不同功能液態有機肥對杭白菊生長、藥用品質及土壤碳活性的影響

摘要：以杭白菊品種小洋菊為試材，采用大棚劃區試驗，設置施用菊花專用液態肥（NPK）、海藻酸液態有機肥（T1）、有機酸液態有機肥（T2）、殼聚糖液態有機肥（T3）、黃腐酸液態有機肥（T4），以不施肥為對照（CK），探索不同功能型液態有機肥對杭白菊生長、品質、土壤有機碳及碳活性的影響，以期為杭白菊的可持續化生產提供理論依據。結果表明，與CK相比，施肥可有效促進杭白菊生長發育、品質形成及提高土壤碳活性。與NPK處理相比，液態有機肥處理可以促進地上部、根系生長及土壤有機碳組分含量，總有機碳及相關活性有機碳組分含量整體表現為NPK、T1＜T4＜T2、T3。品質分析結果表明，T2、T3、T4處理總糖、粗蛋白、總黃酮、總氨基酸及相關生物活性物質組分含量也較高，T3處理優于T2、T4處理。Biolog-Eco分析結果表明，其他處理AWCD值較T3處理降低4.00%～37.19%，且T3處理對碳水化合物、氨基酸化合物、多聚化合物為主的6種碳源類型利用能力也較強。綜上，施用液態有機肥可有效促進植株早期生長、提高胎菊品質及增強土壤碳活性，以從魚蝦中提取的殼聚糖液態有機肥施用效果最佳。

關鍵詞：液態有機肥；杭白菊；生長；生物活性物質；土壤活性有機碳

中圖分類號：S682.1+10.6" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）24-0141-07

收稿日期：2024-04-12

基金項目：河北省引進留學人員資助項目（編號：C20220365）。

作者簡介：鄭 陽（1986—），女，河北滄州人，實驗師，主要從事園藝生物技術研究。E-mail：lightzy2020@163.com。

通信簡介：李子坤，碩士，農藝師，從事農業利用與推廣研究。E-mail：lizk2000@163.com。

杭白菊（Chrysanthemum×morifolium cv. Hangbaiju）為菊科茼蒿屬雙子葉植物，主產于浙江省桐鄉市，其頭狀花序泡以溫水，具有清熱解毒、祛風滋養、平肝明目的功效^［1-2］。此外，杭白菊中含有可觀的粗多糖、類黃酮、多酚、綠原酸等多種有效成分，具有降“三高”、抑菌、抗氧化及提高免疫力等價值^［3］。近年來，由于全球杭白菊市場需求不斷增加，大部分國家皆有種植，我國已大面積引種栽培于安徽、河南、河北、四川等地。菊花大多在溫室環境中集約化栽培，集約制度下的化肥過量施用嚴重影響著土壤質量和環境生態問題^［4］。菊花對化學肥料反應較敏感，使用不當則會對植株分枝、生長及生理代謝產生負面影響^［5］。菊花對養分的需求量較大，尤其在發育早期，且菊花生長前期的養分狀況對中后期花朵的大小和品質具有較大影響^［6］。因此，早期的生長調控和肥料施用措施在菊花的生長周期中起著至關重要的作用。大量研究結果表明，施用有機肥料可有效提升土壤質量、促進作物生長及品質，目前研究主要集中在糞肥堆制、植物性殘渣及傳統固體有機物料的腐熟發酵類型^［7］，關于其他有機肥形式的研究鮮有涉及。液態有機肥料是重要的有機肥形式之一，其通常提取自天然產品（如植物、海洋生物）^［8］。周金燕等認為，稀釋的液體肥仍具有較高的肥效^［9］，目前液體肥主要運用于果樹、蔬菜、中草藥及觀賞園藝生產。與傳統的固態有機肥相比，從有機物料中提取的液體有機肥養分全面且養分活化更快，同時具有化肥和有機肥的優點^［8］，且水肥一體化可進一步提高養分利用效率，從而降低礦質養分的流失風險^［10］。此外，液體有機肥中往往含有特殊的活性物質，如甲殼素、有機酸、黃腐酸以及其他生物聚合物，可作為植物生長調節劑^［8］。碳是生態系統的重要成分之一，土壤有機碳（SOC）是生態系統中最大的碳匯，通常認為SOC是表征土壤質地及當季養分可利用性的主要指標^［11］。SOC在土壤中的周轉速率及礦化量受土壤孔隙度、容重、含氧量、特殊微生物豐度和活性等物理生物多方面因素影響，其中微生物作用是決定SOC分解的關鍵因素^［12］。Biolog-Eco微孔板是監測土壤細菌功能多樣性的重要技術，其可確定微生物的活性以反映土壤環境的生態健康^［13］。菊科植物多為酚酸分泌型植物，長期單一種植則因自毒物質而影響土壤健康及造成連作障礙^［14］。施用有機物料可有效緩解降低菊科植物重茬，但目前關于液體有機肥對菊科植物的效果鮮有涉及。因此，本研究基于沼液、植物秸稈、蚯蚓糞肥以及海藻的有機提取物，探索不同功能型液態有機肥對杭白菊生長、頭狀花序相關品質及土壤碳活性的影響。以期為杭白菊的可持續化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試地點與材料

試驗于2023年2—8月在河北省永清縣劉街鄉土樓勝利村（116°52′38″E，39°22′51″N）日光溫室大棚中進行，前茬為杭白菊。棚中土壤為棕壤，表層土壤的理化性質為：pH值為6.35，有機質含量20.59 g/kg，堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為46.88、18.92、95.37 mg/kg。

供試菊花品種為杭白菊小洋菊。供試普通化肥為菊花液體專用肥（N、P2O5、K2O含量分別為13%、2%、9%），購自云南云維股份有限公司。海藻提取液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為7%、1%、5%）購自正定盛佳匯生態農業有限公司；蚯蚓糞提取液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為10%、1%、7%）購自江蘇綠匯宿動實業有限公司；魚蝦提取液態有機肥（N、P2O5、K2O含量分別為27%、1%、21%）購自湛江博泰生物化工科技實業有限公司；藜麥秸稈提取液態肥（N、P2O5、K2O含量分別為14%、1%、11%）由江蘇雙林生物科技有限公司生產提供。

1.2 試驗設計

試驗設置6個處理：CK，不施肥；NPK，施用菊花專用液體肥；T1，海藻酸液態有機肥；T2，有機酸液態有機肥；T3，殼聚糖液態有機肥；T4，黃腐酸液態有機肥（表1）。各處理重復3次，共18個小區，小區面積15 m2（5 m×3 m），栽植密度為4.9萬株/hm2。相應施肥處理基于菊花化肥純氮用量（90 kg/hm2）^［15］為標準進行相應施用量換算；2022年3、4、5月分3次施入，其施用比例為6 ∶2 ∶2。試驗期間病蟲草害防治等管理措施同當地菊花常規生產規程。

1.3 指標測定與分析

1.3.1 農藝性狀及根系發育指標測定

杭白菊生長參數包括鮮重、株高、葉片數、總根長、總根系表面積及總根表體積測定。培育第90天時，采用卷尺測定株高，葉片數則為人工數數；之后將杭白菊植株分為根系、地上部，采用自來水小心沖洗，用吸水紙吸干表面水分后，采用電子分析天平測定鮮重；根系相關性狀參數采用V800PH0TO掃描儀對根系進行掃描，WinRHIZO 2004b軟件（Regent Instruments Inc，Canada）分析。

1.3.2 菊花品質指標測定

將處于胎菊采摘期^［16］的花序置于烘箱中烘干至恒重，并粉碎過2 mm篩備用。主要生物活性物質包括綠原酸、異綠原酸、木犀草苷、槲皮素、香葉木素、金合歡素、金絲桃苷，其相關標準品均購自成都普菲德生物技術有限公司。準確稱取500.00 mg粉碎樣品加入25 mL甲醇中，然后超聲（250 W、50 kHz）萃取40 min，將溶液以12 000 r/min離心10 min，所得上清液采用 0.45 μm 尼龍膜過濾，濾液采用三重四極桿串聯質譜儀（Agilent 6470，美國安捷倫科技公司）測定，其后續對照品溶液制備、操作步驟、洗脫程序及反應參數參考Ouyang等的方法^［17］。總氨基酸含量參照《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》，采用全自動高速氨基酸分析儀（LA8800，日本日立株式會社有限公司）測定。粗蛋白、多糖、總黃酮含量測定參考2020版《中華人民共和國藥典：一部》，分別采用凱氏法、蒽酮比色法、乙醇浸提-高效液相色譜測定^［18］。

1.3.3 土壤有機碳組分測定

培育第70天時參照董璐等的方法獲取杭白菊根際土壤^［14］，一部分保存于-20 ℃環境下用于后續土壤微生物碳利用能力測定，另一部自然風干用于土壤有機碳組分含量測定。有機碳組分包括微生物量碳（MBC）、輕質有機碳（FOC）、顆粒有機碳（POC）、易氧化有機碳（ROC）、可溶性有機碳（DOC），其分別采用三氯甲烷熏蒸法、碘化鈉、六聚偏磷酸鈉、高錳酸鉀、水溶提取，上述有機碳組分含量及土壤總有機碳（SOC）含量都采用TOC自動分析儀（Multi 3300，Elementar，Germany）測定。

1.3.4 土壤微生物碳利用能力測定

培育第70天利用Biolog Eco板（Biolog Eco，Biolog Technology Co.，ltd.，USA），采用微孔板法測定土壤微生物碳代謝特征。采用酶標儀［K3Plus，寶予德（中國）有限公司］分別在595、750 nm處測定吸光度（D），以降低背景值的誤差，以2個波長的差值作為測定數值進行相應計算。其中，平均顏色變化率（AWCD）的參照方康等的方法^［19］進行計算。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 24.0進行單因素方差分析、Duncans法檢驗數據間的差異顯著性（α=0.05），所有圖形采用Origin 8軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 液態有機肥對杭白菊生長參數的影響

由表2可知，短期施用液態有機肥對杭白菊地上部、根系生長參數均會產生顯著影響。與不施肥處理（CK）相比，菊花專用液體肥處理（NPK）在地上部、根系生長參數均較高，除根系鮮重外，其他指標均以NPK顯著大于CK。在施肥處理中，都以NPK處理最低，有機肥處理（T1～T4）在根系鮮重、地上部鮮重、株高、單株葉片數、總根長、總根表面積、總根系體積較NPK處理分別提高3.20%～20.15%、6.13%～54.58%、6.11%～25.80%、5.29%～23.69%、1.42%～52.75%、11.08%～18.96%、16.02%～80.42%；而在有機肥處理中，各處理整體表現為T1＜T2、T4＜T3，即T3處理最有利于杭白菊地上部、根系生長發育。

2.2 液態有機肥對杭白菊品質指標的影響

由圖1-a可知，各處理總糖含量從低到高依次為CK＜T1＜NPK＜T2＜T3＜T4，與CK相比，相關施肥處理（NPK、T1～T4）升高9.61%～59.81%，其中CK與T1、NPK與T2、T3與T4均無顯著差異。由圖1-b可知，各處理粗蛋白含量從低到高依次為CK＜NPK＜T4＜T1＜T2＜T3，其中CK均顯著低于施肥處理；與T3處理相比，NPK、T1、T2、T3處理分別顯著降低17.11%、8.73%、6.16%、10.60%。由圖1-c可知，與CK相比，施肥處理總黃酮含量的變幅為-1.23%～12.27%，其中CK與NPK、T2處理間均無顯著差異，且三者均顯著小于T3、T4處理。由圖1-d可知，CK總氨基酸含量最低，相關施肥處理顯著提高17.30%～55.88%；就施肥處理而言，各處理表現為T2＞T3＞T1＞T4＞NPK，T2處理含量最高，T1、T3與其無顯著差異，NPK、T4較T2分別顯著降低24.75%、14.77%。

2.3 液態有機肥對杭白菊主要生物活性物質含量的影響

由圖2可知，杭白菊頭狀花序生物活性組分含量從低到高依次為香葉木素含量＜金合歡素含量＜金絲桃苷含量＜槲皮素含量＜木犀草苷含量＜綠原酸含量＜異綠原酸含量，其中綠原酸、木犀草苷、金絲桃苷、槲皮素、金合歡素、綠原酸、香葉木素分別占總生物活性物質的48.84%～51.01%、7.92%～12.75%、6.41%～8.50%、8.71%～9.62%、5.41%～6.98%、10.56%～12.80%、4.35%～5.80%。各生物活性物質含量的最大值集中出現在T2、T3、T4處理中，其中綠原酸、槲皮素、金合歡素、異綠原酸的含量均以T3處理較高，各處理整體呈CK＜NPK＜T1、T2、T4＜T3；木犀草苷、金絲桃苷含量以T2處理最高，其余處理與其相比分別降低5.11%～54.89%、3.92%～27.58%；香葉木素含量以T4處理最高，各處理表現為CK＜NPK＜T1＜T3＜T2＜T4，與T4處理相比，其余處理顯著降低15.05%～32.36%。就總生物活性物質含量而言，各處理表現為CK＜NPK＜T1＜T4＜T2＜T3，其他處理與T3處理相比降低6.63%～32.16%。

2.4 液態有機肥對土壤有機碳組分的影響

由圖3可知，在土壤總有機碳（TOC）含量中，各處理表現為CK＜T1＜T4＜T2＜NPK＜T3；與NPK處理相比，CK、T1、T2、T4處理分別降低14.86%、9.08%、2.76%、3.13%，而T3處理提高4.62%。土壤有機碳各組分含量表現為顆粒有機碳（POC）＜微生物有機碳（MBC）＜可溶性有機碳（DOC）＜輕質有機碳（FOC）＜易氧化有機碳（ROC）。其中，ROC、FOC及DOC的含量均以T3處理較高，各處理整體表現為CK＜NPK、T1＜T4＜T2＜T3；與NPK處理相比，CK顯著降低，而液態有機肥處理（T1～T4）在有機碳組分中的變幅分別為-4.10%～11.08%、11.11%～42.76%、-9.62%～30.77%。MBC、POC含量則以T2處理含量最高，其中MBC含量在T2、T3、T4兩兩處理間無顯著差異，且這3個處理均顯著大于CK、NPK、T1處理；與T2處理相比，CK、NPK、T1、T3、T4處理的POC含量分別顯著降低55.45%、17.82%、25.74%、8.91%、13.86%。

2.5 液態有機肥對土壤微生物碳源代謝效率的影響

微生物碳源代謝的平均顏色變化率（AWCD）可用作土壤中微生物活性的表征指標。由圖4可知，在培養的0～48 h中，根際土壤的AWCD較低，之后開始急劇上升；土壤培育48 h后，在T3和T4處理下具有較高的AWCD值，而在CK下最低。與CK相比，液態有機肥均明顯提高培養后的AWCD值；培育后196 h，NPK、T1、T2、T3、T4處理下的根際土壤AWCD值分別是CK的1.33、1.49、1.79、2.37、2.27倍；在施肥處理中培育120 h后，各處理明顯分離，培育196 h時，與NPK處理相比，T1、T2、T3、T4分別明顯提高12.04%、34.49%、78.37%、71.22%，而與CK相比，則分別明顯提高48.78%、78.59%、136.86%、127.37%。可見，液態有機肥的添加總體上可以改善根際土壤微生物群落的代謝活性，其中T3、T4處理最有利于AWCD的增加。

2.6 液態有機肥對土壤微生物不同碳源類型利用能力的影響

由表3可知，土壤微生物不同碳源類型利用值從高到低依次為碳水化合物gt;羧酸化合物gt;氨基酸化合物gt;多聚化合物gt;胺類化合物gt;酚類化合物，而在不施肥、施用化學液體肥及不同液體有機肥條件下均可影響土壤微生物對碳源的利用能力。在T3處理下，土壤微生物對碳水化合物、胺類化合物、氨基酸化合物及多聚化合物的利用能力較強，其他處理較T3處理分別降低28.09%～59.78%、5.28%～43.02%、16.47%～57.63%、25.88%～69.71%，其中T3處理對碳水化合物、氨基酸化合物、多聚化合物的利用能力均顯著大于其他處理。羧酸化合物利用能力中，各處理表現為CK＜T1＜NPK＜T4＜T3＜T2，且兩兩處理間均差異顯著，與T2處理相比，其他處理顯著降低21.73%～70.88%。T4處理對酚類化合物的利用能力最佳，與T4處理相比，CK、NPK、T2處理顯著降低52.78%、66.67%、38.89%。

3 討論

生長參數是反映植物發育水平、健康狀態的重要表征，長勢較佳的植株往往生理代謝更加旺盛、后期產質量更佳^{［6，20］}。本研究各處理生長參數（根系鮮重、地上部鮮重、株高、葉片數、總根長、總根表面積、總根系體積）整體表現為CK＜NPK＜T1＜T2、T4＜T3，即殼聚糖液態有機肥更有利于促進杭白菊的前期長勢。本研究結論與前人研究結論基本一致，即殼聚糖類水溶肥可顯著改善杭白菊苗期根系的形態特征，增強光合作用，調節植株的碳氮比代謝，從而促進杭白菊苗期的生長發育^［9］。殼聚糖是甲殼素降解的天然堿性多糖，含有豐富的碳、氮元素和幾丁質類物質，施入土壤后可被微生物分解為速效養分，且幾丁質物質可有效改善根際環境、增強根系生理代謝和提高土壤酶活性^［21］。此外，殼聚糖不溶于水易溶于有機物質且可隨水分子移動，進入植物體內可迅速被利用，從而為植物提供養分元素^［22-23］。這可能是殼聚糖液態有機肥能促生效果較佳的主要因素之一。

多糖、氨基酸、多酚及黃酮類組分是藥用菊花的主要活性成分，其決定著藥用菊花的栽培收益及使用價值^{［2，24］}。在本研究中，總糖、粗蛋白、總黃酮及總氨基酸含量的峰值整體出現在T2、T3、T4處理，表明有機酸液態有機肥、殼聚糖液態有機肥、黃腐酸液態有機肥可有效提高杭白菊頭狀花序品質。對7種生物活性物質組分含量測定結果表明，異綠原酸是生物活性物質含量最高的組分，其可占總生物活性物質含量的48.84%～51.01%。2020版《中華人民共和國藥典：一部》中標明，木犀草苷、綠原酸、異綠原酸含量分別高于0.8、2、7 mg/g作為控制菊花內在品質的標準^［18］。本研究CK、NPK除木犀草苷含量外，其他組分含量皆不達標，且僅T3處理全部達標，其木犀草苷、綠原酸、異綠原酸含量分別為1.879 9、2.097 3、8.318 8 mg/g。本研究整體以T2、T3、T4處理的生物活性物質組分含量較高，其中T3處理的綠原酸、槲皮素、金合歡素及異綠原酸組分含量最高。此外，就總生物活性物質含量而言，以T3處理最高，其他處理較其降低6.63%～32.16%。

有機碳組成特征、周轉速率及碳活性是評價土壤質量、碳庫穩定性及土壤微生物活性的重要指標^{［11，25］}。與CK相比，相關施肥處理（NPK、T1、T2、T3、T4）的總有機碳（SOC）及有機碳組分（MBC、DOC、ROC、FOC、POC）含量皆較高。這與林仕芳的研究結論基本一致：施肥有利于根際土壤SOC積累，并通過增加烷氧基碳比例和降低芳香碳比例改變SOC結構，從而提高有機碳活性^［26］?；钚杂袡C碳是分解度高、礦化迅速的有機碳類型，是激發有機碳周轉的關鍵組分。本研究各處理相關有機碳組分含量整體表現為CK＜NPK、T1＜T4＜T2、T3，其中以T3處理的DOC、FOC、ROC含量最高，而POC以T2處理最高。FOC、DOC、ROC是典型的活性有機碳，其可靈敏地反映早期土壤質量的變化與微生物的活性；而POC為動植物殘體向腐殖化過渡性有機碳，性質較穩定^［11］。這意味著有機酸液態有機肥主要介導穩定性有機碳的累積，而聚殼糖液態有機肥主要影響活性有機碳組分的形成。這可能取決于二者物質的功能差異，殼聚糖可促進土壤膠體表面吸附養分的解吸，增加難溶養分的溶解^{［9，22］}，因而對活性有機碳的影響更加深刻。

Biolog-Eco技術是測定碳底物利用能力及效率的重要手段，其可檢測土壤環境及功能微生物多樣性的短期變化情況^{［11，27］}。與CK、NPK處理相比，施用液態有機肥使杭白菊根際土壤的平均顏色變化率（AWCD）分別提高12.04%～78.37%、48.78%～136.86%（圖3），T3處理的碳底物利用率最高，培育192 h時T3的AWCD比其他液態有機肥處理高4.00%～37.19%。這與熊湖等的結論基本趨于一致：液態有機肥可顯著提高馬鈴薯根際土壤氧化及水解酶類，顯著刺激土壤碳基質的利用效率^［28］。Li等認為，施用液態有機肥可提高植物養分利用率，增加土壤微生物多樣性，提高土壤碳底物轉化能力^［29］。液態有機肥處理較佳的原因可能是其含有大量可溶性養分，與傳統的基質肥料相比，液態肥更容易被植物利用^{［8，30-31］}。

本研究液態有機肥處理下，土壤微生物對6種碳源類型（碳水化合物、羧酸化合物、氨基酸化合物、多聚化合物、胺類化合物、酚類化合物）的利用能力均高于CK和NPK處理。這與周金燕等的早期結論一致，即液態有機肥處理可顯著促進根際微生物對碳源的利用能力，從而促進微生物繁殖和養分周轉^{［9，32］}。前人研究認為，多酚化合物中，以NPK處理最低；酚類化合物是根際土壤中主要的自毒物質類型，累積較多時可顯著影響植物的生長^{［14，33］}；本研究與NPK處理相比，CK下杭白菊的生長發育較差，這可能是土壤微生物對酚類物質利用能力較低的緣故。T3處理條件下土壤微生物對碳水化合物、胺類化合物、氨基酸化合物及多聚化合物的利用能力最強，羧酸化合物、酚類化合物的利用也具有較大值，T3處理下土壤微生物對6種碳源利用能力均顯著大于CK、NPK處理。

4 結論

不施肥處理不利于杭白菊早期生長、后期品質形成及土壤碳利用，施肥處理后則有明顯改善。施肥處理中，各處理生長參數（根系鮮重、地上部鮮重、株高、葉片數、總根長、總根表面積、總根系體積）整體表現為NPK＜T1＜T2、T4＜T3。液態有機肥處理會增加有機碳，總有機碳及相關有機碳組分含量整體表現為CK＜NPK、T1＜T4＜T2、T3。在杭白菊頭狀花序中，液態有機肥處理也會提高總糖、粗蛋白、總黃酮、總氨基酸及相關生物活性物質組分（異綠原酸、木犀草苷、金絲桃苷、槲皮素、金合歡素、綠原酸及香葉木素）含量，尤其是T3處理。Biolog Eco分析結果表明，T3處理平均顏色變化率（AWCD）值最高，其他處理較其降低4.00%～37.19%，此外T3處理下6種碳源類型（碳水化合物、羧酸化合物、氨基酸化合物、多聚化合物、胺類化合物、酚類化合物）也具有較大值。

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