2020, Vol. 52
2. 南京市蔬菜科学研究所, 南京 210042
蔬菜生产在农业生产的发展中占有重要位置, 提高蔬菜产量的重要措施就是施用化肥。据联合国粮农组织(FAO)统计, 化肥对农作物增产的贡献率达40% ~ 60%。2016年数据显示, 我国耕地面积134 921 hm2, 平均施肥强度443.5 kg/hm2, 远高于国际公认的施肥上限225 kg/hm2[1]。但是, 随着化肥的长期大量单施, 作物产量不仅没有得到提高[2], 反而随着施用年限的增加, 对土壤生态系统造成破坏, 致使土壤微生物区系发生变化, 微生物数量下降, 出现土壤酸化、盐渍化、土壤板结等一系列问题, 直接导致农产品品质下降[3-7]。相关调查研究显示, 在部分蔬菜生产中, 化肥的利用率仅为35%左右, 未被吸收的相当一部分化肥都对水体、大气、土壤造成了污染[8-9], 而减施化肥能够很好地改善这种现象[10-11]。
近年来, 生物有机肥在改善土壤质量、降低环境污染方面的优势越来越受到国内外学者的重视。研究表明[12], 化肥配施适量微生物菌剂能够提高玉米产量与土壤微生物生物量碳氮含量。微生物菌剂施用对东北水稻有13.5%的增产效果, 能促使秸秆中养分元素的转化, 增加土壤的有机质含量[13-14]。王其传等[15]及张志刚等[16]研究表明, 微生物菌剂能有效改善土壤理化性质, 并调节土壤微生物生长环境, 促进植株生长, 提高辣椒产量。为响应国家2020年实现化肥零增长政策, 甚至达到负增长效果, 本研究以樱桃番茄为试验对象, 在适量减施化肥条件下, 探究微生物菌剂对樱桃番茄生长状况、产量及品质的影响, 以期为微生物菌剂替代部分化肥的田间施用及效果提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料本试验于2017年在南京市蔬菜花卉科学研究所设施大棚内进行。试验地位于南京市江宁区横溪街道(31°43′14.03′′N, 118°46′12.28′′E), 属于亚热带湿润气候, 土壤类型为黄棕壤。设施番茄一年两茬, 连作栽培。供试土壤基本理化性质为：有机质25.52 g/kg, 全磷0.81 g/kg, 碱解氮121.15 g/kg, 有效磷70.02 mg/kg, 速效钾228 g/kg。
供试作物为樱桃番茄, 品种为黑珍珠。2017年3月5日育苗, 4月5日定植。供试菌剂为EM微生物菌剂和春语微生物菌剂。EM菌剂是一种由光合细菌、乳酸菌和革兰氏阳性放线菌等80多种微生物构成的复合菌群制剂; 春语菌剂是由市场购买的普通菌剂, 含有生物酶、氨基酸、腐殖酸等成分。供试有机肥是市场购买的普通有机肥, 由南通惠农生物有机肥有限公司提供, 总养分质量分数≥5%, 有机质质量分数≥45%。化肥为氮磷钾养分质量分数45%的复合肥(15-15-15)。栽培方式为传统的畦栽, 行距40 cm, 株距40 cm, 每个小区间开沟50 cm。
1.2 试验设计试验采用随机区组设计, 设置5个处理(表 2), 每个处理3次重复。具体处理为：①不施用任何肥料和菌剂的对照处理(CK); ②依据当地化肥施用量确定的全量化肥处理(CF); ③在CF处理基础上减施40%化肥, 并灌施春语水溶肥处理(RCF+ CY); ④在CF处理基础上减施40%化肥, 并灌施加喷施EM菌剂液体肥处理(RCF+EM); ⑤在CF处理基础上减施40%化肥, 并灌施加喷施清水处理(RCF+ W)。各处理肥料施用情况见表 1。其中, 复合肥、有机肥表施, 然后翻土覆盖。根据微生物菌剂的施用说明, 春语菌剂灌施液为母液用水(下同)稀释200倍, EM菌剂灌施液为母液稀释500倍, 喷施为母液稀释250倍(常规喷施)。喷施为阴天或者下午4点以后进行。灌施、喷施处理为定植后每10 d 1次, 定植至采收, 共施用6次。其余田间管理采用常规管理模式。
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表 1 不同处理施肥量(t/hm2) Table 1 Application amounts of fertilizers under different treatments |
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表 2 不同处理对樱桃番茄Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量的影响 Table 2 Contents of Vc, soluble sugar, soluble protein and soluble solids of cherry tomatoes under different treatments |
番茄产量：自收获期(2017年6月5日)起每3 ~ 4 d采收成熟度一致的樱桃番茄, 测定其产量, 期间采收5次, 至6月22日采收结束, 汇总并计算总产量。番茄单果重以第3次采收的每个小区成熟度一致、大小均匀的10颗果实的平均质量计。
果实品质：在果实成熟期采集成熟度一致、大小均匀的果实进行Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物含量的测定。Vc采用2.6-二氯酚靛酚滴定法测定[17], 可溶性糖采用蒽酮比色法测定[17], 可溶性蛋白采用考马斯亮蓝G-250比色法测定[17], 可溶性固形物用WYT0-80%糖度计测定。
土壤理化性质：含水量采用105 ℃恒温烘干法测定; pH采用土水比1:2.5无CO2水浸提, pH计测定; 电导率(EC)采用EC计测定; 有机质采用重铬酸钾滴定法测定; 全氮采用凯氏定氮法测定; 全磷采用HClO4-H2SO4消解-钼蓝比色法测定; 碱解氮采用碱解扩散法测定; 有效磷采用0.5 mol/LNaHCO3浸提-钼蓝比色法测定; 速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定[18]。
土壤微生物生物量碳氮：土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸法测定, 微生物生物量碳用硫酸钾浸提-重铬酸钾氧化法测定; 微生物氮采用硫酸钾浸提-碱化蒸馏法测定。
1.4 数据分析利用Microsoft Excel 2016软件处理数据和Origin 2015作图, 并运用SPSS 20.0对数据进行单因素方差分析, 对其显著性差异(P < 0.05)用LSD和Duncan’s检验法进行多重比较。
2 结果与分析 2.1 不同处理对樱桃番茄产量的影响作物的产量是衡量施肥效果和土壤肥力水平的重要指标。由图 1可以看出, RCF+EM处理(减施化肥配施EM菌剂)的产量最高, 显著高于其他各处理(除CF处理外), 且产量增幅在14.88% ~ 24.66%, 而配施春语微生物菌剂处理(RCF+CY)效果要明显差于RCF+EM处理; 从单果重来看, 不论是减施化肥配施微生物菌剂, 还是CF处理, 其单果重均显著高于CK处理, 表明减施化肥配施微生物菌剂对番茄产量有促进作用, 其中配施EM菌剂增产效果最好。
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(图中不同小写字母表示处理间差异在P < 0.05水平显著, 下图同) 图 1 不同处理对樱桃番茄产量、单果重的影响 Fig. 1 Yields and fruit weights of cherry tomatoes under different treatments |
可溶性蛋白、可溶性糖和可溶性固形物是樱桃番茄的营养品质, Vc是樱桃番茄的保健品质, 其含量的高低直接影响着蔬菜的口味和营养价值[19]。总体来看(表 2), RCF+EM处理对果实品质的提升要优于CF处理, 其可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性糖含量均显著高于CF处理, 分别高出31.05%、27.82%、62.73%, 而Vc含量差异不显著。RCF+CY处理效果次于RCF+EM处理, 除可溶性固形物外, RCF+CY处理与CF处理两者之间差异不显著。
2.2 不同处理对土壤理化性质的影响土壤速效养分能够反映土壤养分的现实状况。如表 3所示, RCF+EM处理能够显著提高土壤的速效养分, 其对pH、有机质含量也有很好的提升作用。与CF处理相比, 其pH、碱解氮含量显著增加, 增幅分别为13.07%、20.83%, 有机质和其他速效养分含量则均高于CF处理, 但差异不显著。RCF+CY处理土壤养分含量均低于RCF+EM和CF处理。
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表 3 不同处理对土壤理化性质的影响 Table 3 Physiochemical properties of soils under different treatments |
作为土壤生态系统的重要组成部分, 土壤微生物生物量的变化是评价土壤肥力高低的重要依据[20]。由图 2可以看出, RCF+EM和RCF+CY处理的微生物生物量碳含量均显著高于CF处理, 分别增加66.10%和42.54%, 以RCF+EM处理效果最好; 不同处理间微生物生物量氮含量的变化趋势与微生物生物量碳含量基本一致, 以RCF+EM处理最高, 为27.85 mg/kg, CK最低, 为8.50 mg/kg。
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图 2 不同处理对土壤微生物生物量碳、氮含量的影响 Fig. 2 Contents of microbial biomass C and N of soils under different treatments |
本试验结果表明, RCF+EM处理可以提高樱桃番茄产量, 及可溶性糖、蛋白、固形物含量等品质指标。在产量方面, RCF+EM处理稍高于CF处理, 但差异不显著。赵贞等[21]、韦翔华等[22]的研究结果表明, 配施微生物菌剂对黄瓜、玉米的产量及果实的Vc、可溶性糖含量均有明显的促进作用。王冰清等[23]研究表明, 化肥减施配施有机肥对黄瓜、苦瓜和甘蓝产量无显著影响, 但能明显提高其可溶性糖、Vc含量等果实品质指标。本研究中, 配施EM菌剂的效果要优于春语菌剂, 这可能是因为前者含有大量的光合菌群, 能够充分利用植株根部的分泌物, 并将其转化为糖类、氨基酸和多种维生素等生理活性物质, 刺激和调节作物的生长发育[24]; 或者直接被植物吸收, 从而提升果实品质, 促进作物增产; 也可能是由于配施EM菌剂处理喷施叶面肥, 提升了叶片的光合作用, 促进了植株碳同化物的累积, 从而提高其产量。
本试验结果表明, RCF+EM处理对土壤pH、有机质和速效养分含量均有提升作用, 且相较CF处理, 其pH、碱解氮含量显著提高, 而RCF+CY处理的效果则较差。前人研究表明, 长期施用无机肥会使土壤酸化, 并且随着施氮量的增加pH降低越显著[25]。本试验中RCF+EM处理对土壤酸化有明显的缓解作用, 这与樊琳等[26]的研究结果一致, 可能是由于EM菌剂在促进有机肥的矿化过程中发生了有机阴离子脱羧基化, 并释放出钙、镁等碱性物质[27]; 或者是菌剂促进了有机官能团对氢离子和铝离子的吸收[28], 从而提高土壤pH。本试验中, 配施EM菌剂可以很大程度上增加土壤微生物活性, 进而提高土壤养分的利用效率。虽然全量化肥施用可以迅速提高土壤速效养分, 但由于其维持时间较短, 并不能促进土壤养分循环, 因此可能会导致作物后期生长发育乏力[29]。
土壤微生物生物量碳、氮是土壤微生物生物量的重要表征[30]。本试验结果表明, RCF+EM处理对微生物生物量碳含量的影响显著高于CF处理。有研究表明, 施用微生物菌剂能够调节土壤状况, 改善其水、肥、气、热条件, 为微生物的活动提供良好的生存环境[16]。微生物生物量氮含量差异不显著, 可能是由于化肥施用量较多, 则土壤中有效氮含量也相应增加, 较多的氮素经同化作用转入到微生物体内被固定, 从而促进微生物生物量氮含量的增加。
作物产量的降低和土壤肥力的退化是由于土壤中养分含量的亏缺, 合理的施肥方式能够提高土壤中养分的循环利用。综合来看, 由于菌剂中含有大量活性有益菌群, 施入土壤后能够改变樱桃番茄根际微生物群落结构组成, 显著增加根际细菌数量, 促进土壤向高肥的“细菌型”转化[31-32]。另外, 菌剂施入土壤后, 在微生物繁殖代谢过程中会分泌出大量胞外多糖, 促进了土壤团粒结构的形成, 调节其物理性质[33]。施用有机肥增加了土壤有机质含量, 提高了土壤酸碱缓冲能力[34], 为微生物的活动提供有利保障, 微生物菌剂的施入加速了有机质的矿化作用, 从而提高土壤的有效养分含量与植物易吸收营养成分, 而物理性质的提高又增加其保水保肥能力[35], 很大程度地改善了植株根系的生态环境, 并促进其根系生长, 进而促进植株根系对土壤营养元素的持续吸收, 提升养分利用效率。EM菌剂中含有的光合菌群和叶面喷施措施能够提高叶片的光反应活性, 有利于光合产物的积累。菌肥的施用对植株整体的促进作用较为均衡, 光合速率的提升, 提高了光合碳同化物的积累, 更加利于光合同化物向果实的运输累积, 从而提高果实的品质, 提升其产量[34]。
4 结论减施化肥配施EM菌剂对樱桃番茄产量、品质和土壤肥力和微生物学性质具有不同程度的改善作用。本研究结果对设施蔬菜地有机肥合理替代部分化肥提供了一定的理论参考, 但由于本试验只进行了一季, 关于减施化肥量和配施微生物菌剂对蔬菜产量、品质和土壤肥力的长期效应还应持续地深入探究。
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