微藻生物肥改善土壤肥力提高葉用萵苣營養品質

王建華，圓 圓，都拉娜，烏尼爾，敖恩寶力格

（1.呼和浩特市農牧技術推廣中心，呼和浩特 010051；2.內蒙古師范大學生命科學與技術學院，呼和浩特 010022）

2021 年發布的《“十四五”全國農業綠色發展規劃》中明確指出：“我國農業綠色發展仍處于起步階段，還面臨不少困難和挑戰。”農業面源污染日益嚴重，化肥、農藥使用過量，資源利用率不高。應用微藻生物肥已成為現代農業綠色、高效、安全和可持續發展的新增長點。微藻是一類個體微小、結構簡單的真核或原核微生物，其利用CO2轉化為油脂、碳水化合物和蛋白質。與陸生植物相比，微藻具有吸收CO2進行光合作用的優勢。微藻生長速率快，生物質積累速率每年可達50～100 t/hm2，固碳速率高，固碳效率是一般陸生植物的10～50 倍［1］。除固碳功能外，固氮微藻可以將空氣中的氮氣轉化為氮素化有機化合物，在生長繁殖過程中會分泌氨基酸、多肽等含氮化合物和活性物質，提高土壤中有效氮的濃度［2，3］，已經被廣泛開發為微藻生物肥料。黎尚豪［4］對固氮藍藻的稻田應用進行研究，結果表明，接種固氮藍藻后水稻增產超過15%，最高可達33%。施加固氮微藻不僅能提供氮源，還能增加土壤中其他元素的含量，改善土壤肥力［5］。微藻可以積累土壤有機質，還能刺激土壤微生物的活動并增加土壤氮、磷等養分含量［6］。在糧食作物生產上，對以微藻為原料的生物肥料開發和利用研究較多，但其在蔬菜作物上應用的研究報道較少。

本研究選取可規模化養殖的蛋白核小球藻和固氮魚腥藻制備微藻生物肥，研究其對葉菜類作物葉用萵苣（Lactuca sativa）生長指標、營養品質和土壤肥力的調控效應，以期為生產提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葉用萵苣，品種為紅楓生菜，由呼和浩特市種子管理站提供。蛋白核小球藻和固氮魚腥藻由深圳派得科技有限公司提供，在25 ℃的溫度、50%濕度、光照度4 000 lx，光暗周期16 h∶8 h 的條件下，用Bold basal medium（BG11）液體培養基培養6 d 達到對數期。以細胞密度1∶1 的比例制備液體生物肥，其中干物質含量為（3.5±0.2）g/L，細胞密度為每毫升（7.10×108±0.50×108）個。傳統化肥使用水生田復合肥料。

1.2 試驗方法

1.2.1 供試土壤及種植施肥方法 配置種植土壤，供試土壤的pH 為7.20，含水率為5.75%，全氮含量1.05 g/kg，堿解氮含量0.490 g/kg，速效磷含量40.10 mg/kg，速效鉀含量0.285 g/kg，有機質含量32.90 g/kg。在邊長為50 cm、高30 cm 的種植框中均勻覆蓋25 cm厚度的土壤。每個種植框種4行，每行種5株，光暗周期為16 h∶8 h，17～26 ℃溫室條件下培養。

試驗設置4 個處理組。全藻肥處理：未稀釋的對數生長期蛋白核小球藻和固氮魚腥藻，以細胞密度1∶1 的比例制備液體生物肥，細胞總密度為每毫升（7.10×108±0.50×108）個。半藻肥處理：對數生長期蛋白核小球藻和固氮魚腥藻，以細胞密度1∶1的比例制備液體生物肥，細胞總密度為每毫升（3.55×108±0.25×108）個。傳統化肥處理：用水生田復合肥料（N-P2O5-K2O，25∶12∶8）。水對照處理：用自來水滴灌。

1.2.2 土壤肥力的測定方法 施肥50 d 后，檢測各處理組試驗前后土壤pH 及養分含量。每個種植框取3 個點的新土樣品，混合后采用電位計法測定酸堿度。采用重鉻酸鉀法測定有機質含量，采用微量蒸餾法測定全氮、堿解氮，采用原子分光光度法測定速效鉀，采用鉬藍比色法測定速效磷含量［7，8］。土壤過氧化物酶活性的測定采用鄰苯三酚比色法，土壤蔗糖酶活性的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法，磷酸酶活性的測定采用磷酸苯二鈉比色法，脲酶活性的測定采用苯酚-次氯酸鈉法［9，10］。

1.2.3 葉用萵苣生長指標和營養品質的測定方法葉用萵苣種子發芽50 d 后，分別在各處理組中隨機選取3 株，測定株高、莖粗、單株質量等生長指標和營養成分。可溶性糖含量的測定采用蒽酮硫酸比色法，纖維素含量的測定采用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵銨法，蛋白質含量的測定采用紫外分光光度法［7，11］。

2 結果與分析

2.1 微藻生物肥與傳統化肥成分比較

制備的液體生物肥中包括水、殘留培養基養分、微藻細胞分泌物、微藻活細胞、已死亡的細胞核細胞碎片等。通過成分鑒定及含量測定，微藻生物肥（干燥粉末）和傳統化肥成分比較見表1。從表1 可以看出，微藻生物肥碳水化合物、蛋白質和脂類等有機物質含量較高，而氮、磷、鉀元素含量明顯比傳統化肥低。

2.2 微藻生物肥對土壤肥力的影響

從表2 可以看出，與水對照組相比，全藻肥和半藻肥處理組的土壤pH 變化較小，基本都維持在中性狀態。施用傳統化肥的土壤呈弱酸性，證明傳統化肥會使土壤酸化，而微藻生物肥會減緩土壤酸化。

表2 施用微藻生物肥對土壤養分含量的影響

由表2 可知，全藻肥處理組的堿解氮占全氮的41.74%，比水對照組提高了6.94 個百分點，表明微藻生物肥可以提升土壤中堿解氮的含量，而且土壤中堿解氮占全氮百分比會隨著微藻生物肥施加量的增加而增加。土壤中堿解氮含量的提高，有利于作物吸收利用氮，促進生長，提高營養品質。與水對照組相比，全藻肥處理組和半藻肥處理組的全氮含量沒有明顯變化，但比供試土壤（1.05 g/kg）相比，分別提高了21.90%、29.52%，說明微藻生物肥可以促進空氣中氮元素向土壤中流動，且流動量大于土壤向作物的流動量。全藻肥處理組的全氮含量比水對照組降低了7.25%，說明土壤向作物體氮元素流動量大于空氣向土壤中氮元素流動量。該結果表明，微藻生物肥可以促進葉用萵苣吸收土壤中的氮元素。與水對照組相比，全藻肥處理組土壤有機質增加了8.93%，而傳統化肥組施肥土壤有機質含量降低，全藻肥處理組速效鉀含量降低了10.62%，速效磷降低了8.28%，表明微藻生物肥可促進葉用萵苣對鉀和磷的吸收。與水對照組相比，施用傳統化肥土壤中全氮、速效磷和速效鉀含量均顯著增加，而有機質含量減少，說明葉用萵苣對傳統化肥的利用率較低。

由表3 可知，全藻肥處理組和半藻肥處理組的土壤過氧化物酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性均比水對照組顯著提高。全藻肥處理組與傳統化肥組相比，對土壤酶活性有顯著的改善作用，4種酶的活性均顯著大于傳統化肥組。

表3 施用微藻生物肥對土壤酶活性的影響（單位：U/g）

2.3 微藻生物肥對葉用萵苣生長和營養品質的影響

由表4 可知，施用全藻肥后，與水對照相比，葉用萵苣的株高、莖粗和單株質量均有顯著增長，株高增加了13.2 cm，莖粗增加了0.6 cm，單株質量增加了92.2 g。全藻肥處理組和傳統化肥組之間，葉用萵苣生長各指標無顯著差異。與傳統化肥組相比，施用全藻肥后提高了葉用萵苣蛋白質和可溶性糖含量，并降低了纖維素含量。與水對照組相比，全藻肥處理組葉用萵苣的蛋白質含量提高了110.71%，可溶性糖含量提高了41.46%，纖維素含量降低了36.53%，3 個指標在二者之間差異顯著。施用全藻肥組與傳統化肥組相比，對葉用萵苣營養品質有顯著的改善作用，蛋白質、可溶性糖和纖維素含量在2 個處理間差異顯著。

表4 施用微藻生物肥對葉用萵苣生長和營養品質的影響

3 討論

過多施用化肥造成肥料利用率低，而且還帶來環境污染，應用微藻生物肥可解決這些問題［12］。本研究發現，施用微藻液體微生物肥后土壤pH 趨于中性，土壤有機質和堿解氮均提升，而作物對土壤速效磷和速效鉀的利用率上升。表明微藻生物肥可提高土壤中有機質含量，促進葉用萵苣對鉀和磷的吸收。施用微藻生物肥還能提高土壤過氧化物酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。說明微藻生物肥對土壤pH 有緩沖作用，對土壤中的養分有一定的活化作用，能延長土壤肥效［13］。本研究發現，施用微藻液體微生物肥顯著提高了葉用萵苣各項生長指標，增加葉用萵苣中蛋白質含量，促進纖維素降解，增加了可溶性糖含量，提高了葉用萵苣的產量和營養品質。施用微藻生物肥能夠改變土壤微生物的豐度和結構，土壤微生物通過調節土壤的微生態，使土壤中一些酶的活性發生變化，促進土壤中物質的轉化和循環，提高土壤肥力，為作物提供了更多的可利用物質，進而促進作物生長、增強養分吸收能力、提高作物的產量和品質［14］。微藻生物肥可作為新型綠色生物肥應用于蔬菜及其他農作物的綠色高效生產。