根施益生菌劑對柑橘果園土壤化學指標及果實品質和產量的影響

陸勝民，陳巧云，黃振東，鹿連明，吳吉安，程序，王芳，孫華*

(1.浙江省農業科學院食品科學研究所 省部共建農產品質量危害因子與風險防控國家重點實驗室，浙江 杭州 310021；2.浙江省柑橘研究所，浙江 臺州 318026；3.臺州市農業生態保護與質量安全中心，浙江 臺州 318026；4.臺州市綠際農業開發有限公司，浙江 溫嶺 318000)

隨著經濟社會的不斷發展和人們健康意識的增強，消費者對優質、無公害果蔬的需求不斷增長，但種植戶為提高作物產量，減少病蟲害的影響，過度使用化肥、農藥的現象仍普遍存在。由于長期施用化學肥料，殘留在土壤中的化肥酸根將土壤中的鈣、磷、鉀等元素固定，生成不溶性物質，從而造成土壤板結、土層變薄和生物生存環境破壞，進而導致植物抗病蟲能力減弱，也因過度施用農藥造成果蔬等農產品中農殘的超標。近年來研究發現，益生微生物菌劑(簡稱益生菌劑)作為一類含有活體微生物的新型制劑，可通過其代謝活動作用于土壤和作物，不僅能改善土壤結構，增加土壤肥力，提高肥料利用率，還能增加作物根際的有益微生物菌群，促進作物生長，降低作物病蟲危害，提高農產品品質[1-2]。此類益生菌劑包括枯草芽孢桿菌、膠質芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌和溶桿菌屬大多數細菌等[3-4]。張金秀等[5]發現，施用復合益生菌肥能促進青椒生長發育，降低病蟲害，顯著提高產量并改善品質，與常規肥相比增產13.84%。劉柳等[6]向菌糠與雞糞混合發酵物中添加益生菌制成混合菌劑，噴施后可明顯促進草莓生長，提高果實品質。益生菌劑有利于土壤中各種物質的分解和轉化，在改善土壤性狀和維護地力上具有獨特作用[7]。發展和推廣益生菌肥料，生產出高產優質的農產品，是綠色農業發展的必然趨勢，同時也是實現農業可持續發展的必經之路。

紅美人柑橘(愛媛28)是近年來浙江柑橘發展最迅速的優良品種，其化渣性好、糖酸比合適，深受消費者喜愛，但其生產管理要求較為精細，一般需要設施栽培，且對種植區的土壤、水肥等條件要求較高，在傳統的施肥管理下，大部分紅美人柑橘產區會產生不同程度的養分管理障礙，導致其果實品質參差不齊[8]。為考察益生菌劑施用對提高浙江省特色優勢柑橘產量和果實品質的效果，本文對比研究了根施益生菌劑對紅美人柑橘果園土壤理化性狀、果樹葉片、果實產量和品質的影響，以期為浙江省柑橘產業的提質增效提供有效的途徑和應用技術基礎，促進浙江省柑橘產業的高質量發展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗基地位于浙江省溫嶺市的臺州市綠際農業有限公司松門果園，面積超過18 hm2，土壤屬鹽堿地(pH 8.2)。試驗用的紅美人柑橘果樹采用大棚設施栽培，樹齡為7 a(2015年當年栽植1年生苗，667 m2栽密度為160株)。

益生菌劑由枯草芽孢桿菌和溶桿菌種經兼性厭氧培養發酵而成，培養基質為富含幾丁質的蝦貝類殼粉碎物及糖源組成。產品經匯智泰康生物技術(北京)有限公司檢測，根據《微生物肥料生物安全通用技術準則》(NY 1109—2006)中急性毒性分級標準判定屬實際無毒；經農業農村部微生物肥料和食用菌菌種質量監督檢驗測試中心檢測，產品發酵終點細菌總數>9.5×108mL-1，其中枯草芽孢桿菌數>9.0×108mL-1，霉菌雜菌數未檢出，主要重金屬未檢出或遠低于NY 1109—2006要求，pH 6.9。

以667 m2為施肥單位，益生菌施用組2015—2017年共施腐熟羊糞基肥5 t，2018年開始小范圍試用益生菌劑1～2次；2019—2021年對全園大范圍采用土壤表面根施益生菌劑，其中第1年施2次(4月底和8月上旬)、第2年施3次(分別為4月底、8月上旬和10月上旬)、第3年施1次(4月底)，每次施30 kg發酵原液(加8倍水稀釋)，配合年施復合肥60 kg。對照組為前3 a施腐熟羊糞基肥1.5～2 t，后4 a施復合肥80 kg。

1.2 樣品采集

采樣方法參照黃振東等[8]的方法。分別于2017年11月27日(施用益生菌劑前第2年)、2020年(施用益生菌劑第2年)隨機收集果園的土壤、果樹葉片和果實3份，土壤進行pH、有機質、水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和鎂、有效態鐵、銅、錳、鋅和硼含量分析，葉片進行全磷、全氮和鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼含量分析，果實進行理化指標與化學成分含量分析。2021年12月2日分別采摘益生菌施用組與對照組的果實進行果實理化指標、主要營養成分分析，并對產量及產值進行對比估算。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤指標分析方法

pH值測定參照NY/T 1121.2—2006；有機質測定參照NY/T 1121.6—2006；水解性氮測定參照LY/T 1229—1999；有效磷測定參照NY/T 1121.7—2014；速效鉀測定參照NY/T 889—2004；交換性鈣和鎂測定參照NY/T 1121.13—2006；有效態鐵、銅、錳、鋅測定參照NY/T 890—2004，有效硼測定參照NY/T 1121.8—2006。

1.3.2 葉片指標測定方法

全磷、全氮、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼測定參照《土壤農業化學常規分析方法》。

1.3.3 果實指標測定方法

果實縱橫徑、皮厚以游標卡尺測定。品質指標以鮮樣計，元素分析以干樣計。單果重、果形指數、可食率、可溶性固形物(TSS)、總酸、固酸比和含水率測定參照GB/T 8210—2011；維生素C(VC)測定參照GB/T 6195—1986；全磷、全氮、鉀、鈣、鎂、鐵、銅、錳、鋅、硼測定參照《土壤農業化學常規分析方法》。總糖按照苯酚-硫酸比色法、還原糖按照3，5-二硝基水楊酸比色法測定。

1.4 數據處理

重復3次。采用SPSS 21.0軟件進行數據分析，若P<0.05則表示組間數據差異顯著。

2 結果與分析

2.1 益生菌劑根施對紅美人柑橘園土壤化學指標的影響

對比施用益生菌劑之前(2017年，對照組)和之后(2020年，施用組)的紅美人柑橘果園的土壤化學指標的檢測結果(表1)可以看出，益生菌劑施用2 a后有效促進了羊糞基肥的轉化和土壤微量元素的釋放，在果實產量增加的前提下，仍顯著提升了土壤有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀的含量，有效提高了土壤中交換性鎂和有效態鐵、鋅、硼含量，為紅美人柑橘的樹體長勢維持及果實品質的提高提供了充足的有機質、大量和微量元素保障，但對交換性鈣和有效態銅的影響不大，甚至還造成有效態錳含量較大的下降。土壤pH值由施用前的7.29提高至7.66。由于溫嶺市松門鎮地處三門灣沿海，該地區的土壤pH值相對于內陸地區紅黃壤和偏施化肥果園的酸性土壤普遍較高。由于樹體和果實對堿性元素的吸收，種植紅美人柑橘后的土壤pH值相比于種植前的(8.2)有所下降，但2020年果園土壤的pH值高于2017年(當年未覆膜)的，其原因可能是設施大棚內的土壤因較高的溫濕度導致返鹽的結果。紅美人柑橘對種植區的氣溫、土壤、水肥等條件要求較高，在傳統的施肥管理下易造成土壤的酸化和有機質含量的下降，但本試驗中充足的有機質保證了紅美人增產的同時也維持了土壤的微堿性，這與奚輝等[9]報道的滴灌施用有機液肥可提高土壤肥力、減輕土壤酸化、滿足紅美人柑橘生長需求的結果一致，也與范例[10]報道的利用益生菌溶液可有效提升土壤自我肥力，將土壤酸堿度恢復至中性的結果相符合。

表1 根施益生菌劑對柑橘園土壤化學指標的影響

2.2 益生菌劑根施對紅美人柑橘葉片營養狀況的影響

相比于處理前，土壤根施灌澆益生菌劑后紅美人柑橘樹葉片的全磷、全氮和鉀等大量元素有不同程度的下降，鐵、銅2種礦物元素含量大幅下降，但鈣、鎂、錳、鋅和硼等元素含量卻有不同程度的增加，尤其是錳、鋅含量的增幅顯著(表2)，這與施用益生菌劑后有效提高了土壤中交換性鎂、有效態鐵、鋅和硼含量有關(表1)。土壤中含量升高的有效元素，被果樹吸收利用后也提高了葉片中相應的含量。雖然灌澆益生菌劑后土壤中的有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀含量有較大的提高，但葉片中相應的大量元素卻有不同程度的下降，尤其是磷和鉀含量達到了顯著水平。值得注意的是灌澆益生菌劑后土壤有效態錳的含量出現了顯著的下降(表1)，而葉片中其含量卻提高了2.54倍，這說明紅美人柑橘葉片對錳的需求量較高，導致了土壤中有效態錳因輸出而下降。韓文炎等[11]應用有效生物菌為2.6×107～2.9×107g-1的水溶肥(含50%以上的水溶性氮磷鉀養分以及0.2%～3.0%的銅、鐵、錳、硼、鋅和鉬等微量元素)于成齡茶園的龍井43，發現水溶肥能促進茶樹葉片光合作用，提高新梢氮、鉀、鎂、硫和鋅等營養元素的含量。本試驗中除去果實增產帶走營養元素影響外，施用益生菌劑后葉片的全氮、鉀含量下降不明顯，其鎂、鋅、硼含量都有較大幅度的上升，說明該益生菌劑也可能有助于紅美人柑橘葉片的光合作用，相關的營養元素的變化趨勢與韓文炎等[11]的報道相似。本試驗中施用益生菌劑組葉片中的鐵、銅含量的大幅下降及錳和鋅含量的大幅上升(可能與代森錳鋅用藥有關)，其與紅美人柑橘葉片光合作用的關系有待于進一步研究。

表2 根施益生菌劑對紅美人柑橘葉片營養元素含量的影響

2.3 益生菌劑根施對紅美人柑橘果實理化營養指標的影響

益生菌劑連續施用2 a后紅美人柑橘果實的平均單果重高達293.7 g，比施用前的242.0 g顯著高出21.4%(P<0.05)，表明益生菌劑可以大幅度提高果實的產量，但其可食率有所下降，則表明果皮有增厚增重現象，這可能是由于該施肥方式(重有機肥+益生菌劑)使土壤及葉片中氮、磷等大量元素比較充足，有利于果實膨大及果皮營養富集。盡管如此，處理組果實的可溶性固形物含量有所提高，而總酸含量下降，固酸比顯著高于對照果，且VC含量也有所提高，表明施用益生菌劑后不僅能顯著提高單果重，且品質更好。紅美人柑橘以果實扁圓形或高扁圓形、果皮薄、果肉細嫩極易化渣而著稱，躋身于高檔名果之列，但其采后極易受擠壓造成機械損傷而難以貯運，貨架期相對較短[12]。本試驗中益生菌劑處理的紅美人果實單果重高、果型指數大、外形美觀，雖可食率有所下降，但其內在品質高，且果皮增厚有利于減少果實貯運過程中的機械損傷，從而提高其商品性和延長其貨架期(表3)。此外，果皮增厚也有利于今后對其進行綜合利用，如萃取精油和色素、加工果皮蜜餞等，提高果實的附加值。

表3 施用益生菌劑對紅美人柑橘果實理化營養指標的影響

2.4 益生菌劑根施對紅美人柑橘果實理化品質指標、產量與經濟效益的影響

為考察連續施用益生菌一段時間后對紅美人柑橘果實品質、產量與經濟效益的綜合影響，我們對比分析了同一年處理組與未處理組紅美人柑橘果實的相關指標和經濟效益(表4)。結果表明，益生菌劑施用對紅美人果實相關指標的影響趨勢與2020年的分析結果類似，即施用組果實的縱橫徑、皮厚、單果重、果皮率均高于對照組，尤其是果實橫徑和單果重顯著增加，同時果實的總糖和還原糖含量也顯著高于對照組，說明益生菌劑處理可顯著提高果實的糖度、大小和美觀度(扁圓形)，從而顯著改善了果實的商品性。處理組紅美人柑橘的平均667 m2產量為2 100 kg，比對照高出500 kg，增產效果明顯，在不考慮因內質提高而價格上漲因素前提下，按40元·kg-1計，則每667 m2可增收2萬元，扣除667 m2益生菌劑的生產成本、噴施成本以及每667 m2年少施20 kg復合肥的節本，每667 m2綜合經濟效益可比對照組增加1萬元以上。就內在品質而言，施用益生菌劑的紅美人柑橘果實可溶性固形物含量雖略低于對照組的，但其總糖和還原糖含量顯著高于對照組，說明12月2日采摘的紅美人柑橘果實糖分以非還原糖為主，如淀粉、果膠等大分子多糖，其食用品質尚未達到最佳，但固酸比已達到20左右，風味更濃郁，且較耐貯藏。另外處理組的果實VC含量也高于對照組，說明其營養價值比對照組更高。

表4 益生菌劑施用對紅美人柑橘果實理化營養指標及產量的影響

3 小結與討論

浙江省紅美人柑橘栽培面積已達到0.6萬hm2，投產面積超0.2萬hm2，產值近15億元；全國種植紅美人柑橘的省份超過18個，總栽培面積超3.33萬hm2，投產面積超1萬hm2，產值超50億元，且投產面積仍在迅速增長，未來的供應量將大大提高[13]。各地上市的紅美人柑橘因土壤、栽培管理技術差異等原因質量參差不齊問題將日益突出。由于商品性好、經濟效益高，各地對紅美人柑橘引種及栽培技術的研究報道仍較多[14-15]，但目前對紅美人柑橘樹體營養需求、影響果實品質和增產的關鍵因素如土壤地力條件和肥水管理等的研究報道相對較少，不利于紅美人柑橘果實高商品價值和經濟效益優勢的持續凸顯。

枯草芽孢桿菌為芽孢桿菌屬的一種，已應用于水產養殖、環境治理和農業生產。其在農業生產上的作用機理[16]大致歸納為: ①菌體生長過程中產生的枯草菌素、多黏菌素、短桿菌肽等活性物質，對致病菌或內源性感染的條件致病菌有明顯抑制作用；②刺激植株產生抗病因子，提高植株免疫力；③通過自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶等酶類，與其他植株體內酶協同發揮作用，同時通過自身合成B1、B2、B6、煙酸等多種B族維生素，促進植物生長發育。溶桿菌屬具有獨特的滑動性和溶菌活性，已報道溶桿菌屬的大多數細菌對許多病原菌有顯著的拮抗作用[4,17]。截至2012年底，溶桿菌屬26種細菌中，只有少數幾種細菌的胞外主要抑菌物質被分離得到，這些物質主要有胞外酶、小分子化合物及生物表面活性劑和抗生素3大類[4]。本研究首次應用由枯草芽孢桿菌和溶桿菌屬細菌組成的益生菌劑根施灌澆于紅美人柑橘果園，發現可顯著提升土壤有機質、水解性氮、有效磷和速效鉀的含量，有效提高交換性鎂和有效態鐵、銅、鋅、硼含量，維持土壤的微堿性；提高葉片鈣、鎂、錳、鋅和硼等元素含量，尤其顯著增加了錳、鋅含量；顯著提高了單果重和固酸比，增產效應、商品性、內在品質和經濟效益提高明顯。本益生菌劑對紅美人柑橘品質的影響與枯草芽孢桿菌和解磷細菌對蘋果品質影響的報道[18]相近；對土壤大量元素的影響與徐洪宇等[19]報道枯草芽孢桿菌有機肥可分別提高種植煙草土壤有機質、有效磷、速效鉀和全鉀含量的結果相符合。益生菌劑對土壤養分與果實品質的積極調控作用可能與枯草芽孢桿菌能顯著提升土壤磷酸酶、脲酶、蛋白酶、蔗糖酶活性[18]有關，也可能與枯草芽孢桿菌和溶桿細菌對土壤微生態菌系的調節作用有關，其具體的作用機理有待于進一步研究。對益生菌劑施用前后土壤與葉片化學元素含量之間相關性、葉片營養狀況與光合作用及其與果實品質之間關系變化影響的研究也將有助于揭示益生菌劑對紅美人柑橘果樹生長和果實品質積極調控的內在機制。