生物磷肥對普通白菜生長、品質及土壤養分的影響

曹翠玲 閆 輝 王 珍 邵 陽

（1西北農林科技大學生命學院，陜西楊凌 712100；2天津天士力中藥科技發展有限公司，天津 300400）

生物磷肥對普通白菜生長、品質及土壤養分的影響

曹翠玲1閆 輝2王 珍1邵 陽1

（1西北農林科技大學生命學院，陜西楊凌 712100；2天津天士力中藥科技發展有限公司，天津 300400）

采用盆栽試驗方法，研究解磷細菌肥對普通白菜生長、品質及土壤理化性質的影響。結果表明：施用解磷細菌肥后土壤細菌數量極顯著升高，解磷細菌數量隨解磷細菌肥施用量的增加而極顯著增加，每盆施用45 g解磷細菌肥處理的土壤解磷細菌可達2.05×106cfu·g-1；同時土壤pH值下降。隨著解磷細菌肥施用量的增加，普通白菜地上部磷積累量極顯著增加，分別比其相應對照增加121.06%、226.43%和302.09%；地上部鮮質量呈顯著增高趨勢，分別比其相應對照增加40.19%、52.71%和33.56%；根冠比顯著降低，其中每盆施用45 g解磷細菌肥處理的根冠比最低，為0.013。每盆施用45 g解磷細菌肥處理的普通白菜葉片VC、可溶性糖、可溶性蛋白含量及游離氨基酸含量分別比其相應對照增加29.97%、39.94%、30.86%、17.36%，但硝態氮含量降低21.83%。綜上，以麩皮為主要載體制作的解磷細菌肥可以極顯著提高普通白菜對土壤難溶性磷素的利用，并能顯著提高普通白菜的產量和品質。

普通白菜；生物磷肥；解磷細菌肥；產量；品質

農業生產中磷素的重要性僅次于氮素。我國北方地區多為石灰性土壤（張維理和張乃鳳，1984），作物當季磷肥利用率一般只有5%～25%，其余75%～95%作為難溶性磷積累在土壤中或隨水流失進而造成水體污染（張寶貴和李貴桐，1998；Jones，1998）。我國自20世紀50年代施用化學磷肥以來，儲存累積在土壤中的難溶性磷已高達6 000萬t，超過近10年全國磷肥施用量的總和（張清 等，2007）。追求作物持續高產的集約化生產導致對磷肥需求量更大。但是，只顧大量施用磷肥，而不考慮提高磷肥利用率，不僅增加農業生產成本，還浪費磷肥資源，亦造成日益嚴重的環境污染（陳欣宇 等，1997）。如何提高磷肥利用效率、減少磷肥施用量、挖掘土壤中難溶性磷素的作物利用效率，已成為當前研究的熱點。

土壤中存在的解磷細菌（phosphate-solubilizing bacteria，PSB）對難溶性磷酸鹽具有巨大的轉化能力，能將土壤中的難溶性磷素轉換成植物可以吸收利用的有效磷，促進植物生長（Lin et al.，2000；趙小蓉和林啟美，2001）。國外早已將解磷微生物菌制成微生物菌肥投入農業生產，利用解磷細菌肥來提高土壤速效磷含量及磷肥肥效，同時也改善了農業生態環境（Vessey & Heisinger，2001；Chabot et al.，2011）。近年來，我國科研工作者郝晶等（2006）、朱培淼等（2007）、徐春英等（2014）的研究結果也表明施用解磷微生物能大幅度提高土壤速效磷含量，促進玉米、小麥等作物生長。但是上述研究所施用的均是解磷微生物的發酵液，在農業生產上極為不方便，這也是解磷微生物肥料在我國不能普遍應用于農業生產的重要原因之一；加之解磷微生物種類繁多、分解機制不盡相同且機理較復雜（王光華 等，2003）；同時由于解磷微生物個體微小，其在土壤中的活動規律不易被觀察，土壤解磷作用發揮條件的研究較少等因素，故解磷細菌肥在我國沒有廣泛推廣使用。

很多科研工作者在研究解磷微生物的解磷效果時都是在室內進行的，且采用的培養基中均含有成本較高的牛肉膏、蛋白胨等成分（鐘傳青和黃為一，2005；張偉偉和王寶琴，2014；燕紅 等，2016），不適宜生產實際。麩皮是小麥加工面粉后的副產品，北方地區資源豐富、價格低廉，且蛋白質、礦物質和維生素等含量豐富（王旭峰 等，2006），是細菌生長的良好基質。本試驗以麩皮作為解磷細菌發酵載體，制作解磷細菌肥，采用盆栽試驗方法研究其對普通白菜生長和品質的影響，以期為解磷細菌肥的廣泛應用、提高磷素利用效率提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試普通白菜〔Brassica campestris L. ssp. chinensis（L.）Makino var. communis Tsen et Lee〕品種為上海青四季王，購于楊凌蔬菜種子公司。

供試土壤為土，取自多年未施肥的西北農林科技大學北校區藥用植物園（北緯34°16′56.24"，東經108°4′27.95"），pH值為8.50，全磷含量661.32 mg·kg-1，速效磷4.53 mg·kg-1，全鉀4.83 g·kg-1，速效鉀150.66 mg·kg-1，有機質15.21 g·kg-1。

解磷細菌肥制作：供試菌種為無機解磷細菌W1，經16sRNA鑒定為蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）（潘虹 等，2015）。按1%（質量比）的接種量將W1接種于滅菌麩皮（250 g麩皮用100 mL約50 ℃溫水攪拌均勻，121 ℃滅菌20 min）中，30 ℃黑暗條件下培養發酵24 h，解磷細菌肥中含解磷細菌W1的數量為8.1×1010cfu·g-1（FW）；對照為用無菌水替代W1的未發酵麩皮，培養條件相同。

1.2 試驗方法

試驗于2015年3～6月在西北農林科技大學生命科學學院進行。3月9日育苗，4月30日將4葉期幼苗移栽到上口內徑為24 cm、下口內徑為17 cm、高16 cm、裝3.5 kg土（風干，過2 mm篩）的盆中，每盆6株。澆足水后在陰涼處放置2 d，緩苗后將試驗盆移至室外放置（平均氣溫26 ℃）。

試驗設3個解磷細菌肥處理水平，即每盆分別加入5、15、45 g解磷細菌肥，記作T5、T15、T45；以施用相同數量未發酵（不加解磷細菌W1）的麩皮作為各解磷細菌肥處理的相應對照，記作CK5、CK15、CK45；以既不施麩皮也不施解磷細菌肥的處理作為絕對對照，記為CK0；共7個處理，每處理5次重復。移栽前將解磷細菌肥作為底肥施入土壤中。

采用硝態氮〔Ca（NO3）2〕作為氮肥，每公斤土壤施純氮0.28 g，折合每盆施Ca（NO3）25.75 g；其中1.35 g Ca（NO3）2作為基肥與解磷細菌肥或麩皮同時施入，然后在普通白菜3片真葉及5片真葉時每盆分別追施Ca（NO3）22.2 g，追肥時將肥料溶解后均勻施入。

普通白菜生長期間按常規管理。采用稱重法控水，保持土壤絕對含水量在22%左右。5月26日采樣，測定生物量、品質指標、土壤細菌及解磷細菌數量。

1.3 項目測定

生物量測定：每處理分別選取長勢一致的植株4株，測定地上部和地下部鮮質量；然后115 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定地上部和地下部干質量，并計算根冠比（Li et al.，2009）。

品質指標測定：可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，VC含量采用鉬藍比色法測定，游離氨基酸含量采用茚三酮顯色法測定，硝態氮含量采用水楊酸法測定（高俊鳳，2006）；纖維素含量采用酸解法測定（熊素敏 等，2005）。植株磷含量（P）采用H2SO4-H2O消煮鉬黃比色法測定（鮑士旦，2000）。

土壤理化性質測定：5月28日，普通白菜收獲后采集土樣，風干過100目篩，測定全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、全氮、硝態氮、銨態氮含量及pH值（鮑士旦，2000）。

土壤細菌及解磷細菌數量測定：分別取植株根際新鮮土壤樣品2 g，放入盛有18 mL無菌水的三角瓶中，180 r·min-1、30 ℃振蕩30 min；取1 mL土壤懸浮液（梯度為10-1），加入9 mL無菌水后即為10-2梯度的土壤懸浮液，重復上述操作，制成連續濃度梯度為10-3～10-5的土壤懸浮液。吸取10-3～10-5濃度梯度土壤懸浮液各0.1 mL，均勻涂布于無機解磷固體培養基〔葡萄糖10 g，（NH4）2SO40.5 g，NaCl 0.3 g，KCl 0.3 g，MgSO4·7H2O 0.3 g，Ca3（PO4）210 g，FeSO4·7H2O 0.03 g，MnSO4·4H2O 0.03 g，蒸餾水1 L，瓊脂18 g，pH值7.0～7.5〕，置于30 ℃恒溫培養箱中黑暗培養3 d，統計平板中菌落總數及解磷細菌數（菌落周圍有透明圈者），并計算土壤樣品中微生物數量。

1.4 數據處理

采用SPSS 16.0軟件對試驗數據進行統計分析和LSD檢驗，采用Origin 9.0軟件作圖。

表1 施用解磷細菌肥對普通白菜地上部磷含量和磷積累量的影響

表2 施用解磷細菌肥對普通白菜生物量的影響

2 結果與分析

2.1 施用解磷細菌肥對普通白菜地上部磷含量及磷積累量的影響

由表1可知，施用解磷細菌肥后，普通白菜地上部磷含量及磷積累量均較對照極顯著增加，T5、T15、T45處理分別比其相應對照增加65.10%、107.14%、150.00%和121.06%、226.43%、302.09%；且隨著解磷細菌肥施用量的增加，植株地上部磷含量及磷積累量依次升高，各處理間差異亦達極顯著水平。說明施用解磷細菌肥能促進土壤中的難溶性磷素轉變為有效磷，并促進了普通白菜對磷素的吸收。

2.2 施用解磷細菌肥對普通白菜生物量的影響

由表2可知，T5、T15、T45處理的普通白菜地上部鮮質量、干質量均較其相應對照顯著提高，分別比其相應對照增加40.19%、52.71%、33.56%和34.62%、66.67%、61.46%；且隨著解磷細菌肥施用量的增加而逐級增加，T45處理單株地上部鮮質量可達13.81 g。說明施用解磷細菌肥能促進普通白菜干物質的積累，促進普通白菜生長。

從表2還可以看出，CK0處理的普通白菜根冠比最大，而施用未發酵麩皮及解磷細菌肥后根冠比均顯著降低，且隨著解磷細菌肥施用量的增加根冠比依次顯著降低。說明施用未發酵麩皮及解磷細菌肥都能夠有效改善土壤磷素的供給狀態。

2.3 施用解磷細菌肥對普通白菜品質的影響

由表3可知，施用未發酵麩皮及解磷細菌肥均能提高普通白菜葉片中VC含量，但施用未發酵麩皮各處理與CK0之間差異均不顯著；隨著解磷細菌肥施用量的增加，VC含量顯著提高，且均顯著高于其相應對照；T45處理的VC含量最高，比CK45增加29.97%。說明施用解磷細菌肥能提高普通白菜葉片VC含量。

CK0處理的普通白菜葉片中硝態氮含量最高，其次是施用未發酵麩皮組，施用解磷細菌肥組最低；不論是施用未發酵麩皮還是施用解磷細菌肥，硝態氮含量均隨施入量的增加而降低；T45處理的硝態氮含量最低，較T5、T15處理顯著降低了15.89%、15.49%（表3）。說明施用解磷細菌肥可以顯著降低普通白菜葉片硝態氮含量。

與CK0相比，施用未發酵麩皮對普通白菜葉片可溶性糖含量影響不大，施用解磷細菌肥可溶性糖含量顯著升高；T45處理的可溶性糖含量最高，比CK45增加39.94%（表3）。說明施用解磷細菌肥可以提高普通白菜葉片可溶性糖含量。

施用解磷細菌肥各處理普通白菜葉片可溶性蛋白含量均顯著高于相應對照及CK0；隨著解磷細菌肥施用量的增加，可溶性蛋白含量顯著提高（表3）。表明單獨施用有機質（麩皮）雖能提高普通白菜葉片的可溶性蛋白含量，但施用解磷細菌肥后效果更為顯著。

與CK0相比，普通白菜葉片游離氨基酸含量不隨未發酵麩皮施用量的變化而變化；但是施用解磷細菌肥后游離氨基酸含量顯著提高，且隨著解磷細菌肥施用量的增加而依次顯著升高，T5、T15和T45處理的游離氨基酸含量分別比其相應對照顯著增加5.54%、12.77%和17.36%（表3）。說明施用解磷細菌肥可以促進普通白菜葉片氨基酸的合成。

從表3還可以看出，普通白菜葉片纖維素含量變化趨勢與可溶性蛋白含量變化趨勢相同。施用解磷細菌肥能顯著提高纖維素含量，且隨著解磷細菌肥施用量的增加依次顯著增加，T45處理的纖維素含量最高，為0.997 mmol·g-1（DW），比CK0增加34.73%、比CK45增加22.63%。說明施用解磷細菌肥能促進普通白菜葉片纖維素的合成。

表3 施用解磷細菌肥對普通白菜品質的影響

表4 施用解磷細菌肥對土壤理化性質的影響

2.4 施用解磷細菌肥對土壤養分狀況的影響

由表4可知，土壤養分狀況因施用麩皮及解磷細菌肥均發生了較為明顯的變化。就磷素而言，施用麩皮及解磷細菌肥后，土壤全磷含量均較CK0有較大幅度提高（除T5處理略低于CK0外）；從有效磷來看，施用麩皮組的土壤速效磷含量明顯高于施用解磷細菌肥組，且隨著麩皮施用量的增加而增加；隨解磷細菌肥施用量增加，土壤速效磷含量也逐步升高，T45與T5、T15處理之間差異極顯著。說明施用解磷細菌肥能夠提高土壤速效磷含量。

施用未發酵麩皮處理組，土壤全氮含量僅CK45處理與CK0差異極顯著，且僅比CK0低17.54%；而施用解磷細菌肥處理組，土壤全氮含量極顯著降低，且隨解磷細菌肥施用量加大，全氮含量依次降低（表4）。

與CK0相比，施用未發酵麩皮及解磷細菌肥均能增加土壤全鉀及速效鉀含量（除T5處理外）；當未發酵麩皮和解磷細菌肥的施用量達到45 g·盆-1時，全鉀及速效鉀含量與15 g·盆-1處理之間有極顯著差異（表4）。說明麩皮及以其為載體制作的解磷細菌肥的施用量只有達到一定水平時，才能改善土壤的鉀素狀況。

從表4還可以看出，僅僅施用未發酵麩皮或施用少量解磷細菌肥，土壤pH值均無明顯變化；當解磷細菌肥施用量增加到15、45 g·盆-1時，才會導致土壤pH值極顯著下降，比其相應對照分別降低了0.19和0.27。這說明解磷細菌肥的施用量只有達到一定水平后，才能引起作物根際土壤pH值的顯著降低，才能促進土壤中的難溶性磷轉化為可溶性磷。

2.5 施用解磷細菌肥對土壤細菌數量和解磷細菌數量的影響

由表5可知，施用未發酵麩皮后，普通白菜根際土壤細菌總數較CK0極顯著增加，麩皮施用量達到45 g·盆-1時，根際土壤中解磷細菌數量達到12.50×105cfu·g-1，一是說明麩皮是解磷細菌生長的良好介質；二是麩皮施用量達到一定水平時，才能滿足解磷細菌的生長。施用解磷細菌肥后，細菌總數隨解磷細菌肥施用量的增加依次極顯著增長，各處理與其相應對照之間差異達極顯著水平；解磷細菌肥施用量為45 g·盆-1時，根際土壤中解磷細菌數量高達20.50×105cfu·g-1，是CK45的1.6倍，這可能是因為以麩皮為主要載體的解磷細菌肥施入土壤后，其中的解磷細菌能在土壤中保持一定的數量，且菌肥帶入的有機養分能使土壤中原有解磷細菌數量顯著增加。

表5 施用解磷細菌肥對土壤細菌總數及解磷細菌數量的影響

3 討論

長期以來，為了追求高產，農業生產往往施用大量磷肥，這不僅增加農業成本，而且導致農田磷素大量累積，增加磷遷移流失，近年來水體富營養化問題有不斷加劇的趨勢，直接增加了環境風險（劉遠金 等，2002；Sharpley，2003）；聯合國糧農組織估計中國農田磷素進入水體的負荷為19.5 kg·hm-2，我國因農業面源污染而導致63.6%的河流、湖泊呈富營養化狀態（李瑞雪 等，2005）。因此大力推廣解磷細菌肥在農業生產中的應用，不但能提高磷素在土壤-微生物-植物生態系統中的循環效率，而且是生態友好地提高磷肥利用率的極好途徑（王光華 等，2003）。

室內試驗條件下進行的很多解磷微生物研究解磷效果好，但轉接土壤后解磷效果并不理想，甚至失去解磷能力（Banik & Dey，1978）。這是因為實驗室可以滿足解磷微生物生長、繁殖的一切養分條件，而土壤則不一定能滿足解磷微生物生存的養分條件，就更無從談及其解磷活性。因此選用合適的載體將解磷微生物帶入土壤是推廣解磷細菌肥的首要條件。本試驗以含有豐富碳氮源、能為細菌生長提供充足營養的麩皮（林琳，2010）為載體制作解磷細菌肥，施入土壤后能夠為解磷細菌在土壤環境中發揮解磷活性提供養分保障，所以本試驗中施用的解磷細菌肥越多，土壤中的解磷細菌和細菌數量也就越多，植物體累積的磷素也就越多，而且根冠比也越小，也就越有利于普通白菜的生長，其生物量就越大。前人研究也證明，供磷不足時豇豆干物質累積量顯著降低，且缺磷主要影響地上部分干物質累積，促使干物質向根系轉移而導致根冠比增大（曹翠玲 等，2010；廉滿紅 等，2011）。

無機解磷細菌促進土壤難溶性磷素溶解、提高土壤速效磷含量的機制目前已有定論。無機解磷細菌分解土壤難溶性無機磷的最主要機制是其向外分泌大量的小分子量的有機酸，如草酸、蘋果酸、乙酸、丙酸、琥珀酸、乳酸、羥基乙酸和檸檬酸等（Khan et al.，2014）。微生物分泌的這些有機酸，可以通過降低土壤pH值，促進難溶性磷化物的溶解（Illmer & Schinner，1995）；或者通過與Fe、Al、Ca等發生螯合反應，促進土壤中難溶性磷酸鹽的溶解或抑制其生成（Sahachtman et al.，1998）；或者通過競爭吸附點位降低土壤對磷的吸附（陸文龍等，1999）；或者是改變了土壤膠體顆粒表面的電荷而促進磷的釋放（張艷華，2005）。由于本試驗采用的菌株為無機解磷細菌株（潘虹 等，2015），因此施用解磷細菌肥后直接導致土壤環境酸化，促進難溶性磷素轉化為可溶性磷素（Osorio & Habet，2014；Kaur & Reddy，2015），當施用量為45 g·盆-1時，土壤解磷細菌數量最多，土壤pH值下降幅度最大，土壤速效磷含量最高，普通白菜磷積累量最高，地上部干物質積累量最高，生物量最高。這主要是由于磷素促進了葉綠素合成，增加光合作用，有利于植物生長（Sharpley，2003；趙首萍 等，2009）。

解磷細菌肥的施用，滿足了普通白菜生長對磷素的需求，因此普通白菜葉片可溶性糖含量隨解磷細菌肥施用量的增加而顯著增加，而可溶性糖是植物光合作用的直接產物，是碳水化合物代謝和暫時貯藏的主要形式，也是植物體內多糖、蛋白質、脂肪等大分子化合物的物質基礎，在植物碳代謝中發揮著極其重要的作用（宋小林 等，2010）。在植物體內，可溶性糖是能量來源和結構物質，其含量可以反映植物體內源-庫-源的協調情況，是碳代謝是否旺盛的主要標志之一（王芳 等，2004）。解磷細菌肥的施用，加強了普通白菜的光合碳代謝，使光合產物積累增多，一方面為氮素同化提供了大量的碳架，最后導致可溶性蛋白、游離氨基酸、纖維素含量均顯著增加。氨基酸是人體內合成蛋白質的基本單元，新鮮蔬菜是人體攝取氨基酸的一條途徑?？扇苄缘鞍资羌毎|及各種細胞器基質的主要組成，在細胞生理代謝過程中有重要的催化功能（曹翠玲 等，2003），與果蔬的生長發育、成熟衰老，抗病性、抗逆性密切相關，是果蔬品質和營養的重要評價指標之一（鄧麗莉 等，2012）。另一方面，這也是普通白菜硝態氮含量較低的重要原因，即普通白菜吸收的硝態氮被同化為氨基酸、可溶性蛋白等有機氮化合物。所以增施生物磷肥能夠降低葉菜類蔬菜中硝酸鹽含量，利于人體健康（Yu et al.，1947；王正銀 等，2003）。

VC具有清除人體內過剩自由基、提高機體免疫力的作用，在防癌和抗衰老方面具有重要功能（Han & Lee，2005）。增施解磷細菌肥后，普通白菜葉片中VC含量顯著提高，主要是因為磷含量充足時促進了光合產物葡萄糖-6-磷酸的合成，為VC GDP-mannose合成途徑提供了足夠的前體物質（Yu et al.，1947），有利于合成VC，故隨解磷細菌肥施用量增加，VC含量顯著提高。

4 結論

以麩皮為主要載體制作的解磷細菌肥，能提高土壤難溶性磷素的作物利用效率，且成本低、肥力強，可替代磷肥，并且顯著提高葉菜類蔬菜品質及產量，是一種環境友好型生物磷肥。

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Effects of Biological Phosphorus Fertilizer on Pakchoi Growth and Quality and Soil Nutrient Status

CAO Cui-ling1，YAN Hui2，WANG Zhen1，SHAO Yang1
（1College of Life Sciences，Northwest A & F University，Yangling 712100，Shaanxi，China；2Tianjin Tasly TCM Science and Technology Development Co. LTD.，Tianjing 300400，China）

Pot experiment was carried out to study the effect of phosphate-solublizing fertizer（PSF）on pakchoi〔Brassica campestris L. ssp. chinensis（L.）Makino var. communis Tsen et Lee〕growth and quality，and soil physicochemical properties．The results showed that after applying PSF，the total bacteria number in soil was increased，among them the total number of phosphate-solubilizing bacteria was increased with the increase of PSF applying amount．When the amount of PSF was 45 g·pot-1，the number of phosphate-solublizing bacteria could reach 2.05×106cfu·g-1．At the same time，the soil pH value decreased remarkably．With PSFapplication rate increase，the phosphate accumulation in pakchoi aboveground plant were increased remarkably 121.06%，226.43% and 302.09% more than the corresponding contrasts，respectively．The fresh and dry weight of pakchoi were increased significantly，by 40.19%，52.71% and 33.56% more than the corresponding contrasts，respectively．While the root shoot ratio reduced significantly．Among them，the root shoot ratio was 0.013，the lowest when PSF application rate was 45 g·pot-1．When the amount of PSF application was 45 g·pot-1，the contents of VC，soluble sugar，soluble protein，and free amino acid were higher than that of the contrast by 29.97%，39.94%，30.86%，17.36%，respectively．But the nitrate content in leaf blades was reduced to 21.83%．Therefore，the application of PSF formentated with bran could promote the utilization of insoluble phosphorus in soil，and improve the yield and quality of pakchoic．

Pakchoic；Biological phosphorus fertilizer；Phosphate-solubilizing；Yield；Quality

曹翠玲，女，博士，教授，專業方向：植物養分生理，E-mail：caocuiling@nwsuaf.edu.cn

2016-04-25；接受日期：2016-07-06

陜西省科學技術研究發展計劃項目（2013K01-38），楊凌示范區科技計劃項目（K336021401）