微生物肥料對青梗花椰菜生長和土壤微生物特性的影響

蔣永梅，姚 拓，田永亮，李建宏，劉 婷，高亞敏，張建貴，張 標

(甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室;中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

微生物肥料對青?；ㄒ松L和土壤微生物特性的影響

蔣永梅，姚 拓，田永亮，李建宏，劉 婷，高亞敏，張建貴，張 標

(甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室;中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

以微生物肥料不同施用方式[A(不施肥，CK)；B(施微生物肥料)；C(70%化肥+微生物肥料)；D(100%化肥)]進行田間試驗，研究其對青梗花椰菜(Brassicaoleracea)生物指標和土壤微生物學指標的影響，為尋找合理的施肥方案提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，與CK相比，處理B、C、D可不同程度地提高青?；ㄒ酥旮?、莖粗、葉片數(shù)等生物指標和土壤微生物學指標。不同處理下土壤微生物數(shù)量、微生物生物量均隨土層的加深而降低。不同施肥處理下微生物數(shù)量表現(xiàn)為細菌>放線菌>真菌。其中，處理C效果最佳，與處理D相比，青?；ㄒ酥旮摺⑶o粗、葉片數(shù)、地上鮮重、地上干重、地下鮮重、地下干重、細菌數(shù)量、放線菌數(shù)量、微生物總數(shù)、土壤微生物生物量碳、土壤微生物生物量氮和土壤微生物生物量磷分別增加了6.82%、11.53%、11.76%、9.68%、33.33%、62.5%、33.33%、34.04%～37.61%、8.42%～15.87%、32.53%～33.86%、13.56%～18.6%、3.99%、12.81%～17.99%，真菌數(shù)量減少了26.23%～32.89%。不同施肥處理下土壤微生物生物量與微生物數(shù)量存在一定程度的正相關(guān)關(guān)系。因此，70%化肥+微生物肥料對青?；ㄒ松L具有良好的促進效果。

微生物肥料；青梗花椰菜；生長；土壤微生物

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，植物生長所必需的各種營養(yǎng)元素，除大氣、水、土壤之外，主要通過施肥來提供，化學肥料是農(nóng)業(yè)獲得高效益的主體，是主要的外來營養(yǎng)物質(zhì)[1]，農(nóng)作物的增產(chǎn)50%依賴于化肥[2]，目前化肥是提高土壤供肥能力的必要措施，然而，近些年來，為了追求高產(chǎn)，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍存在過量使用化肥的情況。不合理的施用化肥，不但不會大幅度增加產(chǎn)量，而且會導(dǎo)致土壤性狀惡化，土壤養(yǎng)分比例失衡，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，同時生態(tài)環(huán)境遭受破壞[3]。因此，科學合理施肥和提高肥料利用率是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要研究方向，其中微生物肥料配施化肥是目前的研究熱點之一。

微生物肥料，又稱為菌肥、生物肥料、微生物接種劑，是指含有益微生物，以特定微生物的生命活動使作物獲得肥效的微生物制品[4]。微生物通過生命代謝活動，改善養(yǎng)分吸收狀況，為作物供給營養(yǎng)物質(zhì)，并調(diào)控其生長、增強抗逆性，達到提高產(chǎn)量、減少化肥使用、培肥地力的目的[5];同時可緩解我國資源短缺、環(huán)境污染、土壤生物多樣性破壞等問題[6]。研究表明，生物肥可改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤微生物數(shù)量[7]。研究發(fā)現(xiàn)，微生物肥料可以顯著影響花椰菜(Brassicaoleracea)株高、葉片數(shù)等的生長，改善品質(zhì)，增加產(chǎn)量和土壤微生物數(shù)量[8-10]。但目前研究尚未涉及其對土壤微生物量的影響，基于此，本研究通過研究不同施肥處理下青梗花椰菜株高、莖粗、葉片數(shù)、地上(地下)生物量、土壤微生物數(shù)量及土壤微生物量，探討化肥配施微生物肥料對青梗花椰菜生長和土壤根際微環(huán)境作用效果，旨在尋找化肥與微生物肥料的最佳施肥組合，為可持續(xù)生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色的花椰菜提供科學合理的施肥方案和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于榆中縣定遠鎮(zhèn)蔣家營村，年平均氣溫7.5 ℃，年降水量400 mm，全年無霜期159 d，年日照時數(shù)2 576.9 h，平均海拔1 700 m左右。試驗地肥力基本狀況見表1。

表1 試驗地基本肥力狀況

1.2 試驗材料

供試蔬菜選用青?；ㄒ耍贩N為臺花。供試微生物肥料由甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院微生物實驗室提供，活菌數(shù)大于109個·g-1，供試化肥為尿素(含N 46.4%)、磷酸二銨[64%(N 18∶P2O546)])、硫酸鉀(含K2O 52%)、碳酸氫銨(含N 17.7%)均為市售。

1.3 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組方法，共設(shè)4個處理，每處理3次重復(fù)，共計12個小區(qū)，每個小區(qū)40 m2，各小區(qū)間設(shè)置1 m隔離行。試驗處理分別為A(不施肥)即CK、B(施微生物肥料)、C(70%化肥+微生物肥料)、D(100%化肥)。預(yù)試驗中發(fā)現(xiàn)70%化肥+微生物肥料最適宜當?shù)厍喙；ㄒ松L，故本研究沒有選擇其它梯度化肥+微生物肥料。

2015年3月10日穴盤育苗，5月1日整地移栽，采用一壟雙溝覆膜栽培方式[9](壟寬1.1 m，壟高20 cm，溝寬30 cm，株距60 cm)，田間管理同當?shù)匾粯?。在移栽時進行穴施微生物肥料，其用量1.0 kg·hm-2。化肥施用量，1)基肥：尿素(50.36 kg·hm-2)、磷酸二銨(352.63 kg·hm-2)、硫酸鉀(89.7 kg·hm-2)進行撒施；2)追肥：碳酸氫銨(100.29 kg·hm-2)、磷酸氫二鉀(67.94 kg·hm-2)采用溝施覆土方式[9]。化學肥料施用量按各處理所需分別按百分比減少施用量[11]，用微生物肥料代之。

1.4 田間取樣及測定方法

1.4.1 樣品采集 在青梗花椰菜結(jié)球期，每個小區(qū)隨機選取3株植株測定生物量，并取植株根際0-20、20-40 cm土層深度的土壤，將其裝入無菌自封袋中，低溫運輸至實驗室進行測定。

1.4.2 青梗花椰菜生物學指標的測定方法

1)株高：每個小區(qū)隨機選取10株，用鋼卷尺分別測定自然高度。

2)莖粗：每個小區(qū)隨機選取3株，用游標卡尺測量第1片葉子下1 cm處直徑。

3)葉片數(shù)：每個小區(qū)隨機選取3株，數(shù)取植株上縱莖大于1 cm的葉片數(shù)。

4)生物量：每個小區(qū)隨機選取3株，用電子天平(精度為0.01 g)稱重，測量單株地上部的鮮重。

1.4.3 土壤微生物數(shù)量測定 具體方法參考《土壤微生物分析方法手冊》[12]。

1.4.4 土壤微生物量測定 土壤微生物量碳、氮和磷測定采用氯仿熏蒸培養(yǎng)法[13-15]。

(1)土壤微生物量碳(SMBC，mg·kg-1)：采用總有機碳分析儀(multi N·C 2 100)測定。計算公式：

SMBC=(Ec-Ec0)·kEc

(2)土壤微生物量氮(SMBN,mg·kg-1)：采用凱氏定氮法測定。計算公式為：

SMBN=(En-En0)·kEn

(3)土壤微生物量磷(SMBP,mg·kg-1)：采用鉬藍比色法測定。計算公式為：

SMBP=(Ep-Ep0)·kEp

式中：Ec、En和Ep為熏蒸土壤提取液中有機碳、全氮和磷含量，Ec0、En0和Ep0未熏蒸土壤提取液中有機碳、全氮和磷含量，kEc、 kEn和kEp為校正系數(shù)，分別是0.38、0.54和0.40。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0和Origin 8.5軟件進行數(shù)據(jù)分析和作圖(數(shù)據(jù)均以平均值或平均值±標準誤表示)，通過One-Way ANOVA和LSD檢驗進行顯著性檢驗，微生物數(shù)量測定結(jié)果先將科學記數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為常規(guī)記數(shù)進行分析，土壤微生物量與土壤微生物數(shù)量間的相關(guān)性采用Pearson分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對青?；ㄒ松L的影響

不同施肥處理對青?；ㄒ酥旮?、莖粗、葉片數(shù)及生物量的影響結(jié)果表明(表2)，各施肥處理間生物量均顯著高于A(CK)(P<0.05)；除處理B的株高外，各施肥處理間的青梗花椰菜株高、莖粗及葉片數(shù)均顯著高于A(CK)。處理B和D之間株高、葉片數(shù)及地下生物量干重差異不顯著(P>0.05)。其中，處理C各指標均最高，與處理B和D相比，株高分別提高了12.5%和6.82%，莖粗分別提高了20.5%和11.53%，葉片數(shù)分別提高了18.75%和11.76%，地上生物量鮮重分別增加了29.77%和9.68%，地下生物量鮮重分別增加了116.67%和62.5%，地上生物量干重分別增加了50%和33.33%，地下生物量干重分別增加了100%和33.33%。說明處理C能顯著促進青梗花椰菜的生長。

表2 不同施肥處理對青?；ㄒ酥旮?、莖粗、葉片數(shù)及生物量的影響

注：A，不施肥；B，微生物肥料；C，70%化肥+微生物肥料；D，100%化肥,下同。同一列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: A, control; B, microbial fertilizer; C, 70% chemical fertilizer + microbial fertilizer; D, 100% chemical fertilizer, similarly for the folowing figures and tables. Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

2.2 不同施肥處理對青?；ㄒ送寥牢⑸飻?shù)量的影響

不同施肥處理下，青?；ㄒ送寥乐腥笪⑸飻?shù)量表現(xiàn)為細菌最多、放線菌次之、真菌最少，且隨土層加深，三大微生物數(shù)量逐漸減少(表3)。0-20 cm，除B處理真菌數(shù)量和放線菌數(shù)量與CK差異不顯著(P>0.05)外，其余施肥處理微生物數(shù)量和微生物總數(shù)均顯著高CK(P<0.05)；處理B和處理C之間真菌數(shù)量差異不顯著。20-40cm各施肥處理對微生物數(shù)量和微生物總數(shù)影響不及0-20 cm。其中，處理C相較于處理B和D，細菌分別增加了69.47%～136.84%和34.04%～37.61%，放線菌分別增加了18.39%～43.14%和8.42%～15.87%，微生物總數(shù)分別增加了63.46%～130.76%和32.53%～33.86%；真菌數(shù)量以處理D最多，處理B和D與其相比分別減少了40.11%～41.85%和26.23%～32.89%。說明處理C能顯著增加土壤中細菌和放線菌數(shù)量。

表3 不同施肥處理對青?；ㄒ送寥乐形⑸飻?shù)量的影響

注：同列同一土層不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters within the same column for the same soil depth indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

2.3 不同施肥處理對青?；ㄒ送寥牢⑸锷锪康挠绊?/p>

不同施肥處理下青梗花椰菜土壤微生物生物量總體表現(xiàn)為0-20 cm>20-40 cm(圖1)。0-20 cm，與CK相比，各施肥處理能顯著增加土壤微生物量(P<0.05)；除處理B和D之間土壤微生物生物量氮(SMBN)差異不顯著外(P>0.05)，其余處理間土壤微生物生物量均有顯著差異。20-40 cm，各施肥處理對土壤微生物生物量的影響不及0-20 cm明顯。其中，以處理C最高，與處理B和D相比，土壤微生物生物量碳(SMBC)分別增加了47.63%～61.75%和13.56%～18.6%，SMBN分別增加了17.63%～22.67%和3.99%，土壤微生物生物量氮(SMBP)分別增加37.07%～41.53%和12.81%～17.99%?？傮w來說，處理C能顯著增加土壤微生物生物量。

圖1 不同施肥處理對青?；ㄒ送寥?/p>

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

2.4 不同施肥處理土壤微生物生物量與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性

在CK下，SMBN與細菌數(shù)量、SMBP與真菌數(shù)量及SMBC與放線菌數(shù)量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)(表4)；在處理B下，SMBP與細菌數(shù)量、SMBN與真菌數(shù)量和放線菌數(shù)量之間顯著正相關(guān)(P<0.05)，SMBC與細菌數(shù)量間呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；在處理C下，SMBN與細菌數(shù)量和放線菌數(shù)量、SMBC與真菌數(shù)量及SMBP與真菌數(shù)量和放線菌數(shù)量之間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，SMBC和SMBP與細菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)；在處理D下，SMBP與細菌數(shù)量和放線菌數(shù)量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，SMBC和SMBN與細菌數(shù)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。

表4 不同施肥處理下土壤微生物量與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)關(guān)系

注：*，顯著相關(guān)(P<0.05)；**，極顯著相關(guān)(P<0.01).

Note: *, significant correlation at the 0.05 level; **, highly significant correlation at the 0.01 level.

3 討論與結(jié)論

3.1 不同施肥處理對青?；ㄒ松L的影響

通過研究微生物肥料對青?；ㄒ松L的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各施肥處理均不同程度地促進青梗花椰菜生長，總體表現(xiàn)為處理C>處理D>處理B>處理A。其中，以處理C效果最優(yōu)，可以顯著增加青?；ㄒ酥旮?、莖粗、葉片數(shù)、地上(地下)生物量干鮮重(P<0.05)，究其原因可能是微生物肥料施入土壤中，微生物的活動改善了土壤的通氣狀況[16]，加之本身所含優(yōu)良促生菌株(PGPR)在該研究環(huán)境中定殖效果良好，PGPR在青?；ㄒ烁H生長繁殖過程中供給青梗花椰菜生長的營養(yǎng)元素或溶解土壤中難溶性營養(yǎng)元素供其吸收利用，且產(chǎn)生生長素(IAA)、赤霉素(GA)、脫落酸(ABA)等代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)其健康生長[17]，這一結(jié)論與黃瓜(Cucumissativus)[18]、玉米(Zeamays)[11]研究一致。處理D效果不及處理C，這可能是長期施用化肥使土壤板結(jié)，透氣性差，土壤肥力下降，影響植物生長[3]。處理B能改善青?；ㄒ松L，但效果不及處理C和處理D，單施微生物肥料不能滿足植物生長所需全部的養(yǎng)分[11]。綜合本研究結(jié)果，說明70%化肥+微生物肥料對作物生長的促進效果優(yōu)于單純使用化肥。

3.2 不同施肥處理對土壤生物學性質(zhì)的影響

本研究結(jié)果表明，在青?；ㄒ私Y(jié)球期，同一施肥處理下，土壤三大微生物數(shù)量、微生物生物量總體呈0-20 cm>20-40 cm；土壤中微生物數(shù)量總體表現(xiàn)為細菌>放線菌>真菌，處理C與處理D相比，增加了土壤中細菌、放線菌數(shù)量，減少真菌數(shù)量，說明長期施用化學肥料抑制微生物的生長、繁殖，施入微生物肥料后抑制作用將會減弱[19]，從而改變土壤微生物種群結(jié)構(gòu)及分布，提高微生物群落的多樣性，這一結(jié)果與段淇斌等[20]研究生物菌肥能增加玉米根際土壤細菌和放線菌數(shù)量，減少真菌數(shù)量相符合，但其他學者[8]發(fā)現(xiàn)，化肥配施生物肥會提高真菌的含量，其原因可能與微生物肥料的種類和施肥方式有關(guān)，特別是其含有功能菌對土著病原真菌生長有抑制作用。因此，微生物肥料的作用不僅僅是為植物提供營養(yǎng)，它能優(yōu)化調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，提高肥力，進而提高作物品質(zhì)和產(chǎn)量。不同處理同一土層，0-20 cm各處理影響明顯，其中處理C可以顯著增加土壤微生物生物量，可能是因為化肥配施微生物肥料使作物生長加快，地下生物量、根系分泌物增加，促進微生物的生長，提高土壤微生物生物量[21]；20-40 cm，各處理與CK相比可以不同程度增加土壤微生物生物量，但其含量低于0-20 cm，這可能是微生物肥料穴施深度(5-10 cm)的影響，主要與菌株在根圈的定殖能力有關(guān)，隨著土層深度增加，定殖數(shù)量越低[22]，這與鄒莉等[23]和趙娜等[24]研究不同林型和內(nèi)蒙古錫林郭勒典型的草地土壤微生物生物量隨土層變化的趨勢一致。

3.3 不同施肥處理土壤微生物量與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性

相關(guān)性結(jié)果表明，不同施肥處理下土壤微生物生物量碳、氮、磷與土壤中細菌、真菌、放線菌呈不同程度的正相關(guān)關(guān)系，這表明微生物數(shù)量是決定土壤微生物生物量最主要的因素[25]。其中，處理C對青?；ㄒ松L及土壤微生物特性最優(yōu)，SMBN與細菌數(shù)量、SMBC與真菌數(shù)量及SMBP與放線菌數(shù)量呈顯著正相關(guān)，SMBC和SMBP與細菌數(shù)量極顯著相關(guān)，這證實了細菌在土壤氮轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用，真菌在土壤碳和能源循環(huán)過程中作用巨大，放線菌在土壤磷轉(zhuǎn)化過程中具有重要的作用[26]。土壤質(zhì)量通常與土壤微生物有關(guān)，土壤營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)與轉(zhuǎn)化在一定程度上依賴于微生物的活動，而高肥力水平的健康土壤可以促進微生物的大量生長、繁殖。因此，微生物肥料可以提高土壤肥力狀況，解決該地區(qū)由于長期使用化學肥料而引起的土壤污染，從而為生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色的青?；ㄒ颂峁┮罁?jù)。

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(責任編輯 茍燕妮)

Effects of microbial fertilizer on broccoli growth and soil microbial characteristics

Jiang Yong-mei, Yao Tuo, Tian Yong-liang, Li Jian-hong, Liu Ting,Gao Ya-min, Zhang Jian-gui, Zhang Biao

(Pratacultural College, Gansu Agricultural University, Key Laboratory of Grassland Ecosystem；Sino-U.S. Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China)

The effects of a microbial fertilizer on broccoli (Brassicaoleracea) biological indicators and soil microbial biomass were tested in field experiments under different treatments (control, microbial fertilizer, 70% chemical fertilizer + microbial fertilizer, 100% chemical fertilizer). Biological indicators and soil microbial biomass increased in all fertilizer treatments compared to the control. The numbers of soil bacteria, fungi, and actinomycetes decreased with soil depth with fertilizer treatments. The numbers of microbes showed a tendency of bacteria > actinomycetes > fungi with fertilizer treatments. The effects of the 70% chemical fertilizer + microbial fertilizer were the greatest among fertilizer treatments. Plant height, stem diameter, number of leaves, aboveground fresh weight, aboveground dry weight, underground fresh weight, underground fresh dry weight, bacteria population, actinomycete population, total microbial population, soil microbial biomass carbon, soil microbial biomass nitrogen, and soil microbial biomass phosphorus increased by 6.82%, 11.53%, 11.76%, 9.68%, 33.33%, 62.5%, 33.33%, 34.04%～37.61%, 8.42%～15.87%, 32.53%～3.86%, 13.56%～18.6%, 3.99% and 12.81%～17.99%, respectively. The numbers of fungi decreased 26.23%～32.89%. Correlation analysis showed that there were significant positive correlations among soil microbial biomass and the number of soil microorganisms. 70% chemical fertilizer + microbial fertilizer promoted broccoli growth.

microbial fertilizer; broccoli; growth; soil microorganisms

Yao Tuo E-mail:yaotuo@gsau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0182

2016-04-11 接受日期：2016-11-17

國家自然基金(31360584)；甘肅省IFAD·GEF旱地生態(tài)保護與恢復(fù)項目(GEF-09-CN)

蔣永梅(1990-)，女，甘肅榆中人，在讀碩士生，主要從事草地微生物的研究。E-mail:JYMjiangyongmei@yeah.net

姚拓(1968-)，男，甘肅鎮(zhèn)遠人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)應(yīng)用微生物及其制劑研發(fā)、農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用、植物病害防治等教學和研究工作。E-mail:yaotuo@gsau.edu.cn

S154.3

A

1001-0629(2017)3-0465-07*

蔣永梅，姚拓，田永亮，李建宏，劉婷，高亞敏，張建貴，張標.微生物肥料對青?；ㄒ松L和土壤微生物特性的影響.草業(yè)科學,2017,34(3)：465-471.

Jiang Y M,Yao T,Tian Y L,Li J H,Liu T,Gao Y M,Zhang J G,Zhang B.Effects of microbial fertilizer on broccoli growth and soil microbial characteristics.Pratacultural Science，2017,34(3)：465-471.