生物有機肥對枸杞生長及土壤性狀的影響

呂亮雨,樊光輝,2,付 全,蘇彩風,李發毅

(1.青海大學農牧學院/青海大學農林科學院,西寧 810016;2.青海高原林木遺傳育種實驗室,西寧 810016)

0 引 言

【研究意義】寧夏枸杞(LyciumbarbarumL.)為落葉灌木,在我國主要分布于西北、華北等地區[1]。其果實屬“藥食同源植物”[2-4]。種植有機枸杞需肥量大且需肥料質量高,通常以農業廢棄物有機肥為主[5-7]。該有機肥既可增加土壤有機質含量,還可抑制病蟲害的發生[8-10]。但是農業廢棄物有機肥料存在生效慢以及流失等問題。使用生物有機肥,可以提高農業廢棄物有機肥分解速率和肥料利用率,進而提升土壤肥力、提高有機枸杞生長發育和產量品質[11]。【前人研究進展】張彥紅等[12]將生物有機肥與化肥混施,結果表明,生物有機肥能夠明顯提高枸杞產量和品質; 黃麗華等[13]將哈茨木霉菌與芽孢桿菌應用于紫花苜蓿種植中,發現施用兩種微生物菌劑均可促進植株生長并改善土壤性狀; 趙棟等[14]通過試驗研究發現,有機肥配施生物有機肥會對枸杞生長發育和抗病害能力的產生影響,結果顯示,使用生物有機肥后,枸杞葉片葉綠素含量、樹高和冠幅都遠遠高于不施肥處理,且有效降低了枸杞發病率;包慧芳等[15]研究表明,在寧杞7號上施入生物有機肥,能顯著改善土壤性狀,其中在全氮、全磷、全鉀等方面有顯著效果。【本研究切入點】木霉菌、芽孢桿菌廣泛存在于各種自然條件下的土壤中,可提高有機肥料的分解速度,可加速植物根系對養分的吸收,加速植物生長,提高果實產量[16],是與有機肥混施的優良菌種。對比施用普通有機肥,混施生物有機肥的生產成本較高[17],為提高施肥效益,需要選出一個最佳生物有機肥種類和最適生物有機肥濃度。【擬解決的關鍵問題】試驗配施3種不同種類的生物有機肥,每種生物有機肥設置3種不同濃度,進行田間試驗,分析不同的混合施肥方式對枸杞生長以及土壤理化性質的影響,制定合理的施肥措施,為枸杞園土壤肥力提高提供依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試品種

試驗于2021年6～11月在青海省海西蒙古族藏族自治州諾木洪農場進行。試驗區地處柴達木盆地東南部(E 96°～97°,N 36°～37°),海拔高度約為2 800 m。屬于高原大陸性氣候,空氣干燥,光照時間長,晝夜溫差大。年平均溫度4.4℃,年平均降雨量約40 mm,年平均蒸發量2 800 mm[18]。

供試土壤為旱田內陸鹽堿土,土壤電導率EC(水土比1∶5)為5.13 mS/cm,pH(水土比1∶2.5)為8.47。土壤養分含量分別為有機質10.69 g/kg、全氮0.62 g/kg、全磷1.92 g/kg、全鉀24.04 g/kg、堿解氮128 mg/kg、速效磷46.26 mg/kg、速效鉀350.60 mg/kg。

供試枸杞品種是寧杞 7 號,該品種具備生長迅速、抗逆性強、產量高、品質好等優點。樹齡為5年,栽植枸杞3 300株/hm2,株高為0.8～0.9 m。

1.1.2 供試肥料

供試肥料泰旺寶粉劑由上海大井生物工程有限公司生產,為黑色粉末,有效活菌為哈茨木霉菌和棘孢木霉菌,有效活菌數≥2×108/g,特別添加礦源黃腐酸≥5%;碧苗水劑也由上海大井生物工程有限公司生產,為深棕色液體,含有多種高活性微生物菌,有效活菌數≥2×108/mL,特別添加有機質≥45%,腐殖酸≥5%,氨基酸≥5%;綠能2號由青海燦銘農牧科技有限公司生產,為黑色粉末,主要成分為解淀粉芽孢桿菌,活菌數≥2×108/g,特別添加腐殖酸≥40% ;作為基肥施用的有機肥有機質含量≥40%,N+P2O5+K2O≥5%。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

每種肥料結合產品的推薦施肥量、柴達木地區土壤的基本供肥特點和豐產園果農施肥平均水平及高限水平設置3個不同的施肥梯度,并以不施肥做對照(CK),共10個處理。每個處理重復3次,共30個小區,每個小區均栽植有30株枸杞樹,株距1 m,行距3 m,小區面積90 m2。于2021年7月1日在植株滴水線下方挖穴長80 cm、寬20 cm、深30 cm,將肥料施入穴中,對照組施加清水,覆土。施肥后馬上灌水,使肥料均勻分布在枸杞根部,田間管理同大田生產。表1

表1 不同試驗處理生物有機肥種類及用量

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 土壤指標

于2021年10月1日按照5點混合取樣法采集各個小區0～30 cm土層處土壤,混勻成1份樣品。參照《土壤農化分析(第三版)》測定土壤有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、電導率、pH等指標[18,19]。

1.2.2.2 枸杞生長指標

每個小區選3棵長勢一致的樹做樣樹,使用卷尺測定其樹高、冠幅。樹高每株樣樹測3次取平均值。冠幅測量相互垂直的2個方向樹冠直徑,每株樣樹測3次取平均值。自2021年7月1日開始,每隔15 d測量1次。

1.2.2.3 枸杞光合特性

每個小區選擇長勢一致的枸杞3株作為樣樹,在樣樹上部選取9個新生枝條作標準枝,在標準枝上選取健康葉片測量其光合特性。光合特性在盛果期使用 Li-COR6400便攜式光合測定儀進行測定,選擇天氣晴朗的時間測量并記錄:凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、葉片氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)[20-22]。

1.2.2.4 枸杞果實產量和品質

青海柴達木枸杞每年成熟3次,分別于8月5日、8月30日、10月5日,采摘每株樣樹第1茬、第2茬及第3茬果實,于塑料大棚中晾干至恒重后稱其干質量,計算單株平均產量,根據單株產量計算得出單產。采用四分法選取每個處理的干果作為樣品,測定其內含物。枸杞多糖根據GB/T 18672-2014中的測定方法進行測定;總黃酮和蛋白質按照《保健食品功效成分及衛生指標檢驗規范》中的測定方法進行測定;多酚通過分光光度法(UV)測定其含量;甜菜堿通過離子色譜法測量其含量;總抗壞血酸參照《GB12392-90-蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸的測定方法》進行測定;類胡蘿卜素可參照GB 5009.83-2016中的測定方法測定其含量;總糖含量根據GB/T 18672-2002中寧杞7號總糖含量的測定方法測定其含量[23,24]。

1.3 數據處理

試驗結果以所測數據的平均值±SD表示。數據處理使用Microsoft Office Excel 2010 軟件,同時采用SPSS 21.0 軟件進行數據統計分析各處理間的顯著性差異(P<0.01)。

2 結果與分析

2.1 生物有機肥對土壤養分含量、電導率、pH的影響

研究表明,施用生物有機肥后土壤各養分含量較CK均顯著提高,土壤pH和電導率明顯降低。各個施肥處理土壤性狀改良情況各不相同,復合型生物有機肥對土壤的改良效果明顯超過其他兩種生物有機肥。MMJ2處理土壤的全鉀含量最高,達到29.36 g/kg,比CK增加了25.4%,顯著高于其他8個處理和CK。FHX3處理土壤的速效磷含量最高,為84.47 mg/kg,和CK相比增量達到30.8%,差異顯著。FHX2處理土壤的全氮、全磷、堿解氮、速效鉀、有機質含量均最高,分別達到0.92 g/kg、2.44 g/kg、192.67 mg/kg、586.00 mg/kg、18.10 g/kg,比CK分別增加了53.3%、33.3%、43.8%、43.9%和55.0%,差異顯著。土壤養分含量隨生物有機肥使用量的增加呈先升后降的變化趨勢,而土壤電導率與pH值的變化趨勢則相反。各處理土壤電導率為3.01～4.35 mS/cm,電導率從高到低依次為CK、MMJ3、FZS2、FHX3、FZS3、MMJ1、FZS1、FHX1、MMJ2、FHX2,各處理相比,FHX2能夠更好地降低土壤電導率,較CK降低了44.5%,差異顯著;各處理土壤pH值為8.03～8.68,pH值從高到低依次為CK、MMJ1、FHX1、FZS1、MMJ2、MMJ3、FHX3、FZS2、FZS3、FHX2,各處理相比,FHX2能夠更好地降低土壤pH值,較CK降低0.65,各處理均與CK均差異顯著。施用生物有機肥可以降低土壤電導率和pH值并提高土壤養分含量,改善土壤理化性狀,效果以FHX2最好。表2

2.2 生物有機肥對枸杞生長量的影響

研究表明,各施肥處理樹高、冠幅均較CK均顯著提高,復合型生物有機肥促生效果較其他2種生物有機肥更好。

10月15日各施肥處理的枸杞樹高分別高出CK 1.7%～15.4%,以FZS2、FHX2和 FZS3處理變化最為明顯,其中FZS2處理枸杞樹高變化最大,樹高為109.71 cm。各施肥處理枸杞冠幅均較CK明顯增加,10月15日FHX3處理枸杞冠幅最大,達到85.73 cm,FHX2處理次之,為83.72 cm,各施肥處理和CK相比增量達到4.0%～14.7%。圖1

圖1 不同生物有機肥下枸杞樹高、冠幅變化

2.3 生物有機肥對枸杞光合作用的影響

研究表明,生物有機肥的施入有利于枸杞葉片光合作用的進行,復合型生物有機肥的促進效果最好。施入生物有機肥后,各處理枸杞葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度均較不施肥處理顯著提高,施入復合型生物有機肥后枸杞葉片光合作用最好,腐殖酸生物有機肥次之。其中Pn、Tr、Gs和Ci均在FHX2時最大,為11.58 μmol/(m2· s)、4.16 mmol/(m2· s)、171.51 mmol/(m2· s)、298.26 μmol/mol,和CK相比分別提高了90.1%、32.9%、66.5%和40.2%,差異顯著。混施生物有機肥后光合作用較CK明顯提高且差異顯著,FHX2提升最多。表3

表3 不同生物有機肥下枸杞光合作用變化

2.4 生物有機肥對枸杞產量及品質的影響

2.4.1 生物有機肥對枸杞產量的影響

研究表明,施用生物有機肥后,除MMJ1、FZS1處理外,其他各處理枸杞總產量均顯著高于CK。各施肥處理枸杞總產量為35.30～44.81 kg/667m2,其中FHX2處理總產量最高,達到44.81 kg/667m2,與CK相比增產31.4%,差異顯著。施用生物有機肥對第1茬果實產量促進效果較第2茬、第3茬更明顯,FHX3處理一茬果實產量最高,較CK增產72.2%,FHX2處理次之,較CK增產58.5%。圖2

圖2 不同生物有機肥下枸杞果實產量變化

2.4.2 生物有機肥對枸杞果實品質的影響

研究表明,施用生物有機肥可顯著提高果實中的枸杞多糖、黃酮、類胡蘿卜素、甜菜堿、抗壞血酸、多酚、總糖和蛋白質含量。各施肥處理枸杞多糖含量為3.39%～6.40%,FHX2處理含量最高,與CK相比增量達到71.6%,差異顯著。黃酮含量FHX2最高,達到0.18%,其次為FHX3,與CK相比增量分別達到了80.0%、60.0%,較CK均存在顯著差異,FHX2、FHX3之間差異不明顯。各施肥處理類胡蘿卜素含量為79.44～114.68 mg/100g,各施肥處理均與CK差異顯著,類胡蘿卜素含量依次為FZS2、FHX3、FZS1、FHX2、MMJ2、FHX1、FZS3、MMJ3、MMJ1、CK,FZS2處理類胡蘿卜素含量最高,相比CK提高48.9%。各施肥處理甜菜堿含量為0.60%～0.79%,甜菜堿含量依次為FZS2>FHX2>MMJ2>FHX3>FZS3>MMJ3>FHX1>FZS1>MMJ1>CK,FZS2處理甜菜堿含量最多,為0.79%,與CK差異顯著。施用生物有機肥也有利于枸杞果實中抗壞血酸含量的增加,FHX2處理的抗壞血酸含量最高,為25.30 mg/100g,和CK相比增量達到了25.2%,差異顯著。多酚含量各處理和CK相比增量達到了0.0%～13.4%,FZS2處理的多酚含量達到最大值,為0.93%,和CK差異顯著。總糖含量為54.90～62.00 g/100g,FHX2處理含量最高,與CK相比增量達到11.7%,差異顯著。蛋白質含量FZS2最高,達到9.73 g/100g,其次為FZS1,與CK相比增量分別達到了14.1%、13.2%,較CK均存在顯著差異,FZS1、FZS2之間差異不明顯。施用生物有機肥后,果實品質顯著升高。FHX2處理效果最好,該處理下枸杞果實的枸杞多糖、黃酮、抗壞血酸、多酚和總糖含量均最高,甜菜堿和多酚含量僅次于FZS2,并顯著高于CK。表4

3 討 論

3.1 生物有機肥對枸杞根系間電導率、pH和土壤養分含量的調控效應

生物肥機肥的施用能夠降低土壤電導率,提高土壤養分含量,增大孔隙度,改善土壤的理化性能[25-27]。施用生物有機肥可以增加土壤堿解氮、有效磷、速效鉀的含量[28-30]。張迎春等[31]研究發現,施用生物有機肥可以改善土壤理化性質,提高土壤有機質、全氮、全磷和全鉀含量。在偏堿性土壤上施用生物有機肥后,可降低土壤pH值;在鹽漬化土壤中施用生物有機肥后,可降低土壤電導率[32-34]。研究結果表明,施用不同的生物有機肥后各處理土壤養分含量顯著提高,土壤電導率和pH明顯減低,復合型生物有機肥對土壤的改良效果顯著高于其他兩種生物有機肥,與前人研究結果一致。但不同處理對土壤性狀的影響程度不同,MMJ3、FHX3、FZS3處理不僅較MMJ2、FHX2、FZS2處理降低了土壤養分含量,而且對土壤電導率和pH值產生了逆反作用,生物有機肥施入量過高會對枸杞根際土壤的理化性質起到了絕對的抑制作用,生物有機肥施入量過低又對土壤性質影響較弱,而適宜的生物有機肥施入量能夠有效改良土壤理化性質,進而促進根系發達,對枸杞生長產生推動作用。試驗結果顯示,FHX2處理對土壤性狀的改良效果最好。

3.2 生物有機肥對枸杞生長量和光合作用的調控效應

研究發現,施用生物有機肥后可明顯改善枸杞生長發育,枸杞的株高、冠幅都會出現不同程度的增長,與何嘉等[8]研究結果一致,復合型生物有機肥和腐殖酸生物有機肥處理對枸杞生長發育的促進效果最佳。彭輝輝等[35]探究了生物有機肥混施會提高葉片的SPAD值并使植物葉片光合速率提高,有機物的積累量增大,試驗與其研究結果一致。研究指出,生物有機肥的施用增強了枸杞的光合作用,其蒸騰速率、胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導度與CK相比顯著提高。在有機枸杞種植園,施用生物有機肥可以明顯提高枸杞葉片光合特性,試驗中MMJ2、FHX2處理效果最好。

3.3 生物有機肥對枸杞產量和果實品質的調控效應

施用生物有機肥還對提升枸杞的產量和品質具有顯著效果[36]。段文學等[37]研究發現,施用生物有機肥后植株產量得到顯著提高,與試驗施用不同用量的生物有機肥均可顯著提高產量的結果一致。包慧芳等[15]研究發現,施用生物有機肥后枸杞果實中總糖、多糖和可溶性固形物含量明顯提高。李小剛等[38]研究發現,施用生物有機肥能夠明顯提高枸杞中類胡蘿卜素、黃酮、甜菜堿含量。試驗與上述研究結果相一致,施用不同用量的生物有機肥均可提高枸杞果實的枸杞多糖、黃酮、類胡蘿卜素、甜菜堿、抗壞血酸和多酚含量,施用復合型生物有機肥的效果最佳,復合型生物有機肥的施入提高了植物營養元素的供應水平,改善了枸杞的品質,其中FHX2處理效果最好。

青海柴達木的枸杞種植園施用復合型生物有機肥對土壤性狀、枸杞光合作用、產量品質的促進效果最佳。但在施用復合型生物有機肥時,要控制其施入量,如果施入量過低,生物有機肥中微生物數量過低,則不能更好地促進枸杞的生長發育及土壤品質的提高。在適宜的生物有機肥施入量范圍內,枸杞的生長隨著施入生物有機肥量的增加而增加。在使用生物有機肥時,需要綜合考慮栽培地的氣候和土壤等因素,選擇合適的生物有機肥種類及施入量,確保枸杞高產的同時節約肥料成本。

4 結 論

施用微生物菌劑能夠有效增加枸杞園土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質含量,調節土壤電導率和pH值,培肥土壤。施用微生物菌劑還可促進枸杞植株的生長發育,其樹高、冠幅均較CK顯著增加,其中以FHX2處理效果最好,分別較CK提高14.4%和12.0%,差異顯著。同時施用微生物菌劑還有助于提高枸杞光合能力進而增加產量,各施肥處理產量較對照顯著增加了3.5%～31.4%。施用微生物菌劑還能夠改善果實品質,有效提升枸杞果實枸杞多糖、黃酮、類胡蘿卜素、甜菜堿、抗壞血酸、多酚總糖和蛋白質含量,效果已FHX2處理最佳。施用復合型生物肥44.55 L/hm2效果最好,該施肥處理提高土壤肥力和促進枸杞生長發育的效果最佳。