楊 威,趙英男,張敏碩,毛曉曦,李翔宇,郭艷杰,陶 晡,馬 理,劉文菊,李博文
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/華北作物改良與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/河北省微生物肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,河北 保定 071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,河北 保定 071001;3.河北省永清縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,河北 永清 065600)
微生物肥料是1 類以微生物生命活動(dòng)及其產(chǎn)物使作物得到肥料效應(yīng)的微生物活體制品[1]。迄今,已有研究表明,微生物肥料可活化利用土壤養(yǎng)分,提高化肥利用率,凈化和修復(fù)土壤,防控作物病害,改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),保障食品安全和環(huán)境安全[2]。我國(guó)農(nóng)業(yè)資源緊缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、污染壓力巨大,農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此,發(fā)展微生物肥料是減施化肥農(nóng)藥、防控環(huán)境污染的必然選擇,是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè),保障農(nóng)產(chǎn)品食用安全的現(xiàn)實(shí)需要,研發(fā)應(yīng)用微生物肥料是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本出路[3]。
大量研究表明,通過(guò)配方施肥[4]、增效肥料[5]、水溶肥料[6]、有機(jī)肥替代無(wú)機(jī)肥料[5]等常規(guī)養(yǎng)分調(diào)控措施,有利于解決番茄集約生產(chǎn)引起的養(yǎng)分過(guò)剩、肥效銳減、連作障礙、面源污染等一些主要問(wèn)題。但是,既要提高番茄產(chǎn)量,又要克服連作障礙,還要減少環(huán)境污染,全面解決上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,依賴有機(jī)肥、化肥等常規(guī)養(yǎng)分調(diào)控手段受到局限,必須開(kāi)辟養(yǎng)分調(diào)控的新路徑。已有試驗(yàn)證明,利用溶磷解鉀細(xì)菌等功能微生物,可活化利用土壤磷鉀養(yǎng)分,減施肥料20%~30%,有效控制磷鉀流失引起的面源污染。同時(shí),一些功能菌可以拮抗病原菌,還可以在代謝過(guò)程中分泌抑菌物質(zhì),達(dá)到抑制病原微生物繁殖、防治番茄青枯病、根結(jié)線蟲(chóng)等土傳病蟲(chóng)害,降低發(fā)病率的效果,具有促生增產(chǎn)、防病降污、提質(zhì)增收等多重功效,是推進(jìn)溫室番茄提質(zhì)增效,確保生態(tài)環(huán)境安全的首選肥料[7]。沖施75 L/hm2菌劑,可使番茄根長(zhǎng)、根數(shù)、根重和產(chǎn)量分別提高48.06%、27.12%、20.85%和27.10%[8]。在此基礎(chǔ)上,本研究以膠質(zhì)類芽孢桿菌和巨大芽孢桿菌為有效菌的液態(tài)菌劑為研究對(duì)象,以番茄為供試作物,采用盆栽試驗(yàn)與田間試驗(yàn)結(jié)合,深入研究其功能特點(diǎn)和突出效果。
田間試驗(yàn)于2015 年3 月至8 月在河北省永清縣進(jìn)行(39°21′38.32″N,116°26′33.22″E)。試驗(yàn)土壤為中壤質(zhì)潮褐土,有機(jī)質(zhì)18.3 g/kg,全氮1.2 g/kg,堿解氮122.33 mg/kg,硝態(tài)氮25.41 mg/kg、氨態(tài)氮4.36 mg/kg,有效磷124.37 mg/kg,速效鉀474.51 mg/kg,土壤pH 8.4。試驗(yàn)區(qū)屬溫帶大陸季風(fēng)氣候,年均氣溫11.5 ℃,年降水508.12 mm,在華北菜區(qū)具有一定的典型性、代表性。盆栽試驗(yàn)于2019 年5—8 月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院人工氣候溫室進(jìn)行。
盆栽供試菌懸液:利用河北閏沃生物技術(shù)有限公司提供的菌種巨大芽孢桿菌(Bacillus Megaterium)HT517 和膠質(zhì)類芽孢桿菌(Paenibacillus mucilaginosus)PM12,制備成有效活菌數(shù)為1.6×108cfu/mL 的菌懸液。利用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院提供的尖孢鐮刀菌番茄?;停‵usarium oxysporum f. sp. lycopersici)孢子懸浮液F,有效活菌數(shù)為1.3×109cfu/mL。
盆栽試驗(yàn)布置:試驗(yàn)開(kāi)始前將供試番茄溫室土壤風(fēng)干過(guò)2 mm 篩,混勻裝入15 cm 直徑塑料花盆,每盆裝土500 g,每盆定植1 株。分2 組進(jìn)行,第一組為功能菌對(duì)番茄生長(zhǎng)影響的試驗(yàn),設(shè)4 個(gè)處理,處理1:每盆接種2 mLPM12 菌懸液+定植正常番茄苗(B1);處理2:每盆接種2 mLHT517 菌懸液+定植正常番茄苗(B2);處理3:每盆接種2 mLPM12 與HT517 的等比菌懸液+定植正常番茄苗(B1B2);處理4:每盆加2 mL 與接種等量滅菌菌懸液+定植正常番茄苗為空白對(duì)照(CK);每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)。第二組為功能菌對(duì)連作病原菌的拮抗試驗(yàn),設(shè)4 個(gè)處理,處理1:每盆接種2 mLPM12 菌懸液+ 定植致病菌F 侵染番茄苗(FB1);處理2:每盆接種2 mLHT517 菌懸液+定植致病菌F 侵染番茄苗(FB2);處理3:每盆接種2 mLPM12 與HT517 的等比菌懸液+定植致病菌F 侵染番茄苗(FB1B2);處理4:每盆加2 mL 與接種等量滅菌菌懸液+定植致病菌F 侵染番茄苗為侵染對(duì)照(FCK);每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)。定植后每盆澆水100 mL,而后每2 d 澆水100 mL,采用常規(guī)栽培管理,各處理間一致。定植后定時(shí)觀察植株長(zhǎng)勢(shì)及發(fā)病情況。
平板對(duì)峙試驗(yàn):試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理、10 次重復(fù)。處理1:接種HT517 菌懸液;處理2:接種PM12菌懸液;處理3:不接種功能菌作對(duì)照(CK)。
田間供試菌劑:河北閏沃生物技術(shù)有限公司提供的商品液態(tài)菌劑,有效菌為HT517 和PM12,有效活菌數(shù)為2×108cfu/mL,其有效菌配比為1∶1。
田間試驗(yàn)處理與布置:設(shè)4 個(gè)處理,分別為不施菌劑的對(duì)照(CK)、定植水沖施液態(tài)菌劑75.0 L/hm2的T1 處理、緩苗期沖施液態(tài)菌劑75.0 L/ hm2的T2處理、膨果期沖施液態(tài)菌劑75.0 L/ hm2的T3 處理,3 次重復(fù),隨機(jī)排列。小區(qū)面積51 m2,各處理肥底氮、磷、鉀用量375 kgN/ hm2、225 kgP2O5/ hm2、535 kg K2O/hm2。所有處理除微生物菌劑的施用時(shí)期不同外,其他田間管理措施都按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣管理模式進(jìn)行,且每個(gè)處理的微生物菌劑用量的有效活菌數(shù)保持一致。
盆栽試驗(yàn)長(zhǎng)勢(shì)觀測(cè):定植后1、10、20 和30 d,測(cè)定植株根量、地上部生物量。
田間試驗(yàn)樣品采集:在番茄定植后60 d,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)挑選10 株番茄,固定編號(hào)后對(duì)番茄生長(zhǎng)情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查分析。主要調(diào)查指標(biāo)有株高、莖粗,在結(jié)果期增加了番茄植株坐果數(shù)以及單果重指標(biāo)的調(diào)查。在番茄盛果期,每個(gè)小區(qū)的10 株番茄上隨機(jī)摘取5 個(gè)果實(shí)(每株)帶回實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行番茄品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定,主要指標(biāo)有:Vc、蛋白質(zhì)、可滴定酸、可溶性固形物、可溶性糖。在番茄收獲后,每個(gè)小區(qū)用土鉆對(duì)表層(0 ~20 cm)土樣進(jìn)行采集,并進(jìn)行土壤NO3--N、NH4+-N、有效磷、速效鉀的測(cè)定。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 軟件作圖,利用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行顯著性及相關(guān)性分析。
由圖1 可看出,盆栽試驗(yàn)中不同處理對(duì)番茄根量(每株)的影響均差異顯著(P<0.05)。同對(duì)照相比,B1、B2 以及B1B2 處理的番茄根量分別增加62.83%、108.41% 和144.54%;同B1 處理相比,B2 處理和B1B2 處理番茄根量分別增加50.18%和27.99%;同B2 處理相比,B1B2 處理番茄根量增加17.34%。說(shuō)明PM12 菌株和HT517 菌株均能顯著增加番茄根量,并且2 種功能菌的復(fù)合效果優(yōu)于單一功能菌,HT517 菌株優(yōu)于PM12 菌株。
圖1 功能菌對(duì)番茄根量的影響Fig.1 Effects of functional strains on the root biomass of tomato
由圖2 可看出,盆栽試驗(yàn)中番茄地上部生物量(每株)各功能菌處理與對(duì)照之間差異顯著。B1B2處理、B1 處理和B2 處理分別與對(duì)照差異顯著(P<0.05),且B1B2 處理分別與B1 處理、B2 處理差異顯著(P<0.05),同對(duì)照相比,B1 處理、B2 處理和B1B2 處理的番茄地上部生物量分別增加26.12%、31.23%和49.57%;同B1 處理、B2 處理相比,B1B2 處理番茄地上部生物量分別增加18.60%和13.97%;B1 處理和B2 處理之間差異不顯著。說(shuō)明接種PM12 菌株和HT517 菌株均能顯著增加番茄地上部生物量,并且增加地上部生物量的效果:2 種功能菌復(fù)合優(yōu)于單一菌株,HT517 菌株與PM12 菌株效果相近。
圖2 功能菌對(duì)番茄地上部生物量的影響Fig.2 Effects of functional strains on the shoot biomass of tomato
由圖3 可看出,盆栽試驗(yàn)中功能菌處理能顯著促進(jìn)番茄提早開(kāi)花。功能菌對(duì)番茄初花時(shí)間的影響,各處理之間差異均顯著(P<0.05),與對(duì)照相比,B1 處理、B2 處理和B1B2 處理的初花時(shí)間分別提前 6.9、8.2 和10.3 d,與B1 處理相比,B2 處理、B1B2 處理的初花時(shí)間分別提前1.3 d 和3.4 d,與B2 處理相比,B1B2 處理的初花時(shí)間提前2.1 d。說(shuō)明接種PM12 菌株和HT517 菌株均能顯著促進(jìn)番茄提早開(kāi)花,并且促進(jìn)提早開(kāi)花的效果:2 種功能菌復(fù)合優(yōu)于單一菌株,HT517 菌株優(yōu)于PM12 菌株。
圖3 功能菌對(duì)番茄開(kāi)花的影響Fig.3 Effects of functional strains on tomato flowering
由圖4 可看出,盆栽試驗(yàn)中功能菌處理能顯著增加番茄果穗數(shù)。功能菌對(duì)番茄果穗數(shù)的影響,各處理之間差異均顯著(P<0.05),與對(duì)照相比,B1處理、B2 處理和B1B2 處理的果穗數(shù)分別增加0.6、1.1 和1.6 穗,與B1 處理相比,B2 處理、B1B2 處理的果穗數(shù)分別增加0.5 和1.0 穗,與B2 處理相比,B1B2 處理的果穗數(shù)增加0.5 穗。說(shuō)明接種PM12 菌株和HT517 菌株均能顯著增加番茄果穗數(shù),并且增加番茄果穗數(shù)的效果:2 種功能菌復(fù)合優(yōu)于單一菌株,HT517 菌株優(yōu)于PM12 菌株。
圖4 功能菌對(duì)番茄坐果的影響Fig.4 Effects of functional strains on tomato fruit setting
通過(guò)番茄苗接種尖孢鐮刀菌番茄?;瓦B作病原菌的試驗(yàn),研究了功能菌對(duì)番茄連作病害的防治效果。由圖5 可見(jiàn),盆栽試驗(yàn)中功能菌顯著降低番茄植株莖腐根腐病發(fā)病率。不同處理之間發(fā)病率差異均顯著(P<0.05)。同對(duì)照相比,F(xiàn)B1 處理、FB2 處理和FB1B2 處理植株的發(fā)病率分別降低9.0、51.0、64.5 個(gè)百分點(diǎn);同F(xiàn)B1 處理相比,F(xiàn)B2 處理、FB1B2 處理植株的發(fā)病率分別降低42.0、55.5 個(gè)百分點(diǎn);同F(xiàn)B2 處理相比,F(xiàn)B1B2 處理植株的發(fā)病率降低13.5 個(gè)百分點(diǎn)。說(shuō)明接種HT517 菌株和PM12菌株能顯著降低番茄連作病害,并且對(duì)番茄連作病害的防控效果:2 種功能菌復(fù)合優(yōu)于單一菌株,HT517 菌株優(yōu)于PM12 菌株。
圖5 功能菌對(duì)番茄植株發(fā)病率的影響Fig.5 Effects of functional strains on the incidence of tomato plants
通過(guò)平板對(duì)峙試驗(yàn)結(jié)果,由圖6 可見(jiàn),HT517菌株能有效抑制尖孢鐮刀菌番茄?;偷木z生長(zhǎng),HT517 菌株處理抑制率為57.26%,PM12 菌株處理對(duì)尖孢鐮刀菌番茄專化型菌絲生長(zhǎng)的抑制率為6.13%。
圖6 功能菌對(duì)尖孢鐮刀菌番茄?;偷霓卓剐Ч鸉ig.6 Antagonistic effect of functional strains on fusarium oxysporum tomato specialization
從表1 可看出,田間試驗(yàn)施用菌劑對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育有一定的促進(jìn)作用,但不同處理效果存在差異。其中,各施用菌劑處理番茄株高與對(duì)照之間差異顯著且各處理之間差異顯著(P<0.05),T2、T3 處理分別比對(duì)照提高4.05%、5.60%(P<0.05),但T1 處理降低了1.35%(P<0.05);T1、T2 處理莖粗分別比對(duì)照提高10.18%、21.84%(P<0.05),但T3 處理與對(duì)照之間差異不顯著;T2 處理坐果數(shù)與T1、T3 處理之間差異顯著(P<0.05),但其它各處理間差異不顯著;各施用菌劑處理番茄單果重與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05),T1、T2 處理分別比對(duì)照提高30.46%、27.41%,但T3 處理比對(duì)照降低9.14%。綜合考慮,T2 處理對(duì)番茄植株生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)作用較強(qiáng)。田間試驗(yàn)施用菌劑處理產(chǎn)量均高于對(duì)照,且差異顯著(P<0.05)。與對(duì)照相比,T1、T2、T3 處理分別增產(chǎn)番茄16.82%、27.10%、22.43%,其中,T2 處理比T1、T3 處理顯著增產(chǎn)番茄3.82%~8.80%,T1 處理與T3 處理之間差異不顯著。說(shuō)明不同時(shí)期施用75 L/hm2菌劑,均能顯著增產(chǎn)番茄,其中緩苗期沖施增產(chǎn)效果最好。
表1 不同處理對(duì)溫室番茄生長(zhǎng)發(fā)育的影響Table 1 Effects of different treatments on the growth of tomato in greenhouse
表2 為不同處理對(duì)溫室番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。
表2 不同處理對(duì)溫室番茄營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different treatments on the quality of tomato fruits
由表2 可看出,田間試驗(yàn)中T2 處理果實(shí)Vc 含量比對(duì)照顯著提高22.36%(P<0.05),其它各處理間均不顯著;果實(shí)蛋白質(zhì)含量各處理間差異不顯著;T1 處理果實(shí)可滴定酸含量與對(duì)照差異不顯著,T2、T3 處理分別與T1 處理和對(duì)照之間差異顯著(P<0.05),T2 處理比T1 處理和對(duì)照提高32.89%~38.73%,T3 處理比對(duì)照和T1 處理降低24.98%~28.14%,且T2 處理果實(shí)可滴定酸含量比T3 處理顯著提高84.94%(P<0.05);各施用菌劑處理果實(shí)可溶性固形物含量與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05),T1、T2、T3 處理分別比對(duì)照提高7.86%、12.59%、5.11%,T2 處理果實(shí)可溶性固形物含量比T1 和T3 處理顯著提高4.26%~7.12%(P<0.05),T1 處理與T3 處理之間差異不顯著;T1、T2 處理果實(shí)可溶性糖含量分別與對(duì)照和T3 處理之間差異顯著(P<0.05),分別提高58.04%~62.38%、34.82%~38.53%,T1 處理果實(shí)可溶性糖含量比T2 處理顯著提高17.22%。說(shuō)明溫室番茄施用菌劑可不同程度地改善果實(shí)Vc、可滴定酸、可溶性固形物和可溶性糖含量,其中,緩苗期沖施改善果實(shí)品質(zhì)效果最好。
由表3 可知,田間試驗(yàn)中T1、T2 處理土壤NO3--N含量分別與對(duì)照和T3 處理之間差異顯著(P<0.05),分別提高19.46%~23.90%、18.37%~22.77%,但T1 處理與T2 處理、T3 處理與對(duì)照之間差異不顯著;T1 處理土壤NH4+-N 含量分別與對(duì)照、T2 處理、T3 處理差異顯著(P<0.05),分別提高14.14%、10.14%、14.84%,但對(duì)照、T2 處理、T3 處理間差異不顯著;T1、T2 處理土壤速效磷含量分別與對(duì)照和T3 處理之間差異顯著(P<0.05),分別提高31.88%~42.36%、36.96%~47.84%,但T1 處理與T2 處理、T3 處理與對(duì)照之間差異不顯著;T1 處理、T2 處理土壤速效鉀含量分別與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05),分別提高61.35%、26.86%,T1 處理土壤速效鉀含量分別與T2 處理、T3 處理之間差異顯著(P<0.05),分別提高27.19%、40.39%,但T2 處理與T3 處理之間差異不顯著。說(shuō)明溫室番茄施用菌劑可不同程度地提高土壤速效養(yǎng)分含量,起到了促生增產(chǎn)的作用。其中,定植期和緩苗期沖施液態(tài)菌劑75 L/hm2,提高速效氮磷鉀的效果較好。
表3 不同處理對(duì)溫室番茄土壤速效氮磷鉀含量的影響Table 3 Effects of different treatments on available N, P and K contents in the soil mg/kg
已有研究表明,根際促生菌可分泌吲哚-3-乙酸(indole-3-acetic acid)促進(jìn)根系生長(zhǎng),增強(qiáng)植株對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收[9]。膠質(zhì)類芽孢桿菌能分泌細(xì)胞分裂素刺激根毛增生,提高養(yǎng)分吸收促生長(zhǎng)[10]。功能菌可將乙烯前體ACC 分解成氨和ɑ-丁酮酸,降低乙烯的濃度,緩解對(duì)植物的不良反應(yīng),促進(jìn)植物生長(zhǎng)[11]。赤霉素、生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素能刺激作物早開(kāi)花結(jié)果。植物開(kāi)花時(shí)間的精準(zhǔn)調(diào)控受到光周期、溫度、光質(zhì)等外部環(huán)境因素和赤霉素GA 等內(nèi)部信號(hào)的協(xié)同調(diào)控[12]。在美國(guó)農(nóng)田,首次發(fā)現(xiàn)“反開(kāi)花素”信號(hào)來(lái)自番茄self pruning(sp)突變體,sp基因的突變破壞了“反開(kāi)花素”信號(hào),解除了“反開(kāi)花素”在側(cè)芽對(duì)“開(kāi)花素”活性的抑制,使番茄從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的無(wú)限循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)地集中開(kāi)花[13]。巨大芽孢桿菌PM1296 可抑制番茄青枯病菌和西瓜枯萎病菌等病原菌的生長(zhǎng)[14]。巨大芽孢桿菌能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)和產(chǎn)生某種次級(jí)代謝產(chǎn)物,抑制花生上黃曲霉毒素的生物合成[15]。巨大芽孢桿菌L2 產(chǎn)生的不飽和脂肪酸類成分可抑制絲狀真菌以及酵母菌的生長(zhǎng)[16]。巨大芽孢桿菌B1301可分泌1 種對(duì)枯萎病菌、黃萎病菌、根瘤鐮刀病菌具有顯著抑制作用的蛋白質(zhì)[17]。巨大芽孢桿菌B196 菌株產(chǎn)生的Iturin A2 對(duì)紋枯病菌具有較強(qiáng)的抑制作用[18]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PM12、HT517 菌株促根效果顯著,可加大根量1.0 倍以上;可促進(jìn)番茄提早開(kāi)花10 d、增加1.6 穗果;且HT517 菌株對(duì)尖孢鐮刀菌番茄?;偷霓卓剐Ч@著,接種HT517 菌株顯著降低番茄發(fā)病率50%以上。因此,功能菌可能通過(guò)分泌吲哚乙酸、細(xì)胞分裂素等促進(jìn)根系發(fā)育,產(chǎn)生赤霉素等激素類物質(zhì)促進(jìn)番茄早開(kāi)花結(jié)實(shí),且巨大芽孢桿菌可對(duì)尖孢鐮刀菌番茄專化型產(chǎn)生拮抗作用,其分子生物學(xué)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
溫室番茄施用液態(tài)菌劑可顯著提高土壤速效氮磷鉀含量,促進(jìn)番茄生長(zhǎng)發(fā)育增產(chǎn)、改善果實(shí)品質(zhì),其中緩苗期沖施75 L/hm2效果較好。接種PM12 菌株和HT517 菌株,對(duì)番茄根系發(fā)育、植株生長(zhǎng)、開(kāi)花坐果有顯著的促生效應(yīng),對(duì)尖孢鐮刀菌番茄?;瓦B作病原菌有顯著的拮抗效果。HT517 菌株優(yōu)于PM12 菌株,2 種功能菌的復(fù)合效果優(yōu)于單一功能菌。
河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2022年4期