微生物菌肥促進蘋果花臉病植株氮素吸收和果實增產

陳建明，葛順峰，沙建川，豐艷廣，姜遠茂

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018）

微生物菌肥促進蘋果花臉病植株氮素吸收和果實增產

陳建明，葛順峰*，沙建川，豐艷廣，姜遠茂*

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018）

【目的】探究微生物菌肥對減少蘋果花臉病發生，提高產量和果實品質的作用。【方法】以5年生煙富3/M26/平邑甜茶蘋果為試材，采用15N同位素示蹤技術，于2015～2016年進行了2年田間試驗。設3個處理：花臉病樹施化肥 (CK)、健康樹施化肥 (T1)、花臉病樹施化肥+微生物菌肥 (T2)。分別于2015年10月12日和2016年10月15日，每個處理隨機采集100個果實，統計花臉病病情指數，并于2016年10月15日對整樹進行破壞性取樣，測定15N吸收利用情況。【結果】施化肥+微生物菌肥花臉病蘋果樹 (T2) 根系生物量及新梢長度顯著高于施化肥花臉病樹 (CK) 和健康樹施化肥 (T1) 處理；施加微生物菌肥，花臉病蘋果植株粗根干重、細根干重以及新梢長度比未施加的CK處理分別提高了39.4%、157.0%和42.0%。無論是否施加微生物肥，花臉病蘋果植株各器官的Ndff值均顯著低于健康蘋果樹。與CK處理相比，T2處理的果實、新梢、葉片、細根、粗根、多年生枝和中心干的Ndff值分別提高了93.4%、75.6%、63.7%、96.1%、80.2%、103.4%和95.0%；T2處理的15N利用率最高，為14.4%，顯著高于T1處理 (10.4%) 和CK處理 (6.7%)；T2處理的葉片、果實和新梢的15N分配率顯著高于CK和T1處理。第一年施用微生物菌肥 (T2) 對花臉病的防控效果僅為7.1%，第二年顯著提高至20.9%，此時T2處理的果實的產量 (6.3 kg/株)、單果質量 (208.2 g)、可溶性糖 (14.3%)、可滴定酸(0.5%) 及糖酸比 (27.6) 均顯著高于CK，但仍低于T1處理。【結論】施用微生物菌肥顯著促進了花臉病蘋果植株根系的生長，增強了根系對氮的吸收和向地上部的運輸，從而提高了植株對氮肥的吸收利用，一定程度上減輕了花臉病對產量和品質的影響。

蘋果；花臉病；微生物菌肥；氮素利用；防控效果

蘋果病毒病在我國廣泛發生，已成為限制我國蘋果優質高產的關鍵因素[1–2]。花臉病是蘋果病毒病中銹果病的一種，為系統性侵染病害，主要表現癥狀是果面出現近圓形的黃綠色斑塊，不著色，出現紅黃相間的“花臉”狀，不著色部分凹陷[3]，主要通過嫁接、自然根接與機械接觸傳播。蘋果花臉病一般在果實開始著色時發病，嚴重時整個果實表面呈現皺縮狀，果實變小、硬度增加、表面有銹斑、風味變劣，失去商品價值，經濟損失嚴重[4]，在根系、葉片、枝條和主干上表現為須根減少，生長減弱，逐漸削弱樹勢[5]。因此，優化根際環境、促進根系生長對減輕花臉病對蘋果植株生長、產量及品質的影響具有重要意義。

長期以來，中國農業增產主要依賴于化學農藥及無機肥料的大量施用，不合理施肥造成農業生態環境問題日益嚴重，土壤有害微生物大量繁殖、酶活性降低、理化性質非均衡性惡化，是導致近年來蘋果花臉病大量發生的重要原因之一[6–7]。研究發現，微生物菌肥是多種有益微生物菌群與有機肥結合形成的新型、高效、安全的微生物–有機復合肥料[8]，可降低病原菌數量、改善土壤環境、促進植株根系生長、增加生物量，從而達到防控病毒病的目的[9–10]。施用微生物菌肥，既可改善作物品質[11]，還能顯著防控如西瓜、黃瓜、香蕉、辣椒等作物的土傳病害[12–15]。

研究表明，微生物菌肥對果實花臉病的防控效果極為顯著[4]，但很難在果實表觀上及時表現出來，目前，前人對微生物菌肥的研究效果主要集中在果實外觀，較少研究改善花臉病植株的機理。生產上花臉病植株的生物量顯著低于正常植株，這可能與花臉病發生后影響了根系的生長及功能的發揮，影響了對礦質養分的吸收有關。因此，本研究采用15N同位素示蹤技術，從氮素營養吸收利用的角度來研究微生物菌肥對蘋果花臉病植株生長發育和氮素利用的影響，為提高微生物菌肥的施用效果提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和材料

試驗于2015年3月～2016年10月在山東煙臺市萊山鎮官莊村果園進行。供試蘋果樹品種為5年生‘煙富3’/M26/平邑甜茶。

供試微生物菌肥由木美土里集團 (陜西楓丹百麗生物科技有限公司) 提供。微生物菌肥含有地衣芽孢桿菌、角質芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、耐高溫菌、鏈霉菌、稀有放線菌和真菌等菌種，載體為畜禽糞便的高溫腐熟發酵物。其理化性質為N 0.18%、P2O50.78%、K2O 0.97%、有機質35.1%；有效活菌數每克 ≥ 0.2億個。

1.2 試驗設計

供試土壤為壤土，土壤含有機質14.88 g/kg、硝態氮28.54 mg/kg、銨態氮17.29 mg/kg、有效磷38.19 mg/kg、速效鉀261.8 mg/kg。選取生長勢基本一致，有花臉病害的植株6株，另外選取3株健康樹。分別于2015年3月27日和2016年3月27日進行施肥處理，施肥方法是距中心干30 cm處挖深和寬均為20 cm左右的環狀溝，在溝內每株均勻施15N-尿素 (上海化工研究院生產，豐度10.14%)10 g。設3個處理：1）CK處理，花臉病樹 + 普通化肥 (尿素280 g、硫酸鉀300 g、過磷酸鈣440 g)；2）T1處理，健康樹 + 普通化肥 (尿素280 g、硫酸鉀300 g、過磷酸鈣440 g)；3）T2處理，花臉病樹 + 普通化肥(尿素240 g、硫酸鉀106 g，不施過磷酸鈣) + 微生物菌肥10 kg，減少的化肥用量由微生物菌肥中所含氮、磷、鉀的量補齊。

1.3 樣品測定項目及方法

于2016年10月15日 (果實成熟期) 對整株植株進行破壞性取樣，測定15N吸收利用情況。分別于2015年10月15日和2016年10月15日，每個處理隨機選取100個果實分別記錄其發病情況，最后按照以下感病指數的計算方法記錄各個處理果實的病情指數。因果實花臉病很難根除，很難做到在表觀上根除果實花臉，故采用分級統計果實花臉的方法來反映微生物菌肥對花臉病果實的作用效果。蘋果花臉病的分級標準是依據果實花臉面積占果實總面積的比例來劃分，果實表面全部花臉者為4級；花臉面積占果實總面積2/3以上者為3級；介于1/3至2/3之間者為2級；1/3以下者為1級；無花臉者為0級[4]。整株解析樣品分為葉片、新梢、多年生枝、中心干、粗根、細根、果實，分別稱取各部分的鮮樣質量計算平均單株產量、平均單果質量。樣品經清水、洗滌劑、清水、1%鹽酸、3 次去離子水沖洗后，80℃下烘干，粉碎后過0.25 mm篩，混勻后裝袋備用。樣品全氮用凱氏定氮法測定。15N豐度用ZHT-03(北京分析儀器廠) 質譜計 (中國農業科學院農產品加工研究所) 測定。

Ndff = (植物樣品中15N豐度 –15N自然豐度)/(肥料中15N豐度 –15N自然豐度) × 100%；

單株全氮量 (g) = ∑[各器官干物質量 (g) × 該器官的含氮量 (%)]

15N分配率 = 各器官吸收的15N(g)/植株總吸收15N(g) × 100%

15N利用率 = [Ndff × 植株全15N(g)]/施入15N量(g) × 100%

感病指數 = ∑(各級果數 × 級數)/最高級數 × 調查的總果數 × 100%

防控效果 = (對照病情指數 – 處理病情指數)/對照病情指數 × 100%

1.4 數據處理

所有數據均利用DPS7.05統計軟件進行方差分析和LSD多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理下蘋果根系和新梢長度

由表1可知，不同處理之間蘋果植株的根系重量、新梢長度差異顯著，且均以T2處理最高，其次為T1處理；T2處理的粗根干重、細根干重及新梢長度分別比CK提高了39.4%、157.0%和42.0%，T1處理則分別比CK提高了12.8%、53.9%和17.0%。可見，花臉病顯著影響了蘋果植株生長，通過施加微生物菌肥顯著改善花臉病蘋果植株的根系以及新梢生長狀況，尤其顯著促進蘋果細根的發生。

表1 不同處理蘋果根系生物量和新梢長度Table 1 Biomass of roots and length of new branches of apple trees under different treatments

2.2 不同處理下植株各器官Ndff和15N分配率

Ndff(%) 指植株器官從肥料中吸收分配到的15N量對該器官全氮量的貢獻率，反映了植株器官對肥料15N的吸收征調能力。由表2可知，果實成熟期，不同處理之間各器官的Ndff值表現一致，均為果實 ＞ 新梢 ＞ 葉片 ＞ 細根 ＞ 粗根 ＞ 多年生枝 ＞ 中心干。各器官的Ndff值均以T2處理最大，其次為T1處理，CK處理最低。各器官中15N占全株15N總量的百分率反映了肥料氮在樹體內的分配及在各器官中的遷移規律[16]。在果實成熟期，T2處理的葉片、果實和一年生枝的15N分配率顯著高于CK和T1處理。

2.3 微生物肥對植株全N量及15N利用率的影響

由表3可知，不同處理之間植株全N量、15N吸收量和15N利用率均存在顯著差異，且均以T2處理最高，其次為T1處理，CK處理最小。

2.4 不同處理對果實花臉病防控效果的影響

由表4可知，CK處理果實花臉病發病嚴重，2015年和2016年果實花臉病情指數分別達到了32.5%和36.4%；而T2處理2015年和2016年果實的病情指數分別為30.2%和28.8%。可見，施用微生物菌肥一年后，防控效果僅為7.1%，但由于是分級統計果實花臉病的方法，在果實表觀上表現并不明顯，而連續施用微生物菌肥兩年后，防控效果達到了20.9%，效果顯著。T1處理無花臉病情，病情指數為0。比較2個處理的凈收益可以看出，CK處理凈收益逐年遞減，而T2處理的凈收益逐年增高。

表2 果實成熟期不同處理植株各器官Ndff和15N分配率Table 2 Ndff and proportion of 15N in different organs under different treatments at fruit mature stage

表3 不同處理植株全氮量、15N吸收量和15N利用率Table 3 Total N content of plant, 15N absorbed from 15N-urea and 15N utilization rate under different treatments

2.5 不同處理下果實的產量和品質

由表5可知，2015年和2016年果實的產量、單果質量、可溶性糖、可滴定酸及糖酸比均以T1處理最高，T2次之，CK處理最小。2015年T1處理果實的產量、單果質量、可溶性糖、可滴定酸及糖酸比分別比CK提高了16.2%、15.3%、14.1%、0和8.4%；2016年T1處理分別比CK提高了37.7%、19.5%、28.9%、19.6%和8.1%。2015年T2處理分別比CK提高了7.2%、6.2%、1.2%、0和1.2%；2016年T2處理分別比CK提高了29.1%、27.9%、17.4%、13.0%和4.9%。和健康樹相比，花臉病顯著降低了蘋果的果實產量及品質，連續2年施加微生物菌肥可提高花臉病果實的產量、單果質量以及糖酸比，顯著改善花臉病植株的果實品質，而施加一年微生物菌肥對果實品質的提高效果雖已部分達到顯著水平，但是在表觀上不明顯。可見，隨微生物菌肥施入年限的增加，改善效果也在增加。

3 討論

受病毒侵染后，花臉病的蘋果植株終生帶毒，病毒在樹體內增殖，干擾、破壞樹體的正常生理機能，導致長勢減退，產量下降，甚至整株死亡[1]。本研究也發現，花臉病蘋果植株粗根量、細根量、新梢長度和產量均顯著低于正常蘋果植株。施入微生物菌肥后，花臉病蘋果樹根系重量、新梢長度和產量均顯著提高，一方面可能是因為微生物菌肥中的有益微生物能夠迅速擴大繁殖，成為作物根際的優勢菌群，限制其他病原微生物的生長與繁殖，同時可以分泌多種抗生素、殺蟲物質及植物生長激素等，抑制植物病原微生物的活動，防治植物病害，刺激作物生長，使其根系發達[17–19]；另一方面可能是因為微生物菌肥基質通過提供大量有機物質和豐富的營養元素，改善土壤的理化性狀，提高了土壤透氣性，優化了根際環境，從而改善植株根系的生長環境，促進果樹生長發育[20–21]。同時，微生物菌肥含有多種活性微生物，它不僅可加速土壤中有機質的分解，使遲效養分速效化，還能夠刺激根系尤其是細根的發生，提高了土壤養分的生物有效性[22–23]。

表4 不同處理果實花臉病防控效果Table 4 Control effect of baikal plant under different treatments

表5 2015和2016年不同處理果樹產量和品質Table 5 Fruit yield and quality under different treatments in 2015 and 2016

氮素是果樹必需礦質元素中的核心元素，對果樹的生長、花芽分化和抗逆性等方面均發揮著重要作用[24–27]。本研究發現，花臉病植株各器官的Ndff值、總15N吸收量和15N利用率均顯著低于正常植株，花臉病毒顯著影響了根系對氮素的吸收。使用微生物菌肥后，蘋果根系Ndff值顯著升高，而其15N分配率最低，表明微生物菌肥促進了根系對氮的吸收及向地上部的運輸，從而提高了地上部的生長和營養水平。比較不同處理果實的15N分配率發現，正常植株果實的15N分配率較低，產量卻最高，究其原因可能與樹體本身的貯藏營養水平高低以及花臉病毒可能影響了樹體正常的養分調運有關。

花臉病蘋果果實散生許多近圓形的黃白色斑塊，病果著色部分稍凸起，病斑部分稍凹陷，病果變小，糖度降低，品質變劣[28]，這與本試驗結果一致。兩年的試驗結果發現，施用普通化肥的花臉病植株病情逐年惡化，果實品質下降，而施用微生物菌肥兩年后，果實產量顯著提高，果實品質改善，這與前人在蘋果和桃上的研究結果一致[29]。其原因一方面是由于微生物菌肥促進蘋果植株氮素的吸收利用效率，提高了地上部各器官對氮素的征調能力，促進養分向果實的轉運；另一方面是由于微生物菌肥中解鉀、解磷菌提高了土壤中磷和鉀的有效性，促進了果實中碳水化合物的轉化和積累[8]。統計果實花臉病的發病狀況發現，施用1年微生物菌肥對果實花臉病情控制效果 (7.1%) 不明顯，而施用兩年后果實花臉病情顯著降低，防控效果達到20.9%。雖然微生物菌肥對于花臉病具有一定的防控效果，但對于果實外觀的改善效果并不明顯。從投入和產出來看，雖然微生物菌肥處理兩年的凈收入低于對照處理，但是其兩年的產值是遞增的，而對照處理為遞減，且本試驗為追求效果快速明顯，微生物菌肥的施加量遠遠高于生產中微生物菌肥用量，致使成本偏高。但是與正常植株相比，微生物菌肥雖然顯著增加了樹體生長量、提高了氮素水平，但其對果實外觀和內在品質的改善仍無法達到理想的效果。因此，生產上對于花臉病的防控，僅僅依靠施用微生物菌肥是不夠的，還需要進一步深入研究。

4 結論

施用微生物菌肥顯著促進了花臉病蘋果植株根系的生長，增強了根系對氮的吸收和向地上部的運輸，從而提高了植株對氮肥的吸收利用，一定程度上減輕了花臉病對產量和品質的影響。

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Microbial fertilizer increase nitrogon uptake and fruit yield of apple trees infected with Baikal disease

CHEN Jian-ming, GE Shun-feng*, SHA Jian-chuan, FENG Yan-guang, JIANG Yuan-mao*
(College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology, Taian, Shandong 271018, China)

【Objective】This paper studied the effects of microbial fertilizer on alleviating the Baikal disease and growth, nitrogen uptake, yield and quality of apple plant.【Method】Taking the seedlings of the five-year-old‘Yanfu 3’/M26/Malus hupehensis Rehd.as tested material, a two-years’ field trial was conducted using15N trace technique. Three treatments were designed: sick apple tree (infected with Baikal disease) applied with chemical fertilizer (CK), healthy tree applied with chemical fertilizer (T1) and sick tree applied with both microbial and chemical fertilizer (T2). A hundred of fruits were randomly picked up from each treatment at fruit ripening period.The whole trees were cut down as samples, and the absorption and utilization of the15N were determined.【Results】1) The root biomass and new shoot length of apple trees in T2 were significantly higher than those in CK and T1. The dry biomass of fine roots and thick roots, the branch length in T2 were 39.4%, 157.0% and 42.0%higher than in CK, respectively. The Ndff values in CK and T2 were significantly lower than those in T1 in all thetested organs. The Ndff of fruit, new shoot, leaf, fine root, thick root, perennial shoot and trunk in T2 were increased by 93.4%, 75.6%, 63.7%, 96.1%, 80.2%, 103.4% and 95.0%, compared to those of CK. The15N utilization rate of T2 treatment was 14.4%, significantly higher than those of T1 treatment (10.4%) and CK(6.7%). The15N partitioning rates in the leaf, fruit and new shoot in T2 treatment were all significantly higher than those of CK and T1 treatment. The disease control effect of microbial fertilizer (T2) was only 7.1% in the first year, and increased significantly to 20.9% in the second year. In the second year of T2, the individual tree fruit yield was 6.3 kg, single fruit weight was 208.2 g, soluble sugar content was 14.3%, titratable acid was 0.5% and the sugar acid ratio was 27.6, which were significantly higher than those in CK, but still not as high as in T1.【Conclusion】Microbial fertilizer can promote the root growth of apple plant infected with baikal disease,enhance the uptake and transport of nitrogen, and alleviate the effects of baikal disease on yield and quality of apple to a certain extent.

apple; baikal disease; microbial fertilizer; N utilization; control effect

2017–01–05 接受日期：2017–04–30

國家重點研發計劃（2016YFD0201100）；國家自然科學基金項目（31501713）；國家現代農業產業技術體系建設資金項目（CARS-27） 資助。

陳建明（1991—），男，山東德州人，碩士研究生，主要從事蘋果氮素營養研究。E-mail：18854803562@163.com

* 通信作者 E-mail：geshunfeng210@126.com；ymjiang@sdau.edu.cn