微生物菌肥對設(shè)施黃瓜生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

武杞蔓 田詩涵 李昀燁 潘英杰 張穎

（沈陽師范大學生命科學學院，沈陽 110034）

黃瓜中含有豐富的維生素、苯丙酸、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，具有降脂減壓、清熱解毒的功效，是世界上熱量最低的蔬菜，是我國栽培面積大、種植范圍廣的主要設(shè)施蔬菜作物之一［1］。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年，我國黃瓜栽培總面積已達世界首位［2］。但由于農(nóng)藥和化肥的長期使用、一代又一代的種植導致土壤結(jié)構(gòu)被破壞、土壤有機質(zhì)含量下降和生態(tài)環(huán)境污染等一系列問題，致使作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降［3］。近年來，利用有益微生物菌肥改善土壤理化性質(zhì)、改良土壤生態(tài)環(huán)境是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的有效措施［4］。

微生物菌肥作為一種新型生物肥料，是通過具有活性的微生物生命活動來使作物得到生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)［5］，通過在植物根際產(chǎn)生生長素、嗜鐵素等生物物質(zhì)，進而影響植物某方面的信號通路，達到改善作物根際土壤環(huán)境、促進作物生長、提高果實產(chǎn)量的目的［6］?！皩幎堋笔俏⑸锞手械囊环N，是由南京農(nóng)業(yè)大學生物源農(nóng)藥研發(fā)實驗室研制，主要成分是兩種芽孢桿菌和沙雷氏菌，它通過提高土壤中微生物多樣性，進而提高植物根圍土壤速效氮、磷、鉀的含量，對土壤肥力和結(jié)構(gòu)具有良好的改善作用［7］。本研究通過施用農(nóng)用微生物菌肥“寧盾”，探討其對黃瓜生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和根際土壤環(huán)境的影響，明確“寧盾”對黃瓜生長的作用效果，旨在為指導農(nóng)民生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試黃瓜品種為水果黃瓜，栽培條件為塑料薄膜大棚栽培。每個處理3個重復小區(qū)，隨機排序，兩側(cè)區(qū)域均留有保護行。供試菌劑購自南京農(nóng)業(yè)大學研發(fā)的農(nóng)用微生物菌劑“寧盾”，有效成分為芽孢桿菌，有效活菌數(shù) ≥0.2億個/g，供試土壤基本理化性狀：硝態(tài)氮374.66 mg/kg ，全磷 0.66 g/kg，全鉀4.58 g/kg。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，具體實驗設(shè)計除微生物菌肥不同外，其他底肥、追肥等栽培方式同正常黃瓜栽培管理方式相同，分別為空白對照（CK）：不施用微生物菌劑，正常栽培管理；只施用“寧盾”A液（T1）；只施用“寧盾”B液（T2）；“寧盾”A液+“寧盾”B液（T3）。

水果黃瓜于2020年9月3日至2020年11月10日種植于沈陽師范大學日光溫室，2020年9月3日黃瓜定植，采收期為2020年10月7日至11月2日，種植期間寧盾A液稀釋200倍后每間隔30 d澆灌于黃瓜根部，寧盾B液稀釋200倍每間隔10 d后噴施于黃瓜莖葉間。大棚試驗采用水肥一體管理，各處理基施雞糞30 mL/株，3次重復，隨機區(qū)組排列。

1.2.2 項目測定

1.2.2.1 生物量、葉綠素含量及產(chǎn)量的測定 在黃瓜定植當天第1次澆灌寧盾A液，20 d之后（9月22日）使用常規(guī)方法測定株高、莖粗、葉片數(shù)（株高：用卷尺測量莖基部到頂部生長點的距離；莖粗：用游標卡尺測量黃瓜莖基部莖直徑；葉片數(shù)：從植株基部到生長點的葉片數(shù)量），每隔5 d測一次；在黃瓜盛果期（10月8日）測定產(chǎn)量和葉綠素含量（10月16日）。葉綠素含量采用502 Plus型手持SPAD儀測定［8］，果實產(chǎn)量采用電子天平測定。

1.2.2.2 黃瓜果實品質(zhì)的測定 在黃瓜盛果期（10月10日），各處理選取同一節(jié)位的果實測定可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、有機酸、硝酸鹽和維生素C含量。可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法［9］，可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍法［10］，可溶性固形物采用愛拓數(shù)顯糖度計PAL-1測定［11］，有機酸含量測定采用氫氧化鈉滴定法［12］，硝酸鹽含量測定采用硫酸水楊酸法［13］，維生素C含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法［14］。

1.2.2.3 土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的測定 在黃瓜盛果期對應(yīng)每個處理隨機多點取黃瓜根際土樣，土樣采集0-20 cm土層，取回后風干，打碎過篩，采用紫外分光光度法測定土壤中硝態(tài)氮含量，采用微波消解法測定土壤中礦質(zhì)元素含量，使用美國PE公司Optima8300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀進行土壤中磷、鉀、鈣、鎂、錳、鋅和銅等元素測定［15］。土壤蔗糖酶活性測定采用3，5二硝基水楊酸比色法［16］，土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法［17］。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 使用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理；用SPSS Statistcs17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)單因素試驗統(tǒng)計分析方法進行方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果

2.1 “寧盾”對設(shè)施黃瓜生物量、葉綠素含量和產(chǎn)量的影響

從表1可以看出，隨著時間增長，施用微生物菌劑“寧盾”對黃瓜的株高、莖粗、葉片數(shù)都有影響。T2和T3對黃瓜生長促進效果顯著。T2和T3處理在不同時期黃瓜株高、莖粗和葉片數(shù)均顯著高于對照（CK），說明增施寧盾A和寧盾B處理后對黃瓜生長起到了促進作用，而且各處理中以T3處理對黃瓜生長促進作用表現(xiàn)最優(yōu)。

表1 “寧盾”對黃瓜生長指標的影響Table 1 Effects of “Ningdun” on the growth indexes of cucumber

由圖1可以看出，“寧盾”處理顯著提高黃瓜葉片葉綠素含量，T1、T2和T3葉綠素含量分別比對照提高了12.3%、28.3%和58.1%，其中T3效果最為顯著。說明通過添加“寧盾”對于黃瓜葉片葉綠素含量的提高有顯著的促進作用，單獨施用寧盾A和寧盾B對葉綠素含量都有不同程度的提高，但是其中寧盾A和寧盾B配合施用表現(xiàn)效果最好。

圖1 “寧盾”對黃瓜葉綠素含量的影響Fig. 1 Effect of “Ningdun” on the chlorophyll content of cucumber

由表2可知，施用“寧盾”能提高黃瓜的產(chǎn)量。處理T1、T2、T3的總產(chǎn)量較CK分別提高了55.2%、49%和46.7%。平均單株總產(chǎn)量分別比CK提高了11.4%、9.8%和17.4%。施用“寧盾”后能不同程度的提高黃瓜產(chǎn)量，以T3效果顯著。

表2 “寧盾”對黃瓜產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of “Ningdun”on cucumber yield

2.2 “寧盾”對設(shè)施黃瓜果實品質(zhì)的影響

由圖2可知，“寧盾”處理與對照相比，改善黃瓜果實品質(zhì)，可提高維生素C、可溶性糖和可溶性固形物含量，降低硝酸鹽含量。T1、T2和T3處理顯著提高黃瓜果實中的維生素C含量、可溶性糖含量和可溶性固形物含量，維生素C含量分別比對照增加50%、31.8%和54.5%，可溶性糖含量分別比對照增加了71.4%、57.1%和85.7%，可溶性固形物含量分別比對照增加了3.4%、7.9%和8.6%；T1、T2和T3處理顯著降低了黃瓜果實中的硝酸鹽含量，分別比對照降低了20.2%、55.8%和21.6%。與對照CK相比，施用微生物菌肥“寧盾”后對黃瓜果實中可溶性蛋白含量和有機酸含量沒有顯著影響。

圖2 不同處理對黃瓜品質(zhì)的影響Fig. 2 Effect of different treatments on cucumber quality

2.3 “寧盾”對根際土壤環(huán)境和土壤酶的影響

表3表明，與對照CK相比，T1、T2、T3的磷的含量均有下降；T3處理顯著提高了土壤中硝態(tài)氮的含量，與CK相比提高了34.1%；除T3處理鉀、鈣、鈉、鎂、錳含量略有升高外，其余2個處理變化不明顯?！皩幎堋盇液和“寧盾”B液配合施用對土壤養(yǎng)分含量有一定促進作用，可以增加土壤中大量元素與微量元素的含量，但總體結(jié)果并不顯著，其中T3處理有效鉀、鈣、鈉、鎂和錳含量分別比 CK 處理提高2.7%、6.0%、10.6%、0.9%和7.0%。

表3 “寧盾”對根際土壤環(huán)境的影響Table 3 Effects of “Ningdun” on rhizosphere soil environment

由圖3可知，“寧盾”處理不同程度的增加黃瓜根際土壤酶活性，其中T3處理效果最為顯著。與對照CK相比，T1、T2和T3三種處理均能提高根際土壤脲酶活性，其中T3處理效果最為顯著，脲酶活性分別比CK處理提高了9.5%、15%和16.9%。T1和T3處理顯著提高了根際土壤中蔗糖酶活性，分別比CK處理提高了21.3%、12.6%。

圖3 “寧盾”對黃瓜根際土壤酶活性的影響Fig. 3 Effects of “Ningdun” on the enzyme activities in cucumber rhizosphere soil

3 討論

黃瓜的生長與土壤理化性質(zhì)、土壤酶的活性以及土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，植物根際促生菌在植株生長、土壤環(huán)境改良等方面的研究具有重要意義［18］。微生物菌肥中含有豐富的植物根際促生菌，這些小生物的活動能力和適應(yīng)環(huán)境的能力都很強，澆灌到土壤中，還會產(chǎn)生能夠使土壤松散的代謝產(chǎn)物，提高土壤透氣度，解決土壤板結(jié)的問題，增加土壤養(yǎng)分，提高土壤的肥沃程度［19］，進而達到促進植物生長，改善品質(zhì)，提高產(chǎn)量的效果。

該研究結(jié)果表明，通過增施“寧盾”A液（T1）和噴施“寧盾”B液（T2），均可以促進黃瓜營養(yǎng)生長。此外，單獨施用A液和噴施B液也均能顯著提高黃瓜產(chǎn)量。說明“寧盾”對于促進黃瓜生長和增加產(chǎn)量均有作用。劉燕等［20］研究表明，施用帶有枯草芽孢桿菌的肥料能夠促進黃瓜生長，增加黃瓜單株結(jié)果數(shù)和單果重，大幅度提升黃瓜產(chǎn)量，與該研究中微生物菌肥“寧盾”促進黃瓜生長、提高黃瓜產(chǎn)量結(jié)果一致。此外，施用“寧盾”A（T1）、噴施“寧盾”B（T2）以及二者互作（T3）均能提高黃瓜果實中維生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量，降低黃瓜中硝酸鹽含量，對黃瓜營養(yǎng)品質(zhì)有一定改善作用。這與余小蘭等［21］的研究結(jié)果有相似之處。除此之外，微生物菌肥還可以顯著促進白菜的生長發(fā)育，提高白菜的單株鮮重和葉綠素含量，降低白菜的硝酸鹽含量，提高可溶性糖含量和維生素含量，同時增強土壤中酶的活性［22］。4種處理相比較，“寧盾”A液與“寧盾”B液配合施用對黃瓜的促生和品質(zhì)改善效果最好，與對照相比，T3處理的株高、莖粗、葉片數(shù)分別比對照增加45.4%、15.2%和50%，產(chǎn)量比對照增加46.7%，硝酸鹽比對照降低了21.6%，維生素C、可溶性糖、可溶性固形物分別比對照增加54.5%、85.7%和8.6%。上述結(jié)果與溫丹等［23］在不結(jié)球白菜上的研究結(jié)果一致。

在農(nóng)田人工生態(tài)系統(tǒng)中，微生物家族在其中占有重要地位，微生物通過自身的生命活動影響植物的代謝過程［24］，在分子水平上微生物與植物之間如何相互作用一直以來都是科學家們研究的重點，土壤中的酶活性與植物的生命活動息息相關(guān)。土壤酶活性高低代表土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化速率的快慢，同時綜合反映土壤性質(zhì)和肥力水平［25］。蔗糖酶影響土壤有機質(zhì)、氮、磷含量和微生物數(shù)量，并與土壤呼吸有關(guān)，與土壤肥力呈正相關(guān)；脲酶水解尿素為氨，表示土壤的氮素狀況。該研究表明，施用“寧盾”短時間內(nèi)對植物根際土壤中大量元素和微量元素的含量沒有明顯影響，這可能是因為本試驗的處理時間短，氮磷鉀等大量元素和微量元素積累的慢，而植物利用的多，最終導致處理與對照之間并沒有明顯的差異?！皩幎堋蹦茱@著提高土壤中脲酶和蔗糖酶的活性。這與李英楠等［2］的研究結(jié)果一致。推測“寧盾”是通過根際促生菌在根際土壤和莖葉中的運動，在植物根際和葉片間產(chǎn)生嗜鐵素、生長因子等代謝物質(zhì)，進而影響根際土壤中氮磷鉀等元素的含量，達到改善植物根際土壤環(huán)境的目的。通過色氨酸代謝產(chǎn)生內(nèi)源性生長素，調(diào)節(jié)ACC脫氨酶的活性，刺激植物體內(nèi)ACC合成酶的生物合成，從而導致ACC表達增加，從而促進植物生長。也有研究表明根際促生菌能夠通過調(diào)控基因，產(chǎn)生乙酰乙酸、2，3- 丁二醇等物質(zhì)，實現(xiàn)對擬南芥、小麥和生菜等農(nóng)作物的促生作用［19］。后續(xù)會進一步探索微生物菌肥促進植物生長的可能機制，研究根際促生菌是通過調(diào)控哪一基因哪一通路進而達到促生作用。

綜上所述，施用微生物菌肥“寧盾”能夠促進黃瓜生長、增加果實產(chǎn)量，改善果實品質(zhì)，提高根際土壤養(yǎng)分含量，增加土壤中土壤酶活性，改善土壤中氮磷鉀等元素的含量。其中“寧盾”A液和“寧盾”B液配合施用效果最好，運用到農(nóng)業(yè)中可有效促進我國有機農(nóng)業(yè)的整體發(fā)展。

4 結(jié)論

本研究以水果黃瓜為實驗材料，通過澆灌微生物菌肥“寧盾”A液和噴施“寧盾”B液，促進黃瓜植株生長、提高葉綠素含量和產(chǎn)量、改善果實營養(yǎng)品質(zhì)；同時提高根際土壤蔗糖酶、脲酶的活性，增加根際土壤中氮、磷、鉀等大量元素的含量，其中“寧盾”A液與“寧盾”B液配合施用的效果最佳。