微生物肥料對連作甜菜生長發育及產質量的影響

田露， 郭曉霞*， 蘇文斌， 黃春燕， 李智， 張鵬， 菅彩媛，劉佳， 孔德娟， 韓康

（1.內蒙古自治區農牧業科學院特色作物研究所，呼和浩特 010031；2.烏蘭察布市農林科學研究所，內蒙古 烏蘭察布 012000）

微生物肥料指含有特定微生物活體的制品，應用于農業生產，通過其中所含微生物的生命活動，增加植物養分的供應量，可促進植物生長，提高產量，改善農產品品質及農業生態環境，在作物連作障礙防控上具有一定效果[11]。目前有關微生物肥料應用于連作障礙防控的研究大部分集中于西瓜、馬鈴薯、花生、烤煙以及中藥材等作物上，施用后能夠調節土壤微生物生物量和酶活性[12-13]，抑制土傳病害發生[14]，改良土壤環境，促進連作植株生長，提高產量，改善連作植株生理特性和品質的功效[13,15-16]。關于甜菜應用微生物肥料的報道僅見甜菜壟作栽培的土壤基施研究中[17]，本課題組郭曉霞等[18]研究表明微生物肥料應用于大田連作甜菜栽培能夠有效防控根腐病，提高產質量水平，但施用量較大，由于該微生物肥料屬于粉末制劑，在大田施用過程中存在施入方式影響整體施用效果的問題。針對內蒙古地區甜菜連作問題突出，有效解決措施欠缺，本研究擬通過紙筒育苗過程中施入微生物肥料，研究不同用量下甜菜生長以及產質量變化，對比分析不同用量下經濟效益，篩選適宜內蒙古地區連作甜菜生產的最佳用量，為內蒙古甜菜連作障礙提供有效解決途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用甜菜品種為‘IM1162’，由荷蘭安地國際有限公司選育。試驗用甜菜專用化肥總養分≥40%，N∶P∶K=12∶18∶15。試驗用微生物肥料由中農綠康生物技術有限公司提供，該微生物肥料中所含菌種主要為枯草芽孢桿菌和哈茨木霉菌，運用現代微生物發酵技術加工制備而成，劑型為粉劑，有效活菌數≥5.0億個·g-1。

1.2 試驗地概況

試驗地位于內蒙古烏蘭察布市察右前旗平地泉鎮（40°55′22.8″ N，113°7′10.56″ E）。該區域屬中溫帶大陸性季風氣候，多寒干燥，風多雨少，晝夜溫差大，年均氣溫4.5 ℃，最高氣溫39.7 °C，最低氣溫-34.4 °C；年降水量376.1 mm，且多集中在7—8月上旬；年均無霜期131 d。據烏蘭察布市農牧局統計資料，該區域土壤類型為栗鈣土，耕層土壤有機質含量18.21 g·kg-1、全氮含量0.71 g·kg-1、全磷含量0.46 g·kg-1、全鉀含量16.31 g·kg-1、堿解氮含量111.07 mg·kg-1、速效磷含量9.23 mg·kg-1、速效鉀含量153.01 mg·kg-1。

1.3 試驗設計

試驗于2018—2019年進行，2年均選取連作2年甜菜地塊作為試驗地塊，采用紙筒育苗移栽栽培模式，2018年3月15日育苗，5月10日移栽；2019年3月20日育苗，5月15日移栽。試驗設置6個處理，以不施用微生物肥料為對照（T0），設置5個微生物肥料處理，其用量分別為0.250 （T1）、0.375（T2）、0.500 （T3）、0.625 （T4）、0.750 kg·冊-1（T5）。微生物肥料按照相應用量拌入苗床土，2年苗床土均選用前茬非甜菜的土壤，育苗每冊用土60 kg，大田移栽用量為60冊·hm-2。甜菜專用化肥施用量均為750 kg·hm-2，以基肥的形式一次性施入大田。隨機區組設計，重復3次，18個小區，小區面積10 m×6 m=60 m2。種植行距50 cm，株距25 cm，理論株數80000株·hm-2。灌溉采用滴灌，田間管理方式與大田生產一致。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 成活率和根腐病發病率測定 甜菜收獲時，按照小區統計存活株數和根腐病發病株數，按照以下公式計算成活率和根腐病發病率。

1.4.2 株高、葉面積指數、干物質積累量和根冠比測定 對甜菜苗期、葉叢快速生長期、塊根及糖分增長期、糖分積累期、收獲期進行株高、葉面積指數、莖葉干物質、塊根干物質測定。每個小區選取3個樣點，每個點取甜菜3株。株高，用卷尺測量最長葉片的高度。葉面積指數，以葉片基部第1個側脈發出點作為葉片和葉柄的分界處，選每個樣本有代表性的大、中、小葉片各10片，用直徑4 cm的環刀在葉片尖端中脈1/3處鉆孔取樣，稱小葉鮮重，計算得到葉面積指數。干物質積累量，將甜菜植株分為葉柄、葉、塊根3個部分，105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干至恒重，稱重測定干重。根冠比采用以下公式計算，本研究中采用干重進行計算。

1.4.3 含糖率、產量和產糖量測定 甜菜收獲時，每個小區隨機取15株甜菜塊根，采用日本產Atago Refractometer PAL-1數字手持折射儀測定塊根錘度，折算其含糖率，每個小區選取10 m2測定塊根產量。

1.5 數據分析

采用Excel 2016進行數據計算、處理和作圖；采用SPASS 25.0軟件進行顯著性和相關性分析，LSD最小顯著性差異法進行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 微生物肥料對連作甜菜成活率和根腐病發病率的影響

由圖1可知，微生物肥料施用對連作甜菜成活率和根腐病發病率均有一定影響，2年不同處理間變化趨勢基本一致。隨著微生物肥料施用量增加，連作甜菜成活率呈先升高后降低趨勢，但處理間差異不一致，5個施用微生物肥料處理間甜菜成活率2年均差異不顯著。與T0相比，僅有T4處理2年均顯著提高了甜菜成活率，分別提高了8.41%和11.06%；T3、T5處理僅在2019年顯著提高了甜菜成活率；T1、T2處理對連作甜菜成活率的影響不顯著。隨著微生物肥料施用量增加，連作甜菜根腐病發病率呈先降低后升高的趨勢，但處理間差異不一致；與T0相比，除T1處理外其余各處理根腐病發病率2年均顯著降低，降低程度依次為T4＞T5＞T3＞T2，T2、T3、T4、T5處理2年根腐病發病率分別較T0處理降低了34.39%和26.91%、35.46%和42.02%、66.48%和88.32%、37.64%和61.13%。同時T4處理根腐病發病率顯著低于T2、T3、T5處理。可見，紙筒育苗施用微生物肥料能夠不同程度提高連作甜菜成活率、降低根腐病發病率，且以T4處理表現最優。

高粱作為重要的農作物，已經成為人們普遍關注的作物。為了實現較好的種植效果，需要從高粱的產地以及種植技術方面著手，加強對高粱種植的管理。與此同時，種植人員要做好后續的病蟲害防治工作，確保高粱在良好的環境中生長，進而全面提升高粱的總體產量。基于此情況下，本文主要對高粱的種植技術進行論述，并對高粱的病蟲害防治方面作出了分析。

圖1 不同處理下甜菜成活率和根腐病發病率Fig. 1 Survival rate and incidence rate of root rot of sugar beet under different treatments

2.2 微生物肥料對連作甜菜生長的影響

2.2.1 微生物肥料對連作甜菜株高的影響 由表1可知，隨著生長時期推進，甜菜株高呈現先增加后降低的趨勢，2018年在葉叢快速生長期達到最大值，2019年在糖分積累期達到最大值。不同生育時期，隨著微生物肥料施用量的增加，甜菜株高呈先增加后降低趨勢，與對照相比，施用微生物肥料的5個處理均能不同程度的增加甜菜株高，僅有T4處理在2年全生育時期均能顯著提高連作甜菜株高，T1、T2、T3、T5處理在不同年際間、不同生育時期間表現不一致。與T0相比，T4處理2018和2019年全生育時期甜菜株高分別提高9.67%～23.51%和4.48%～31.26%。

表1 不同處理下連作甜菜的株高Table 1 Plant height of sugar beet under different treatments（cm）

2.2.2 微生物肥料對連作甜菜葉面積指數的影響 由圖2可知，隨著生育時期推進，2年各處理甜菜葉面積指數呈現先升高后降低的趨勢，2018年在葉叢快速生長期達到最大值，2019年在塊根及糖分增長期達到最大值。與對照相比，5個施用微生物肥料處理均提高了甜菜各生育時期葉面積指數，但提高幅度在處理間存在差異，除2018年糖分積累期和2019年苗期、糖分積累期和收獲期外，5個施用微生物肥料處理間均表現為T4＞T5＞T3＞T2＞T1。苗期，施用微生物肥料的5個處理均顯著提高了甜菜葉面積指數，這是由于微生物肥料應用于育苗紙筒，在育苗過程中作用發揮較顯著，為移栽后葉片生長奠定良好基礎。T4、T5處理在2年全生育時期均顯著提高連作甜菜葉面積指數，T1、T2、T3處理在2年不同生育時期表現不一致。與T0相比，T4、T5處理2018和2019年全生育時期甜菜葉面積指數分別提高28.88%～34.62%和15.24%～38.86%、24.56%～27.51%和4.36%～27.18%。綜上，苗床施用微生物肥料對連作甜菜葉面積形成具有促進作用，且以T4處理表現最優。

圖2 不同處理下的甜菜葉面積指數Fig. 2 Leaf area index of sugar beet under different treatments

2.2.3 微生物肥料對連作甜菜莖葉干物質積累量和塊根干物質積累量的影響 由圖3可知，隨著生育時期推進，甜菜莖葉干物質積累量呈先增加后下降趨勢，在塊根及糖分增長期達到最大；甜菜塊根干物質積累量則呈現不斷增加趨勢。與對照相比，施用微生物肥料的5個處理2年甜菜莖葉干物質積累量和塊根干物質積累量均有不同程度的增加，處理間增加幅度不同，T4、T5處理在2年甜菜全生育時期均顯著提高莖葉干物質積累量和塊根干物質積累量，T1、T2、T3處理在不同年際間、不同生育時期表現不一致。與T0相比，T4、T5處理莖葉干物質積累量在2018和2019年全生育時期分別提高11.51%～21.10%和21.00%～38.76%、6.38%～15.63%和18.12%～36.96%，且苗期提高幅度最高，這是由于微生物肥料施用于紙筒育苗過程中，在苗期促生作用最為明顯；T3、T4、T5處理塊根干物質積累量在2018和2019年全生育時期分別提高11.62%～20.98%和22.23%～43.06%、22.32%～46.13%和34.80%～68.03%、10.89%～31.98%和25.04%～50.78%。同時，T4處理莖葉干物質積累量除2018年苗期和收獲期外均顯著高于T3處理，其與T5處理在不同生育期間差異性表現不一致；T4處理塊根干物質積累量則表現為除苗期外，均顯著高于T3和T5處理。綜上，苗床施用微生物肥料對連作甜菜莖葉和塊根干物質積累均具有促進作用，且以T4處理表現最優。

圖3 不同處理下連作甜菜莖葉干物質積累量和塊根干物質積累量Fig. 3 Dry matter accumulation of stem， leaf and root tuber in sugar beet under different treatments

2.2.4 微生物肥料對連作甜菜根冠比的影響 甜菜以收獲塊根為產量，根冠比是衡量其源庫關系的關鍵指標。由表2可知，隨著生育時期的推進，不同處理甜菜根冠比呈逐漸增加趨勢，從塊根及糖分增長期開始，甜菜根冠比增加幅度增大。苗期各處理間根冠比差異不顯著；進入葉叢快速生長期，各處理根冠比基本表現為T4處理最大，T2、T3、T5處理大于T0和T1處理，但它們3者之間在不同生長時期間規律不一致，T0和T1處理在不同生育期間規律不一致。T4處理2年葉叢快速生長期后根冠比均顯著高于T0，T1、T2處理與T0差異均不顯著，T3、T5處理在不同生育時期與T0差異顯著性表現不一致。與T0相比，T4處理在2018和2019年葉叢快速生長期后，根冠比分別提高7.40%～24.82%和7.90%～28.12%。可見，紙筒育苗連作甜菜施用適量微生物肥料能夠改善甜菜根冠分配，促進地上部向地下部轉移，進而提高產量，以處理T4表現較優。

表2 不同處理下連作甜菜的根冠比Table 2 Root shoot ratio of sugar beet under different treatments

2.3 微生物肥料對連作甜菜產質量的影響

由圖4可知，不同處理甜菜含糖率2018年表現為T4＞T3＞T5＞T2＞T1＞T0，2019年表現為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0；產量和產糖量2年均表現為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0。進一步分析含糖率可知，2018年各處理間差異均不顯著，2019年除處理T4顯著高于T0外，其余各處理與T0間差異均不顯著，可見施用微生物肥料對紙筒育苗連作甜菜含糖率的影響不明顯。進一步分析產量和產糖量可知，與T0相比，T1、T2處理2年均差異不顯著；T3處理則2年表現不一致；T4、T5處理2年均顯著提高了甜菜產量和產糖量。與T0相比，T4、T5處理2年產量分別提高11.64%和18.29%、9.59%和14.23%，產糖量分別提高14.41%和24.19%、11.36%和15.96%。甜菜產質量是由產量和含糖率共同決定，紙筒育苗連作甜菜施用微生物肥料提高甜菜產糖量的關鍵在于其對產量的提升，且以T4、T5處理表現較優。

圖4 不同處理下連作甜菜的產質量Fig. 4 Yield and quality of sugar beet under different treatments

2.4 連作甜菜產質量對微生物肥料施用的響應

由圖5可知，2018和2019年甜菜產量和產糖量均與微生態制劑施用量呈四次曲線關系，隨著微生物肥料施用量的增加，產量和產糖量整體均表現為先增加后降低的趨勢。微生態制劑施用量與產量的擬合值分別為R2=0.9979（2018年）、R2=0.9929（2019年），且產量峰值在微生物肥料施用量0.625～0.750 kg·冊-1之間出現。微生態制劑施用量與產糖量的擬合值分別為R2=0.9955（2018年）、R2=0.9936（2019年），且產糖量峰值在微生物肥料施用量0.625 kg·冊-1左右出現。可見，微生物肥料施用量為0.625 kg·冊-1(即T4處理)可有效促進連作甜菜產量和產糖量。

圖5 連作甜菜產質量對微生物肥料施用的響應Fig. 5 Response of yield and quality of continuous cropping Sugar beet to application of microbial fertilizer

2.5 微生物肥料施用下連作甜菜生長發育與產質量的相關性

由表3可知，微生物肥料施用下，連作甜菜成活率與根腐病發病率呈顯著（P＜0.05）負相關，但與其余各生長發育指標和產質量指標均無顯著相關性；根腐病發病率與各生長發育指標和產質量指標均呈極顯著（P＜0.01）負相關；株高、葉面積指數、莖葉干物質積累量、塊根干物質積累量與甜菜含糖率、產量和產糖量均呈極顯著（P＜0.01）正相關；根冠比與含糖率呈顯著（P＜0.05）正相關，與產量和產糖量之間均呈極顯著（P＜0.01）正相關。可見，微生物肥料應用于紙筒育苗連作甜菜栽培中，通過對其生長發育的直接調控，能夠顯著或極顯著促進產質量，達到增產增糖作用。

表3 微生物肥料施用下連作甜菜生長特性與產質量的相關性Table 3 Correlation analysis of sugar beet plant characteristics and yield trait under using microbial fertilizer

2.6 微生物肥料施用下連作甜菜經濟效益分析

由表4可知，2018和2019年施用微生物肥料增加了連作甜菜生產成本，但隨著施用量的增加，甜菜產值、經濟效益均呈先增加后降低趨勢，處理間表現為T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0，與T0相比，2018年T1、T2、T3、T4、T5處理的經濟效益分別增加0.76%、2.89%、13.79%、30.71%、21.32%；2019年分別增加16.32%、17.57%、24.13%、40.75%、28.89%。可見，施用微生物肥料雖然增加了生產成本，但其能夠實現連作甜菜種植經濟效益不同程度的增加，T4、T5處理增加最明顯，其在2018和2019年2年增收效果較為穩定，且T4處理在成本低于T5處理的前提下，表現最優。

表4 甜菜經濟效益分析Table 4 Economic benefit analysis of sugar beet

3 討論

連作障礙普遍存在于農業生產中，我國連作危害程度較高的農田面積占總耕地面積的10%，引起的農業損失每年可達數百億元[19]。微生物肥料是基于微生物間拮抗作用從而進行連作障礙防控，目前微生物肥料中拮抗微生物的種類包括芽孢桿菌、木酶屬、鏈霉菌屬等[20-22]，土壤中微生物群落結構越豐富，物種越均勻，多樣性程度越高，其對病原菌產生的拮抗能力就會越強[23-24]。麻耀華等[25]將微生物肥料應用于黃瓜栽培表明其能夠抑制土壤真菌和尖孢鐮刀菌數量，提高細菌和放線菌數量，降低病原菌數量，減少黃瓜枯萎病發生；劉錦霞等[13]研究表明微生物肥料能夠顯著降低連作馬鈴薯晚疫病、枯萎病和軟腐病的發生率，這與本研究結果一致，本研究表明紙筒育苗過程中施用微生物肥料有效提高連作甜菜成活率，降低連作甜菜根腐病發病率，原因可能是微生物肥料中芽孢桿菌和木霉菌在生長繁殖的過程中，促進有益微生物的增加，充分發揮微生物之間的拮抗作用，同時其分泌的脂肽類、抗菌蛋白、酚類及多烯類等抗菌物質具有抑制病原真菌的效果[26-27]，能夠降低連作土壤中有害微生物數量，降低根腐病病原菌數量，進而提高存活率，降低根腐病發病率。同時，本研究發現隨著微生物肥料施用量的增加，甜菜成活率呈先升高后降低趨勢，根腐病發病率呈先降低后升高趨勢，在T4處理（0.625 kg·冊-1）時出現拐點，這說明雖然微生物肥料中含有有益微生物，但并不是量越大越好，這可能是由于微生物的繁殖、生長以及功能發揮需要良好的土壤環境作為支持，土壤的承載能力有限，過多的添加外源微生物反而對土壤環境的改善起到負面作用，過多消耗土壤養分，進而在連作甜菜成活和根腐病防控上效果降低，這與龔杰等[28]在煙草青枯病的研究結果一致。

微生物肥料中有益微生物在土壤和植物根際表面大量繁殖，增加有益菌的豐度[29]，進而增加土壤肥力，改善土壤結構，同時土壤中大量元素需經過微生物的分解轉化變為有效元素后才可被植物吸收利用，微生物肥料通過改善土壤環境和促進作物吸收的雙重作用促進作物的生長和產量形成。周培等[30]研究表明微生物肥料通過改善作物根系生長環境，調控養分供應，進而促進大麥和水稻生長，實現了大麥和水稻產量增加20%左右；齊會巖等[15]研究結果表明微生物肥料處理使連作西瓜葉片葉綠素含量增加，光合作用增強，植株長勢和產量明顯高于對照；劉錦霞等[13]研究表明微生物肥料能夠明顯促進連作馬鈴薯植株生長，提高塊莖產量。本研究關于微生物肥料對作物生長發育影響的結果與前人一致，研究表明微生物肥料能夠促進連作甜菜生長，增加莖葉及塊根干物質積累量，調節不同生育時期根冠比，促進地上向地下的物質轉運，構建合理“源-庫”關系。本研究中連作甜菜株高、葉面積指數、莖葉和塊根干物質積累量、根冠比與甜菜產質量有著顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）相關關系，適當增加株高、提高葉面積指數和增加干物質積累量，有利于甜菜產量的提高[31]，可見微生物肥料通過對連作甜菜生長動態的調控實現了其產質量的增加。但本研究中微生物肥料對甜菜生長的影響隨著施用量的增加呈現先增加后降低的趨勢，這可能是由于過量的微生物肥料施用能夠在植物根系形成菌膜，抑制根系對營養物質的吸收，進而影響植株生長發育[32]。

微生物肥料應用于甜菜栽培的研究較少，其中曲嫣紅等[17]研究表明37.5和75 kg·hm-2微生物肥料對甜菜產量和品質提高具有促進作用，但其研究未對用量作出明確篩選；郭曉霞等[18]將微生物肥料應用于連作甜菜直播栽培中，得出施用90 和120 kg·hm-2微生物肥料能夠有效防抗連作甜菜根腐病，實現產質量水平提升。本研究將微生物肥料應用于紙筒育苗苗床土中，與曲嫣紅等[17]和郭曉霞等[18]研究相比，施用于苗床能夠在育苗過程中直接改善甜菜根際微環境，提高其苗期抗逆性，同時苗床的良好環境條件能夠更好地促進有益菌群的繁殖和定植，移栽入大田后，提高了連作甜菜移栽成活率。本研究以郭曉霞等[18]研究為基礎，克服了微生物肥料大田施用量大、施用不均勻等問題，在降低施用量的前提下實現了連作甜菜產質量水平的提升。通過微生物肥料施用量與甜菜產質量的擬合，結合對甜菜生長動態和經濟效益的分析，篩選出0.625 kg·冊-1應用于紙筒育苗連作甜菜中具有較好效果。但本研究現只針對微生物肥料施用后甜菜生長動態、根腐病發病情況等分析了其促生、增產效果，為微生物肥料在甜菜連作栽培中應用提供了一定理論依據，但關于其促生增產的生理生化機制、土壤調控機制及其他更有效的應用技術還有待進一步深入探討。