生物有機肥對養心菜品質和產量的影響

王安琪，宋冠林，路來風,2，張 浩，郭慶柱，王昌祿,2,*

（1.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2.省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，天津 300457；3.天津市宏勝源食用菌科技發展有限公司，天津 300270）

農業作為國民經濟發展的基礎和戰略性產業，一直備受我國政府的重視，化肥具有價格低、見效快等特點，在我國農業用肥中占有很大比重[1]。但在農業生產中，長期不合理施用化肥導致出現諸多問題：①施用量不科學導致化肥殘留，加重土壤板結[2]；②土壤理化性質改變[3]，土壤微生態平衡被破壞[4]；③化肥施用比例不科學，導致作物營養需求得不到滿足，產量降低[5]。

一段時期以來，不合理施肥導致的土壤污染、食品安全問題日益增加。人們逐漸開始尋求一種既能保證作物種植效益，又能保護生態環境的肥料。生物有機肥（Biological organic fertilizer，BOF）不僅營養物質豐富，一定程度上能夠有效代替化肥，可用于蔬菜、水果、農作物種植[6]，同時生物有機肥是以畜禽糞便、農作物秸稈、食品加工副產物、生活垃圾等有機廢棄物為原料，能夠實現對農業固體有機廢物的資源化利用與轉化，使其變廢為寶。有機固體廢物經過微生物發酵的無害化、腐熟處理，可制成兼具有機肥和微生物功效的肥料[7]，在促進作物生長的同時起到修復受污染的土壤和提高土壤肥力的作用。已有研究發現，在作物種植中，將生物有機肥代替一定量的化肥施用，作物口感更佳[8]，品質得到改善[9]，且隨著施用生物有機肥比例的提高，作物果實形狀和顏色更好[10]，果蔬中的硝酸鹽含量降低[11]，可溶性糖、可溶性蛋白質、游離氨基酸、VC、總糖含量[12]都有所提高，蔬菜、作物的總產量均較單獨施用化肥有所提高[13]。生物有機肥品質的優劣主要取決于其所含功能微生物的作用強度和活菌數量。在生物有機肥制造過程中，通常在堆肥前加入發酵菌劑，包括一些活性強且耐高溫、高滲等抗逆性較強的微生物，如纖維素降解菌、酵母菌、乳酸菌、木霉等[14-15]，這些微生物主要用于降解原料中的纖維素、木質素，以及促進堆肥形成腐殖質等物質。也有一些微生物，以放線菌[16]、固氮菌[17]、溶磷菌[18]、解鉀菌等為主，在堆肥高溫期后或物料腐熟后加入，這些功能菌能夠通過二次發酵提高生物有機肥的營養物質含量[19-20]，增強生物有機肥的促生效果。

養心菜（Sedum aizoon L.），又稱費菜、土三七、景天三七、救心菜、高鈣菜，是景天科景天屬多年生草本植物[21]。養心菜可作為蔬菜，涼拌、烹炒或煲湯食用，清香可口、風味獨特；也可入藥，其性平，味甘，微酸，具有養心、平肝、寧心、滋陰養血、活血止血之功效，對預防心臟病、失眠、高血壓，治療牙齦出血、月經量多、跌打損傷、失眠、蛇蟲咬傷、血管硬化等疾病均有一定療效[22]。養心菜株形優美，綠色期長，耐修剪，花朵呈黃色聚傘狀，常用作盆栽觀賞花卉和植物造型，同時其耐旱及耐寒性好，適應性強，是風沙治理及園林綠化的優選植物[23]。

本文利用實驗室前期優化的菌劑對不同原料配比的農業有機廢棄物堆肥初產物進行二次發酵，制得具有促生功能的生物有機肥，將其用于養心菜種植，旨在探究生物有機肥對養心菜的生長、品質和產量的影響，以期為利用生物有機肥提高其他作物產量、品質及促進農業可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

供試養心菜，選取購于江蘇省徐州市沛縣的綠莖養心菜幼苗，作為盆栽試驗使用。

BCA試劑盒：碧云天生物技術有限公司；鎢酸鈉、鉬酸鈉、酒石酸鉀鈉：天津市北方天醫化學試劑公司；氯化鋁、沒食子酸、氫氧化鈉、醋酸鉀、乙醇：天津市北方天醫化學試劑公司；蘆丁標準品、草酸、2,6-二氯酚靛酚鈉：北京索萊寶科技有限公司。

供試菌劑和生物有機肥均由天津科技大學食品科學與工程學院發酵食品與生物資源開發研究室研制生產，菌劑中功能微生物為實驗室保藏菌株：白黃鏈霉菌TD-1（Streptomyces alboflavus TD-1）、固氮菌JZ1、無機磷分解菌JWP1、有機磷分解菌JP12、解鉀菌JK1。供試生物有機肥理化性質見表1。

供試條垛有機肥與納米膜有機肥由天津市宏盛源食用菌科技發展有限公司提供。

試驗地點在天津市濱海新區（GPS：39°03ˊN，117°68ˊE），該地區屬溫帶大陸性季風氣候，土壤屬于濱海鹽化潮土、濕潮土和濱海鹽土，含鹽量1%～2%，土質黏重，質地板結，肥力欠佳。盆栽試驗的土壤盡量保證質量和理化性質相同。供試土壤的基本理化情況見表2。

表1 生物有機肥的理化特性Table 1 Physico-chemical characteristics of biological organic fertilizer

表2 供試土壤的基本理化性狀Table 2 Basic physico-chemical properties of soil sample

1.1.2 儀器與設備

Agilent 8453紫外可見分光光度計：上海魁元科學儀器有限公司；T1000電子天平：青島精誠儀器儀表有限公司；電子數顯游標卡尺：德清盛泰芯電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 盆栽試驗設計

剪取養心菜種苗植株上部作為插穗。插穗長度統一修剪為5.0 cm，粗約0.3 cm，剪時莖節盡可能接近扦穗下端，上口平，下口斜，去掉下部1/3的葉片，保留上部葉片。生物有機肥按照30 t/hm2的施用比例加入盆栽鹽堿土中，拌勻。于2021年2月23日將養心菜扦插種植在盆栽（各處理組所選盆栽容器保持一致，均為直徑20 cm，深度30 cm的透氣花盆）中，每盆種植土添加量為花盆容積的3/4，每盆栽植1株養心菜苗。將各組盆栽置于室內，待養心菜幼苗生長穩定后（約15 d），統一搬移至室外培養，與自然環境相同。定期澆水保持田間持水量70%左右，選取70 d（養心菜盛長期）養心菜進行促生指標測定，每組重復3次，每次重復為3盆，每個處理組共9株養心菜。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 株高

使用刻度尺測定莖基部到頂端的距離，結果取平均值。

1.2.2.2 株高增量

株高增量計算公式為：

1.2.2.3 莖粗

使用游標卡尺測定距下部扦插口1.5 cm處的扦插苗直徑即粗度，計算平均莖粗。

1.2.2.4 莖粗增量

莖粗增量計算公式為：

1.2.2.5 最長須根長

使用刻度尺直接測定，結果取平均值。

1.2.2.6 單株產量

每株地上莖質量，直接稱量。

1.2.2.7 單寧含量

參照國家農業行業標準NY/T 1600—2008[24]中的分光光度法測定。

1.2.2.8 總黃酮含量

采用三氯化鋁比色法[25]測定。

1.2.2.9 VC含量

采用2,6-二氯靛酚滴定法[26]測定，結果取平均值。

1.2.2.1 0可溶性蛋白含量

采用BCA法[27]測定。

1.2.3 數據處理

采用SPSS18.0軟件進行數據差異顯著性分析，當組內比較個數為3或超過3個時，均采用單因素ANOVA分析，Duncan差異分析方法分析，以P＜0.05為顯著性檢驗標準。所有數值均以xˉ±s表示，采用Origin 95軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同生物有機肥對養心菜生長和產量的影響

2.1.1 不同生物有機肥對養心菜株高和株高增量的影響

由圖1可以看出，養心菜生長70 d到達生長旺盛期時，除N1M組外，生物有機肥處理組的株高和株高增量均高于未經二次發酵的有機肥組和不施肥處理組。其中，N2M組株高（9.55 cm）顯著高于其他處理組（P＜0.05），較未經二次發酵的有機肥組（2.70 cm）和不施肥處理（2.77 cm）組分別高出253.7%和244.8%。N2M、N3M和N5M組養心菜株高增量分別為923.21%、456.10%、343.48%，均超過了200%，與未經二次發酵的有機肥組（28.57%）和不施肥處理組（36.07%）相比差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。說明本試驗所制備的部分二次發酵生物有機肥能夠提高養心菜的生長速度。

圖1 生物有機肥對養心菜株高（A）和株高增量（B）的影響Fig.1 Effects of bio-organic fertilizer on plant height(A)and plant height increment(B)of Sedum aizoon L.

2.1.2 不同生物有機肥對養心菜莖粗和莖粗增量的影響

由圖2可以看出，養心菜生長70 d到達生長旺盛期時，大多數生物有機肥組的養心菜莖粗和莖粗增量高于未經二次發酵的有機肥組或不施肥組。N2M和N4M處理組的養心菜莖最粗，分別為3.89 mm和3.42 mm，顯著高于其他處理組（P＜0.05），較不施肥組（2.74 mm）分別高出42.0%和24.8%。N2Q和N2M組的養心菜莖粗增量最大，分別為70.00%和66.67%，顯著高于未經二次發酵的有機肥組（14.29%）、不施肥組（2.50%）和其余處理組，差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。說明本試驗所制備的部分生物有機肥在一定程度上能夠促進養心菜的生長。

圖2 生物有機肥對養心菜莖粗（A）和莖粗增量（B）的影響Fig.2 Effects of bio-organic fertilizer on stem diameter(A)and stem diameter increment(B)of Sedum aizoon L.

2.1.3 不同生物有機肥對養心菜生根的影響

最長須根長和須根分支數可反映養心菜扦插后定植生根效果，促生微生物菌群可產生酶類物質和植物激素吲哚乙酸（IAA）、鐵載體等促進其生根[28]。由圖3可知，N1Q、N2M、N3M和N5Q組最長須根長較其他組別更長，長度分別為4.85、3.00、4.45、2.10 cm，與未經二次發酵的有機肥組（0.90 cm）和不施肥組（0.70 cm）之間具有顯著性差異（P＜0.05）。N3M組養心菜須根分支數（15.00根）多于其他處理組，未經二次發酵的有機肥組和不施肥組的須根分支數分別為2.50根和2.00根。說明本試驗所制備的部分二次發酵生物有機肥能夠促進養心菜根部生長和分支。

圖3 生物有機肥對養心菜最長須根長（A）和須根分支數（B）的影響Fig.3 Effects of bio-organic fertilizer on the length(A)and branch number(B)of fibrous root of Sedum aizoon L.

2.1.4 不同生物有機肥對養心菜產量的影響

從肥料對養心菜須根分支數、單株產量結果（圖3B和圖4）來看，兩個指標有一定的相關性，須根分支數多的處理組，養心菜單株產量也高。N3M組養心菜須根分支數最多，其單株產量也最高，為11.89 g，較未經二次發酵的有機肥組（2.67 g）和不施肥組（2.11 g）分別提高了345.3%和463.5%。說明本試驗所制備的部分生物有機肥能夠提高養心菜的產量。

2.2 不同生物有機肥對養心菜品質的影響

不同施肥處理組養心菜中單寧、VC、總黃酮、可溶性蛋白含量的測定結果見圖5。

圖4 生物有機肥對養心菜單株產量的影響Fig.4 Effect of bio-organic fertilizers on the yield of single plants of Sedum aizoon L.

圖5 生物有機肥對養心菜品質的影響Fig.5 Effect of bio-organic fertilizer on the quality of Sedum aizoon L.

由圖5可以看出，除個別處理組外，二次發酵生物有機肥組在一定程度上能提高養心菜的VC、總黃酮和可溶性蛋白含量。由圖5A可知，N3M處理組的單寧含量（2.19 mg·kg-1）最低，澀味不明顯，與其他各組間具有顯著性差異（P＜0.05）；N2Q、N2M、N5Q、N6Q處理組單寧含量分別為2.89、2.87、3.04、3.29 mg·kg-1，也具有較低的澀味，與未經二次發酵的有機肥組（3.89 mg·kg-1）和不施肥組（3.68 mg·kg-1）之間具有顯著性差異（P＜0.05）。說明本試驗所制備的部分二次發酵后的生物有機肥在一定程度上能夠降低養心菜中單寧含量，提高養心菜的口感。

由圖5B可知，N1處理組（N1Q和N1M組）提高養心菜VC含量的效果較好，說明N1組對養心菜合成VC具有促進作用。所有處理組中，N1Q和N1M處理組的VC含量較高，其中N1Q處理組與未經二次發酵的有機肥組和不施肥組相比具有顯著性差異（P＜0.05）。說明使用本試驗所制備的部分生物有機肥后，養心菜中VC含量明顯提高，從而提高了養心菜的營養性。

由圖5C和圖5D可知，施用不同肥料對總黃酮含量和可溶性蛋白含量的提高效果不明顯。其中N4M組的總黃酮含量最高，為41.29 mg·g-1，較不施肥組提高了19.0%，N2Q組的可溶性蛋白含量最高，為0.73%，較不施肥組提高了0.29個百分點，但各組間總黃酮含量和可溶性蛋白含量均無顯著性差異，說明生物有機肥對養心菜的總黃酮與可溶性蛋白含量影響不大。

綜上可知，經促生功能菌劑二次發酵制備的生物有機肥，其肥力得到有效提升，相較于未經二次發酵的有機肥，多數處理組的生物有機肥能有效提高養心菜中VC含量，對總黃酮和可溶性蛋白含量的提高和單寧含量的降低也有一定作用。

3 討論與結論

生物有機肥施入土壤后，其本身所含的腐殖質、速效養分等營養物質會被作物根系吸收[29]，土壤中的微生物也會利用肥料中的營養物質作為生長所需氮源、碳源激活作物根際附近的土壤菌群，使土壤中微生物群落多樣性得到提高[30]，這些微生物會在作物根際附近富集更多的有益菌，抑制某些土傳病原菌生長，同時這些有益菌能夠分泌次級代謝產物，對土壤酶活性及C、N、S等能量循環產生影響，進而促進作物生長，改善土壤肥力[31-32]。

本文通過養心菜種植盆栽試驗，探究了經促生功能菌劑二次發酵的生物有機肥對養心菜生長、產量和品質的影響效果。施用生物有機肥后，養心菜的株高、莖粗、根長、單株產量，以及VC含量相較于不施肥處理均有明顯提高。可見，生物有機肥能夠作為一種綠色、安全的肥料用于農業生產中，起到提高作物產量和品質的作用，但生物有機肥是如何通過影響作物根際附近土壤微生物群落結構以及作物根系分泌物的產生，從而促進作物生長的作用機理有待進一步研究。