復合微生物菌肥配施化肥對芥菜生長及土壤環境的影響

陶 偉，葉長東，蘇天明，李恩東，劉美卿，王吉平，葉長成，張 野，何鐵光，李嘉維，王 瑾*

(1.廣西農業科學院，廣西 南寧 530007；2.廣西勤德科技股份有限公司，廣西 南寧 530007；3.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；4.廣西易多收生物科技有限公司，廣西 南寧 530007；5.廣西源創農業科技開發有限公司，廣西 南寧 530022)

【研究意義】施用化肥是現代農業中重要的增產方式，對作物增產增收效果顯著。已有研究表明，施用復合微生物菌肥可調節土壤中的微生物群落組成，改善土壤養分含量，調節土壤條件以促進作物生長[1]。芥菜是我國重要的特色蔬菜，具有較高的營養價值和藥用價值[2-3]。我國芥菜類蔬菜年種植面積達100萬hm2，廣西作為我國芥菜類蔬菜的主產區之一，種植種類多，規模化生產基地面積大，需大量施用化肥[4]。但是長期大量施用化肥易造成土壤板結，化肥利用率低，且氮磷元素在土壤中過量積累也會污染土壤和周邊水體，導致土壤有益微生物死亡等不良后果發生[5]。因此，開展復合微生物菌肥配施化肥對芥菜類蔬菜生長和土壤環境影響研究，對提高芥菜類蔬菜的產量、品質及復合微生物菌肥和化肥減量增效技術的推廣應用具有重要意義。【前人研究進展】復合微生物菌肥能改善土壤微生物群落結構，有利于植物吸收養分、根系生長和抗病[6]。土壤中的微生物通過與植物根系相互作用，將有機質轉化成植物可吸收的無機養分，產生的抗性成分能有效抑制有害微生物生長，提高植物的抗病性[7]。由于微生物在土壤和作物生長中扮演重要角色，有關學者對復合微生物菌肥的研究也越來越多[8-11]。苗丁丁[2]等研究認為，施用微生物菌肥生菜的可溶性糖和維生素C含量分別比對照提高63.59 %和117.32 %。黃偉等[12]研究顯示，在生菜種植過程中施用微生物菌肥，其土壤酶活性比對照有一定程度提高，其中脲酶活性提高72.43 %，轉化酶活性提高83.75 %。王書娟等[13]研究發現，施用微生物菌肥番茄果實的總酸和硝酸鹽含量較低，果實品質較佳。相關研究也表明，復合微生物菌肥配施化肥的豌豆產量提高21.82 %～60.52 %[14]，在西葫蘆和番茄栽培過程中施用微生物菌肥均能有效提高其產量和品質[15-18]。【本研究切入點】目前，關于復合微生物菌肥與化肥配施對芥菜農藝性狀、產量和品質及菜地土壤酶活性和土壤養分含量影響的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】開展田間種植芥菜施用復合微生物菌肥配施化肥試驗，分析復合微生物菌肥配施化肥對芥菜農藝性狀、產量和品質及土壤酶活性和土壤養分含量的影響，為復合微生物菌肥及化肥減量增效技術在芥菜栽培中推廣應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在廣西南寧市隆安縣那桐鎮下鄧村進行。供試復合微生物菌肥屬固態肥，由廣西易多收生物科技有限公司提供。其中有效活菌數≥2×108個/g，有機質含量≥20.0 %，N+P2O5+K2O=20 %(7-5-8)，黃腐酸含量≥10 %，菌種為枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌；供試芥菜種子購自廣西南寧賽綠農業科技有限公司。試驗地土壤養分狀況為：pH 5.20，水解性氮含量126.0 mg/kg，有效磷含量11.0 mg/kg，速效鉀含量443.0 mg/kg，有機質含量26.0 g/kg，全氮含量1.61 g/kg，全磷含量0.867 g/kg，全鉀含量9.72 g/kg。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 設5個處理：處理1(T1)為單施100 %化肥(氮磷鉀總量分別為240、90和135 kg/hm2；處理2(T2)為70 %化肥+復合微生物菌肥600 kg/hm2；處理3(T3)為85 %化肥+復合微生物菌肥600 kg/hm2；處理4(T4)為100 %化肥+復合微生物菌肥600 kg/hm2；以不施肥為對照(CK)。各處理的肥料共分4次施入，即基肥、第1次追肥、第2次追肥和第3次追肥(施用比例為35 %、15 %、25 %和25 %)。每種處理3次重復(即3個小區)，各小區隨機區組排列，小區面積55.6 m2(1.7 m×32.7 m)。芥菜種植間距為40 cm×35 cm。

表1 不同施肥處理芥菜的農藝性狀比較

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05)，the same as below.

1.2.2 調查(測定)項目及方法 芥菜農藝性狀調查：對成熟期的芥菜進行隨機抽樣，每小區取5株芥菜樣本，分別調查株高、開展度、SPAD值、葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄寬、根長、根重和單株重等農藝性狀指標。產量調查：分別統計各小區成熟期芥菜的實際產量，折算為公頃產量。品質測定：對成熟期的芥菜，采用GB 5009.86-2016《食品中抗壞血酸的測定》測定維生素C含量，采用GB/T 5009.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》測定粗纖維含量，采用GB 5009.7-2016《食品中還原糖的測定》測定還原糖含量，采用NY/T 2017-2011《植物中氮、磷、鉀的測定》測定芥菜中全氮、全磷和全鉀含量，參考SB/T 10203-1994《果汁通用試驗方法》測定總酸和總糖含量。土壤酶活性測定：參照關蔭松[19]的方法對采收后菜地土壤樣品的蔗糖酶、酸性磷酸酶和脲酶活性分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、磷酸苯二鈉法和奈氏比色法進行測定。土壤理化性狀測定：參照鮑士旦[20]《土壤農化分析》的方法測定試驗地種植芥菜前后的土壤氮、磷、鉀和有機質含量。

1.3 統計分析

試驗數據采用Excel 2016進行整理，以SPSS 22.0進行差異顯著性分析，以Origin 9.0和AdobeIllustrator CC 2017作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理芥菜的農藝性狀

由表1可知，T1～T4處理芥菜的株高、開展度、SPAD值、葉片寬、葉柄長、根重和單株重均高于CK，葉柄寬均小于CK。其中，株高與CK差異顯著(P<0.05，下同)；各處理株高排序為T3>T4>T2>T1>CK，T3處理的株高(40.09 cm)比CK提高44.52 %，比T1處理提高9.63 %；T2、T3和T4處理的SPAD值均高于T1處理和CK；T3處理葉片開展度、葉片寬、葉柄長、根重和單株重均顯著高于CK，葉柄寬顯著小于CK，根長小于CK，但差異不顯著(P>0.05，下同)；T3處理芥菜的平均單株重(205.77 g)均高于其他處理，其中比CK顯著提高53.21 %，比T1處理提高14.58 %，比T2和T4處理分別顯著提高37.30 %和27.57 %。說明施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)芥菜的農藝性狀總體上優于不施肥和單施化肥的芥菜。

2.2 不同施肥處理芥菜的產量表現

從圖1看出，T1～T4處理芥菜的產量分別為27 696、27 289、29 390和24 769 kg/hm2，分別比CK顯著提高95 %、93 %、107 %和75 %；各施肥處理芥菜產量排序為T3>T1>T2>T4，但處理間差異不顯著。說明施肥能有效提高芥菜的產量，其中施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)對芥菜的增產效果最佳。

2.3 不同施肥處理對芥菜品質的影響

芥菜的粗纖維、總酸、總糖和維生素C含量等是衡量芥菜品質的重要指標，可決定芥菜的營養價值、口感和市場價值。由表2可知，T3處理芥菜的粗纖維含量(0.70 %)顯著低于其他處理，較CK降低12.50 %，總酸含量(0.10 g/100g)也最低；總糖含量(1.33 g/100g)顯著低于CK和T1處理，但顯著高于T2和T4處理；維生素C含量為37.80 mg/100g，顯著高于T1和T2處理；還原糖含量(0.76 g/100g)和全磷含量(0.20 g/100g)顯著低于CK和其他施肥處理；全氮含量(2.35 g/100g)高于CK但低于其他施肥處理，全鉀含量(3.57 g/100g)顯著高于CK但顯著低于其他處理。綜上所述，施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)能有效提高芥菜的品質，芥菜的口感更好，風味更佳。

圖柱上不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P< 0.05)，下同Different lowercase letters on the bar represented significant difference (P< 0.05)，the same as below圖1 不同施肥模式的芥菜產量比較Fig.1 Comparison of B. juncea L. yield under different fertilization modes

表2 不同施肥處理的芥菜品質比較

2.4 不同施肥處理對菜地土壤酶活性的影響

從圖2可看出，T1～T4處理菜地土壤的蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均高于CK，其中蔗糖酶活性分別比CK顯著提高304 %、306 %、629 %和518 %(圖2-A)，且T3處理(110.1 mg/gDW)顯著高于T4、T2和T1處理。T1～T4處理菜地土壤的脲酶活性分別比CK提高74 %、12 %、136 %和108 %，其中T1、T3和T4處理顯著高于CK，T3處理(0.125 mg/gDW)顯著高于其他處理(從圖2-B)。T1～T4處理菜地土壤的酸性磷酸酶活性分別顯著高于CK 55 %、21 %、63 %和52 %，其中T3處理菜地的土壤酸性磷酸酶活性(67.9 μg/gDW)最高，但與T1和T4處理差異不顯著(圖2-C)。可見，通過施肥可提高菜地的土壤酶活性，進而有效提高土壤肥力，尤其以施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)對土壤肥力的提高效果更佳。

2.5 不同施肥處理對芥菜地土壤養分含量的影響

由表3可知，各處理菜地的土壤pH均相較種植芥菜前(pH 5.20)有所上升，其中CK的升幅最大(由5.20升至6.14)，施肥處理中T3處理升幅最大，由5.20升至5.77；T1、T2和T4處理菜地的土壤水解氮含量分別比CK顯著提高9.5 %、6.6 %和18.3 %，而T3處理的水解氮和全氮含量最低，分別為136.0 mg/kg和1.29 g/kg，其中水解氮含量與CK無顯著差異，但顯著低于其他施肥處理，全氮含量顯著低于CK和其他施肥處理。各處理菜地的土壤有效磷含量均較種植前(11.0 mg/kg)明顯提高，且以T1處理(28.0 mg/kg)升幅最大，其中比CK提高103.0 %，說明單施化肥會導致土壤磷含量過量累積，容易造成土壤磷污染；而T2～T4處理菜地的土壤有效磷含量分別為19.0、19.7和20.1 mg/kg，比T1處理顯著降低32.1 %、29.6 %和28.2 %，說明復合微生物菌肥與化肥配施能有效緩解施用化肥對土壤潛在的磷污染。T3處理菜地的土壤速效鉀含量(176 mg/kg)顯著低于其他處理；有機質含量(20.7 g/kg)和全磷含量(0.854 g/kg)均顯著低于CK和T1～T2處理，與T4處理差異不顯著；全鉀含量(11.1 g/kg)顯著低于T1和T4處理，與CK和T2處理相同。說明施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)菜地的土壤營養成分能更好地被微生物和植物吸收利用，從而降低使用化肥引起的土壤養分殘留量，降低使用化肥帶來的土壤污染(尤其是磷污染)風險。

A.蔗糖酶活性；B.脲酶活性；C.酸性磷酸酶活性A. Invertase activity；B.Urease activity；C.Acid phosphatase activity圖2 不同施肥模式種植芥菜的土壤酶活性比較Fig.2 Comparison of soil enzymatic activities planted with B. juncea L. under different fertilization modes

表3 不同施肥模式種植芥菜的土壤養分含量比較

3 討 論

本研究結果表明，4個施肥處理芥菜的農藝性狀、產量和品質均優于CK，其中復合微生物菌肥配施化肥還具有改良菜地土壤環境的效果；T3處理芥菜的農藝性狀總體上優于其他施肥處理，其中株高比CK提高44.52 %，比T1處理提高9.63 %，葉片的SPAD值均高于T1處理和CK，單株重比CK提高53.21 %，比T1處理提高14.58 %，產量比CK提高107.00 %，比T1處理提高6.12 %。在品質方面，T3處理芥菜的粗纖維含量顯著低于CK和其他施肥處理，總酸含量也最低，總糖含量顯著高于T2和T4處理。說明施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)能更好地促進芥菜植株生長，增加芥菜單株重量，提高葉片的SPAD值，增強植株的光合作用，從而提高芥菜的產量和品質，與呂瑞[8]、趙亮亮[10]研究認為復合微生物菌肥能提高白菜和番茄品質和產量的觀點一致。

土壤酶活性與土壤微生物群落的多樣性密切相關[21]。本研究中，T3處理菜地的3種土壤酶活性均高于CK及其他施肥處理，其中蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸活性分別比CK顯著提高629 %、136 %和63 %，與符青[22]等對水稻施用復合微生物菌肥的研究結果相似。

土壤養分是作物生長的關鍵因素[23]。在本研究的4個施肥處理中，T3處理菜地的土壤pH升幅最大(從5.20升至5.77)，且土壤中水解氮、有效磷、速效鉀、有機質、全氮和全磷含量等指標均最低，全鉀含量與CK相同，說明施用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)可更好地改良菜地土壤的酸堿度，提高土壤中磷素的利用率，降低單施化肥對土壤和水體的磷污染風險[24]，與呂瑞[8]等、崔榮云和門慶永[15]研究認為西葫蘆施用復合微生物菌肥能改良土壤環境、解磷和解鉀的觀點一致。

在本研究中，使用復合微生物菌肥配施化肥的施肥模式能有效提高芥菜的產量和品質，改善土壤環境，但過量減施化肥也會導致芥菜產量下降，不利于芥菜生長。隨著國家大力推廣化肥減量增效技術[25]，后續可結合測土配方施肥和水肥一體化等技術，開展提高化肥利用率、改善土壤環境、增加作物產量研究，以實現化肥減量增效目標。

4 結 論

采用85 %化肥+復合微生物菌肥(600 kg/hm2)施肥模式能改良栽培芥菜的土壤性質，提高土壤酶活性，促進芥菜優質高產，降低水體和土壤磷污染風險，可在芥菜栽培中推廣應用。