生物有機肥料對連作馬鈴薯根際營養及生長發育的影響

王文麗，靳海波，李 娟，趙 旭

(甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅 蘭州 730070)

馬鈴薯是一種糧、飼、菜和工業原料多用型作物[1]，在甘肅的種植歷史悠久，特別是定西地區具有“馬鈴薯之鄉”之稱，長期以來，馬鈴薯就以種植面積廣，適應性強,產量高，成為甘肅馬鈴薯主產區農民增收的一個重要途徑。近年來隨著現代農業技術的快速發展和市場對馬鈴薯的廣泛需求，導致不合理施肥和連作現象普遍增加[2]。許多農作物經連作后都會引起土壤肥力下降[3]、土傳病蟲害加重[4]，最終導致產量和品質的下降[5]。目前對于連作障礙的防治主要是輪作、選擇耐連作品種、合理施肥、施用微生物肥料。利用有機全營養施肥技術對防治馬鈴薯連作障礙效果顯著，可有效提高產量，改善品質[6]。本試驗旨在研究生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯土壤養分、生長發育，以及當地主要土傳病害病情指數的影響，以便提出甘肅馬鈴薯主產地的科學施肥方法，改善土壤養分狀況，減少土傳病害的發生，實現農業可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試種薯品種為脫毒小種薯LK99，市售。

生物有機肥料GSJ-1是由甘肅省農科院土肥所微生物實驗室研制，該肥料含有機質50.95%、全氮1.3%、全磷0.5%、全鉀0.77%，pH值7.5，多粘類芽孢桿菌含量≥5×107CFU/g，該菌株發酵液分泌酸性物質，對馬鈴薯有顯著的促生作用，同時該菌株對馬鈴薯瘡痂病和黑痣病有顯著的抑制效果。

1.2 試驗區概況

本試驗設在甘肅省定西渭源縣會川鎮楊莊鄉半陰坡村斜坡社農戶農田中，該農田土壤基本理化性質：有機質3.8%，全氮0.3%，全磷0.18%，全鉀2.9%，堿解氮166.2 mg/kg，有效磷38.9 mg/kg，速效鉀89.9 mg/kg，pH值(水土比5∶1)7.32。當地海拔2 450 m，年平均氣溫5℃,最冷月份(1月)平均氣溫-12℃,最熱月份(7月)平均氣溫15℃，年平均降水量566.4 mm，無霜期131 d。

1.3 試驗設計

試驗為隨機區組設計，設置2個處理。1)對照(CK)：馬鈴薯連作4年(2010年至2014年)、2)GSJ-1：馬鈴薯連作4年并每年施生物有機肥料GSJ-1，重復3次。小區面積18 m2，行距60 cm，株距20 cm，種植密度為55 560 株/hm2。第一次GSJ-1是于播種期在薯塊底部集中施用，第二次追肥和起壟同步進行，施于馬鈴薯根部，每次GSJ-1用量均為1 110 kg/hm2。兩處理化肥用量一致，均為：基肥：N 75 kg/hm2+P2O5105 kg/hm2，追肥：N 75 kg/hm2。

1.4 試驗方法

1.4.1 土壤樣品采集

土樣于馬鈴薯盛花期采集。根際土壤，采用Riley和Barber的剝落分離法[7]。非根際土壤用土鉆取植株行間0～30 cm的土壤。然后將兩類土樣編號，立即帶回實驗室，過3 mm篩，待用。

1.4.2 土壤主要化學指標的測定

pH值采用酸度計法(土水比1∶5)；土壤全氮的測定：采用半微量凱氏法；全磷的測定：NaOH熔融-鉬銻抗比色法；全鉀的測定：NaOH熔融-火焰光度法；有機質的測定：重鉻酸鉀氧化-油浴加熱法；堿解氮的測定：堿解擴散法；有效磷的測定：碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀的測定：醋酸銨浸提-火焰光度法；有效鋅、錳、銅、鐵的測定:參照國標GB/T 13885—2003，采用原子吸收光譜法。

1.4.3 植株生長指標的測定

植株樣于馬鈴薯苗期、盛花期、成熟期采集，其中塊莖于盛花期、薯塊膨大期、收獲期采集。

SPAD值的測定：對馬鈴薯倒四葉的頂小葉進行SPAD值的測定，每小區測定40株。

株高、莖粗的測定：分別用米尺和游標卡尺，每小區測定40株。

總干物質的測定：將植株和薯塊洗凈后，至于烘箱105℃烘至恒重稱量。

葉面積指數測定：濾紙稱重法。

1.4.4 馬鈴薯主要土傳病害的病情調查

馬鈴薯成熟收獲后調查瘡痂病、黑痣病在薯塊上的發病情況，每小區5株，每株調查該株所結所有薯塊，通過病情指數反映病害程度。2種病害采用相同的評價等級，共設6個等級：0級：無病，薯塊無病痂；1級：1%～2%的病痂覆蓋率；2級：2.1%～5.0%的病痂覆蓋率；3級：5.1%～10.0%的病痂覆蓋率；4級：10.1%～25%的病痂覆蓋率；5級：大于25%的病痂覆蓋率。

1.5 數據處理

采用Excel 2003軟件進行基礎數據處理和制圖，方差分析采用DPS 9.5軟件。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯土壤主要化學指標的影響

從表1可以看出，施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯根際土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、pH值較連作(CK)根際土壤顯著提高，分別提高了8.6%、34.8%、13.8%、16.7%、5.3%。較之于非根際土壤，兩種處理下根際土壤的全氮、全磷、全鉀都有所下降，連作處理全氮、全磷、全鉀分別下降了6%、16%、17%，GSJ-1處理下降了13%、28%、27%，GSJ-1處理較之于連作土壤下降的更多。連作根際土壤pH值較之于非根際下降了0.68，從堿性降低為酸性，而施用生物有機肥可以提高根際土壤pH值到中性。施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯非根際土壤的堿解氮、速效鉀較連作(CK)非根際土壤顯著提高，分別提高了13.6%、6.3%。兩種處理非根際土壤全氮、全磷、全鉀含量變化不大。

表1 生物有機肥料GSJ-1對土壤氮、磷、鉀、有機質含量及pH的影響

注：小寫字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

如表2所示，馬鈴薯施用生物有機肥料GSJ-1后，較之于連作(CK)土壤有效鋅、有效銅、有效鐵含量均提高，根際土壤分別提高了47.5%、29.7%、33.2%，非根際土壤分別提高了6.7%、18.3%、21.7%。施用生物有機肥料GSJ-1后，較之于連作(CK)土壤有效錳含量下降，根際土壤下降了38.8%，非根際土壤下降了12.0%。

2.2 生物有機肥料 GSJ-1對連作馬鈴薯生長發育的影響

2.2.1 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯株高、莖粗的影響

從田間觀測馬鈴薯生長狀況來看，連作馬鈴薯植株矮小、細弱。施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯株高、莖粗較之于連作處理均有顯著提高，如圖1所示，隨著生育期的進行，株高于苗期、盛花期、成熟期分別提高了5.5%、7.9%、8.2%，莖粗分別提高了7.6%、6.6%、10%，生物有機肥料GSJ-1有利于促進馬鈴薯地上部分的生長。

表2 生物有機肥料GSJ-1對土壤有效鋅、

圖1 馬鈴薯不同生育期株高、莖粗的變化

2.2.2 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯葉片葉綠素含量及葉面積指數的影響

葉綠素含量(SPAD)和葉面積指數是反應馬鈴薯光合作用的重要指標，光合作用的強弱影響植株地上部和地下部的生長，最終影響馬鈴薯生長發育。如圖2可知，施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯葉面積指數于苗期、盛花期、成熟期分別比連作提高了15.6%、11.3%、28.6%，葉綠素含量分別提高了10.5%、18.5%、9.3%。

2.2.3 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯產量的影響

由田間產量測定結果(圖3)可以得出，生物有機肥料GSJ-1對馬鈴薯塊莖產量有顯著的增產作用，與對照相比，馬鈴薯塊莖產量增加9.94%。

圖2 馬鈴薯不同生育期葉面積指數、SPAD值的變化

圖3 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯產量的影響注：柱上小寫、大寫字母不同分別表示處理間差異達到0.05、0.01顯著性水平。下同。

2.3 生物有機肥料GSJ-1對馬鈴薯土傳病害發生程度的影響

根據田間取樣調查統計結果顯示，馬鈴薯經過4年連作后，主要的土傳病害有馬鈴薯瘡痂病和黑痣病。如圖4所示，在馬鈴薯收獲期，薯塊上的瘡痂病病情指數為36.23%，黑痣病病情指數為28.03%。施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯瘡痂病和黑痣病的病情指數分別下降了47.84%、51.72%，生物有機肥料GSJ-1對馬鈴薯瘡痂病和黑痣病具有顯著的防效。

圖4 生物有機肥料GSJ-1對連作馬鈴薯土傳病害的影響

3 結論與討論

氮、磷、鉀作為肥料三要素，也是植物生長最主要的“糧食”，對植物生長起著至關重要的作用[8]。本研究表明，生物有機肥料GSJ-1處理的根際土壤全氮、全磷、全鉀含量顯著低于CK，同時土壤根際堿解氮、有效磷、有效鉀含量顯著高于連作土壤。說明使用GSJ-1后植物對土壤氮素、磷素、鉀素的利用率比連作處理高，這主要是GSJ-1中的功能菌株使土壤中難溶的磷、鉀轉換成容易被植物吸收利用的有效養分。

微量元素在土壤中的含量雖然少，但是對調節作物生長發育有著至關重要的作用。趙春燕[9]研究顯示，馬鈴薯連作4年使土壤有效鈣、鐵、鋅、銅含量顯著下降，而本研究中施用生物有機肥料GSJ-1后能有效提高馬鈴薯根際土壤有效鐵、有效銅、有效鋅含量，這可能是連作導致土壤中這些元素的過度消耗，迫使這些元素對作物的供應越來越不足，生物有機肥料GSJ-1中的有機載體含有這些豐富的微量元素，使得連作中匱乏的這些微量元素得以補充，從而減輕因土壤微量元素的匱乏造成的馬鈴薯連作障礙。

葉綠素含量和葉面積指數能直接反應植物生長狀況的優劣和產量的高低，劉星等[10]研究表明，土壤滅菌和生物有機肥聯用的馬鈴薯葉片中葉綠素含量和根系活力較對照均顯著增加。本研究顯示施用生物有機肥料GSJ-1后，馬鈴薯葉面積指數、SPAD值、株高、莖粗、總干物質含量、塊莖產量均顯著提高，這可能是由于施用微生物有機肥GSJ-1后，提高了土壤有效養分，馬鈴薯能更好的生長發育，最終導致馬鈴薯生長指標和產量顯著提高。

馬鈴薯連作障礙產生的原因主要與土壤肥力、自毒作用及土壤微環境的惡化有著密切的關系[11-13]，秦越等[14]研究發現，連作栽培可導致馬鈴薯土壤微生物群落發生改變，土壤中有益菌群比例下降乃至逐漸消失，一些潛在的致病菌群在連作栽培后的土壤中出現，導致馬鈴薯生長的微環境惡化。通過施用生物有機肥料能增加土壤微生物數量，改善土壤微生物菌群結構，在一定程度上減輕作物的發病率和病情指數[15-18]。生物有機肥料能減輕作物土傳病害主要有兩個方面的原因：第一，生物有機肥料中的功能菌在作物根系附近快速繁殖，形成優勢菌群，與病原微生物形成競爭性拮抗作用，改變了連作土壤中土壤微生物環境，從而減弱了病原微生物對作物的侵害幾率，有效提高了馬鈴薯的抗病能力。第二，王暉[19]研究顯示，在功能菌的生長繁殖過程中，能分泌出多種抗生素與植物生長激素，不但能抑制植物病原微生物的活動，起到防治植物病害的作用，而且能刺激作物生長，使其根系發達，促進葉綠素、蛋白質和核酸的合成，提高作物的抗逆性，從而減輕病害。本研究亦得出類似結論：馬鈴薯經過4年連作后，主要的土傳病害有馬鈴薯瘡痂病、黑痣病，發病程度為：瘡痂病>黑痣病。施用生物有機肥料GSJ-1后，對這2種病害有顯著的防效，其防效為：瘡痂病>黑痣病。因此生物有機肥料GSJ-1在今后的生產中有廣闊的應用前景。