)纳锞逝c化肥配施可使土壤養(yǎng)分潛力得到充分挖掘，利于增強土壤的肥力，為苗木培育提供更多的養(yǎng)分元素。同時，增加土壤有益微生物的種類和數(shù)量，抑制有害病原菌和提高苗木抗逆抗病能力，從而為幼苗生長創(chuàng)造良好的環(huán)境［22］。在本研究中M5處理，即10 g生物菌肥與20 g復合肥配施，增強土壤肥力的效果更佳，促進土沉香幼苗生長的效果最好，可作為此生物菌肥與化肥配施的推薦用量。本研究成果為培育優(yōu)質(zhì)土沉香苗木和推廣利用生物菌肥提供理論指導，也說明生物菌肥在復合肥研發(fā)中具有廣闊的應用前景。