生物有機肥在中國馬鈴薯生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

武新娟

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄉(xiāng)村振興科技研究所 哈爾濱 150028）

馬鈴薯是世界第三大糧食作物，也是我國重要的薯類農(nóng)作物，其生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展直接影響著國家的糧食安全，而肥料是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)馬鈴薯的關(guān)鍵，化肥的施用又對馬鈴薯產(chǎn)量提高的作用明顯，所以化肥用量不斷增加甚至過量會導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)差、土壤養(yǎng)分失調(diào)、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題凸現(xiàn)。為解決這些問題，近年來，有機肥的商品化和微生物技術(shù)的發(fā)展合力促使一種新型肥料的出現(xiàn)，即生物有機肥，指有機固體廢棄物（如有機垃圾、人畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、餅粕等）經(jīng)微生物發(fā)酵、除臭和完全腐熟后制作而成的一類兼具微生物肥和有機肥效應(yīng)的肥料，它是傳統(tǒng)有機肥的繼承和發(fā)展[1]。研究其在馬鈴薯上的應(yīng)用，符合馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)高效、綠色無公害、安全可持續(xù)要求。

1 生物有機肥的特點及作用原理

生物有機肥與普通有機肥相比，特點是增加有益微生物菌群、腐熟更完全、富含有機和無機養(yǎng)分，經(jīng)高溫腐熟殺死病原菌和蟲卵，經(jīng)除臭處理氣味小，通過各種處理后體積小，便于使用且撒施更均勻[2]。

生物有機肥的作用原理主要為3 個方面：1）微生物菌的作用，通過有益菌群的大量繁殖，改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，加快有機質(zhì)降解以改善土壤營養(yǎng)條件，抑制有害微生物的繁殖，降低病原微生物侵害植物根際的幾率，同時微生物的大量繁殖也改變了以微生物為食的土壤微型動物數(shù)量，使土壤得到更好的疏松，改變其物理性質(zhì)，通氣性更佳[3]；2）生理活性物質(zhì)的作用，生物有機肥富含維生素、氨基酸、核酸以及生長素、赤霉素、抗生素等植物激素的功能性物質(zhì)，并在分解過程中形成各種酸和酶類，這些物質(zhì)大多可以直接提供營養(yǎng)，促進(jìn)植物根系生長，加速光合作用，使植株長勢旺盛，提高抗病能力[4]；3）富含養(yǎng)分的作用，生物有機肥不僅富含蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪等有機養(yǎng)分，也含有氮、磷、鉀和各種中微量元素等無機養(yǎng)分，全面穩(wěn)定供給植物體，直接影響了土壤保肥性、保水性、通氣性、緩沖性及長效性。

2 生物有機肥對土壤性狀的影響

2.1 理化性質(zhì)

生物有機肥的施用，尤其是長期施用能夠改變土壤的理化性質(zhì)，這一結(jié)論已有很多研究者通過具體試驗明確驗證。如張婷[3]、譚欣[5]、邱吟霜[6]、馬利平等[7]分別研究生物有機肥對大田作物小麥、水稻、玉米、大豆等，曲成闖[8]、趙滿興[9]、魏曉蘭等[10]研究對蔬菜作物黃瓜、番茄、小白菜等田間土壤理化性質(zhì)的影響，均表現(xiàn)為長期施用生物有機肥能夠降低土壤容重、改善土壤總孔隙度、提高土壤貯水能力、增加土壤有機質(zhì)含量和增強土壤酶活性等。張萌等[11]研究不同生物有機肥對貴州高海拔春馬鈴薯生長及土壤肥力的影響，結(jié)果表明，加施生物有機肥使土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別提高49.31%～91.35%。王文麗等[12]研究了生物有機肥料對連作馬鈴薯根際土壤化學(xué)指標(biāo)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，連作4 a（年）每年施生物有機肥處理比對照顯著提高了根際土壤的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)和pH 值。楊金娟[13]通過不同培肥方式對中部干旱區(qū)馬鈴薯植株及土壤質(zhì)量的影響研究，發(fā)現(xiàn)化肥配施生物有機肥顯著提高了土壤有機質(zhì)含量。

2.2 生物學(xué)特性

生物有機肥有助于提高土壤生物活性，改善馬鈴薯根際土壤環(huán)境，增加可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量，降低可培養(yǎng)真菌數(shù)量，提高了土壤細(xì)菌/真菌比值。邱曉麗[14-15]研究生物有機肥對馬鈴薯根際土壤生物活性及根系活力的影響，得出生物有機肥通過增加土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量、微生物量碳、土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性，提高土壤的生物活性，改善根際環(huán)境，增強根系活力，以促進(jìn)馬鈴薯的根系吸收能力，影響馬鈴薯的生長發(fā)育。柳玲玲等[16]通過生物有機肥對連作馬鈴薯及土壤生化性狀影響的研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥可以明顯提高土壤中細(xì)菌與真菌的比值，改善微生物群落結(jié)構(gòu)，以達(dá)到優(yōu)質(zhì)的改土效果。程萬莉等[17]研究得出，生物有機肥替代部分化肥處理的馬鈴薯根際土壤微生物代謝活性高于單施化肥和普通有機肥替代處理，且生物有機肥替代部分化肥處理的Shannon、Mc Intosh 豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)以及Simpson 指數(shù)均高于其他處理，說明生物有機肥可以提高馬鈴薯根際土壤微生物群落功能的多樣性。劉星等[18]研究了土壤熏蒸—微生物有機肥聯(lián)用對連作馬鈴薯生長和土壤生化性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微生物有機肥聯(lián)用顯著影響了土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量，增加馬鈴薯生育后期土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，降低真菌的數(shù)量，在土壤中維持一個更高的細(xì)菌/真菌值。王耀[19]研究復(fù)合肥配施生物有機肥后對土壤微生物含量的影響，結(jié)果表明，配施不同生物有機肥后均提高了土壤有益微生物亞硝化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、乳酸菌和放線菌的數(shù)量，降低了有害菌反硝化細(xì)菌和霉菌數(shù)量。

2.3 土壤有效養(yǎng)分

生物有機肥除含有大量微生物外，還富含有機和無機養(yǎng)分。施用生物有機肥可以增加馬鈴薯根際土壤的有效養(yǎng)分，激發(fā)土壤中氮素和磷素的釋放[20]，同時能減少土壤中總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全磷、水溶性磷的淋失。魏曉蘭[21]研究生物有機肥對土壤氮、磷、鉀的供應(yīng)，發(fā)現(xiàn)生物有機肥提高了土壤中全氮、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量和有效性，進(jìn)行的小區(qū)淋溶試驗結(jié)果表明，生物有機肥的施用能明顯減少土壤中總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和全磷、水溶性磷的淋失。史書強等[22]研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥配合化肥處理不僅可以明顯提高馬鈴薯產(chǎn)量，在關(guān)鍵時期土壤養(yǎng)分的運移也發(fā)揮著重要作用，在馬鈴薯塊莖形成期土壤速效氮、速效鉀和速效磷均比常規(guī)施肥高。靳海波等[23]研究了生物有機肥料GSJ-1 對連作馬鈴薯根際土壤養(yǎng)分的影響，發(fā)現(xiàn)生物有機肥處理下根際土壤水解氮、速效磷、速效鉀、有效鐵含量顯著提高。

3 生物有機肥對馬鈴薯植株的影響

3.1 生長發(fā)育

生產(chǎn)中施用化肥、普通有機肥和生物有機肥均對馬鈴薯的生長發(fā)育影響顯著，而生物有機肥具有長效、綠色、無公害的特性，近年來為響應(yīng)全球的環(huán)保號召，其在馬鈴薯上的應(yīng)用研究逐漸被重視。張麗榮等[24]研究不同生物有機肥對馬鈴薯生長和產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)施用的4 種生物有機肥都提高了馬鈴薯的出苗率，增加了植株株高、莖粗和主莖數(shù)，對馬鈴薯植株生長具有明顯促進(jìn)作用。靳海波[25]研究得出，對比連作馬鈴薯，施用生物有機肥處理后馬鈴薯的株高、莖粗、SPAD 值、葉面積指數(shù)、總干物質(zhì)積累量和薯塊產(chǎn)量隨生育期的進(jìn)行均有不同程度的提高。Abdollahi 等[26]通過施用化肥、生物有機肥和有機肥對馬鈴薯生理特性的研究發(fā)現(xiàn)，適量施用生物有機肥可以增加馬鈴薯的株高、主莖數(shù)、總干物質(zhì)含量、葉面積指數(shù)、塊莖產(chǎn)量和塊莖干物質(zhì)含量，對馬鈴薯的生長發(fā)育有明顯促進(jìn)作用。和億章等[27]研究了生物有機肥和土壤修復(fù)劑對馬鈴薯生長及產(chǎn)量的影響，同樣得出生物有機肥能夠提高馬鈴薯出苗率、促進(jìn)植株生長、增加產(chǎn)量的結(jié)論。

3.2 產(chǎn)量品質(zhì)

長期施用生物有機肥并根據(jù)需肥量和土壤肥力情況合理施用化肥，對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)提高的作用明顯。方玉川等[28]研究了不同生物有機肥對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，5 種生物有機肥處理都能提高馬鈴薯產(chǎn)量，增加薯塊蛋白質(zhì)、干物質(zhì)和淀粉含量，降低還原糖含量。刁琢等[29]研究了生物有機肥對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果為配施生物有機肥處理的馬鈴薯維生素C、粗蛋白和淀粉含量均高于不施肥對照和常規(guī)施肥處理。李衛(wèi)東等[30]研究生物有機肥和復(fù)合微生物菌劑在馬鈴薯栽培上的應(yīng)用效果，結(jié)果表明，施用生物有機肥不僅能增加塊莖中維生素C 含量、降低還原糖含量，并且抑制馬鈴薯對Pb 和Hg 的吸收、促進(jìn)對As 的吸收。張書樂[31]研究發(fā)現(xiàn)，化肥減量施用并配施有機肥或生物有機肥，干物質(zhì)平衡期的時間較純化肥處理提前，所以促進(jìn)了營養(yǎng)器官中的干物質(zhì)盡早向經(jīng)濟器官的分配。柏瓊芝等[32]研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)施肥減化肥10%配施生物有機肥，能獲得比常規(guī)施肥更高的秋馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。Tamad 等[33]研究相同劑量的生物有機肥與普通雞糞肥相比，每hm2產(chǎn)量提高2 t。另有多位學(xué)者的研究均表明部分生物有機肥替代化肥的馬鈴薯產(chǎn)量高于單施化肥處理[34-36]。

3.3 植株抗病性

生物有機肥能促進(jìn)拮抗菌在土壤和根際中的大量繁殖，在根部系統(tǒng)中有效降低有害病菌的數(shù)量，以改善馬鈴薯根際微生物區(qū)系，提高植株的系統(tǒng)抗性[37]。劉星等[18]研究土壤熏蒸—微生物有機肥聯(lián)用，發(fā)現(xiàn)其大幅降低了連作馬鈴薯生育期內(nèi)主要土傳致病菌鐮刀菌的數(shù)量，使植株發(fā)病率降低且塊莖產(chǎn)量顯著增加。靳海波等[23]研究生物有機肥GSJ-1 對馬鈴薯土壤瘡痂病病原菌分布的影響及生防效果，結(jié)果表明，施用生物有機肥GSJ-1 不僅抑制了根際瘡痂病病原菌的繁殖，且阻斷根際病原菌向根外匍匐莖和薯塊的富集，從而改變土壤中瘡痂病病原菌原有的分布規(guī)律，減弱病原微生物對作物的侵害，有效提高了馬鈴薯的抗病能力。鄭新艷等[38]研究生物有機肥防治馬鈴薯青枯病的機制，發(fā)現(xiàn)施用生物有機肥可使根際土壤細(xì)菌群落多樣性提高，有效定殖拮抗菌，抑制土壤中青枯菌的增長，影響馬鈴薯根系微生物區(qū)系來實現(xiàn)防效。而丁傳雨[39]通過試驗篩選出顯著抑制馬鈴薯青枯病的菌種，并制成生物有機肥，研究其生防效果，結(jié)論之一也是施用生物有機肥可以改善馬鈴薯植株根際土壤微生物區(qū)系，顯著促進(jìn)馬鈴薯植株根際土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，馬鈴薯植株根際土壤拮抗菌數(shù)量顯著增加，而青枯菌數(shù)量顯著降低，以達(dá)到防病率顯著提高的效果。

4 農(nóng)業(yè)面源污染

農(nóng)業(yè)面源污染是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的廢棄物沒有經(jīng)過合理的處理直接排放于大自然而破壞環(huán)境的污染源，包括農(nóng)藥污染、化肥污染、禽畜糞便污染、農(nóng)膜及秸稈焚燒污染等[40]。這種污染源隨機性強、范圍廣、位置和數(shù)量通常無法確定，很難有計劃地進(jìn)行防控，所以分析及控制農(nóng)業(yè)面源污染的研究越來越受到各部門的重視。而生物有機肥具有綠色環(huán)保性能，充分利用該特性可以減少農(nóng)業(yè)面源污染中化肥污染和禽畜糞便污染的發(fā)生。生物有機肥料的誕生，被學(xué)術(shù)界普遍稱作是一場綠色革命[41]。生物有機肥可以提高氮素和磷素的植物利用率，減少流失造成的水污染，所含有機酸能夠與土壤中鈣、鎂、鐵、鋁等金屬元素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，減少磷的固定和鐵、鋁的毒害[42]。石禮森[43]通過多種微生物混合菌劑處理了禽畜糞便，變廢為寶制成富含養(yǎng)分的優(yōu)質(zhì)生物有機肥，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)節(jié)能減排。

5 展 望

通過腐熟廢棄有機物作為微生物的生活能源和營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)制成生物有機肥[44]，整個過程不僅不存在環(huán)境污染，還會對廢棄有機物進(jìn)行再利用，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用生物有機肥既可以改善土壤養(yǎng)分，提高作物抗病性，又能增加作物產(chǎn)量和品質(zhì)，所以促進(jìn)生物有機肥在馬鈴薯生產(chǎn)上的應(yīng)用是其產(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)外諸多研究者都在積極進(jìn)行生物有機肥料的開發(fā)和利用。我國生物有機肥在馬鈴薯上的應(yīng)用發(fā)展方向主要為研制多功能復(fù)合型生物有機肥、開發(fā)功能菌類生物有機肥、研究生物有機肥的施用技術(shù)和生產(chǎn)工藝等。

多功能復(fù)合型生物有機肥的研制，直接解決肥料的單一性，而多功能可以兼顧馬鈴薯生產(chǎn)上對土壤各類營養(yǎng)元素的需求和部分土傳病害的防治。如趙買瓊[45]從馬鈴薯根際篩選出解磷能力強的解磷菌株Y2 和Y40，制成復(fù)合微生物有機肥能夠增加土壤速效磷含量，對茄科作物具有較好的促生效果；李彤陽[46]利用芽孢桿菌混合菌群發(fā)酵小麥秸稈生產(chǎn)生物有機肥，測定其有機質(zhì)含量、活菌數(shù)、含水量等，都達(dá)到了國標(biāo)要求；黃炎[47]研制的新型雞糞生物有機肥與普通腐熟雞糞堆肥相比，氨基酸含量、脂肽含量和功能菌的數(shù)量均有所增加，能夠達(dá)到促生增產(chǎn)效應(yīng)。

開發(fā)功能菌類生物有機肥主要針對馬鈴薯生長發(fā)育中的抗病蟲性，可從馬鈴薯土壤中篩選分離對病害病原菌具有抗拮作用的菌種，制成生物有機肥配合施用以達(dá)到預(yù)期防治效果。如丁傳雨[39]從土壤中篩選出對青枯病有拮抗作用的菌株LH23 和LH26，制成生物有機肥進(jìn)行盆栽試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其促進(jìn)了馬鈴薯的植株生長并可有效防治青枯病；白國新等[48]利用病死動物源氨基酸研制含菌株SQR9的新型生物有機肥，評估其在農(nóng)作物上的促生效果，結(jié)果表明，添加氨基酸水解液20%時，新型生物有機肥中功能菌數(shù)量最高，促生效果最佳；劉治會等[49]通過優(yōu)化枯草芽胞桿菌262XY2'固體發(fā)酵條件，達(dá)到增加生物有機肥對馬鈴薯炭疽病的防治效果。

研究生物有機肥的施用技術(shù)主要包括施用數(shù)量和施用方法，因生物有機肥的緩效性，生產(chǎn)上配合施用化肥效果更佳，故合理的配施比例十分重要，有很多專家學(xué)者已經(jīng)開始了這方面的研究[19，22，29，32]。同時生物有機肥的生產(chǎn)過程對于技術(shù)要求非常嚴(yán)格，成本也就相對較高，所以簡化流程、加大自動化力度、優(yōu)化生產(chǎn)工藝也成為其在馬鈴薯生產(chǎn)應(yīng)用中的重要發(fā)展方向之一。