基于沼液微生物肥的長紅棗水肥耦合效應

紀靜雯 紀立東 楊洋 劉菊蓮 司海麗

摘要：針對長紅棗滴灌新型沼液復合微生物肥過程中存在的問題，通過分析不同水肥供應條件對長紅棗生長發育及其質量產量產生的不同作用，研究長紅棗優質高效生產的灌水施肥條件，提出新型沼液復合微生物肥合理的灌溉施肥方案。試驗以靈武長紅棗為試材，采用2因素3水平完全組合式設計方法，試驗數據顯示，中水中肥和中水高肥處理下葉片葉綠素含量及光合特性總體優于其他處理，產量構成指標也最好，中水高肥處理坐果率為11.24%，中水中肥處理產量高達13 882.5 kg/hm2，比低水低肥處理高3 199.5 kg/hm2;中水肥條件下利于長紅棗糖分合成，能夠形成良好的糖酸比，長紅棗風味品質更佳;低水中肥與低水高肥處理下有效磷累積過多，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產過程中應適當減少磷肥額投入。綜合以上結果，寧夏靈武市淡灰鈣土沼液復合微生物肥在灌水量 4 500 m3/hm2，施肥量3 000 kg/hm2處理下和灌水量4 500 m3/hm2，施肥量3 900 kg/hm2處理下能改善長紅棗品質，改良土壤理化性狀。

關鍵詞：沼液復合微生物肥;長紅棗;水肥耦合;產量;品質

中圖分類號：S665.106;S665.107 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）02-0114-06

收稿日期：2021-04-02

基金項目：寧夏農林科學院全產業鏈科技創新示范項目（編號：YES-2016-0908）;寧夏農林科學院科技創新先導資金（編號：NKYG-17-01）;寧夏回族自治區重點研發計劃（編號：2019BCF01001）。

作者簡介：紀靜雯（1990—），女，寧夏中寧人，碩士，研究實習員，主要從事農業有機合成研究。E-mail：jjw_526@163.com。

通信作者：紀立東，博士，副研究員，主要從事農業廢棄物資源化與循環利用研究。E-mail：Jili521010@163.com。

寧夏回族自治區靈武長紅棗是當地優質且具備當地特性的果樹種類，以其個大、長橢圓形、味酸甜、營養豐富而得名，靈武長紅棗產業也是寧夏靈武市促進地方經濟發展的特色優勢產業[1]。隨著靈武長紅棗種植規模的逐步擴大，其產業發展已由“量的擴張”階段全面進入“質的提升”階段[2]，但是寧夏靈武長紅棗在種植中仍存在水肥管理不科學的問題[3]，由于長期單一偏施化肥導致土壤板結、水肥利用率低，這是限制寧夏長紅棗可持續發展的重要因素，導致寧夏長紅棗棗樹出現落花落果嚴重、商品性低且品質不佳等情況，成為制約長紅棗產業發展的瓶頸。沼液微生物肥營養豐富，含有大量的高分子有機酸、有機物質及氮、磷、鉀等較多作物發育及成熟必需的養分及多類中微量元素，可有效增加作物產品數量，提升作物產品質量，提高作物出現的優良抗逆性狀[4-8]，同時，可以使果樹高效汲取營養[9-10]，還能夠增強土壤微生物活性，優化土壤結構，保證土壤健康[11]。灌水和施肥是影響農業生產的兩大可調節控制的關鍵因素，現代農業生產中作物優質高產需要供應適合的水分和營養，二者缺一不可。眾所周知，以水促肥，以肥調水，二者相輔而行，水肥耦合是獲得高產、高效的必經之路[12]，不僅能提高作物產量和品質，還能夠大幅度提高作物對水肥的利用效率[13-15]。目前，與水肥協同耦合影響作物生長發育、優質高效生產及提高水肥利用率相關的研究較多，但是，針對新型沼液復合微生物肥料進行水肥耦合的研究很少。本研究選取新型沼液復合微生物肥，探究其對寧夏靈武長紅棗的水肥耦合效應，為確定合理的滴灌施肥方案提供科學依據，以期為寧夏靈武長紅棗產業的健康發展提供實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年3—10月，在寧夏靈武市綠源恒農業綜合開發有限公司基地進行。該地區屬中溫帶大陸性半干旱氣候，光照資源充足，全年日照時數 3 080.2 h，平均無霜期157 d，年平均氣溫≥8.8 ℃，積溫3 351.3 ℃，年均降水量206.2～255.2 mm。

1.2 試驗材料

選用8年齡靈武長紅棗作為供試作物，選取寧夏順寶現代農業股份有限公司研制的沼液復合微生物肥作為供試肥料，總養分高于18%，有效活菌數大于0.5億CFU/g，該肥料有以下3個型號：高氮型（N、P2O5、K2O含量分別為10%、5%、3%）、平衡型（N、P2O5、K2O含量分別為6%、6%、6%）、高鉀型（N、P2O5、K2O含量分別為6%、4%、8%）。

1.3 供試土壤

土壤為沙質壤土，地勢平緩，土壤侵蝕中等，土質疏松。土壤基本化學性質見表1。

1.4 試驗方法

試驗設置滴灌量和施肥量2個因素。滴灌量參考當地水肥一體化推薦值：滴灌定額（W） 4 500 m3/hm2，施肥量（F）參照當地推薦施肥量（N ∶P2O5 ∶K2O=20.5 ∶10.2 ∶11.4）減氮30%設計用量為3 000 kg/hm2。其中灌水量設置3個水平：W1（3 300 m3/hm2）、W2（4 500 m3/hm2）、W3（5 700 m3/hm2）;施肥量設置3個水平：F1（2 100 kg/hm2）、F2（3 000 kg/hm2）、F3（3 900 kg/hm2）。試驗采用2因素3水平完全組合設計，共9個處理 （表2），3次重復，共計27個小區，每個小區每個處理2行。整個生育期共灌水13次，施肥6次，分別為營養生長期施用總施肥量30%的高氮型沼液肥2次;坐花坐果期施用總施肥量40%的平衡型沼液肥2次;膨果著色期施用總施肥量30%的高鉀型沼液肥2次。利用水肥一體化滴灌施肥方式，通過水表和施肥泵精準控制滴灌量和施肥量，其他日常管理相同。

1.5 測定項目

1.5.1 土壤樣品采集與測定 多點混合采集試驗田0～30 cm與30～60 cm土層土壤樣品，用于測試土壤化學指標，其中堿解氮、有機質、速效鉀、有效磷含量和pH值的檢測均遵照國家標準方法進行。

堿解氮含量采用堿解擴散法檢測;有機質含量采用重鉻酸鉀容量法檢測;速效鉀含量采用1 mol/L醋酸銨溶液浸提-火焰光度計法檢測;有效磷含量采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法檢測;土壤pH值使用pH計檢測;全鹽含量采用DDS-11電導率儀檢測;采集0～30 cm土層原狀土樣檢測土壤水穩性團聚體含量 [16-17]。

1.5.2 長紅棗生長發育指標監測 （1）生物學指標：在果實成熟期，采用稱量法檢測單果質量（小區內全部長紅棗單果質量平均數）及長紅棗產量（小區實測產量折算），并測量長紅棗橫縱徑及硬度等農藝指標。

（2）生理指標：在長紅棗關鍵生育期，使用葉綠素儀（SPAD-502）檢測葉片葉綠素SPAD值;選取6棵樹，對同一位置相同部位葉片進行標記，在09：00—11：00時間段內，采用CI-340光合作用測量系統測定葉片光合作用特性。

（3）品質指標：在長紅棗果實成熟期，采集鮮果測定紅棗品質指標，其中果實可溶性固形物含量采用手持式折光儀檢測;果實可滴定酸含量（以酒石酸計）采用氫氧化鈉滴定法檢測;維生素C含量采用2，4-二硝基苯肼比色法檢測。

1.6 數據分析

所涉及數據及圖表均選用Excel 2017進行處理，選用SAS 25統計軟件進行方差分析，同時，用最小顯著性差異法評價顯著性差異（α=0.05，n=5）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對長紅棗葉片葉綠素SPAD值的影響

由表3可得，開花期長紅棗葉片SPAD值相對較小，主要是葉片生長前期發育較為緩慢，葉片合成葉綠素不足，隨著生育期的推移，在膨大期葉片SPAD值達到最大，相比開花期平均增加了7～13個單位;開花期，當灌水量與施肥量逐漸升高，葉綠素SPAD值總體呈現出增大的趨勢，其中，中水高肥（W2F3）條件下葉綠素SPAD值達到峰值，相比W1F1增加了4.64%。坐果期在高水（W3）水平下，SPAD值隨著施肥量的增加而增大，在高肥（F3）水平下，SPAD值表現為高水處理（W3）>中水處理（W2）>低水處理（W1），且高水高肥（W3F3）條件下SPAD值達到最大。由此可知，當水肥施用充分時，葉綠素含量得到明顯提高，植株葉片濃綠[18]。膨大期中水中肥（W2F2）條件下葉片葉綠素含量最大，且顯著高于W1F1。因此可見，中水中肥有利于長紅棗膨大期葉片葉綠素的合成。

2.2 不同處理對長紅棗葉片光合特性的影響

從表4可得，長紅棗葉片的凈光合速率在不同灌水量條件下，表現為W2>W3>W1，中水處理明顯增加了葉片凈光合速率。蒸騰速率也有相似的規律（除F3肥力下外），在低水W1處理下，葉片蒸騰速率顯著低于W2和W3處理，尤其W1F1處理的蒸騰速率為 1.39 mmol/（m2·s），遠低于同等肥力條件下的中水和高水處理，說明在低水條件下植物更能適應干旱環境。當施肥量逐漸增加，氣孔導度明顯升高，W1F1處理下氣孔導度最低，減緩了凈光合速率，阻礙了光合產物的合成，W2F3條件下氣孔導度達到最大。同一灌水量條件下，胞間二氧化碳在低肥處理下濃度高于中肥、高肥處理，與凈光合速率成反比關系，主要原因是當凈光合速率降低時，氣孔張度較低，滯留在細胞間的二氧化碳濃度便會升高。水分利用效率在W1F3和W2F3條件下達到較大值，顯著高于其他處理。

2.3 不同處理對長紅棗脆農藝指標的影響

坐果率對棗樹的產量影響較大，根據表5可知，同一施肥水平下，W2處理的坐果率最高，尤其W2F3處理的坐果率達到11.24 %，高出其他處理2.12百分點～3.78百分點。單果質量在不同肥力條件下，總體表現為W3>W2>W1，在低中水處理下，隨著沼液肥的增加，單果質量逐漸增加，在高水處理下，隨著沼液肥的增加，單果質量先增加后減少，W3F2處理的單果質量最高，高于其他處理 0.3～3.0 g。長紅棗橫縱經在中、高水肥條件下高于低水處理，W2F2處理下長紅棗橫縱徑分別達到最大值。裂果導致果實維生素C含量降低，棗果品質和營養含量降低，會影響果實的商品價值，本試驗得出，W1F1、W1F3、W2F3、W3F3這4個處理的裂果率明顯高于其他處理，而W3F1、W3F2處理的裂果率較小，分別只有8.53%和8.41%，說明缺水和沼液肥過量都會導致長紅棗出現裂果現象，應適當地控制施肥量從而降低裂果率。

2.4 不同處理對長紅棗產量的影響

由圖1可知，低水量供應條件下，長紅棗產量隨施肥量的增加而提高，中水量和高水量供應條件下，長紅棗產量隨著施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，不同施肥量與供水量對長紅棗產量的影響有相似的規律。其中，W2F2處理下長紅棗產量最高，為13 882.5 kg/hm2，顯著高于低水、中水低肥處理下長紅棗的產量。說明中水中肥處理下產量增效應明顯。

2.5 不同處理對長紅棗品質的影響

水肥耦合調控下長紅棗品質表現出較明顯的差異。由表6可知，W2F2處理下總糖含量最高，相比W3F1、W3F2、W3F3處理分別增加了1.80百分點、1.61百分點、1.58百分點，說明適量的水肥供給能促進糖分積累，而高水、高肥不利于糖類化合物形成;總酸在W1F2處理下含量最高，而其他處理之間差異不顯著;W2F2處理明顯提高了長紅棗的糖酸比，改善口感，W1F2處理糖酸比最低，在一定程度上影響口感;維生素C含量在各處理間差異較明顯，W1F1處理下維生素C含量最高，這是由于供水量低引起用于果皮滲透調節的水分減少，導致維生素C含量提高，W2F1處理下維生素C含量最低，因為水肥比例失衡，養分供給不足，降低了合成酶的活性，從而抑制己糖內脂化合物的合成，使得維生素C含量降低?？扇苄怨绦挝锖康脑黾涌捎行嵘麑嵉臓I養品質，W2F2和W2F3處理下可溶性固形物含量明顯高于其他處理，顯著高于W1水平下處理;同一水量供應水平下，低肥處理的長紅棗硬度值大于中肥和高肥處理，W2F3處理下的果實硬度值最低，為12.75 kg/cm3。

2.6 不同處理對土壤化學性質的影響

由表7可得，不同處理對土壤基本化學性質影響較大，W1F2、W1F3處理能明顯增加有效磷含量，磷素容易在堿性土壤中固定，水分不足的情況下淋溶作用較弱，因此在低水高肥處理下土壤有效磷達到極豐富水平，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，為較豐富狀態，因此，在生產過程中應適當減少磷肥額投入;施肥量增大時，速效鉀含量也隨之升高，同時，高水條件也會對其含量積累產生抑制作用;有機質含量整體變化不太大，中水中肥處理下有機質含量有所提升，這與適當的施肥比例活化土壤養分有一定的關系。

3 討論與結論

一般情況下，水肥耦合效應具有臨界值，小于臨界值時，隨著灌水量和施肥量的升高，產量也會明顯提高，大于臨界值時，產量提升不顯著[19]，在施肥過量時，會對產量產生負效應[20-21]，本試驗也得到了相似結論，長紅棗產量隨著施肥量的增加呈先增加后降低的趨勢，且不同灌水量對產量的影響有相似的規律。沼液復合微生物肥作為一種新型肥料，目前在我國蔬菜、糧食作物領域逐步推行，研究表明，灌溉沼液肥能有效增加油菜維生素C含量和還原性糖含量，降低西紅柿遭受病蟲害程度，加快西紅柿生長發育進程，并能提升西紅柿品質和產量[22-24]，本試驗施用適量沼液肥可提高寧夏靈武長紅棗可溶性糖及維生素C含量的結果與之一致。灌溉沼液肥還可增加土壤銨態氮和硝態氮含量，增進稻田營養物質可持續化利用，與化肥配施功效更加顯著[25]。本試驗研究表明，沼液肥供給土壤的有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產過程中應適當減少磷肥額投入。還有研究表明，沼液肥還田明顯增加了各深度土壤中細菌、放線菌及真菌的含量[26]，提高了土壤微生物的豐富度，在今后的試驗中，應關注沼液肥對棗園土壤微生物的影響，以及沼液肥和化肥配施對寧夏長紅棗的影響。畜禽養殖糞便作為沼液肥的主要來源，會導致重金屬和抗生素污染等問題發生，因此，仍需要對沼液還田應用技術進行全面的風險評估，從而促進并推動農業高質量發展。

適量的沼液復合微生物肥可增加棗樹葉片葉綠素含量，加快光合反應，從而積聚大量養分，為棗樹的健康發育提供保障;W2F3處理能提高棗樹坐果率;W2F2處理可促進長紅棗可溶性固形物的形成，降低長紅棗的硬度，改善果實品質，長紅棗的橫徑和縱徑較大，增產效果較好;中水供應條件下，低肥與中肥處理小于0.25 mm的團聚體含量保持在40%左右，利于構建完善的土體結構;在低水供應條件下，中肥與高肥處理有效磷累積過多，而其他處理有效磷含量基本與土壤本底值持平，在生產過程中應適當減少磷肥額投入。整體分析長紅棗生長發育、產量、質量等指標，寧夏靈武市淡灰鈣土沼液復合微生物肥在灌水量4 500 m3/hm2，施肥量 3 000 kg/hm2 處理下和灌水量4 500 m3/hm2，施肥量3 900 kg/hm2處理下能改善長紅棗品質，改良土壤理化性狀。

參考文獻：

[1]岳 坤，孫亞萍，李占文，等. 配方施肥對靈武長棗葉片熒光特性的影響[J]. 陜西林業科技，2018，46（6）：89-93.

[2]周麗紅. 寧夏靈武長棗產業發展中存在的問題及對策[J]. 果樹實用技術與信息，2015，2（23）：34-36.

[3]李 華. 寧夏靈武長棗種植基地土壤養分調查與分析[D]. 銀川：寧夏大學，2013：1-39.

[4]聶愛湘，古麗米熱，布 婭. 沼液肥在溫室大白菜上的應用對比示范初探[J]. 蔬菜，2010，11（26）：35-36.

[5]蔣 華，王忠義，李忠碧，等. 沼液對番茄、蘿卜、芹菜、豇豆產量及品質的影響[J]. 貴州農業科學，2007，35（2）：99-100.

[6]Sanchez C A，Doerge T A. Using nutrient uptake patterns to develop efficient nitrogen management strategies for vegetables[J]. Hort Technology，1999，16（4）：601-606.

[7]王連君，劉桂英. 酵素菌肥對藤稔葡萄產量和品質的影響[J]. 北方園藝，2009（6）：9-12.

[8]劉小剛，李丙智，張林森，等. 追施沼液對紅富士蘋果品質及葉片生理效應的影響[J]. 西北農業學報，2007，16（3）：105-108.

[9]申麗霞，王 璞，張軟斌. 施氮對不同種植密度下夏玉米產量及子粒灌漿的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2005，11（3）：314-319.

[10]王桂芳，李丙智，張林森，等. 蘋果園沼液配施鉀肥對土壤酶活性及果實品質的影響[J]. 西北林學院學報，2009，24（5）：88-91.

[11]羅健航，劉曉彤，劉 超，等. 沼液微生物菌肥對設施番茄植株生長及土壤環境的影響[J]. 安徽農業科學 2017，45（36）：98-101.

[12]周罕覓. 蘋果幼樹水肥耦合效應及高效利用機制研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2015：1-122.

[13]王振華，楊培嶺，鄭旭榮，等. 新疆現行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤鹽分分布變化[J]. 農業機械學報，2014，45（8）：149-159.

[14]邢英英，張富倉，張 燕，等. 滴灌施肥水肥耦合對溫室番茄產量品質和水氮利用的影響[J]. 中國農業科學，2015，48（4）：713-726.

[15]張會梅，田軍倉，馬 波，等. 膜下滴灌灌溉定額對油葵光合特性和水分生產效率的影響[J]. 灌溉排水學報，2016，35（3）：56-60.

[16]Gartzia-Bengoetxea N，González-Arias A，Merino A，et al. Soil organic matter in soil physical fractions in adjacent semi-natural and cultivated stands in temperate Atlantic forests[J]. Soil Biology and Biochemistry，2009，41（8）：1674-1683.

[17]Schutter M E，Dick R P. Microbial community profiles and activities among aggregates of winter fallow and cover-cropped soil[J]. Soil Science Society of America Journal，2002，66（1）：142-153.

[18]紀立東，李 磊，劉菊蓮，等. 基于沼液復合微生物肥的西瓜水肥耦合效應研究[J]. 節水灌溉，2020，9（1），21-24.

[19]Halil K，David H，Cengiz K，et al. Effects of irrigation and nitrogen rates on growth，yield，and quality of muskmelon in semiarid regions[J]. Journal of Plant Nutrition，2005，28（4）：621-638.

[20]王 新，馬富裕，刁 明，等. 不同施氮水平下加工番茄植株生長和氮素積累與利用率的動態模擬[J]. 應用生態學報，2014，25（4）：1043-1050.

[21]高煒城，Azeem M，孫吉翠，等. 沼液與化肥配施對蘋果生長及土壤理化性狀的影響——以煙臺紅富士蘋果為例[J]. 江蘇農業科學，2020，48（21）：160-165.

[22]韓曉莉，李博文，劉 薇，等. 沼液配方肥對油菜生長、品質及氮素利用的影響[J]. 水土保持學報，2012，35（3）：20-24.

[23]康凌云，趙永志，曲明山，等. 施用沼渣沼液對設施果類蔬菜生長及土壤養分積累的影響[J]. 中國蔬菜，2011（21）：57-62.

[24]Gao T G，Chen N，Li W Q，et al. Effect of highly efficient nutrient solution of biogas slurry on yield and quality of vegetable[J]. Agricultural Science & Technology，2011，12 （4）：567-570.

[25]左 狄，呂衛光，李雙喜，等. 沼液還田對稻田土壤養分與氮循環微生物的影響[J]. 上海農業學報，2018（2）：55-59.

[26]Odlare M，Pell M，Svensson K. Changes in soil chemical and microbiological properties during four years of application of various organicresidues[J]. Waste Management，2008，28（7）：1246-1253.