靳亞忠,熊亞男,孫 雪,李金雨,李 響,何淑平,李春霞
(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)園藝園林學(xué)院,黑龍江大慶 163319)
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)在我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。在中國,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已形成了高化肥投入進(jìn)行作物生產(chǎn)的模式[1-3],然而化學(xué)肥料的大量投入?yún)s帶來了環(huán)境污染、土壤肥力的下降、養(yǎng)分失衡以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低等問題[1,3-5],且化肥的過量施用也導(dǎo)致蔬菜生產(chǎn)中肥料的利用率降低、土壤硝態(tài)氮積累、土壤板結(jié)及酸化、土傳病害嚴(yán)重等問題[6]。為了解決不合理施用化學(xué)肥料問題,在綠色生產(chǎn)的要求下,必然選擇提高肥料利用率和降低化學(xué)肥料投入量的方法。近年來許多研究表明,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用化肥減施[4]、平衡營養(yǎng)肥料施用[5]、有機肥和無機肥配施[7-10]、水肥耦合使用[11]、肥料增效劑使用[12-14]等措施能有效提高肥料利用率,降低農(nóng)業(yè)面源污染,并提高作物產(chǎn)量和品質(zhì),但是各種措施發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的機理或方式存在差異。
木霉菌(Trichoderma spp.)是一類絲狀子囊菌類綠色孢子真菌,大部分來自土壤[15],可以保護(hù)或減輕逆境脅迫對作物的傷害。木霉菌可以通過與植物根系互作,誘導(dǎo)植物體內(nèi)代謝發(fā)生變化,如激素、可溶性糖、次級代謝物、氨基酸含量以及光合作用等發(fā)生變化,促進(jìn)植物生長、提高作物產(chǎn)量及產(chǎn)品品質(zhì)[16-18],它已作為有益生防菌及生物肥料被應(yīng)用于生產(chǎn)。為了提高辣椒栽培中肥料的利用,進(jìn)行養(yǎng)分綜合管理是有效方法之一。在番茄、黃瓜、蕹菜栽培中,化肥減量配施木霉菌有機肥通過調(diào)節(jié)土壤微生物群體變化,活化養(yǎng)分,促進(jìn)產(chǎn)量增加和品質(zhì)提高[19-22],但關(guān)于木霉菌有機肥及木霉菌菌劑對瓜果、蔬菜及作物品質(zhì)的影響結(jié)果還存在爭論[20,23-24]。
辣椒(Capsicum annuum L),一種茄科蔬菜植物,其果實富含Vc,已經(jīng)成為全國各地重要的經(jīng)濟作物[3,25]。辣椒在全生育期對肥料的需求量較大,氮、磷、鉀施用量影響了辣椒的產(chǎn)量與品質(zhì)[26],尤其是氮肥的過量施用降低了辣椒果實品質(zhì),而產(chǎn)量未呈現(xiàn)增加,且肥料利用率較低[27-28]。已有研究表明,氮、磷與硅鈣肥配施可以顯著提高辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)[3];減施化肥40%~50%并配施沼液可以明顯增加辣椒產(chǎn)量與可溶性糖、Vc及氨基酸的含量[29]。此外,利用畜禽糞肥[30]、蘑菇渣[31]及沼渣堆肥[32]配施化肥顯著提高了辣椒產(chǎn)量和品質(zhì),而關(guān)于通過減施化肥配施木霉菌有機肥來調(diào)節(jié)辣椒果實產(chǎn)量、品質(zhì)的研究較少。因此,本研究擬利用化肥減量配施木霉菌有機肥進(jìn)行處理,了解其對辣椒生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及其根際土壤酶活性、有效氮磷鉀含量的影響,為辣椒優(yōu)質(zhì)可持續(xù)性生產(chǎn)提供理論支持,并初步探討木霉菌有機肥配施化肥調(diào)節(jié)辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)的可能原因。
供試?yán)苯菲贩N為“東北辣妹子”(黑龍江省五大連池市富民種子有限公司生產(chǎn));供試土壤為黑鈣土,土壤為pH 7.3,有機質(zhì)含量19.1 g/kg,銨態(tài)氮含量27.5 mg/kg,硝態(tài)氮含量1.1 mg/kg,有效磷含量99.5 mg/kg,速效鉀含量142.8 mg/kg。供試化肥為氮磷鉀復(fù)合肥(15-15-15)(由黑龍江牧康牧業(yè)有限責(zé)任公司提供);試驗所用木霉菌有機肥為棘孢木霉菌DQ001孢子粉(由黑龍江田力保生物科技有限公司提供),與羊糞和秸稈的混合發(fā)酵物按照1 kg∶500 kg的比例進(jìn)行混合,有效活菌孢子量達(dá)到3億以上,含有基質(zhì)≥25%、氮磷鉀≥6,由黑龍江牧康牧業(yè)有限責(zé)任公司提供。
試驗于2019年5月10日—9月30日在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)園藝園林學(xué)院實驗基地露地試驗田進(jìn)行。試驗設(shè)置:A,100%化肥(農(nóng)民常規(guī)施用復(fù)合肥 75 kg/667 m2);B,85%化肥施肥(63.75 kg/667 m2)+木霉菌微生物肥245 kg/667 m2;C,70%化肥(52.5 kg/667 m2)+木霉菌微生物肥 290 kg/667 m2;D,50%化肥(37.5 kg/667 m2)+木霉菌微生物肥 450 kg/667 m2;CK,不施肥。每個處理3次重復(fù),共15個小區(qū),每個小區(qū)面積6 m2,每個小區(qū)定植辣椒苗24株,定植密度為2 500株/667 m2,采用完全隨機區(qū)組設(shè)計。100%化肥處理中,50%的化肥作為基肥進(jìn)行施用,另外的50%肥料作為追肥進(jìn)行施用,在“四門斗”辣椒花后10 d左右進(jìn)行追施(田間溫度大約25℃±2℃),其他處理中的化肥作為基肥一次性施入;木霉菌有機肥作為基肥施用。試驗期間,各處理辣椒植株的田間管理按照常規(guī)田間管理方法進(jìn)行,在“四門斗”花后30 d(商品綠果期)和45 d(紅果期)采集樣品,進(jìn)行測定辣椒品質(zhì);另外選擇固定植株,于花后45 d(紅果期)進(jìn)行單株產(chǎn)量和生物量的測定;同時采集辣椒植株根際土壤,每個小區(qū)多點混合采集土壤樣品,其中一部分土壤進(jìn)行風(fēng)干、過篩,取2~10 g土用于測定速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量;另外一部分放入4℃冰箱中保存,進(jìn)行測定土壤酶活性。
果實硝態(tài)氮含量測定采用水楊酸-硫酸比色法[33];可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法測定[33];可溶性糖含量測定采用比色法[33];Vc含量測定2,6-二氯酚靛酚滴定法[33];辣椒單果重及產(chǎn)量采用電子天平秤稱量法測定;土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀測定采用孔濤等的方法進(jìn)行[34];土壤蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[8];土壤多酚氧化酶活性測定采用高錳酸鉀滴定法[8];土壤脲酶活性測定采用靛酚藍(lán)比色法[8];土壤脫氫酶活性測定采用TTC比色法[8];堿性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法[8]。
采用Excel 2013和DPS 9.01軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析,其中用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著性分析,并得出結(jié)果。
由表1可知,不同處理之間辣椒植株生物量、單株果實及小區(qū)果實產(chǎn)量存在顯著差異(P<0.05)。與CK(對照)處理相比較,各施肥處理辣椒單株生物量、單株果實及小區(qū)果實產(chǎn)量顯著高于對照(P<0.05)。各施肥處理之間相比,A處理(100%的化學(xué)肥料)的辣椒單株生物量顯著高于B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)、C(70%化肥+木霉菌微生物肥)、D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理,而單株果實產(chǎn)量和小區(qū)果實產(chǎn)量則與C和D處理之間無顯著差異(P<0.05);化肥減施與木霉菌有機肥配合施用的各處理產(chǎn)量相比,C和D處理的辣椒單株果實和小區(qū)果實產(chǎn)量顯著高于B處理(P<0.05),而C和D處理辣椒單株果實和小區(qū)果實產(chǎn)量之間無明顯差異(P<0.05)。
表1 辣椒生物量與單株果實產(chǎn)量Table 1 Peper biomass and fruit weight of per plant
由圖1可知,隨著“四門斗”辣椒的生長發(fā)育,各處理辣椒果實中的硝酸鹽含量存在明顯差異。在花后30 d(綠色商品果期)和45 d(紅果期)時,A處理(100%施用化學(xué)肥料)果實的硝酸鹽含量顯著高于CK和其他施肥處理(P<0.05);B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)、C(70%化肥+木霉菌微生物肥)、D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理果實中硝酸鹽含量顯著地高于CK處理果實中硝酸鹽的含量(P<0.05)。在化學(xué)肥料與木霉菌有機肥配施的處理中,B處理辣椒果實硝酸鹽含量明顯大于C和D處理,而在花后30 d和45 d時,D處理辣椒果實硝酸鹽含量最低(P<0.05)。
圖1 辣椒果實硝酸鹽的含量Figure 1 Nitrate content in pepper fruit
由圖2可知,隨著“四門斗”辣椒的生長發(fā)育,不同處理的辣椒果實可溶性蛋白含量不同。在花后30d(綠色商品果期)時,A處理(100%施用化學(xué)肥料)辣椒果實中可溶性蛋白的含量顯著高于B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)、C(70%化肥+木霉菌微生物肥)、D(50%化肥+木霉菌微生物肥)以及CK(不施肥)處理;而化肥減施配施木霉菌有機肥的處理之間相比較,C(70%化肥+木霉菌微生物肥)處理辣椒果實可溶性蛋白含量最低,明顯低于B和D處理(P<0.05)。此外,在花后45 d(紅果期)時,A 處理和B處理辣椒果實可溶性蛋白含量之間無明顯差異,且顯著高于其他處理(P<0.05),而C和D處理辣椒果實可溶性蛋白含量也無明顯差異,且高于CK處理(P<0.05)。
圖2 辣椒果實可溶性蛋白含量Figure 2 Content of soluble protein in pepper fruit
由圖3可以看出,施肥方式的不同對辣椒果實可溶性糖含量的影響不同。在辣椒果實花后30 d(綠色商品果期)時,施肥處理辣椒果實可溶性糖含量明顯高于CK,且施肥處理中,C(70%化肥+木霉菌微生物肥)和D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理辣椒果實中可溶性糖含量顯著高于A(100%的化學(xué)肥料)和B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)處理(P<0.05)。在花后45 d(紅果期)時,A處理辣椒果實可溶性糖含量明顯低于CK和B、C、D施肥處理,且CK辣椒果實中可溶性糖含量最高,而C(70%化肥+木霉菌微生物肥)和D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理辣椒果實可溶性糖含量顯著大于B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)處理,且C和D處理之間無顯著差異(P<0.05)。
圖3 辣椒果實可溶性糖含量Figure 3 Content of soluble sugar in pepper fruit
圖4表明,不同施肥方式調(diào)節(jié)了辣椒果實中Vc含量。在花后30 d(綠色商品果期)時,各種施肥處理辣椒果實中Vc含量顯著高于CK處理,而施肥處理之間相比較,發(fā)現(xiàn)A(100%的化學(xué)肥料)處理辣椒果實中Vc的含量則明顯低于化肥與木霉菌有機肥配施處理(B、C、D)處理(P<0.05),且 C(70%化肥+木霉菌微生物肥)處理辣椒果實中Vc含量最高。在花后45 d(紅果期)的辣椒果實中,B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)、C、D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理的辣椒果實中Vc含量則顯著高于A和CK處理,且B、C、D處理辣椒果實Vc含量之間無顯著差異(P<0.05)。
圖4 辣椒果實Vc含量Figure 4 Content of Vc in pepper fruit
施肥影響了土壤中速效氮、磷、鉀養(yǎng)分的含量,且存在施肥方式之間的差異(表2)。與CK處理相比,各施肥處理土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效磷以及速效鉀的含量顯著高于其他處理與CK處理(P<0.05)。從表2也可以看出,與100%化學(xué)肥料處理(A)相比,C(70%化肥+木霉菌微生物肥)和D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理明顯提高了土壤中銨態(tài)氮、速效磷以及速效鉀的積累,而顯著降低了硝態(tài)氮的含量(P<0.05),而化肥減施與木霉菌有機肥配施處理中,D處理土壤銨態(tài)氮含量則低于C處理,而C和D處理土壤中速效鉀和硝態(tài)氮含量無明顯差異(P<0.05),說明木霉菌有機肥配施的量影響了土壤中速效氮、磷、鉀的有效性。
表2 土壤速效氮磷鉀含量Table 2 The contents of available nitrogen,phosphorus and potassium in soil mg·kg-1
土壤中的各種酶活性能反映土壤肥力狀況。如表3所示,與CK處理相比,施肥處理的蔗糖酶和脲酶活性顯著高于CK(不施肥)處理。各施肥處理之間,D(50%化肥+木霉菌微生物肥)處理土壤蔗糖酶活性明顯大于A處理(100%施用化學(xué)肥料)、B(85%化肥施肥+木霉菌微生物肥)和C(70%化肥+木霉菌微生物肥)土壤中蔗糖酶活性,而A、B和C處理蔗糖酶活性之間無顯著差異(P<0.05)。對脲酶活性而言,A(100%施用化學(xué)肥料)土壤脲酶活性顯著低于B、C、D處理土壤脲酶活性,但B、C及D處理之間無明顯差異(P<0.05)。此外,化肥減施與木霉菌有機肥配施(B、C、D)處理土壤多酚氧化酶活性明顯大于A(100%施用化學(xué)肥料)和CK(不施肥處理),且在B、C、D處理之間,D處理土壤多酚氧化酶活性最高,而各施肥處理土壤中脫氫酶活性也存在與多酚氧化酶活性相似的規(guī)律,D處理土壤脫氫酶活性顯著高于其他處理與CK(P<0.05)(表3)。施肥處理土壤堿性磷酸酶活性顯著高于CK,而C和D處理土壤堿性磷酸酶活性則明顯大于A處理和B處理(P<0.05)(表 3)。
表3 土壤酶活性Table 3 Soil enzyme activities
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,減少化學(xué)肥料的投入量和提高化學(xué)肥料的利用率是生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的方式之一。許多研究表明,木霉菌作為一種環(huán)境友好型有益微生物能應(yīng)用于綠色、無害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中,實現(xiàn)減肥減藥增效的目的[19-24]。本研究中發(fā)現(xiàn),相對于100%的化肥處理(A),化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥的處理(C和D)能維持辣椒生物量和果實產(chǎn)量,與對番茄[19-20]、黃瓜[21]、蕹菜[22]等的研究結(jié)果相一致,即減施化肥配施木霉菌有機肥可以提高葉菜和瓜果類蔬菜的產(chǎn)量。有研究認(rèn)為,木霉菌有機肥與化肥配施提高了土壤有機質(zhì)含量,提升了土壤養(yǎng)分的有效性,進(jìn)而提高了產(chǎn)量[22];在番茄上研究發(fā)現(xiàn),木霉菌生物肥與75%化肥配施促進(jìn)了根際土壤中真菌、細(xì)菌以及放線菌數(shù)量的增加,提高了土壤養(yǎng)分有效性,維持了番茄的產(chǎn)量[20];等氮量條件下,木霉菌有機肥處理提高了土壤中總氮、磷、鉀以及速效氮、磷、鉀的含量,并提高了木霉菌、細(xì)菌以及真菌數(shù)量,促進(jìn)了小白菜[34]和生菜[35]的產(chǎn)量增加。在不同的作物上,木霉菌有機肥的使用促進(jìn)產(chǎn)量增加的調(diào)節(jié)作用存在差異[20,22,34-35]。本研究中,化肥減量 30%和50%配施木霉菌有機肥(C和D)處理明顯提高了根際土壤蔗糖酶、多酚氧化酶、脫氫酶、脲酶、堿性磷酸酶活性以及提高了土壤中有效氮、磷、鉀的含量,從而促進(jìn)了辣椒生物量及產(chǎn)量的提高,推測木霉菌有機肥配施減量化肥可能提高了土壤有機質(zhì)含量[36],發(fā)揮了木霉菌在土壤中招募有益微生物的作用,進(jìn)而促進(jìn)了土壤酶活性[19,32],活化了土壤中速效養(yǎng)分[37-38],且木霉菌可能優(yōu)化了根際環(huán)境[39],進(jìn)而促進(jìn)辣椒生長,提高產(chǎn)量,但還需進(jìn)一步進(jìn)行驗證。
除了產(chǎn)量之外,化肥減量配施木霉菌有機肥提高了辣椒綠果和紅果果實(花后45 d)可溶性糖含量、Vc含量,而顯著降低了辣椒果實中硝酸鹽的含量,趙政等[20]的研究也得到了相同的結(jié)果。此外,本研究發(fā)現(xiàn),在化肥減量下,配施木霉菌的處理并沒有提高果實中可溶性蛋白的含量,與鷹嘴豆中的研究結(jié)果相一致[39],其中的原因還不清楚。許多研究已經(jīng)表明,有機肥的使用能夠保證作物營養(yǎng)代謝協(xié)調(diào)均衡[40],進(jìn)而促進(jìn)果實優(yōu)質(zhì)生產(chǎn),且木霉菌能活化土壤中的礦物質(zhì)營養(yǎng),提高養(yǎng)分有效性和利用率[39],調(diào)節(jié)了植物生理代謝及果實品質(zhì)形成途徑中關(guān)鍵酶基因的表達(dá)[41],進(jìn)而提高了果實品質(zhì),但是木霉菌有機肥如何啟動辣椒果實糖、Vc合成途徑中的代謝網(wǎng)絡(luò)途徑還不明確。
與100%化肥處理相比,化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥能穩(wěn)定辣椒植株生物量及辣椒產(chǎn)量,并提高了辣椒紅色果實可溶性糖含量和Vc含量(僅C處理提高了綠色果實(花后30 d)中可溶性糖含量),顯著降低了果實中硝酸鹽的積累量,但果實中可溶性蛋白含量低于100%化肥處理;同時也提高了辣椒植株根際土壤中蔗糖酶、多酚氧化酶、脫氫酶、脲酶以及堿性磷酸酶活性,提高了土壤中銨態(tài)氮、速效磷、速效鉀的含量,說明化肥減量30%和50%配施木霉菌有機肥能通過改變根際土壤酶活性,進(jìn)而活化土壤有效養(yǎng)分和供應(yīng)能力,從而改善土壤肥力,促進(jìn)辣椒生長、產(chǎn)量的提高以及品質(zhì)的改善,但是木霉菌有機肥與化肥配施調(diào)節(jié)辣椒生長及品質(zhì)改善的機理還有待于進(jìn)一步研究。