植物源藥肥對溫室黃瓜生長發育和土壤環境的影響

吳傳萬， 杜小鳳， 顧大路， 楊文飛， 文廷剛， 王偉中

(江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所，江蘇 淮安223001)

受人多地少的特殊國情的影響，中國是世界上化肥施用量最多的國家之一，單位耕地面積化肥用量極大地高于世界平均水平，化肥的大量施用雖可在一定程度上提高作物產量，但逐漸出現了水體富營養化、農產品品質下降等一系列嚴重的生態環境問題［1-3］。大量研究結果表明，施用有機肥和生物有機肥，既有利于增產增收，改善農產品品質，又可培肥土壤，減少化學肥料用量，且能夠調節土壤中微生物區系組成，使其向著健康方向發展，從而在一定程度上減少作物病害的發生［4-9］。增施有機肥和生物有機肥，已成為中國農業生產的主流方向與重要施肥技術措施。

作為生物有機肥之一的植物源藥肥，是指以工農業、畜牧業生產廢棄物或中藥殘渣經無害化技術處理后作為有機載體，與具有強烈殺蟲抑菌植物材料混合，輔以氮磷鉀肥合理組配而成的一種兼具營養、植保雙重功效的新型有機藥肥，是農業可持續發展與有機生態農業產業的理想肥源［10］，對馬鈴薯［11］、花生［12］、西瓜［13］等農作物及設施蔬菜具有良好的應用效果［14］。筆者團隊曾對苦豆子［15］和牛心樸子［16］的殺線蟲功能進行了研究，并在此基礎上，以用于生產植物源農藥——康綠功臣后所剩的苦豆子渣，輔以楝樹和牛心樸子等殺蟲殺菌植物超細粉，經過無害化處理后作為有機載體，加入腐殖酸、無機養分和微量元素等肥料，研發出兼具營養、改土、防蟲害多功能于一體的新一代生態環保型藥肥(專利產品:ZL200710026023.X)，施用后既有促進作物優質高產的肥料功能，又有防治病蟲害的效果，在淮安及周邊地區示范應用面積不斷擴大，取得了較好的效果［17］。

黃瓜以其高產、高效、市場大，并且能夠進行周年生產而成為日光溫室的主栽品種之一［18-20］。作為國家地理商標的淮安“丁集黃瓜”遠近聞名，單一的栽培模式致使連作障礙日益嚴重，同時由于生產栽培條件的限制和經濟利益的驅使，在黃瓜栽培過程中，超量使用化肥和農藥，既增加了生產成本，又降低了黃瓜品質，并且引起土壤環境惡化［21］。本試驗擬研究植物源藥肥對日光溫室黃瓜生長發育、產量品質及土壤根結線蟲、土壤微生物和土壤酶活性的影響，旨在為植物源藥肥推廣應用提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試黃瓜品種為津春3 號，由天津農業科學院黃瓜研究所育成，是淮安地區溫室主栽黃瓜品種。供試肥料植物源藥肥商品名:壯苗除害專用肥，肥料登記證:蘇農肥(2006)準字0027-02 號，由江蘇省植物生長調節劑工程技術研究中心研制，江蘇天補有機農業科技發展公司生產，養分含量為N+P2O5+K2O≥33%(質量比為13 ∶10 ∶10)，且含腐植酸、苦豆子粉、牛心樸子粉和楝果粉10% 以上。

1.2 試驗設計

試驗于2011 年11 月至2012 年5 月在江蘇省淮安市淮陰日光溫室蔬菜科技園區(位于淮陰區丁集鎮娘莊村)日光溫室中進行，該日光溫室之前已連續種植黃瓜3 年。土壤為砂壤土，肥力中等，pH值7.8，有機質6.6 g/kg，堿解氮145.0 mg/kg，有效磷46.2 mg/kg，速效鉀298.0 mg/kg。

試驗設3 個處理，分別為對照組、化肥組和藥肥組。(1)對照組:不施用任何有機肥和化肥。(2)化肥組:按當地農戶習慣施肥量折算成化肥單獨施用，不施任何農家肥與有機肥，基施尿素339 kg/hm2(純氮156 kg)、過磷酸鈣1 000 kg/hm2(P2O5120 kg)、硫酸鉀240 kg/hm2(K2O 120 kg)，基肥總養分396 kg/hm2。開花期開始追肥，每次追施尿素169.5 kg/hm2、過磷酸鈣500 kg/hm2、硫酸鉀120 kg/hm2，每次追肥總養分198 kg/hm2，每10 d 追肥1 次，共計追肥7 次。(3)藥肥組:基施植物源藥肥1 200 kg/hm2，總養分使用量與化肥組相當，開花期開始追肥，每次追施植物源藥肥600 kg/hm2，每次追肥總養分與化肥組相當，每10 d 追肥1 次，共計追肥7 次。每處理3 次重復，隨機區組排列，每小區面積33 m2，各小區之間設置1 m 隔離帶。采用嫁接定植法栽培，正常田間管理，3 個處理管理一致。

1.3 研究方法

分別于黃瓜的初花期(定植后45 d)和盛果期(定植后75 d)測量黃瓜的株高、莖粗、葉片數、葉面積、全株干質量，并計算葉面積、比葉面積(葉面積/葉干質量)。于初花期開始調查第1 雌花節位、雌花數、雌花節率(25 片葉以內)及坐瓜率［22］，試驗過程中，當黃瓜長成開始采摘時，按小區分批累計計產，核算黃瓜產量。

于盛果期采集果實，選取中間部位用常規方法測定黃瓜品質，其中維生素C 含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定［23］;可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［23］;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定［23］;硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定［23］。

于盛果期，每小區按多點法采集根系周圍土壤(約15 cm 土層)得到混合樣，新鮮土樣用滅菌的塑料袋包扎密封，一部分4 ℃保存，用于測定微生物數量;一部分風干，過1 mm 篩孔，用于測定土壤酶活性。土壤微生物數量采用稀釋平板計數法進行測定［24］。細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基培養;真菌采用馬丁氏培養基(300 ml 培養基中加入3%重鉻酸鉀1 ml 以抑制細菌和霉菌生長)培養;放線菌采用改良高氏一號培養基(1 000 ml 培養基中加1%孟加拉紅水溶液3.3 ml 和1%鏈霉素3 ml)培養。同時測定土壤中脲酶、過氧化氫酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性，其中土壤脲酶活性用靛酚藍比色法測定［24］，以1 g 土24 h 產生的NH+4-N 質量表示;過氧化氫酶活性用高錳酸鉀滴定法測定［24］，以1 g 土消耗0.1 mol/L KMnO4體積表示;蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法測定［24］，以1 g 土24 h 產生的葡萄糖質量表示;中性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法測定［24］，以1 g 土24 h產生的酚質量表示。

在黃瓜拉秧時，按處理在每小區隨機挖取黃瓜植株根系20 株，調查黃瓜根結線蟲病級，計算根結線蟲病情指數和防治效果。根結線蟲的病情分級采用肖炎農等［25］的分級標準:0 級，根系健康，無根結;1 級，根系有少量根結，占全根系1% ～25%;2級，根系根結數量中等，占全根系26% ～50%;3 級，根系根結數量很多，占全根系51% ～75%;4 級，根系根結數量特多且大，占全根系76% ～100%。根據分級結果計算病情指數和相對防效。

病情指數=∑(各級病株數×相對應級別數)/(調查總株數×最高級值)×100%

相對防效=(對照病情指數-處理病情指數)/對照病情指數×100%

1.4 數據分析與處理

采用DPS v14.10 高級版和Microsoft Excel 2010軟件對試驗數據進行處理和統計分析，用LSD 法進行多重比較，并用SigmaPlot 12.0 作圖。

2 結果

2.1 植物源藥肥對溫室黃瓜生長的影響

田間觀測發現，施用化肥和植物源藥肥的黃瓜植株明顯高于對照，葉色深綠，長勢旺盛。由表1 可見，與對照不施肥相比，化肥組和植物源藥肥組均可提高溫室黃瓜株高、莖粗、葉片數、葉面積、比葉面積和全株干質量(P＜0.05)，尤其是植物源藥肥效果明顯。初花期施用植物源藥肥株高、莖粗、葉片數、葉面積、比葉面積和全株干質量較對照分別增加25.95%、4.52%、16.35%、24.77%、30.13% 和29.10%;盛果期施用植物源藥肥株高、莖粗、葉片數、葉面積、比葉面積和全株干質量較對照分別增加27.86%、19.40%、12.72%、15.49%、26.17% 和27.87%。同時盛果期施用植物源藥肥較施用化肥處理，株高增加2.73 cm，莖粗增加0.43 mm，葉片數增加0.18 片，葉面積增加9.19 cm2，比葉面積提高16.94 g/m2，全株干質量增加1.87 g，說明施用含有植物源功能的有機質生態有機肥料，有利于提高黃瓜生長，促進其高產。

2.2 植物源藥肥對溫室黃瓜產量性狀的影響

由表2 可知，不同施肥處理對溫室黃瓜產量性狀具有顯著的影響，與不施肥處理相比，施用常規化學肥料和植物源藥肥均能明顯降低雌花節位，提高雌花數、雌花節率和坐瓜率，尤其是植物源藥肥效果更佳。與施用常規化學肥料相比，施用植物源藥肥，雌花節位降低11.21%，雌花數、雌花節率和坐瓜率分別提高5.78%、9.88%和13.1%;與不施肥料(空白對照)相比，施用植物源藥肥的黃瓜雌花節位降低27.96%，雌花數、雌花節率和坐瓜率分別提高48.39%、35.29%和34.71%。可見，植物源藥肥對降低黃瓜雌花節位，提高雌花數、雌花節率和坐瓜率具有顯著功效，有利于黃瓜獲得高產。

表1 植物源藥肥對溫室黃瓜生理指標的影響Table 1 Effect of plant-derived officinal fertilizer on physiological indices of cucumber in solar greenhouse

表2 植物源藥肥對溫室黃瓜產量性狀的影響Table 2 Effect of plant-derived officinal fertilizer on yield traits of cucumber in solar greenhouse

2.3 植物源藥肥對溫室黃瓜土壤微生物的影響

土壤微生物作為土壤生物的一種，是最活躍的土壤肥力因子之一，對土壤質量和肥力的作用方面舉足輕重。土壤微生物體系組成和數量的變化，對土壤養分的轉化和吸收以及各種土壤病蟲害的發生均有較大影響［26］。由表3 可知，溫室黃瓜土壤微生物以細菌為主，放線菌其次，真菌數量最低，但不同施肥處理對微生物數量影響顯著。與不施肥空白對照相比，植物源藥肥處理可顯著提高細菌數量、放線菌數量、微生物總量和B/F值，降低真菌數量(P＜0.05)，其中細菌數量增加1.99×107CFU/g，增幅達57.02%;放線菌數量增加 1.75×105CFU/g，增幅達112.9%;微生物總量增加20.07×106CFU/g，增幅達57.24%;B/F值增加9 602.09，增幅達2.6倍;真 菌 數 量 降 低 5.37× 103CFU/g，降 幅 達56.41%。與常規施用化學肥料比較，植物源藥肥細菌數量、放線菌數量、微生物總量和B/F值分別提高16.1%、88.57%、16.36%和172.84%，真菌數量降低57.35%。顯然，由于植物源藥肥中含有殺蟲抑菌活性成分，可對土壤微生物進行選擇性調控，以利于溫室連作土壤的改良。

表3 植物源藥肥對溫室黃瓜土壤微生物的影響Table 3 Effect of plant-derived officinal fertilizer on soil microbial quantity of cucumber in solar greenhouse

2.4 植物源藥肥對溫室黃瓜土壤酶活性的影響

土壤是一個活的生態系統，這個系統的一切生化過程均是在相關土壤酶的作用下進行的。土壤酶是指土壤微生物、植物根系和土壤中其他生物細胞產生的胞內酶和胞外酶的總稱［27］。土壤酶活性反映了土壤中養分的轉化能力以及土壤生物活性的高低，土壤酶參與了土壤中各種代謝過程和能量轉化，是土壤生化特征的重要組成部分，是評價土壤肥力的一項重要指標。由圖1 可見，不同施肥處理對土壤酶活性具有顯著影響，在溫室黃瓜盛果期施用植物源藥肥，能顯著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性(P＜0.05)，與不施肥對照處理相比，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別提高38.32%、174.42%、28.05%和41.92%;與常規施用化學肥料比較，施用植物源藥肥處理土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別增加32.52%、54.89%、25.75% 和41.92%。說明植物源藥肥具有提高土壤酶活性的功效，為黃瓜高產奠定了良好的土壤生態系統。

圖1 植物源藥肥對溫室黃瓜土壤酶活性的影響Fig.1 Effect of plant-derived officinal fertilizer on soil enzyme activities of cucumber in solar greenhouse

2.5 植物源藥肥對溫室黃瓜根結線蟲的防效

根結線蟲危害是引起溫室黃瓜連作障礙的主要因子，造成黃瓜產量與品質下降。由圖2 可以看出，施用植物源藥肥能極顯著提高根結線蟲防控效果，與不施肥對照和施用常規化學肥料相比，根結線蟲病情指數分別下降61.82%和61.50%(P＜0.01)，相對防效達58.53%，這可能是植物源藥肥中含有苦豆子和牛心樸子等殺線蟲物質的緣故。

圖2 植物源藥肥對溫室黃瓜根結線蟲的防效Fig.2 Control effect of plant-derived officinal fertilizer on root knot nematodes of cucumber in solar greenhouse

2.6 植物源藥肥對溫室黃瓜營養品質和產量的影響及經濟效益分析

不同施肥處理對溫室黃瓜維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸鹽含量影響不同。由表4 可見，與常規施用化學肥料相比，施用植物源藥肥能顯著改善黃瓜品質，維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量分別提高11.92%、32.86%和14.34%，硝酸鹽含量降低36.21%。3 種處理的硝酸鹽含量均低于國家蔬菜硝酸鹽標準允許限量［440 mg/kg(GB19338—2003)］。同時，與不施肥對照相比，施用植物源藥肥對維生素C 含量與硝酸鹽含量影響不顯著，但能提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，分別提高15.86%和13.09%。

由表5 可知，施肥處理極顯著提高溫室黃瓜產量(P＜0.01)，施用常規化肥肥料與植物源藥肥，產量分別比不施肥對照增產49.62%和67.42%，其中施用植物源藥肥產量最高，較施用常規化學肥料增產11.90%，差異達顯著水平。根據投入產出效益分析，施用植物源藥肥處理利潤最大，比不施肥處理和常規化學肥料處理1 hm2分別增收106 600 元和29 801 元。

表4 植物源藥肥處理對溫室黃瓜營養品質的影響Table 4 Effect of plant-derived officinal fertilizer on nutritional quality of cucumber in solar greenhouse

表5 植物源藥肥處理溫室黃瓜的產量及收益分析Table 5 Analysis of yield and income of cucumber in solar greenhouse treated with plant-derived officinal fertilizer

2.7 溫室黃瓜產量、土壤微生物和酶活性的相關性分析

相關性分析結果(表6)表明:磷酸酶活性與細菌數量和微生物總量顯著正相關，與真菌數量、放線菌數量和B/F值無顯著相關性;而脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，這3 種酶與土壤微生物數量相關性相似，它們與真菌數量極顯著負相關，與放線菌數量和B/F值極顯著正相關;黃瓜產量與土壤細菌數量和微生物總量極顯著正相關，但與真菌和放線菌數量及B/F值相關性不顯著。

表6 溫室黃瓜土壤微生物數量與土壤酶活性及產量的相關性Table 6 Correlation coefficients between soil microbial quantity and enzyme activities and yield of cucumber in solar greenhouse

3 討論

3.1 施用植物源藥肥對溫室黃瓜生長發育和產量品質的影響

眾多研究結果表明，隨著設施黃瓜連作年限的延長，黃瓜產量、可溶性固形物含量和維生素C 含量均降低，且下降幅度逐年增大，蔬菜硝酸鹽含量上升，表明連作會造成黃瓜產量和品質下降［28］。然而，在正常的農業生產管理下，增施有機肥可以促進作物生長，改善品質，提高產量［29］。本研究結果也證實了這一結論，改施常規化學肥料為植物源藥肥，可顯著促進溫室黃瓜生長，提高溫室黃瓜株高、莖粗、葉片數、葉面積、比葉面積和全株干質量，并顯著降低黃瓜雌花節位，提高雌花數、雌花節率和坐瓜率，為黃瓜高產提供了良好的生物學基礎。同時，與常規施用化學肥料相比，施用植物源藥肥能顯著改善黃瓜品質和提高產量，表明植物源藥肥對溫室黃瓜具有良好的促生長、改善品質與增產增收的功效，可代替常規化學肥料應用于黃瓜栽培生產。

3.2 施用植物源藥肥對溫室黃瓜土壤環境的影響

土壤微生物是土壤中活的有機體，是衡量土壤肥力的一個重要指標，也是土壤理化特性的綜合反映。微生物種群結構的失衡是導致作物連作障礙的重要原因［30］。由于化學肥料的大量施用，土地復種指數的增加，土壤理化性質和微生物群落惡化，引起土傳病害滋生，尤其是隨著連作年限增加，微生物由“細菌型”向“真菌型”轉化，B/F值降低，土壤土傳病害發生嚴重［30-33］。本研究結果表明，溫室黃瓜土壤微生物以細菌為主，其次是放線菌，真菌數量最低，但不同施肥處理對微生物數量影響顯著，植物源藥肥處理可顯著提高細菌數量、放線菌數量、微生物總量和B/F值，降低真菌數量，有利于土壤向“細菌型”轉化，以改善土壤環境。這可能是因為植物源藥肥中含有殺蟲抑菌活性成分，可對土壤微生物進行選擇性調控，但其作用機理還有待進一步研究。

土壤酶是由微生物、動植物活體的分泌物或動植物殘體、遺骸分解釋放于土壤中的一類具有催化能力的生物活性成分，其活力是土壤生物群落對于代謝需求和營養有效性的直觀表達［34］。本研究結果表明，不同施肥處理對土壤酶活性具有顯著影響，施用植物源藥肥處理能顯著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，較不施肥對照分別提高38.32%、174.42%、28.05%和41.92%，較常規施用化學肥料分別增加32.52%、54.89%、25.75% 和41.92%，這可能正是植物源藥肥對溫室黃瓜增產的內在因子之一。

劉素慧等［35］通過對連作大蒜根際土壤微生物和酶活性的研究發現，氨化細菌與脲酶、多酚氧化酶均呈顯著正相關，芳香族分解菌與脲酶、過氧化氫酶呈極顯著正相關，細菌、微生物總量分別與磷酸酶呈顯著、極顯著正相關。本研究結果表明，土壤磷酸酶活性與細菌數量和微生物總量顯著正相關;而脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性則與真菌數量極顯著負相關，并與放線菌數量和B/F值極顯著正相關。同時，黃瓜產量與細菌數量和微生物總量呈極顯著正相關，而與真菌和放線菌數量及B/F值相關性不顯著。

陳芳等［36］研究結果表明施用生物有機肥可以顯著減少根結線蟲病在甜瓜中的發生，最高防效可達81.1%。本研究結果也證實了增施植物源藥肥可明顯降低溫室黃瓜根結線蟲的發生，有利于黃瓜高產。

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