施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環境的影響

趙佳，杜賓，聶園軍，黃靜，陳哲，梁宏

（1.山西省農業科學院生物技術研究中心太原030031；2.太原學院太原030031；3.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所太原030031）

施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環境的影響

趙佳1，杜賓2，聶園軍3，黃靜1，陳哲1，梁宏1

（1.山西省農業科學院生物技術研究中心太原030031；2.太原學院太原030031；3.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所太原030031）

為了研究施用生物有機肥對連作黃瓜生長及根際微環境的影響，筆者制成了具有自主知識產權的生物有機肥，設置了對照（CK）、有機肥處理（OF）與生物有機肥處理（BOF）3組試驗，并采用盆栽試驗以檢測不同處理下黃瓜植株及其根際土壤各項指標的差異。結果表明，施用生物有機肥后黃瓜連作土壤中的細菌（12.36×107cfu·g-1）和放線菌（5.27×106cfu·g-1）數量大增而真菌（1.23×105cfu·g-1）數量銳減；土壤中pH及有效磷、速效鉀含量顯著提高，增幅分別為6%～11%、24%～125%、15%～29%；SOD和POD活性顯著升高，增幅分別為18%～42%、47%～113%。施用生物有機肥改變了土壤微生物區系，改善了土壤的理化性狀，提高了抗氧化保護酶活性，植株長勢明顯優于對照，效果顯著。

黃瓜；連作障礙；微生物；生物有機肥

黃瓜是我國主栽蔬菜作物之一，分布廣泛，目前我國已成為栽培面積最大、產量最高的國家[1-2]。由于經濟效益高，黃瓜連作現象在生產過程中十分普遍，這會導致黃瓜植株生長緩慢、瓜秧細弱、果實小、產量低、品質差、病蟲害嚴重等一系列問題，已成為黃瓜產業發展的瓶頸[3-5]。

生物有機肥將功能微生物與有機肥相結合，具有調節根際微生物區系結構、增加土壤肥力、增強植物對養分的吸收、提高作物的抗病能力等多種功能，且無污染、零殘留，是消除黃瓜連作障礙的理想手段[6-7]。曹丹等[8]研究得出，施用適量的生物有機肥可顯著促進黃瓜根系生長，速效磷、速效鉀、銨態氮均有不同程度的提高。劉長慶等[9]研究了生物有機肥在黃瓜上的應用效果，結果表明,合理施用生物有機肥可以提高黃瓜產量，改善植物學性狀和生物學性狀。山西省農業科學院經過多年試驗，分離篩選到2株功能微生物：類芽孢桿菌（Paenibacillus Ash）具有解磷解鉀的促生作用，丁香苷鏈霉菌（Streptomyces syringini）能夠拮抗病原真菌并促進植株生長，將這2株菌復配組合制成生物有機肥用于黃瓜生產還未見報道。筆者將其復配制成新型生物有機肥，并作為底肥施入連作黃瓜后的土壤中，通過對不同處理的黃瓜植株及其根際土壤各項指標的檢測與評價，探討消除黃瓜連作障礙的途徑及機制，以期為生物有機肥應用推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試菌種：類芽孢桿菌（Paenibacillus Ash）與丁香苷鏈霉菌（Streptomyces syringini）均由山西省農業科學院生物技術研究中心微生物研究室保藏。供試黃瓜品種‘津優35號’由山西省農業科學院農業資源與經濟研究所提供。供試有機肥由堆肥腐熟制成（V雞糞∶V牛糞=1∶1）。供試土壤為已種植過4茬黃瓜的連作灰潮土，基本理化性質：有機質（ω，后同）1.84%，堿解氮43.05 mg·kg-1，有效磷35.28 mg·kg-1，速效鉀174.66 mg·kg-1，pH 6.35。供試培養基[10]：PDA培養基、NA培養基、高氏一號培養基、馬丁氏培養基。

1.2 菌種原液及生物有機肥的制備

將保存的菌種接入斜面培養基活化，類芽孢桿菌為NA培養基，丁香苷鏈霉菌為PDA培養基。活化后的菌株接入液體培養基擴繁，類芽孢桿菌30℃，200 r·min-1，發酵36 h；丁香苷鏈霉菌30℃，200 r·min-1，發酵48 h。制得的菌液懸浮液按1∶2的比例混合均勻，然后5%（V/m）的接種量接種到有機肥中混勻，＜45℃的條件下發酵6 d，總菌量＞109cfu·g-1備用[11]。

1.3 試驗設計

試驗于2016年4月在山西農業科學院東陽試驗基地黃瓜大棚內進行。營養缽育苗后移栽盆缽培養，營養缽裝土300 g，盆缽裝土10 kg。設3個試驗組，每組3個小區，試驗組各小區隨機分布，每個小區30個盆缽：（1）對照組（CK），不做任何處理；（2）試驗組1（OF），向土壤中施入有機肥；（3）試驗組2（BOF），向土壤中施入生物有機肥。有機肥與生物有機肥均按2%（m/m）的施肥量施入。每個營養缽中播種1粒黃瓜種子，待瓜苗長出4～5片真葉后選擇壯苗移栽，常規管理進行盆栽試驗。

1.4 調查方法

定植后35 d，檢測黃瓜植株與根際土壤各項指標。從各小區隨機選取黃瓜植株5株及其根際土壤樣品（每個試驗組15株），檢測各項指標。

黃瓜植株根際微生物區系調查：采取瓜苗根際土壤，混勻后4℃保存于自封袋內運回。采用梯度稀釋法，分別對樣品中的細菌、放線菌與真菌統計分析[12]。

黃瓜根際土壤理化指標土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀，由山西省農業科學院土壤與肥力研究所檢測完成并出具報告。

黃瓜葉片理化指標測定[13]：丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD)與過氧化氫酶（CAT）活性。

黃瓜生長指標：植株高度采用直尺測量，葉片數采用計數法測定，葉面積采用葉面積儀測定，植株干質量采用烘干法測定。

2 結果與分析

2.1 不同處理對黃瓜根際微生物區系的影響

不同處理使得黃瓜根際微生物區系發生明顯的變化（表1）。細菌是土壤微生物的主要類群，占總量的70%～90%，施用生物有機肥顯著提高了黃瓜根際土壤中的細菌數，達到12.36×107cfu·g-1，近3倍于CK中的細菌數；BOF的放線菌數也是所有處理中最高的，達到5.27×106cfu·g-1,比CK中的放線菌數高出1倍；土壤中的病原菌一般為真菌，BOF的真菌數顯著低于CK和OF，僅為1.23×105cfu·g-1。

表1 不同處理對黃瓜根際微生物區系的影響

2.2 不同處理對黃瓜植株根際土壤肥力的影響

由表2可知，與CK相比施用有機肥和生物有機肥均顯著提高了土壤的pH值與有機質含量，BOF的pH值顯著高于OF，但二者的有機質含量并無顯著差異；堿解氮、有效磷和速效鉀含量是評價土壤肥力的重要指標，BOF除堿解氮含量與OF差異不明顯外，有效磷和速效鉀含量均顯著高于其他2個處理，OF次之，CK最低。

2.3 不同處理對黃瓜葉片理化指標的影響

抗氧化保護酶（SOD、POD和CAT）是清除植株體內自由基的關鍵酶，酶活力增強可清除植株體內因受脅迫而產生的氧自由基，提高植株系統抗性；而MDA含量反映植物細胞膜質過氧化程度，含量越高說明細胞膜質受害越重。不同處理對黃瓜葉片SOD、POD和CAT這3種抗氧化保護酶活性及MDA含量的影響如表3所示。3個處理中，BOF的SOD和POD活性最高，分別達到8.89 U·g－1·min－1和12.51 U·g－1·min－1，OF次之，CK最低；OF與BOF的CAT活性顯著高于CK（6.11 U·g－1·min－1），但2者之間沒有顯著差異；BOF的MDA含量(6.03 μmol·g－1)顯著低于其他兩個處理，但CK與OF的MDA含量沒有顯著差異。

表3 不同處理對黃瓜葉片理化指標的影響

2.4 不同處理對黃瓜生長指標的影響

由表4可知，不同處理對黃瓜生長指標有顯著影響。施用生物有機肥（BOF）后黃瓜各項生長指標均為最高，黃瓜植株長勢明顯強于其他處理組，植株高度比CK和OF分別提高59.65 cm和31.79 cm；OF次之，CK處理各項指標均為最低。施用生物有機肥對黃瓜植株生長有顯著的促進作用。

表4 不同處理對黃瓜生長指標的影響

3 討論與結論

肥力消耗、自毒作用、病原菌累積是引起黃瓜連作后產量低、品質差的主要原因[14]。施用生物有機肥，將功能微生物與有機肥的優勢相結合，減少化肥農藥的施用，改善植株根際微環境，提高土壤肥力，促進植株健康生長，是黃瓜種植業實現綠色轉型發展的可行途徑之一[15]。連作土壤由于同一類根系分泌物的持續釋放，形成了特定的土壤環境和根際條件，導致土壤微生物種類和數量發生變化，即細菌、放線菌數量下降，病原真菌數量升高，微生物區系由高肥的“細菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤轉化[16]，這與試驗中對照組的結果相似。

通過施用生物有機肥，黃瓜根際微生物區系受到定向調控，細菌（12.36×107cfu·g-1）和放線菌（5.27×106cfu·g-1）數量顯著高于其他處理，而真菌數量（1.23×105cfu·g-1）明顯降低，使得連作土壤由“真菌型”向“細菌型”轉變，有效改善了黃瓜根際土壤微環境。施用生物有機肥后土壤中的有機質和堿解氮含量顯著高于對照，但與有機肥組相比差異不大，說明類芽孢桿菌與丁香苷鏈霉菌沒有顯著的固碳和固氮能力；但是土壤的pH （7.08）、有效磷質量分數（61.63 mg·kg-1）和速效鉀質量分數（312.37 mg·kg-1）顯著提高，說明類芽孢桿菌能在土壤中穩定發揮作用，而黃瓜植株高度、葉片數、葉面積指數、鮮質量和干質量均為3組試驗最大值，說明功能微生物通過其生命活動和分泌的代謝產物作用于黃瓜植株的促生作用顯著。在生物有機肥中復配更多種的功能微生物，彌補現有菌株固碳、固氮能力的不足是今后研究的方向；同時也應注意復配過程中多菌種間的拮抗問題，穩定而多樣化的菌群結構是我們追求的目標。

筆者的研究表明，在3種施肥處理中，連作黃瓜施用生物有機肥后植株根際微生物群落中的有益菌增加、有害菌減少，菌群結構明顯改善；由于功能微生物的代謝活動，土壤中的有效磷、速效鉀等營養元素含量增加，為植株生長提供了良好環境。黃瓜植株的抗氧化保護酶活性增強，生長指標均為最高值，促生效果顯著。本研究為生物有機肥在黃瓜種植中的推廣應用提供了一定的理論依據。

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Effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment

ZHAO Jia1，DU Bin2，NIE Yuanjun3，HUANG Jing1，CHEN Zhe1，LIANG Hong1
（1.Biotechnology Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030031，Shanxi，China;2.Taiyuan University，Taiyuan 030031，Shanxi，China;3.Institute of Agricultural Resource and Economic，Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031，Shanxi，China）

In order to study the effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment，the bio-organic fertilizer was fermented,pot experiment was designed.Blank control（CK），application of organic fertilizer（OF）and application of bio-organic fertilizer（BOF）were set to compare the differences of the cucumber growth and rhizosphere microenvironment.The results showed that the number of rhizosphere bacterial（12.36×107cfu·g-1）and actinomycete（5.27×106cfu·g-1）community were increased,while the number of the fungal（1.23×105cfu·g-1）was decreased;the pH，available P and available K were increased significantly,the three indicators increased 6%-11%，24%-125%，15%-29%respectively.The activities of SOD and POD were also increased significantly,the two indicators increased 18%-42%,47%-113%respectively.The rhizosphere community was changed,the physical and chemical proper?ties of soil were improved,the antioxidant activity of protective enzyme was higher,the plants were stronger after using BOF.

Cucumber;Successive cropping obstacle;Microbe;Bio-organic fertilizer

2016-09-09；

2016-11-08

趙佳，男，助理研究員，研究方向：微生物學。E-mail:zhaojia.00@163.com

梁宏，男，副研究員，研究方向：微生物學。E-mail：815336057@qq.com