滴施生物菌劑對西紅柿生長、品質(zhì)及土壤理化性狀的影響

石 磊，王 軍， 陳 云，宋方圓，呂 寧,2*

(1. 新疆農(nóng)墾科學院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所，新疆 石河子 832000; 2. 新疆石河子大學經(jīng)濟與管理學院，新疆 石河子 832003; 3. 新疆農(nóng)墾科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子 832000)

【研究意義】西紅柿是茄科番茄屬蔬菜，兼具口感風味及營養(yǎng)品質(zhì)，不僅是人們生活中重要的蔬菜之一，同時也是十分重要的加工材料。新疆因其溫差大、日照長、降雨量少，有利于番茄生長，成為我國最大的番茄產(chǎn)區(qū)，被稱為“紅色產(chǎn)業(yè)”基地?；屎娃r(nóng)藥是西紅柿產(chǎn)量的重要保證，然而化肥農(nóng)藥的過度使用，造成了地下水污染及蔬菜品質(zhì)下降等諸多問題，生態(tài)環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題越來越受到社會的高度關注。隨著我國“減肥減藥行動計劃”的推進，生物農(nóng)業(yè)技術成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型的重要手段[1-2]。生物菌肥，因其成分中含有大量的有益功能菌，能夠促進肥料養(yǎng)分分解，抑制土壤有害物質(zhì)，具有良好的生態(tài)環(huán)境效應，因此成為替代化學肥料的重要方式，也成為發(fā)展綠色無公害蔬菜的有效途徑[3]。生物菌肥以隨水滴施方式施入土壤，即通過有目的地將有益微生物或植物生長調(diào)節(jié)劑引進土壤微生態(tài)系統(tǒng)，可使得作物根際微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)趨于合理化、物種更加多樣化，同時能夠改善土壤養(yǎng)分狀況，間接促進地上植株更加健康的生長[4]。【前人研究進展】梳理國內(nèi)外相關研究成果，關于生物菌肥對西紅柿生長及土壤環(huán)境的作用效果，學者們開展了一些研究，報道指出，減量施肥下叢枝菌根真菌和假單胞菌對西紅柿生長發(fā)育、產(chǎn)量及果實品質(zhì)具有顯著的促進作用[5-6]。在西紅柿上應用較多的是生物有機肥，主要是利用牛糞，豬糞，雞類等畜禽糞便發(fā)酵而成有機肥，或是農(nóng)業(yè)秸稈腐熟和堆漚肥，以及青霉素菌渣肥等。研究指出，有機肥料(綠肥、動物畜禽糞肥)的輸入，可實現(xiàn)西紅柿營養(yǎng)的均衡供應，能協(xié)調(diào)西紅柿營養(yǎng)生長和生殖生長，利于果實生長發(fā)育，西紅柿長勢和產(chǎn)量要優(yōu)于化肥處理[7-11]；同時，對西紅柿品質(zhì)具有顯著改善作用，果實中硝酸鹽含量降低15.71 %，維生素C含量提高25.82 %[11]；另外，施用生物有機肥后，土壤中有機質(zhì)含量提高11.21 %，改善了土壤的養(yǎng)分環(huán)境條件，促進西紅柿根系代謝，使根系分泌物增多，使得微生物繁殖加快，土壤細菌和放線菌數(shù)量顯著增加[10, 12-14]。土壤微生物菌群豐度的增加，能夠改善土壤物理、化學和生物學性質(zhì)，起到抑制土壤中的病原菌作用[15-16]?？傮w上，微生物菌肥在西紅柿上的應用研究較少，有關蔬菜類合適的生物菌劑種類及其使用技術理論比較缺乏，施肥方式主要是葉面噴施、淋濕和作為底肥基施[17-18]，采用隨水滴灌技術的較少，多數(shù)集中在水分、養(yǎng)分利用效率方面。王亮亮[19]研究指出，相同施肥水平下，氮磷鉀滴施比大水漫灌施肥番茄產(chǎn)量增加7.35 %，糖酸比增加10.70 %，單果質(zhì)量及葉片葉綠素含量也表現(xiàn)出增加趨勢。滴灌隨水施肥技術，是通過滴灌管網(wǎng)系統(tǒng)將肥料隨水直接施加到作物根區(qū)，可實現(xiàn)肥料的可控、均勻和靶向施入，使得肥料在土壤的分布達到理想狀態(tài)，滴灌水肥一體化技術成為作物水肥高效利用的重要方式?！颈狙芯壳腥朦c】本文選取了4種生物菌劑，為了驗證其對西紅柿生長及土壤微環(huán)境的作用效果，根據(jù)《微生物肥料田間試驗技術規(guī)程及肥效評價指南》(NY/T 1536-2007)，設置田間小區(qū)對比試驗，開展不同生物菌劑隨水滴施對西紅柿生長代謝、產(chǎn)量品質(zhì)及土壤理化性狀的影響?！緮M解決的關鍵問題】以期為西紅柿生產(chǎn)中合理使用生物菌肥提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 供試菌劑及肥料

生物菌劑：①枯草芽孢桿菌可濕性粉劑(功能菌為枯草芽孢桿菌、側(cè)孢芽孢桿菌，10億個活芽孢菌/g，河北農(nóng)科院提供，100元/kg)；②“施倍健”哈茨木霉菌劑(功能菌為木霉菌，哈氏木霉厚垣孢子≥2.0億/g，海南金雨豐生物工程有限公司生產(chǎn)，120元/kg)；③渝峰“99”植保(主要成分：銅、鐵、鋅、錳、硼、鉬等微量元素，以及氨基酸和有機活性物質(zhì)，重慶市聯(lián)普農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司生產(chǎn)，60元/kg)；④中農(nóng)綠康(功能菌為枯草芽孢桿菌、膠質(zhì)芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌，10億個芽孢桿菌體/g，中國農(nóng)業(yè)大學提供，20元/kg)。

常規(guī)肥料：尿素(N含量46 %)、磷酸一銨(P2O5含量61 %)、硫酸鉀(K2O含量52 %)。

1.2 供試西紅柿品種

大唐先鋒，由陜西大唐種業(yè)有限公司提供。該品種具有耐低溫、坐果率高、豐產(chǎn)性好、抗臍腐病及口味佳等特點，生育期135 d，適宜早春晚秋越冬番茄保護地種植。

1.3 試驗設計

試驗地點設在石河子市華宇基地22號溫室大棚。供試土壤類型灰漠土，質(zhì)型為地為中壤，肥力中等均勻，土壤耕層有機質(zhì)含量為13.55 g·kg-1，堿解氮56.07 mg·kg-1，速效磷32.58 mg·kg-1，速效鉀372.64 mg·kg-1，pH 8.32。

西紅柿于3月15日對種子進行電溫箱催芽，3月20日在穴盤中播種，30 d后將番茄幼苗移栽到溫室大棚進行覆膜栽培，株行距為30 cm×50 cm，栽植密度為3000株/667m2。

試驗設置6個處理：T1為滴施枯草芽孢桿菌粉劑30 kg·hm-2，T2為滴施木霉菌制劑22.5 kg·hm-2，T3為滴施“99”植保素30 kg·hm-2，T4為滴施中農(nóng)綠康45 kg·hm-2，T5為滴施常規(guī)化肥2179.5 kg·hm-2，(其中施純N 834 kg·hm-2，施P2O5406.5 kg·hm-2，施K2O為939 kg·hm-2)，T6為清水對照。試驗小區(qū)面積36 m2，各處理重復3次，共計18個小區(qū)，區(qū)組隨機排列，處理間設置保護行。各小區(qū)為單獨灌水施肥，肥料在西紅柿開花期、幼果期和果實膨大期分3次隨水滴施。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 西紅柿生長發(fā)育及產(chǎn)量調(diào)查 各生育期調(diào)查西紅柿的株高、莖粗等生長性狀指標。盛果期調(diào)查各處理的單株果枝數(shù)和單果重，同時記錄果實臍腐病、灰霉病發(fā)生情況。采收期對每小區(qū)所采收的果實進行稱重、計產(chǎn)。

1.4.2 西紅柿品質(zhì)測定 第一次采摘時，各處理隨機摘取10個果實，果實大小和色澤均勻度采用物理測量及感觀法評定，并采用3nh/三恩馳分光測色儀測定色差；果實硬度采用手持硬度儀測定；果實中的Vc、可溶性糖、可溶性固形物等指標含量的測定方法均按《作物品質(zhì)分析》(牛森主編，農(nóng)業(yè)出版社出版)方法測定，其中，Vc含量用草酸浸提-2, 6 二氯靛酚滴定法，可溶性糖采用蒽酮浸提—分光光度計比色法測定，有機酸含量用NaOH滴定法，可溶性固形物用手持測糖儀測定。

1.4.3 土壤理化性質(zhì)分析 西紅柿收貨后，采用土鉆法采集各處理0～20 cm耕層土壤土樣，每個小區(qū)采集3個樣點土樣混合成1份土樣。土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法，速效氮采用堿解擴散法，速效磷測定采用鉬銻抗比色法，速效鉀測定采用火焰分光光度計法，pH值測定采用酸堿測度儀。

1.5 數(shù)據(jù)分析及制圖

使用SPSS 17.0一般線性模型進行方差分析和顯著性檢驗。運用Sigmaplot 12.5制圖。結(jié)果分析的圖表中，數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對西紅柿生長發(fā)育的影響

通過對各處理不同生育期西紅柿株高和莖粗的調(diào)查，結(jié)果(表1)顯示，較對照，施肥處理對西紅柿生長發(fā)育具有不同程度的促進作用。T5處理的株高最高，而莖粗卻明顯低于生物菌劑處理，可能原因大量元素肥料施用后使得西紅柿有旺長傾向，這對果枝營養(yǎng)需求會造成影響。各菌劑處理之間，在生育前期植株長勢差異不大，而在結(jié)果期及果實膨大期各處理長勢差異顯著，株高較對照增加了10～26 cm，莖粗增加了0.6 ～1.3 cm，T3處理的生長整齊度及主莖粗度明顯優(yōu)于其它處理，主要原因：該制劑中含有大量的氨基酸和微量元素，能夠為植株生長提供較為全面的營養(yǎng)，從而促進植株的生長發(fā)育，其它菌肥處理較對照，株高和莖粗也均增加顯著，植株整體長勢有高到低依次是T4、T1、T2。

表1 不同處理西紅柿生長發(fā)育情況Table 1 Growth of tomato under different fertilizer treatments

注：同列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different letters in the vertical bars indicated significant different at 0.05 level.The same as below.

表2 不對處理西紅柿產(chǎn)量及經(jīng)濟性狀對比分析Table 2 Analysis of yield and economic characters of tomato under different fertilizer treatments

注：**表示處理間差異極顯著(P<0.01)。

Note: ** indicated significant different at 0.01 level.

2.2 不同施肥處理對西紅柿產(chǎn)量及經(jīng)濟性狀的影響

各處理西紅柿產(chǎn)量及構(gòu)成因子的調(diào)查顯示(表2)，滴施生物菌劑增產(chǎn)效果十分顯著，T1、T2、T3、T4處理較對照分別增產(chǎn)1.32、1.22、1.53、1.36倍，較常規(guī)化肥處理產(chǎn)量增幅40.36 %、34.33 %、53.65 %、42.83 %，經(jīng)LSD多重檢驗，處理間西紅柿產(chǎn)量差異達到極顯著水平。各菌劑西紅柿產(chǎn)量大小依次為：T3>T4>T1>T2，以T3處理增產(chǎn)最明顯，其余菌劑處理之間差異不顯著。施肥處理對單株果枝數(shù)、單果重等經(jīng)濟性狀具有顯著影響，各菌劑處理單株果枝數(shù)較對照增加了7～12個，較常規(guī)肥處理增加了3～8個；單果重較對照增幅72.57 %～90.27 %，較常規(guī)肥處理增幅11.43 %～22.86 %，滴施菌劑對西紅柿產(chǎn)量因子提高顯著。

通過對西紅柿產(chǎn)量及構(gòu)成因子統(tǒng)計分析，表明滴施4種菌劑對西紅柿產(chǎn)量形成具有顯著促進作用，這可能與菌劑隨水施入土壤，能夠改善土壤養(yǎng)分環(huán)境密切相關。

2.3 不同施肥處理西紅柿主要病害的發(fā)生情況

臍腐病和灰霉病是西紅柿的主要病害。西紅柿盛果期對兩種病害發(fā)病果數(shù)的調(diào)查，由圖1可見，滴施4種生物菌劑后2種病害發(fā)病率顯著降低，臍腐病發(fā)病率在1.41 %～4.87 %，灰霉病發(fā)病率僅0.67 %～4.40 %，較對照降低了2～7倍，較常規(guī)化肥處理兩種病害也明顯減輕，表明生物菌劑滴施對西紅柿病害起到一定抑制作用。

方差分析顯示，4種菌劑處理之間這兩種病害發(fā)病率差異顯著，臍腐病抑制效果T3和T4要明顯優(yōu)于T1和T2處理，灰霉病發(fā)病率T3處理顯著低于其它3種菌肥處理，T1、T2和T4處理之間差異不大。

2.4 不同施肥處理對西紅柿品質(zhì)的影響

對各處理西紅柿果實內(nèi)外部品質(zhì)檢測分析，結(jié)果(表3)顯示，滴施生物菌劑對西紅柿品質(zhì)具有一定改善作用，表現(xiàn)在：果實著色均勻，色差顯著低于對照和常規(guī)化肥處理，果實硬度較常規(guī)化肥處理明顯降低，成熟度顯著提高；內(nèi)部品質(zhì)指標Vc和總糖含量顯著提高，可滴定酸含量有一定降低，可溶性固形物含量變化不大，其中，較對照T1、T2、T3、T4處理Vc含量分別提高了30.74 %、14.40 %、49.94 %、26.85 %，總糖分別增加了8.68 %、9.38 %、37.85 %、9.38 %，可滴定酸下降了31.82 %、28.89 %、56.76 %、41.46 %。比較常規(guī)化肥處理與對照處理西紅柿果實各項品質(zhì)指標，較對照，常規(guī)化肥處理果實硬度增加，Vc和糖分含量降低，說明化肥施用后降低了西紅柿果實口感和營養(yǎng)品質(zhì)。

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters indicated significant different at 0.05 level 圖1 不同處理西紅柿主要病害發(fā)生情況Fig.1 Incidence rate of umbilical rot and gray mold diseases of tomato under different fertilizer treatments

表3 不同處理西紅柿品質(zhì)分析Table 3 Analysis of fruit quality of tomato under different fertilizer treatments

注：*表示處理間差異顯著(P<0.05)，**表示處理間差異極顯著(P<0.01)，ns表示處理間差異不顯著。下同。

Note: * indicated significant different at 0.05 level, **. indicated significant different at 0.01 level, ns indicated not significant. The same as below.

方差分析結(jié)果顯示，4種生物菌劑處理之間西紅柿果實Vc含量、總糖含量差異顯著，果實硬度、可溶性固形物、總酸含量差異不大?？傮w來看，T3處理(99植保素)對果實品質(zhì)的提高最明顯，這與該菌肥本身含有多種微量元素、氨基酸和有機活性物質(zhì)密切相關，能夠為西紅柿生長提供較為全面的營養(yǎng)元素，其它菌肥處理之間果實品質(zhì)指標無顯著差異。

2.5 不同施肥處理對土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性狀檢測及分析結(jié)果(表4)顯示，滴施生物菌劑后土壤pH略有降低，各處理之間差異不顯著；土壤電導率較常規(guī)化肥處理顯著降低，而較對照處理增加，表明生物菌劑施用后會引起土壤中含鹽量的變化；土壤有機質(zhì)含量顯著增加，其中，T1、T2、T3、T4處理較對照分別增加了75.78 %、66.67 %、134.44 %、89.11 %，較常規(guī)肥處理增加了37.57 %、30.43 %、83.48 %、48.00 %；土壤速效氮、速效磷含量較對照處理顯著增加，較常規(guī)化肥處理只有T3處理是增加的，其它菌劑處理這2個養(yǎng)分指標是下降的；土壤速效鉀含量較對照顯著提高，但低于常規(guī)化肥處理。綜合土壤各理化指標分析，可以看出生物菌劑應用于西紅柿種植，能夠顯著增加根際土壤養(yǎng)分含量，土壤養(yǎng)分隨植株根系的生長會不斷向地上部分輸送，從而為地上西紅柿的生長、產(chǎn)量和果實品質(zhì)的形成奠定物質(zhì)基礎。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，4種生物菌劑枯草芽孢桿菌粉劑、木霉菌制劑、“99”植保素、中農(nóng)綠康，滴施用量分別為30、22.5、30、45 kg·hm-2，在西紅柿生長中后期分3次隨水滴施，對西紅柿生長、產(chǎn)量和品質(zhì)具有顯著的促進作用，表現(xiàn)為：株高較對照增加了10～26 cm，莖粗增加了0.6 ～1.3 cm，較化肥處理植株長勢整齊、主莖發(fā)育強壯；果實產(chǎn)量較對照增加1.22～1.53倍，較常規(guī)化肥處理產(chǎn)量增幅34.33 % ～53.65 %，產(chǎn)量顯著提高；同時對西紅柿主要病害具有一定抑制作用，臍腐病和灰霉病發(fā)病率較對照降低了2～7倍，較常規(guī)化肥處理兩種病害也明顯減輕；另外，西紅柿外觀和內(nèi)外品質(zhì)得到不同程度改善，較化肥處理，果實著色均勻度、成熟度顯著提高，較對照果實Vc含量提高14.40 %～49.94 %，糖分含量增加了8.68 %～37.85 %，可滴定酸下降了28.89 %～56.76 %。綜合各處理西紅柿產(chǎn)量和品質(zhì)指標，4種菌劑的促生增產(chǎn)、改善品質(zhì)效果從大到小依次為：渝峰“99”植保、中農(nóng)綠康、枯草芽孢桿菌可濕性粉劑、“施倍健”哈茨木霉菌劑，這與各菌劑的主要成分密切相關。渝峰“99”植保增產(chǎn)效果最為顯著，這與該菌劑本身含有多種微量元素、氨基酸及有機活性成分密切相關，可為作物生長提供多種營養(yǎng)，促進西紅柿生長的同時，提高植株自身的免疫力和抗病性，同時兼具“肥藥”的功效。前人研究成果顯示，增施微生物菌劑能夠促進番茄生長、改善果實品質(zhì)及提高果實產(chǎn)量[5]，本文研究結(jié)果與前人研究結(jié)論相一致。

表4 不同處理西紅柿根際土壤理化性狀分析Table 4 Physical and chemical properties of tomato rhizosphere soil under different fertilizer treatments

生物菌劑對作物生長的促進作用，其主要機理在于土壤微生物菌群的調(diào)節(jié)和對土壤養(yǎng)分環(huán)境的改善作用[20-21]。生物菌劑隨水施入土壤，必然引起土壤微生物菌群豐度變化，而微生物之間又通過錯綜復雜的作用關系，影響著不同物種的增減消漲[22]。土壤微生物一個重要的功能就是促進土壤養(yǎng)分分解與轉(zhuǎn)化，合成與分解，釋放出的營養(yǎng)元素是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源[23]。本試驗通過對施肥后西紅柿根際土壤理化性狀的測定分析，研究結(jié)果顯示，施用4種生物菌劑后，土壤pH有一定降低，這可能與各菌劑本身偏酸性有一定關系；土壤電導率較常規(guī)化肥處理顯著降低，較對照處理增加，說明生物菌劑施用后會引起土壤鹽分的變化，但較化肥處理降低了土壤鹽漬化發(fā)生程度；較對照土壤有機質(zhì)、速效氮、磷、鉀養(yǎng)分元素顯著增加，較常規(guī)肥處理有機質(zhì)增加了30.43 %～ 83.48 %，較對照有機質(zhì)增加了66.67 %～134.44 %，表明試驗所用4種生物菌劑具有改良土壤肥力的作用效果；較常規(guī)化肥處理除99植保素外，氮、磷、鉀含量是低于化肥處理的，這符合一般的施肥效應。

本試驗中，供試生物菌劑用量雖然比常規(guī)化肥要少得多，但因其成分里含有大量的功能菌劑，能夠促進土壤中養(yǎng)分的釋放，從而滿足植物對養(yǎng)分的需求量，所以表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果；同時，生物菌肥具有顯著的抑菌作用，能夠降低西紅柿臍腐病、灰霉病的發(fā)病率，這對提高西紅柿產(chǎn)量及改善品質(zhì)具有重要意義。對于生物菌劑對西紅柿促生增產(chǎn)的作用機理，后續(xù)還需要從土壤微生物、土壤酶變化與地上植株生長相應之間的相關性角度，加以研究探明。在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)當?shù)赝寥罈l件，適當增加生物菌肥的施用量，以保證作物產(chǎn)量。另外，生物菌劑施入土壤，因功能菌萌發(fā)繁殖需要一定的周期，且與土壤酸堿環(huán)境密切相關，因此，生物菌劑合適的施用時間及使用條件，也是本試驗今后的研究方向。