生物復合肥對油茶苗木生長及土壤微生態的影響

彭江濤，周國英，蔣越西，劉君昂

（中南林業科技大學/南方人工林病蟲害防控國家林業和草原局重點實驗室，森林有害生物防控湖南省重點實驗室，經濟林培育與保護教育部重點實驗室，生命科學與技術學院，湖南 長沙 410004）

油茶（Camellia oleifera）又名油茶樹、茶子樹，屬山茶科山茶屬植物，被稱為“東方的橄欖樹”［1］。油茶經濟價值很高，茶油色清味香，營養豐富，不飽和脂肪酸一般在90%以上，是烹制食品、加工罐頭、制造人造奶油最理想的油脂之一［2-3］；目前，由于油茶施肥及后期管理中存在各種各樣的問題，大部分油茶林產投比不高。林木的合理施肥及配方施肥是提高油茶產量的一項極其重要的措施。因此，采用合理適宜的方式施肥有利于提高油茶的產投比，提高油茶種植的生態效益以及經濟價值。

食用菌菌糠又稱為菌渣，是指采收食用菌的子實體后廢棄不用的固體基質。菌糠的主要成分包括碎農作物秸稈、木屑、干草、玉米芯等一些木質纖維含量高的物料，研究分析發現菌糠中含有豐富的蛋白、多糖、有機酸、黃酮類物質及少量生物堿等化學物質［4-5］。但是大部分菌糠被不合理處置，隨意廢棄，導致了嚴重的資源浪費，環境污染。實現食用菌菌糠的循環再利用，制備菌糠菌肥是一種合理有效的應用途徑。

微生物菌肥是以微生物生命活動的產物及其所含的酶類來改善土壤環境的一種無公害肥料，其主要作用在于改善土壤質量，提高有機質含量和土壤肥力，增強植物抗病、抗逆能力以及提高作物產量和改善農作物品質，減少工業氮肥的施用，降低生產成本，減少環境污染等［6-8］。土壤微生物直接或間接參與調節土壤肥力形成、土壤養分循環、有機質轉換以及能量流動等活動。因此土壤的微生態反映了土壤的肥力現狀，速效N、P、K的高低代表土壤中各種生物化學過程的方向和強度，可作為評價土壤肥力和質量的敏感指標。目前關于微生物菌肥研究較多［9-17］，但研究微生物菌肥與菌糠形成的生物復合肥對油茶生長和土壤微生態的影響卻鮮有報道。本試驗通過研究生物復合肥對油茶生長和土壤微生態的影響，旨在改善土壤肥力、保持土壤可持續性和促進油茶生長。為我國重要經濟油料作物——油茶提供新的無公害肥料種類，對油茶產業的發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地設在海南省澄邁縣國營林場。施肥對象為3年生油茶幼林，選取苗高相差0.5 cm、地徑相差0.5 mm誤差內的油茶苗木。試驗材料為菌糠（由上林縣明山菌業有限責任公司提供）、玉米粉，供試菌株（由3、4、5、6、7年生的油茶根際土壤20～40 cm樣品中分離）：YC-NK03為格式假單胞菌（Pseudomonas grimontii）、YC-NK04為 韓 國假單胞菌（Pseudomonas koreensis）、YC-NK05為惡臭假單胞菌（Pseudomonas putida）、YC-NK07和YCP05為分散泛菌（Pantoea dispersa）、YC-P06洋蔥伯克霍爾德菌（Burkholderia cepacia）。

盆栽所用營養土來自合肥麗科農業有限公司，主要成分為泥炭土、草炭土、蚯蚓糞，珍珠巖等。

盆栽供試苗木：江西長林系列高產0.5年生，由江西新余亞林中心長埠林場提供。

1.2 試驗設計

半固態發酵基礎培養基：以一定比例的菌糠、玉米粉進行混合作為發酵培養基的固體部分，以一定添加量水作為發酵培養基的液態部分，菌糠∶玉米粉∶水=25∶5∶70。

菌糠菌肥的制作：將采收鳳尾菇后的新鮮菌糠自然風干，粉碎過0.178 mm篩。在半固態發酵基礎培養基中加入0.2% NH4NO3和KH2PO4，培養基初始pH 7.0，裝載量300 g/L，121℃滅菌20 min。待培養基冷卻后，將混合后的固氮解鉀菌、解磷菌各取1 mL，加入半固態發酵培養基中，33℃、160 r/min恒溫培養6 d。將菌肥儲存于陰涼無污染的條件下，用平板稀釋計數法檢測其中的有效菌數。

盆栽試驗：為了研究菌糠菌肥對油茶的肥效及替代化學肥料的程度，按照替代化學肥料不同梯度，設置7個處理（表1），其中，T5只加菌糠基質（不添加功能菌），CK為空白對照。每個試驗組油茶苗木9株，共計63株（每株10 g肥料），從施肥日算起，3個月后測定植株生長和根際微生態效應。檢測的主要指標包括：油茶的地徑、苗高及根際土壤微生物總量、土壤有機質及水解N、有效P、速效K含量。

表1 不同的施肥處理的替代化肥程度 （%）

林間試驗：（1）肥料種類：①菌糠菌肥；②化肥：N肥為湖南株洲湘江氮肥廠生產的尿素，含N量≥460 g/kg；P肥為湖南瀏陽古港磷肥廠生產的鈣鎂磷肥，含P2O5量≥126 g/kg；K肥為加拿大進口的氯化鉀，K2O含量≥600 g/kg；（2）處理配方設置3個處理：①對照（CK），不施任何肥料；②化肥處理（HC）：尿素、鈣鎂磷肥及氯化鉀用量配比為2∶1∶2；③化肥+菌糠菌肥（HJC）：化肥和菌肥用量配比2∶3，每個處理設置油茶5株，共計15株。從施肥日算起，3個月后測定植株生長和根際微生態效益。檢測的主要指標包括：油茶的地徑、樹高、根際土壤pH及水解N、有效P、速效K含量。具體見表2。

表2 不同處理的施肥量 （g/株）

土壤微生態測試方法：參照中華人民共和國林業行業標準進行測定［11-14］。

2 結果與分析

2.1 菌糠菌肥質量檢測

對配制好的菌糠菌肥進行質量檢測，結果如表3所示，菌糠菌肥偏酸性，pH為6.85，有效菌總數為5.3×108個/g，并未被污染，說明菌糠菌肥質量較好。

表3 菌糠菌肥質量指標檢測

2.2 生物復合肥對油茶苗高、地徑的影響

如圖1所示，與施用生物復合肥前相比，T1、T2、T3、T4、T5、T6組的苗高分別增加了40.92%、74.32%、108.64%、90.33%、28.56%、30.77%。各試驗組的地徑與施肥前相比，均有不同程度的增加。T1、T2、T3、T4、T5、T6組的地徑增幅分別為22.24%、28.77%、45.62%、32.50%、15.40%、16.85%。而CK組苗高和地徑的增加量分別僅4.56%和10.70%。各試驗組中只有T3組（60%菌糠菌肥+40%化學肥料）對油茶苗高、地徑的增長影響最為明顯。

2.3 生物復合肥對油茶根際土壤微生態的影響

在施用菌糠菌肥3個月后，對植株根際土壤微生態進行測定，圖2A為土壤微生物總量的測定。結果顯示，T3組處理后的油茶根際微生物總量增加最多，與CK組處理方式相比增加了70.41%，而只添加菌糠基質處理的T5組僅增加了27.35%。說明菌糠菌肥中的功能菌能夠很好地促進土壤微生物的繁殖；在土壤有機質含量的測定中，發現T1組的處理對土壤有機質含量的增加最有利，比CK組增加了97.65%，分析各組數據發現，菌糠菌肥與化肥的質量配比和土壤有機質含量呈正比關系，并且功能菌和菌糠基質均起到增加土壤有機質的作用（圖B）；與CK組的水解N、有效P、速效K含量相比，T3組的增加量在各組中最高，分別增加了101.55%、118.44%、25.93%。綜合7個處理組對油茶根際土壤微生態的測定結果顯示，T3處理組（菌糠菌肥與化肥的用量比3∶2）為最優處理方式。

根據盆栽試驗生物復合肥對油茶苗高、地徑和根際土壤的微生態效應的結果，并且秉著減少化肥使用的目的，最終選擇T3組的比例進行接下來的林間試驗。

2.4 生物復合肥林間施用對油茶幼林生長量的影響

與施肥前相比，各試驗組的樹高和地徑均有不同程度的增加。其中HC、HJC組的樹高平均增長量分別為4.6、6.9 cm，地徑平均增長量分別為3.16、5.28 mm。而CK組的樹高、地徑增長量分別為2.6 cm、1.34 mm。HJC處理組相對于HC和CK處理組，油茶幼林的樹高、地徑增長明顯。

2.5 林間試驗微生態指標檢測

如圖4所示，油茶根際土壤呈酸性，pH為4.28～4.47，肥料種類與用量對土壤pH無明顯影響。與施肥前相比，HJC與HC組的土壤速效N、P、K含量均有顯著增加。與CK組相比，HC組的土壤水解N、有效P、速效K分別增加了21.71%、25.81%、29.77%，分別 達 到42.60、12.16、26.50 mg/kg；HJC組的土壤水解N、有效P、速效K分別增加了71.71%、81.84%、45.79%，分別達到60.10、17.58、29.77 mg/kg。與HC和CK組比較，HJC組明顯提高土壤水解N、有效P、速效K。說明本研究的生物復合肥在減少化肥施用量的同時也能更好地促進油茶苗木的生長。

3 討論

3.1 生物復合肥對油茶苗木及土壤微生態的影響

隨著食用菌工業化產業模式迅速發展，廢棄菌糠的產量也越來越大。調查結果顯示，平均每生產1 kg的食用菌大約能產生3.25 kg的菌糠［15］。據統計，2011年我國菌糠產生量約為836萬t［16-17］。為了實現食用菌菌糠的高效利用，王世強等［18］研究發現，食用菌廢料施加到土壤后，菌糠會被逐漸分解，能夠提高土壤中營養元素、礦質元素和有機質的含量，增加土壤肥效，促進農作物生長。2012年，Zhu等［19］將高效解磷菌FL7接種到菌糠，制作了單一微生物磷肥，并通過盆栽試驗證明菌糠菌肥能有效提高土壤中有效P、速效K和總N含量以及農作物產量。因此，將菌糠制備成肥料、實現食用菌菌糠的循環再利用，制備菌糠菌肥是一種合理有效的應用途徑。

化肥的長期施用可以提高土壤無機養分，但是也會破壞土壤根際微生態環境的平衡，造成林地環境的污染，如水體富營養化、降低土壤通透性、導致土壤微生物活性和土壤肥力降低等一系列環境問題，不利于植物的生長［20］。而生物復合肥的使用是通過改良土壤根際微生態環境，提高土壤微生物群落結構多樣性和種群多樣性，促進土壤根際微生物的繁殖，使土壤微生物的活性也得到顯著的提高［9，21］；微生物利用各種生理代謝反應和拮抗等作用使土壤中的土壤有機質、速效N、P、K含量顯著增加［8，22-25］。本研究盆栽試驗結果顯示，T3組（60%菌糠菌肥+40%化學肥料）對油茶的促生效果最明顯，同時各試驗組的微生態效應指標變化明顯；說明菌糠菌肥與化學肥料的質量配比越大，施用后土壤有機質的含量越高。林間試驗結果顯示，HJC組效果最明顯，并且通過微生態效應指標測定結果可知，肥料種類與用量對土壤pH無顯著影響，與李甜江等［26］的研究結果相一致。

3.2 盆栽試驗與林間試驗的比較

在本研究的林間試驗中，無論是對油茶幼林生長量還是對土壤微生態的影響，HJC處理組均表現最佳，這與盆栽試驗的結果一致；說明本研究的生物復合肥在自然條件下對油茶苗木也具有良好的促生效果，可以有效地減少化肥的使用量；但是與盆栽試驗相比，HJC處理組相較于T3處理組的土壤水解N、有效P、速效K含量增加幅度較小，這可能是因為海南多變的氣候條件影響了功能菌的繁殖；也可能是因為盆栽試驗與林間試驗油茶苗木樹齡的不同，導作物根系分泌物的數量及種類也會有所不同。在土壤中，作物根系分泌物可以影響根際微生物的群落結構和種群多樣性，因此不同樹齡的油茶苗木與土壤微生物的互作會有一定程度的差異［27-29］，從而導致油茶苗木對生物復合肥的響應差別問題，但是生物復合肥無論是對0.5年還是3年生的油茶苗木均有改善土壤微生態環境和增長苗高、地徑的作用，并且效果均高于化學肥料。

微生物肥料是綠色環保型肥料發展的方向，對發展新型農業有著重要影響。隨著生物肥料研究的深入，從特定植物根際土壤篩選高效功能菌株用于研制專用生物復合肥已漸成為一種趨勢。特定的植物根際土壤功能菌可促進該植物根際微生態促生體系的形成，并以生物復合肥中的有機質、腐植酸、N、P、K、微量元素及植物生理活性物質為原料，達到促進植物生長、綠色環保、節約資源的目的。

4 結論

綜上所述，生物復合肥有利于增加土壤有機質、水解N、有效P、速效K的含量，提高土壤微生物生物量，增強土壤生產力的可持續性，從而達到保護和改善土壤微生態環境、促進油茶苗木生長的效果。本研究表現突出的處理為T3處理，即60%菌糠菌肥+40%化學肥料一起施用。生物復合肥的施用能夠改善土壤性狀，對大規模種植油茶經濟產業的發展意義重大。