液態有機肥對‘鳳丹’牡丹脂肪酸、土壤有機碳含量及微生物碳利用的影響

摘要：本試驗采用田間滴灌方式，以‘鳳丹’為材料，設置施用牡丹專用液體肥（NPK）、牛羊糞提取物液態有機肥（L1）、玉米秸稈提取物液態有機肥（L2）、蚯蚓糞提取物液態有機肥（L3）、海藻提取物液態有機肥（LA）、魚蝦提取物液態有機肥（L5）處理，以不施肥為對照（CK），研究不同液態有機肥對牡丹籽粒脂肪酸組分、土壤有機碳組分及微生物功能多樣性的影響。結果表明，‘鳳丹’中共檢測到15種脂肪酸，包含8種飽和脂肪酸（C10：0、C12：0、C14：0、C16：O、C18：0、C20：0、C22：0、C24：0）、4種單不飽和脂肪酸（C14：1、C16：1、C18：1、C20：1）以及3種多不飽和脂肪酸（C18：2、C18：3n3、C20：5n3），其中L1處理的亞油酸與a-亞麻酸含量最高，較其他處理分別提高0.532 - 8.040個、0.956 - 8.431個百分點。液態有機肥處理提高了籽粒脂肪酸、土壤碳含量及土壤微生物碳利用效率與能力：且L1處理下土壤總有機碳（SOC）和活性有機碳組分（MBC、DOC、ROC）含量、平均顏色變化率、6種微生物碳源類型利用強度及香農指數均具有較大值。冗余分析表明，土壤有機碳指標（SOC、MBC、DOC、ROC）與6種微生物碳源類型均呈正相關。綜上，施用牛羊糞提取物液態有機肥可有效提高土壤總有機碳和活性有機碳含量及微生物碳利用效率，促進a-亞麻酸與亞油酸為主的脂肪酸合成，是種植油用牡丹的最優液態肥。

關鍵詞：液態有機肥：牡丹：脂肪酸組分：土壤有機碳：微生物碳源利用

中圖分類號：S685.11 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 08-0129-08

牡丹（Paeonia suffruticosa）為芍藥屬（Paeo-nia）多年生小型灌木，原產于中國西部秦嶺和大巴山一帶，作為中國傳統名貴花卉，因其極大的觀賞價值，現已在全球范圍內廣泛栽種。油用牡丹是以采收結實籽粒并用以提取油料為目的而種植的牡丹資源類型，目前，我國栽培的油用牡丹主要為‘鳳丹’和‘紫斑’兩個品種，其與核桃樹、油茶樹、星油藤及油桐樹等植物被稱為新興木本油料植物。研究表明，木本植物籽油富含多種不飽和脂肪酸，其中α-亞麻酸含量遠高于農業栽培的草本油料作物。由于‘鳳丹’牡丹對土壤要求較低，抗逆性較強，近年來，‘鳳丹’已成為我國黃河流域一帶主栽的油用植物，其中洛陽市是一個重要而特殊的牡丹栽植區，但較低海拔使得油用牡丹的出油率不理想。施肥是農林業生產的常規措施，其中肥料類型是影響作物產量和品質形成的關鍵因素。

研究表明，長期施用有機肥可有效促進作物生長、提升作物品質及改善土壤性質。目前農林業種植過程中施用的有機肥主要為傳統的固態有機肥產品，固態有機肥雖可提供全面的養分，但存在施用量大、肥效低的不足。液態有機肥料通常提取自有機天然產品，濃縮的液體體積小，稀釋后仍具有良好的肥效，有望替代化肥成為園藝生產上的主要肥料。與傳統有機肥相比，提取的液體有機肥有機質更為豐富，養分活化更快，具有化肥和有機肥的共同特點，且水肥一體化可進一步提高養分利用效率并降低養分流失風險。此外，液態有機肥中的特殊核心物質，如殼聚糖、氨基酸以及有機酸等功能物質，可作為促進植物生長發育的生物刺激劑。劉瑩等研究表明，從人參莖葉及須根殘體中提取的液態有機物質可有效促進人參的干物質積累，提高皂苷含量，增加根際細菌多樣性，降低真菌多樣性。

根際是土壤微生物生長與繁殖的重要生態位，也是植物根系、土壤養分和功能菌群之間交流的核心微域。其中微生物菌群在保障植物健康和土壤養VEWohQ5ZouFKFuN92+u3snGfsJ63t1vV5D3nH9JxR5w=分周轉中扮演著重要角色。Biolog微孔板技術是監測土壤細菌功能活性的重要手段，可確定微生物的底物養分利用效率，反映土壤環境的生態健康。碳是生態系統的重要成分之一，土壤碳周轉速率及礦化量受土壤性質、特殊微生物豐度和活性等其他物理生物多方面因素影響，其中微生物是決定碳礦化水平的關鍵因素。因此，根際微生物代謝能力可作為評估液態有機肥施用效果的重要參考指標。本研究基于魚蝦、牲畜糞便、作物秸稈、蚯蚓糞肥以及海藻的液態有機提取物，探索不同液態有機肥對牡丹種植土壤總有機碳及活性有機碳組分含量、微生物碳源利用能力及籽粒脂肪酸組分含量的影響，以期為油用牡丹的可持續化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2021年11月-2022年8月在河南省洛陽市洛龍區呂廟村（34°44＇N、112°31＇E）進行。該試驗地為洛陽市油用牡丹栽培示范基地，屬亞熱帶季風氣候，海拔686 m，無霜期231 d，年均降水量740 mm，年均氣溫16.3℃。其0- 30 cm土層土壤理化性質：有機質含量23.59 g/kg，速效氮、有效磷及速效鉀含量分別為53. 56、21. 72mg/kg和98.83 mg/kg，pH值8.43。

供試牡丹為定植4年的‘鳳丹’品種。

供試化肥為牡丹專用液體肥（N：P205：K20=10：1：9），購自河南原動力生物肥業有限公司。魚蝦提取物液態有機肥（N：P2O5：K2O= 50：1：46），購自深圳市深博泰生物科技有限公司：玉米秸稈提取物液態有機肥（N：P2O5：K2O= 14：1：13），購自湖南天賜寶農業科技有限公司：蚯蚓糞提取物液態有機肥（N：P2O5：K2O= 50：1：47），購自上海碧云天生物技術有限公司：海藻提取物液態有機肥（N：P2O5：K2O=6：1：5），購自正定盛佳匯生態農業有限公司：牛羊糞提取物液態有機肥（N：P2O5：K2O= 10：1：8），購自正定盛佳匯生態農業有限公司。以上液態有機肥除海藻提取物液態有機肥為歐盟有機認證標準外，其他4種均為OFDC有機認證標準。

1.2 試驗設計及方法

試驗采用隨機區組設計，重復3次，共設置7個處理，即CK：不施肥：NPK：施用牡丹專用液體肥；LI：牛羊糞提取物液態有機肥；L2：玉米秸稈提取物液態有機肥：L3：蚯蚓糞提取物液態有機肥；IA：海藻提取物液態有機肥；L5：魚蝦提取物液態有機肥（表1）。小區面積為8mx6 m=48m2。‘鳳丹’栽植密度5.4萬株/hm2，相應施肥處理基于當地化肥純氮用量（210 kg/hm2）進行施用量換算；2021年11月和2022年1月、3月分3次以滴灌方式施入（滴頭入±4 cm），施用比例為5：3：2。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 籽粒脂肪酸組分含量測定

采集成熟牡丹籽粒后脫殼，將種仁粉碎并過0.25 mm篩。脂肪酸組分含量參照《GB 5009. 168-2016食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》中的標準采用氣相質譜法（CG-MS）測定。稱取種仁粉碎樣品300 mg，加入1 mL稀硫酸（1%）和2mL無水甲醇在80℃甲酯化反應器中反應6 min;接著加入1moL/L的氫氧化鉀一甲醇溶液1.0mL，采用旋渦混合器（XW-80A，江蘇海門市其林貝爾儀器制造有限公司）分散溶解30 s，去離子水洗滌轉移至50 mL容量瓶中。采用氣相質譜儀（Agilent7890A/5975C，美國安捷倫科技有限公司）測定，以脂肪酸甲酯混合標準品為對照，色譜條件、調制器條件及質譜條件參照文獻。

1.3.2 土壤有機碳含量測定

采用蒸餾水浸提法（水土質量比5：1）測定油用牡丹種植土壤可溶性有機碳（DOC），采用高錳酸鉀（KMnO4）氧化法測定易氧化有機碳（ROC），采用CHCl3熏蒸法測定微生物量碳（MBC），總有機碳（SOC）及活性有機炭組分（DOC、MBC、ROC）皆采用TOC自動分析儀（Multi N/C 3100 TOC，Elementar，Germany）測定，具體步驟參照魯如坤的方法進行。

1.3.3 土壤樣品采集及微生物碳利用測定

于2022年5月3日（坐果期）將包裹土壤的牡丹根系完整挖出，輕輕抖動以去除距離根系較遠的土壤，保留距離根系最近的土壤（0.5 cm），即為根際土壤，所取根際土壤樣品保存于-20℃環境。采用Biolog-Eco微孔板法測定土壤微生物碳x38M+IaJEFo/Tqe7VDsprQ==利用能力。稱取保存于-20℃環境的5.00 9根際土壤轉移至無菌三角瓶中，加入90 mL無菌生理鹽水（0.85％）之后，置于搖床中以90 r/min往復振蕩30 min，棄上清液，保留下層勻漿。采用廣口移液槍吸取200 μL勻漿添加至31孔微孔板中，第32孔添加蒸餾水作為對照。微孔板在25℃下孵育192 h，每隔12 h測定液體的OD590mm值，每個樣品進行3次生物學重復。其中平均顏色變化率（AWCD）、香農多樣性指數、香農均勻度指數的計算參照Yu等的方法進行。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 24.0軟件進行方差分析，Duncan，s法進行多重比較（P＜0.05），采用Origin 2021軟件繪圖，所有試驗結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同液態有機肥對油用牡丹籽粒脂肪酸組分含量的影響

通過GC-MS分析，‘鳳丹’籽粒檢測到15種脂肪酸，包括8種飽和脂肪酸（SFA）、4種單不飽和脂肪酸（MUFA）以及3種多不飽和脂肪酸（PU-FA）。由表1可知，不同脂肪酸組分含量差異較大，且不同液態有機肥對SFA組分含量具有一定影響。在8種SFA組分中，月桂酸（C12：0）、山崳酸（C22：0）、木蠟酸（C24：0）含量處理間差異較小，未達顯著水平。癸酸（C10：0）、肉豆蔻酸（C14：0）整體表現為以液態有機肥處理（L1- L5）含量高于CK和NPK處理。棕櫚酸（C16：0）、硬脂酸（C18：0）含量最高，與CK相比，施肥處理（NPK、L1 - L5）的C16：0、C18：0分別顯著增加0.171- 1.040個、0.128 - 0.507個百分點，以液態有機肥L1、L2處理的值較高。各處理花生酸（C20：0）含量與棕櫚酸、硬脂酸規律基本一致。

在4種MUFA組分中，肉豆蔻烯酸（C14：1）、棕櫚烯酸（C16：1）及二十碳烯酸（C20：1）含量均較低。油酸（C18：1）含量較高（19. 459％-23.337%），各處理C18：1含量表現為CK ＜IA＜NPK＜L5＜L2＜L3＜L1，其中液態有機肥處理均顯著高于CK，L1、L2、L3處理顯著高于NPK處理。液態有機肥處理中，以牛羊糞提取物處理（L1）的C18：1含量最高，顯著高于CK、NPK、L2、IA、L5處理。3種PUFA組分以α-亞麻酸（C18：3n3）含量最高，為40.543% - 48 .974%，亞油酸（C18：2）含量次之（25.287% - 33.327%），二十碳五烯酸（C20：5n3）含量最低（1.419% - 3.294%）。PUFA組分中，L2處理C20：5n3含量最高；L1處理C18：2、C18：3n3含量最高，較其他處理分別提高0.532 - 8.040個、0.956 -8.431個百分點。

2.2 不同液態有機肥對土壤總有機碳及活性有機碳含量的影響

由圖IA可知，L1、L2處理土壤總有機碳（SOC）含量較高，顯著高于其他處理，CK和IA處理的SOC含量較低，二者無顯著差異，其他施肥處理皆顯著高于CK。施肥處理中，L2處理的SOC含量較NPK處理提高65.09%。由圖IB可知，在活性有機碳組分中，微生物量碳（MBC）含量較高，可溶性有機碳（DOC）次之，易氧化有機碳（ROC）含量最低；對任一活性有機碳組分而言，皆以液態有機肥處理明顯高于CK和NPK處理。液態有機肥處理中，以L1處理的MBC、DOC含量最高，其他液態有機肥處理較之降低4.21% -17.21%、4.54% -5. 67%。L5處理的ROC含量較高，其他液態有機肥處理較之顯著降低7. 47% -24.10%。

2.3 不同液態有機肥對土壤微生物碳源代謝活性的影響

微生物碳源代謝的平均顏色變化率（AWCD）被用作土壤中微生物活性的指標。由圖2可知，孵育的前48 h內，各處理的AWCD值上升緩慢，處理間差距較小，之后開始明顯提升，孵育192 h內，CK的AWCD值提升幅度較低。與CK相比，添加液態有機肥均明顯提高培養后的AWCD值：與NPK處理相比，孵育192 h，液態有機肥處理的AWCD值提高-6. 77%- 64. 29%，其中僅IA處理低于NPK處理，其他液態有機肥處理皆大于NPK處理。就液態有機肥處理而言，L1、L2處理最有利于提升微生物碳代謝活性，其AWCD值明顯高于其他液態有機肥處理，L3、L4處理的AWCD值與NPK處理相比沒有明顯改變。

2.4 不同液態有機肥對土壤微生物利用不同碳源類型能力的影響

由圖3可知，土壤微生物不同碳源類型的OD590mm值高低總體表現為碳水化合物（Carh）＞羧酸化合物（CaIx）＞氨基酸化合物（Amoa）＞多聚化合物（Poly）＞胺類化合物（Amin）＞芳香化合物（Phen），而不同處理在一定程度上影響了土壤微生物對不同碳源的利用能力。L1處理條件下土壤微生物對Carh、Amin、Amoa、Poly的利用能力較佳，其中對Carh、Amoa的利用能力最強，其他處理較L1顯著降低28.08% - 59.75%、6.42% - 57. 58%。各處理CaIx值以L2處理最高，其他處理較之顯著降低21.84% - 70.93%。L5處理對Poly、Phen的利用能力最佳，其中Poly利用能力表現為CK＜L3＜IA＜L2＜ NPK＜L1＜L5，與L5相比，其他處理降低3.05% -70.63%；對Phen的利用能力，CK、NPK、L1處理較L5處理分別顯著降低66. 48%、52. 35%、40. 17%。

2.5 不同液態有機肥對土壤微生物功能多樣性的影響

由圖4A可知，各處理的香農多樣性指數表現為CK＜IA＜L3＜NPK＜L5＜L2＜LI。與CK相比，各施肥處理的香農多樣性指數顯著升高15. 26%-39.41%；與L1處理相比，NPK、L2、L3、IA、L5處理則分別降低13. 19%、4.76%、17. 96%、20. 95%、5.86%，其中NPK、L3、IA處理差異達顯著水平。

由圖4B可知，各處理的香農均勻度指數表現為IA＜CK＜NPK＜L3＜L5 ＜L1＜L2，且IA與CK、NPK處理無顯著差異，但顯著低于其他液態有機肥處理。

以上結果表明，施用液態有機肥（特別是L1、L2和L5）對土壤微生物群落的多樣性和均勻度具有顯著正向影響。

2.6 土壤碳指標與微生物碳源代謝能力的冗余分析

采用孵育196 h的土壤微生物對碳源的AWCD與土壤總有機碳及活性碳組分進行冗余分析（RDA）。結果（圖5）表明，RDAI為51.23%，RDA2為21 .09%，二者總貢獻率為72. 32%，可解釋土壤微生物對碳源的利用能力情況。由圖5看出，土壤微生物對Phen、Poly、Carh、Amoa、Carx及Amin的利用能力與SOC、ROC、DOC、MBC含量均呈正相關。可見，液態有機肥能夠通過影響土壤微生物對土壤碳源的利用能力，介導土壤碳組分轉化。

3 討論與結論

脂肪酸組成與含量是反映油料作物籽粒含油量水平與營養價值的直觀表征，同時也是反映植物碳同化能力的重要指標。本研究結果表明，‘鳳丹’籽粒中共檢出15種脂肪酸，其中飽和脂肪酸（SFA）8種，單不飽和脂肪酸（MUFA）4種，多不飽和脂肪酸（PUFA）3種。這與前人的研究結果存在一定差異：鄭雅琪等[21]研究表明，油用牡丹中含有一定量的十七烷酸（C17：0）、二十二烯酸（C22：1），而本研究檢測到未被報道過的二十碳五烯酸（C20：Sn3）、癸酸（CIO：0）等。本研究中，脂肪酸組分（SFA、MUFA、PUFA）中PUFA組分最少，但其含量最高。這與張夢嬌等的研究結果基本一致：多不飽和脂肪酸是油用牡丹的主要脂肪酸類型。本研究中，以PUFA中的亞油酸（C18：2）、α-亞麻酸（C18：3n3）含量較高，二者總含量可達65%以上。這與Liu等的研究結論基本一致：亞油酸、α-亞麻酸是牡丹籽粒含量最高的脂肪酸種類。大量研究表明，亞油酸和α-亞麻酸是人體必需的多不飽和脂肪酸，具有調節免疫力、增強機體酶代謝以及預防心腦血管疾病等功效。本研究中，L1、L5處理下C18：2、C18：3n3含量較高，且均顯著高于CK、NPK處理，表明牛羊糞提取物液態有機肥和魚蝦提取物液態有機肥可促進牡丹籽粒亞油酸、α-亞麻酸的生物合成。

有機碳組成特征、周轉速率及碳活性是評價土壤質量、碳庫穩定性及土壤養分周轉的重要指標，不同組分有機碳對外部環境的敏感度相差較大，其中活性組分含量變化是反映瞬時土壤微生物活性和有效養分變化的主要有機碳指標。高欣等研究表明，蚯蚓糞肥、牛羊糞可提高連作花生根際土壤的微生物量碳、可礦化有機碳和可溶性有機碳，同時有助于土壤非活性有機碳的積累。孫雪等研究表明，單施秸稈或有機糞肥對土壤團聚體結構具有積極影響，同時可降低惰性有機碳含量，提高小粒徑團聚體活性和有機碳組分比例。本研究中，除IA處理外，其他液態有機肥處理的土壤總有機碳含量均高于不施肥和無機專用液體肥處理，各液態有機肥處理活性有機碳組分（MBC、DOC、ROC）均顯著高于CK、NPK處理。液態有機肥處理較佳的原因可能是其含有大量有效養分，與傳統的固態有機肥料相比，液態肥養分釋放速率更快，更容易被植物吸收利用。

Biolog-Eco是監測土壤細菌功能活性的重要技術，可反映微生物活性、多樣性以及土壤碳轉化的短期變化情況。本研究結果表明，施肥可提高根際土壤微生物碳源代謝的平均顏色變化率（AWCD），液態有機肥處理整體優于NPK處理，以L1處理的AWCD值最高，孵育192 h時明顯高于其他液態有機肥處理。前人研究表明，家畜糞便中含有大量的有機酸，有機酸是土壤微生物吸收利用的重要能量物質，充足的有機酸供應有利于微生物增殖，有機酸也是促生長物質，可促進植物生長與發育，這可能是牛羊糞提取物液態肥處理較優的原因。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。本研究結果表明，施用液態有機肥處理（特別是L1、L2和L5）顯著提高了土壤微生物群落的多樣性和均勻度：液態有機肥提高碳底物利用率的原因可能是土壤微生物結構及土壤質地變化的結果。

本研究結果表明，與CK和NPK處理相比，液態有機肥處理的土壤微生物對6種碳源類型（Phen、Poly、Carh、Amoa、Carx、Amin）的利用能力較高。這與前人的結論一致：液態有機肥養分可作為微生物利用底物，促進微生物增殖發育，影響微生物群落的豐度與多樣性，從而提高微生物對碳源的利用能力。L1處理條件下土壤微生物對Carh、Amin、Amoa、Poly的利用能力較佳，其中對Carh、Amoa的利用能力最強，其他處理較之顯著降低28. 08％ - 59.75％、6.42％ - 57.58%。且L1處理下土壤微生物對6種碳源利用能力均明顯大于CK。此外，冗余分析（RDA）表明，液態有機肥處理下土壤微生物對6種碳源類型的利用能力與總有機碳（SOC）、活性有機碳組分（MBC、DOC、ROC）含量均呈正相關，說明土壤微生物碳利用能力與土壤有機碳轉化間具有協同關系。

綜上，施用牛羊糞提取物液態肥可有效提高土壤總有機碳和活性有機碳含量及土壤微生物的碳利用能力，增加油用牡丹籽粒脂肪酸組分含量，為最優處理。

基金項目：國家重點研發計劃項目（2020YFD1000500）