增施微生物肥料對(duì)長山藥產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

劉燕燕，武才女，張 杰，2，陳 鑫，張英杰，王曉民

（1.山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 太原 030031； 2.國家微生物肥料技術(shù)研究推廣中心第24號(hào)技術(shù)推廣站 山西臨汾 041000； 3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所 山西運(yùn)城 044000）

薯蕷（Dioscorea opposita）亦稱山藥、長山藥，系多年生纏繞藤本，地下為圓柱形肉質(zhì)塊莖[1-3]。其塊莖是一種食品，亦作為健脾、養(yǎng)胃、益氣的藥品。長山藥主產(chǎn)地分布在海拔150～1500 m，塊莖肉質(zhì)肥厚，直徑2～7 cm，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[4]。我國是山藥的原產(chǎn)地，尤以山西平遙盛產(chǎn)，后引種到河南、山東等地[5]。現(xiàn)如今，薯業(yè)是山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣農(nóng)業(yè)種植的重要產(chǎn)業(yè)，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的重要途徑之一。

山藥含有較豐富的蛋白質(zhì)和多種氨基酸，而且必需氨基酸齊全，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。長山藥多糖具有抗腫瘤、降血糖、調(diào)節(jié)免疫和抗突變等作用[6-8]。長山藥黏度能保持血管彈性，還有潤肺止咳的功能，可降低人的血糖濃度，增加血液中的白細(xì)胞而具有抗腫瘤等作用，長山藥黏度越高，營養(yǎng)價(jià)值就越高[9]。長山藥還有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、降血脂作用以及調(diào)節(jié)脾胃等功能。然而，長山藥對(duì)土壤的要求非常嚴(yán)格，面臨重茬率高、土壤板結(jié)、標(biāo)準(zhǔn)化低等諸多問題。因此改變常規(guī)施肥習(xí)慣，降低長山藥莖基腐病的發(fā)病率，掌握鄉(xiāng)寧長山藥種植技術(shù)操作流程，依據(jù)長山藥的需肥規(guī)律，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施微生物肥料，對(duì)長山藥提質(zhì)增效、保護(hù)環(huán)境及合理利用資源具有重要意義。

當(dāng)前，關(guān)于不同栽培因子、不同肥料配比、煤基肥、不同滴灌施肥次數(shù)及風(fēng)化煤基肥等方面對(duì)長山藥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究較多[10-14]。同時(shí)，前人研究表明，增施微生物肥料可明顯提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)，改善土壤環(huán)境[15-19]。但是，目前國內(nèi)利用微生物肥料在玉米、水稻等[20-22]作物上的研究較多，而有關(guān)長山藥在化肥基礎(chǔ)上增施生物有機(jī)肥，生長后期沖施液體微生物菌劑的研究較少。筆者在長山藥常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，研究增施微生物肥料對(duì)長山藥生長指標(biāo)、莖基腐病發(fā)病率、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的影響，進(jìn)而加以篩選、應(yīng)用與推廣，為山西省長山藥種植科學(xué)施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020 年4 月至2021 年10 月在山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣昌寧鎮(zhèn)下縣村試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行。基地位于黃河中游，呂梁山南端，山西省西南，臨汾市西部，屬暖溫帶亞干旱氣候區(qū)。 海拔為385.10～1 820.50 m，相對(duì)高差1 435.40 m。全年日照時(shí)數(shù)在2400～2700 h 之間，年均氣溫9.90 ℃，年均降水量570 mm，年均無霜期212 d。試驗(yàn)田地勢(shì)平整，為砂質(zhì)壤土[21]。

1.2 材料

1.2.1 供試品種 筆者采用傳統(tǒng)老品種長山藥，由鄉(xiāng)寧縣益壽長山藥專業(yè)合作社提供。

1.2.2 供試肥料 國家微生物肥料技術(shù)研究推廣中心提供生物有機(jī)肥和微生物菌劑，山西省臨汾市鄉(xiāng)寧縣益壽長山藥專業(yè)合作社提供尿素、過磷酸鈣和硫酸鉀，其中微生物菌劑含膠凍樣類芽孢桿菌菌劑、解淀粉芽孢桿菌菌劑和枯草芽孢桿菌菌劑，具體指標(biāo)見表1。

表1 供試肥料

1.3 設(shè)計(jì)

2020 年試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置4個(gè)施肥處理，分別是CK 和T1、T2、T3，每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)總面積為400 m2，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2。試驗(yàn)種植密度均為333 335 株·hm-2，行距30 cm，株距10 cm。常規(guī)施肥（CK）單施復(fù)合肥，T1為復(fù)合肥+生物有機(jī)肥，T2 為復(fù)合肥+生物有機(jī)肥+微生物菌劑浸泡段子，T3 為復(fù)合肥+生物有機(jī)肥+微生物菌劑浸泡段子+2 次微生物菌劑追肥。具體施肥量設(shè)置見表2。其他種植方式及耕種管理按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣進(jìn)行。

表2 試驗(yàn)分組設(shè)置

1.4 測(cè)定項(xiàng)目和測(cè)定方法

1.4.1 田間測(cè)定 在長山藥幼苗期，每個(gè)處理選取植株整齊、有代表性的長山藥10 株，于2020 年7月10 日測(cè)定主蔓長、葉長、葉寬、葉面積和莖粗，3次重復(fù)。主蔓長用卷尺測(cè)量從植株基部到生長點(diǎn)的距離，取平均值。葉長、葉寬和莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)定。葉長用游標(biāo)卡尺測(cè)量從葉片尖到葉柄之間的長度；葉寬用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片中間最寬的部分；莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量所測(cè)植株距離地面50 cm處的主莖粗度；葉面積采用數(shù)格子法進(jìn)行測(cè)定，沿著葉子的形狀將其畫在透明的坐標(biāo)紙上，然后數(shù)格子。計(jì)算格子時(shí)，葉片邊緣凡超過半格的計(jì)算為1，不足半格則不計(jì)數(shù)。一般畫坐標(biāo)紙時(shí)，每個(gè)格子長寬各為1 cm，所以面積為1 cm2。因此，數(shù)出的格子數(shù)就是葉片的葉面積（單位為cm2）。

各處理于2020 年10 月28 日和2021 年10 月25 日采集長山藥成熟期塊莖樣品。除去塊莖上的土，在各試驗(yàn)組中隨機(jī)選取10 株進(jìn)行測(cè)量，3 次重復(fù)，用直尺量取塊莖長，用軟尺繞塊莖一周測(cè)得塊莖周長；用精度為0.01 g 的分析天平稱取塊莖鮮質(zhì)量。在收獲過程中記錄長山藥的穴薯數(shù)、商品薯數(shù)（除去長山藥段子，余下部分即為商品薯），計(jì)算出商品薯率（商品薯質(zhì)量占整個(gè)長山藥質(zhì)量的比率）。

1.4.2 營養(yǎng)品質(zhì)測(cè)定 各處理于2020 年11 月13

日挑選形狀規(guī)整、大小均勻、無機(jī)械損傷的長山藥塊莖進(jìn)行混合取樣。每個(gè)處理稱取60 g 的長山藥樣品委托北京中科光析化工技術(shù)研究所測(cè)定蛋白質(zhì)含量、多糖含量及其黏度。

1.4.3 長山藥莖基腐病發(fā)病率測(cè)定 通過對(duì)長山藥高發(fā)病期植株發(fā)病情況進(jìn)行調(diào)查計(jì)算，調(diào)查內(nèi)容包括病害種類、調(diào)查的總株數(shù)、病株數(shù)等。每個(gè)處理選取長勢(shì)均勻的3 行進(jìn)行調(diào)查，3 次重復(fù)。發(fā)病率計(jì)算公式如下：

發(fā)病率/%=病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100。

1.4.4 土壤理化指標(biāo) 土壤樣品是由試驗(yàn)前后采用“之”字形布點(diǎn)法，采集0～20 cm 耕作層土樣并充分混勻得到，并由鄉(xiāng)寧縣下縣益壽長山藥專業(yè)合作社委托北京譜尼測(cè)試集團(tuán)股份有限公司測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和pH 值。

1.4.5 長山藥經(jīng)濟(jì)效益分析 根據(jù)長山藥生產(chǎn)成本及當(dāng)年收購價(jià)格，計(jì)算出各試驗(yàn)組凈利潤。

1.4.6 擴(kuò)大面積示范種植 2021 年試驗(yàn)選擇經(jīng)濟(jì)效益最高的T3 組進(jìn)行擴(kuò)大面積示范種植進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置1 個(gè)試驗(yàn)組，記為T3，處理組設(shè)置3 次重復(fù)。試驗(yàn)總面積為6 666.67 m2。試驗(yàn)種植密度均為333 335 株·hm-2，行距30 cm，株距10 cm。底肥（2021 年4 月25日）：10 000.00 kg 生物有機(jī)肥+1429.00 kg 尿素，70.00 kg 過磷酸鈣和60.00 kg 硫酸鉀；浸泡段子（2021 年5 月5 日）：取8.50 kg 火山熔巖、33.50 kg枯草芽孢桿菌菌劑和33.50 kg 解淀粉芽孢桿菌菌劑加水混合，攪拌均勻，放入長山藥段子，浸泡10 min 后撈出；第1 次追肥（2021 年7 月4 日）：44.00 kg 尿素，30.00 kg 過磷酸鈣含量和33.50 kg硫酸鉀含量；沖施菌劑（2021 年8 月10 日）：沖施33.50 kg 枯草芽孢桿菌菌劑和45.50 kg 解淀粉芽孢桿菌菌劑；第2 次追肥（2021 年8 月25 日）：45.50 kg 尿素，31.00 kg 過磷酸鈣和92.80 kg 硫酸鉀；沖施菌劑（2021 年9 月13 日）：沖施66.67 kg 膠凍樣類芽孢桿菌菌劑。其他種植方式及耕種管理按照當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣。試驗(yàn)完成后測(cè)定長山藥產(chǎn)量及產(chǎn)量因子，方法同2020 年。

1.4.7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理 試驗(yàn)所獲取的數(shù)據(jù)通過Microsoft Excel 2020 和IBM SPSS statistics 25進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。Excel 用于研究數(shù)據(jù)的最大值、最小值、平均值；IBM SPSS statistics 25 軟件用于統(tǒng)計(jì)分析，利用單因素方差分析進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增施微生物肥料對(duì)土壤理化指標(biāo)的影響

由表3 可知，施入微生物肥料后，試驗(yàn)前后土壤理化性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。有機(jī)質(zhì)含量中常規(guī)施肥（CK）較試驗(yàn)前降低，降低了2.74%，施入生物有機(jī)肥后，有機(jī)質(zhì)含量中T1、T2、T3 均有不同程度的提升，分別較試驗(yàn)前提高了9.91%、18.84%和18.87%；試驗(yàn)后的耕地土壤表層全氮含量較試驗(yàn)前明顯提升，其中以T3 處理含量最高，較試驗(yàn)前提高了39.71%；試驗(yàn)后速效磷常規(guī)施肥（CK）與T1、T2、T3 均有不同程度的提升，分別提高了5.85%、10.00%、26.42%和30.26%，試驗(yàn)后T2 與CK 之間具有較小的顯著性差異，T3 與CK 之間具有較大的顯著性差異；試驗(yàn)后速效鉀含量表現(xiàn)為T3 處理含量最高，較試驗(yàn)前提高了15.48%；試驗(yàn)后的土壤pH值表現(xiàn)為各處理較試驗(yàn)前略有降低，分別較試驗(yàn)前降低了4.34%、3.50%、3.40%和5.10%，且增施微生物肥料各處理之間差異顯著。綜上所述，使用微生物肥料可以有效促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀和速效磷等含量的積累，從而達(dá)到提高土壤肥力的效果。

表3 不同處理對(duì)土壤理化指標(biāo)的影響

2.2 增施微生物肥料對(duì)長山藥生長指標(biāo)的影響

由表4 可以看出，在復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增施微生物肥料，各生長指標(biāo)明顯增長。試驗(yàn)中主蔓長T2、T3 與CK 間具有顯著差異，其中T3 主蔓長最長，較CK 提高了13.41%；葉長中CK 與T1、T2、T3 差異不顯著，其中T3 葉長最長，較CK 增長了2.90%；葉寬中T2、T3 與CK 具有顯著差異，T1、T2、T3 均有不同程度的增長，分別較CK 增加了5.48%、10.81%和16.15%；葉面積中T3 與CK 具有顯著差異，達(dá)到最高（55.33 cm2）；莖粗各處理均高于CK，其中T3達(dá)到最高，較CK 增長了18.49%，且具有顯著差異。結(jié)果表明，增施微生物肥料可改善長山藥的根際、葉面營養(yǎng)，促進(jìn)長山藥的生長發(fā)育。

表4 增施微生物肥料對(duì)長山藥生長指標(biāo)的影響

2.3 增施微生物肥料對(duì)長山藥莖基腐病的影響

由表5 可以看出，在施用復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增施微生物肥料之后，各處理發(fā)病率均顯著降低，分別較CK 降低了7.35%、10.17%和3.03%。其中T2 防治效果最好，發(fā)病率為7.59%，與CK 間具有顯著差異，較T1、T3 分別顯著降低了2.82%、7.13%。由此說明，增施微生物肥料可增強(qiáng)長山藥的抗病能力、降低發(fā)病率。

表5 增施微生物肥料對(duì)長山藥莖基腐病的影響

2.4 增施微生物肥料對(duì)長山藥品質(zhì)指標(biāo)的影響

由表6 可知，增施微生物肥各處理長山藥蛋白質(zhì)含量隨著微生物肥料的增加而增加，且與CK 之間具有顯著差異，均高于CK，較CK 分別提高了3.45%、8.05%和12.64%；多糖含量CK 達(dá)到最高，較T3 增加了43.23%，二者具有顯著性差異；長山藥黏度也有不同程度的提升，T3 最高，相比CK 增加了17.54%，二者差異顯著。由此可見，增施微生物肥料對(duì)長山藥生長中蛋白質(zhì)含量和黏度有促進(jìn)作用，從而提高了其品質(zhì)。

表6 增施微生物肥料對(duì)長山藥品質(zhì)指標(biāo)的影響

2.5 增施微生物肥料對(duì)長山藥產(chǎn)量與產(chǎn)量因子的影響

由表7 可以看出，與CK 相比較，T1、T2、T3 產(chǎn)量更佳，其中T3 達(dá)到最高（20 319.64 kg·hm-2）。塊莖外觀均為黃褐色，外皮粗糙。試驗(yàn)中塊莖長度T1、T2、T3 均高于CK，其中T3 長度最長，較CK 增加了2.86%，但差異不顯著；T1、T2、T3 塊莖周長與CK 差異不顯著，其中T3 較CK 增加了3.44%；T1、T2、T3 商品薯率與CK 差異顯著，其中T3 最高（71.50%）。產(chǎn)量隨著微生物肥料的施加呈增長趨勢(shì)，T3 較CK 提高了157.49%，二者差異顯著。結(jié)果表明，長山藥的產(chǎn)量因子數(shù)值均有所提高，增施微生物肥料可顯著提高長山藥的產(chǎn)量。

表7 增施微生物肥料對(duì)長山藥產(chǎn)量與產(chǎn)量因子的影響

2.6 增施微生物肥料對(duì)長山藥經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表8 可知，總產(chǎn)值最高的為T3，1 hm2為581 141.74 元，除去生產(chǎn)成本等，相較于CK，凈利潤最大的為T3，1 hm2為560 067.84 元，較CK 增加了184.18%，差異顯著。增施生物有機(jī)肥+微生物菌劑浸泡長山藥段子+2 次微生物菌劑追肥（T3）比CK1 hm2可多獲得凈利潤362 987.85 元。

表8 增施微生物肥料對(duì)長山藥經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.7 擴(kuò)大示范面積的長山藥產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益分析

在2020 年試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2021 年選擇凈利潤最高的最適處理T3 進(jìn)行大面積示范種植，并對(duì)其產(chǎn)量、產(chǎn)量因子及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。由表9 可以看出，各項(xiàng)產(chǎn)量指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益明顯高于2020 年各處理。其中，試驗(yàn)中塊莖長達(dá)到50.23 cm，較2020 年T3 增加了1.23%；試驗(yàn)中塊莖周長較2020年T3 增加了1.15%；商品薯率72.31%，與2020 年T3相比增加了0.81%；T3 產(chǎn)量20 839.95 kg·hm-2，總產(chǎn)值602 774.71 元·hm-2，凈利潤581 700.81 元·hm-2，分別較2020 年的T3 增加了2.56%、3.72%和3.86%。結(jié)果表明，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施生物有機(jī)肥+微生物菌劑浸泡長山藥段子+2 次微生物菌劑追肥的施肥方案適宜大面積推廣種植。

表9 最佳施肥量對(duì)長山藥產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論與結(jié)論

長山藥喜暖濕環(huán)境、怕干旱、忌積水，適宜種植在排水良好、土層深厚疏松的土壤中[13]。在筆者的試驗(yàn)中，相比于CK，T1、T2、T3 處理均施加了微生物肥料，增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量，降低了土壤的酸堿度，契合了長山藥生長特性。筆者的研究結(jié)果表明，在施入微生物肥料之后，由于長山藥的吸收利用，CK 的有機(jī)質(zhì)含量較試驗(yàn)前降低了2.74%，而T1、T2、T3 處理有機(jī)質(zhì)含量分別較試驗(yàn)前提高了9.91%、18.84%和18.87%。施加微生物肥料之后，各處理土壤中各營養(yǎng)物質(zhì)含量明顯增加。同時(shí)，各處理的土壤pH 值較試驗(yàn)前均有所下降，這與王文慶等[23]的觀點(diǎn)一致。筆者的試驗(yàn)中液體微生物菌劑中添加的有效微生物枯草芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌均可以起到抑制長山藥莖基腐病的作用，在移栽環(huán)節(jié)、追肥等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)使用，更易在土壤中形成優(yōu)勢(shì)種群，有效抑制病原菌的侵染。通過微生物菌劑浸泡段子，T2 發(fā)病率較CK 降低了10.17%，與馬田田[25]的結(jié)果一致。

在筆者的試驗(yàn)中，施入微生物肥料之后，T3 長山藥蛋白質(zhì)含量增加，與呂薇[26]的結(jié)果一致。同時(shí)，長山藥黏度也有不同程度的提升，T3 較CK 增加了17.54%。而長山藥多糖含量隨著微生物肥料的施加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)含量與多糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)[27]。筆者的結(jié)果表明，增施微生物肥料可提高長山藥的品質(zhì)。筆者的試驗(yàn)中增施的膠凍樣類芽孢桿菌菌劑可能起到解磷解鉀的作用，T3 長山藥的產(chǎn)量較CK 有明顯提高，同時(shí)，T3的商品薯率達(dá)到最高，為71.50%，這與孫亞玲等[28]的結(jié)果相近。T3 總產(chǎn)值達(dá)到581 141.74 元·hm-2，品質(zhì)較高。另外，在2021 年按照T3 的施肥量進(jìn)行大面積推廣，驗(yàn)證了其對(duì)長山藥的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益均有促進(jìn)作用，對(duì)當(dāng)?shù)氐拈L山藥種植具有較強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)踐意義。

綜上所述，復(fù)合肥+生物有機(jī)肥+微生物菌劑浸泡段子+追施2 次微生物菌劑是最佳施肥方式。