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不同微生物菌劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及土壤特性的影響

2025-03-21 00:00:00韓向東高鑫李星星周雪袁一鳴王海浪
陜西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2025年1期
關(guān)鍵詞:產(chǎn)量

摘 要:通過(guò)田間試驗(yàn)研究了全能型微生物菌劑(M1)、解鉀型微生物菌劑(M2)和巨大芽孢桿菌(M3)3種微生物菌劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及土壤速效養(yǎng)分、土壤酶活性的影響。結(jié)果表明:微生物菌劑對(duì)促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分含量和土壤酶活性提高均有積極作用。在馬鈴薯各生育時(shí)期土壤中速效養(yǎng)分含量總體以(M1)處理最高,M2次之;土壤酶活性M1、M2 均較高,與CK差異顯著。塊莖產(chǎn)量 M1、M2、M3 3種菌劑分別較CK增產(chǎn)15.99%、8.44%、7.58%。土壤酶活性及土壤速效養(yǎng)分含量與馬鈴薯塊莖產(chǎn)量均呈正相關(guān)性,其中過(guò)氧化氫酶、堿解氮、速效磷與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān),土壤過(guò)氧化氫酶與土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈極顯著或顯著正相關(guān),蔗糖酶活性與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。綜合結(jié)果表明,施用微生物菌劑均可提高馬鈴薯田土壤酶活性和土壤速效養(yǎng)分含量,進(jìn)而提高馬鈴薯產(chǎn)量,其中以全能型微生物菌劑(M1)效果最明顯。

關(guān)鍵詞:馬鈴薯;微生物菌劑;土壤酶活性;土壤養(yǎng)分;產(chǎn)量

中圖分類號(hào):S532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0488-5368(2025)01-0065-06

Effects of Microbial Agents on Soil Properties and Potato Yield

HAN Xiangdong GAO Xin LI Xingxing ZHOU Xue YUAN Yiming3,WANG Hailang

(1.Yan’an Soil and Fertilizer Workstation, Yan’an, Shaanxi 716000,China; 2.Yan'an Agricultural Science Research Institute,

Yan’an, Shaanxi 716000,China;3.Shaanxi Agricultural Radio and Television School Yan 'an Branch, Yan’an, Shaanxi 716000,China)

Abstract: This study investigated the effects of different microbial agents on soil properties and the yield of potato through field experiments, focusing on changes in soil available nutrients and soil enzyme activities caused by M1 microbial agents, M2 microbial agents, and M3 Bacillus megaterium. The results showed that microbial agents had positive effects on soil nutrient content and soil enzyme activity. The content of available nutrients in the soil at different growth stages of potato was highest with the omnipotent microbial agent, followed by the potassium-dissolving microbial agent. Soil enzyme activities initially increased and then decreased as the growth period progressed. The enzyme activities induced by the M1 and M2 microbial agents were higher compared to the control group (CK), showing statistical significance. Compared with CK, the three microbial agents increased potato yield by 15.99%, 8.44%, and 7.58%, respectively. Positive correlations were observed among soil enzyme activities, soil available nutrients, and potato yield. Specifically, catalase, alkaline nitrogen, and available phosphorus were significantly correlated with potato yield. In summary, the application of microbial agents effectively increases soil nutrient content, enzyme activity, and potato yield, with M1 microbial agents showing the most significant improvement.

Key words: Potato;Microbial agents;Soil enzyme activity;Soil nutrients;Yield

馬鈴薯作為一種糧菜兼用型的經(jīng)濟(jì)作物,其營(yíng)養(yǎng)豐富,老少兼宜,在我國(guó)大面積種植,是僅次于小麥、水稻、玉米的主要糧食作物[1,2]。陜西省馬鈴薯種植主要集中在陜北、陜南地區(qū),但近年來(lái)由于種植結(jié)構(gòu)不合理,化肥過(guò)量施用,導(dǎo)致農(nóng)田土壤養(yǎng)分比例失衡,土地緊實(shí)板結(jié)、化肥農(nóng)藥大量殘留,有機(jī)質(zhì)逐年減少,有益微生物大量死亡,土壤惡化等一系列問(wèn)題[3,4]。耕地質(zhì)量?jī)叭怀蔀檠影驳貐^(qū)馬鈴薯連續(xù)生產(chǎn)的限制因素之一。因此,提高肥料利用率,改善土壤環(huán)境,已成為提高馬鈴薯產(chǎn)量的首要措施。

微生物菌肥是一類兼具特定功能的活性微生物菌劑與主要以動(dòng)植物殘?bào)w為來(lái)源并經(jīng)無(wú)害化處理、腐熟的有機(jī)物料復(fù)合而成的肥料[5]。通過(guò)微生物的活動(dòng)及其相關(guān)代謝產(chǎn)物來(lái)改善植物生長(zhǎng)環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)條件,刺激植物生長(zhǎng)發(fā)育,抵抗病蟲危害,從而促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化,改善土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)而提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[6,7]。相關(guān)研究表明,微生物菌劑顯著提高了土壤中速效鉀、速效磷的含量,同時(shí)提高了土壤微生物量碳、氮

含量[8,9]。張麗娜等[6]人對(duì)蘿卜田的研究發(fā)現(xiàn),微生物菌肥有利于改善土壤微生物結(jié)構(gòu),促進(jìn)了土壤中細(xì)菌和放線菌的繁殖,抑制了真菌生長(zhǎng);提高土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶、過(guò)氧化氫酶活性。艾童

非等[10],劉芳等[11]研究發(fā)現(xiàn),施用微生物菌劑能顯著提高土壤脲酶和土壤蔗糖酶的活性。目前,關(guān)于施用生物菌肥對(duì)土壤特性影響已有大量研究報(bào)道,但主要集中在單一菌肥或不同菌劑用量的研究上,且研究結(jié)果不盡相同。本試驗(yàn)選用邦吉生物公司生產(chǎn)的3種微生物菌劑,在馬鈴薯生產(chǎn)中進(jìn)行了試驗(yàn)研究,以期探明不同微生物菌劑對(duì)馬鈴薯田土壤影響的機(jī)理,篩選出適宜馬鈴薯生產(chǎn)中應(yīng)用的有效微生物菌肥,為延安地區(qū)馬鈴薯高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種:冀張薯12。

供試肥料:復(fù)合微生物菌劑(全能型);復(fù)合微生菌劑(解鉀型);巨大芽孢桿菌,3種菌劑有效活菌數(shù)≥200×108 cfu/g。普通尿素(N 46.4%)、磷酸二銨(N18%,P2O5 46.4%)、硫酸鉀(K2O 51%)、有機(jī)肥(N+P+K≥5%)均為普通商品肥。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2023年在子長(zhǎng)市欒家坪街道辦南家灣村進(jìn)行,前茬為玉米,土質(zhì)為黃綿土,該地屬中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候,試驗(yàn)地基礎(chǔ)養(yǎng)分全氮0.57 g/kg,有效磷25.55 mg/kg,速效鉀150 mg/kg,緩效鉀801 mg/kg,有機(jī)質(zhì)9.9 g/kg,pH8.4。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為大田試驗(yàn),設(shè)CK(不施菌劑)、M1(全能型微生物菌劑75 kg/hm2)、M2(解鉀型微生物菌劑75 kg/hm2)、M3(巨大芽孢桿菌75 kg/hm2)4個(gè)處理,行距55 cm,株距30 cm。每處理面積為4.8 m×70 m=336 m2。試驗(yàn)統(tǒng)一鋪設(shè)滴灌帶,并施用N 315. 0 kg/hm2、P2O5 195.0 kg/hm2、K2O 375.0 kg/hm2、有機(jī)肥3 000 kg/hm2。微生物菌劑與有機(jī)肥混合于后于播前撒施,全部磷肥、1/2氮肥、1/2鉀肥以基肥播種時(shí)一次施入,其余氮肥、鉀肥于馬鈴薯塊莖形成初期至塊莖增長(zhǎng)末期分3次(6月28日、7月8日、8月2日)隨滴灌追施。其它管理措施同一般大田。

2022年5月17日播種,6月14出苗,9月30日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

于馬鈴薯苗期(SS)、塊莖形成期(TFS)、塊莖膨大期(TBS)、淀粉積累期(SAS)、收獲期(MS)在每大區(qū)生長(zhǎng)均勻處選取3個(gè)樣點(diǎn),每樣點(diǎn)用土鉆在壟上兩株之間和根部附近取0~40 cm土樣3點(diǎn),混合后避光風(fēng)干,一部分用于測(cè)定土壤速效養(yǎng)分[12],另一部分過(guò)1 mm篩用于土壤酶活性測(cè)定[13]。堿解氮、速效磷、速效鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、0.5 mol/L Na HCO3浸提鉬銻抗比色法和NH4OAc 浸提-火焰光度法測(cè)定。脲酶、過(guò)氧化氫酶(CAT)、蔗糖酶、堿性磷酸酶(ALP)活性分別采用靛酚比色法、高錳酸鉀滴定法、3,5-二硝基水楊酸比色法和磷酸苯二鈉比色法測(cè)定。

收獲時(shí), 從每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選 3個(gè)樣點(diǎn) , 每樣點(diǎn)挖取12 m2 測(cè)定塊莖產(chǎn)量, 并折合產(chǎn)量, 以大于150 g 塊莖為商品薯,150 g以下為非商品薯。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析(Tukey's-b, P lt;0.05),用Excel 2010軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物菌劑對(duì)馬鈴薯田土壤速效養(yǎng)分的影響

2.1.1 對(duì)土壤堿解N含量的影響 由圖1可見(jiàn),在馬鈴薯整個(gè)生育期中,土壤中堿解氮的含量變化不大。從苗期到收獲期,M1處理堿解氮含量始終為最高,但與M2差異不顯著,在SS、SAS、MS三個(gè)時(shí)期分別較CK提高25.68%、22.49%、32.86%,較M3提高20.21%、21.60%、25.06%,差異均達(dá)到顯著水平,M3和CK差異不顯著;TFS、TBS兩個(gè)時(shí)期各處理間差異均不顯著。結(jié)果表明,M1、M2兩種復(fù)合微生物菌劑具有提高土壤堿解氮含量的作用,尤以M1效果更為明顯,M3的作用較小。這可能是由于是微生物種類和數(shù)量不同引起的,M1為全能型菌劑,其微生物數(shù)量和種類均較多,而M3僅為巨大芽孢桿菌,種類單一。

2.1.2 對(duì)土壤速效磷含量的影響

由圖2可知,土壤中速效磷的含量在馬鈴薯整個(gè)生育期呈現(xiàn)先降后穩(wěn)變化趨勢(shì)。苗期,M1、M2、M3處理分別較CK提高49.94%、27.09%、23.75%,其中M1處理與CK差異顯著。進(jìn)入塊莖形成期后,各處理土壤速效磷含量明顯下降,但M1仍較CK顯著提高33.88%,M3提高16.57%,差異不顯著,M2與CK持平。進(jìn)入塊莖膨大期,M1、M2顯著高于CK,M3與CK差異不顯著。淀粉積累期之后,土壤中速效磷的含量下降緩慢逐漸趨于穩(wěn)定,表現(xiàn)為M1gt;M2gt;M3gt;CK,M1顯著高于CK,M2、M3與CK差異不顯著。結(jié)果表明,各施菌處理均有提高土壤速效磷含量的作用,但以M1效果最為明顯。

2.1.3 對(duì)土壤速效鉀含量的影響 由圖3可知,隨生育進(jìn)程推進(jìn),馬鈴薯田土壤速效鉀含量整體呈平緩下降趨勢(shì)。各時(shí)期各處理土壤速效鉀含量均以M1、M2處理為最高,二者差異不顯著,但顯著高于CK,與M3差異也較大,M3與CK差異不顯著。與CK相比,M1處理在各時(shí)期增加25.97%、28.24%、27.00%、37.41%、46.33%;M2處理在各時(shí)期增加25.33%、24.02%、18.65%、48.45%、44.82%,此外,M1、M2處理在TFS和TBS兩個(gè)時(shí)期較M3處理分別增加31.18%、26.87%和33.56%、24.98%,且差異顯著。由此可見(jiàn),M1、M2兩種復(fù)合微生物菌劑具有提高土壤速效鉀含量的明顯作用。各處理土壤速效鉀含量在生育后期下降緩慢,這可能與中后期分次追施鉀肥有關(guān)。

2.2 不同微生物菌劑對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1 對(duì)土壤過(guò)氧化氫酶活性的影響

土壤過(guò)氧化氫酶能酶促水解過(guò)氧化氫,從而解除過(guò)氧化氫的毒害作用,也能表征土壤腐殖化強(qiáng)度,其活性直接反映了土壤中氧化還原反應(yīng)強(qiáng)弱,與馬鈴薯生長(zhǎng)狀況息息相關(guān)[13]。由表1可知,整個(gè)生育期土壤過(guò)氧化氫酶活性變化范圍在13.50 ml/g~16.37 ml/g,各時(shí)期變幅很小,除淀粉積累期外,各時(shí)期M1均顯著高于CK,與M2、M3差異不顯著。M2、M3在TFS、TBS兩個(gè)時(shí)期與CK差異顯著,其他時(shí)期不顯著。全生育期平均,M1、M2、M3分別較CK提高8.74%、5.30%、5.16%。結(jié)果表明,施用復(fù)合微生物菌劑均可提高土壤過(guò)氧化氫酶活性,但以M1處理效果較好。

2.2.2 對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶活性高低反映了土壤中有機(jī)碳累積和分解轉(zhuǎn)化的能力,是反映土壤碳素循環(huán)和土壤生物化學(xué)活性的重要指示酶。由表2可知,施用三種微生物菌劑,土壤蔗糖酶活性除塊莖膨大期外均顯著高于CK,各施菌處理間差異不顯著。進(jìn)入塊莖形成期,各處理土壤蔗糖酶活性達(dá)到最大值,與CK差異顯著;塊莖膨大期,受雨水浸泡影響,土壤蔗糖酶活性較塊莖形成期明顯下降,各處理及與CK間均無(wú)顯著差異;淀粉積累期,M1、M2土壤蔗糖酶活性較塊莖膨大期略有回升,CK則明顯下降,M1、M2、M3均顯著大于CK。在整個(gè)生育期內(nèi),M1土壤蔗糖酶活性較CK提高 14.01%~41.91%,平均40.32%,M2提高23.56%~49.4%,平均44.59%,M3提高6.47%~34.49%,平均33.37%。可見(jiàn),三種微生物菌劑均能顯著提高土壤蔗糖酶,其中以M2處理菌劑效果最好。

2.2.3 不同微生物菌劑對(duì)土壤脲酶活性的影響 脲酶是一種直接參與土壤氮素轉(zhuǎn)化的重要土壤酶,能促進(jìn)尿素的水解,一定程度上可以反映土壤的供氮水平[14,15]。由表3可知,各菌劑處理均較CK不同程度提高了土壤中脲酶的活性,但處理間差異不顯著。M1除TBS外,在SS、TFS、SAS、MS各時(shí)期均顯著高于CK,M2、M3除苗期、收獲期分別顯著高于CK外,其它各時(shí)期與CK均無(wú)顯著差異。塊莖形成期,各處理土壤脲酶活性均達(dá)到最大值,分別較CK增加了34.96%、17.07%、8.94%,其中M1處理與CK差異顯著;塊莖膨大期,因受強(qiáng)降水浸泡的影響,土壤缺氧抑制了脲酶的活性[16],各處理均較塊莖形成期明顯下降,且處理間差異不顯著。淀粉積累期,各處理土壤脲酶活性具有不同程度回升,但差異均不顯著。成熟期,各處理土壤脲酶活性下降,但仍以M1為最高。綜合整個(gè)生育時(shí)期來(lái)看,M1、M2和M3處理土壤脲酶活性分別較CK增加35.11%、14.89%和18.09%,可見(jiàn),三種微生物菌劑均能增加土壤脲酶的活性,以M1處理效果最好。

2.3 不同微生物菌劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表4可知,M1、M2、M3較CK產(chǎn)量顯著增加,分別增產(chǎn)15.99%、8.44%、7.58%,且M1顯著高于M2、M3。M1、M2的單株結(jié)薯數(shù)和單株薯重均較CK、M3顯著提高,M3與CK差異不顯著。各處理商品薯率與CK無(wú)明顯差異。結(jié)果表明,施用3種菌劑均有顯著增產(chǎn)作用,以M1增產(chǎn)效果最為明顯。

2.4 土壤酶活性及土壤速效養(yǎng)分含量與馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的相關(guān)性

土壤酶活性和土壤速效養(yǎng)分含量高低是形成作物產(chǎn)量的基礎(chǔ),土壤酶對(duì)土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和吸收起著重要作用。由表5可知,土壤過(guò)氧化氫酶活性、堿解氮含量、速效磷含量、脲酶活性、速效鉀含量與馬鈴薯塊莖產(chǎn)量呈極顯著或顯著正相關(guān),土壤過(guò)氧化氫酶活性與土壤堿解氮、速效磷含量呈極顯著正相關(guān),與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān),蔗糖酶活性與土壤速效鉀含量呈顯著正相關(guān),土壤堿解氮含量與土壤速效磷、速效鉀含量呈極顯著正相關(guān)。結(jié)果表明,除脲酶外,土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分含量之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。施用微生物菌劑可通過(guò)改善土壤微生態(tài)環(huán)境,明顯提高土壤中速效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化量,進(jìn)而促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高。

3 討論與結(jié)論

作物的生長(zhǎng)離不開(kāi)土壤中養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng),施用微生物菌肥能有效豐富土壤中的微生物群落,促進(jìn)土壤速效養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,提升土壤肥力基礎(chǔ),進(jìn)而促進(jìn)作物生長(zhǎng),為作物的產(chǎn)量和品質(zhì)形成提供有力保證。本試驗(yàn)研究表明,與單施化肥相比,施用微生物菌劑顯著提高了土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀含量,延長(zhǎng)了土壤速效養(yǎng)分的釋放時(shí)間。3種微生物菌劑中以全能型復(fù)合微生物菌劑(M1)效果最好,對(duì)土壤養(yǎng)分的影響最明顯;其次為解鉀型復(fù)合微生物菌劑(M2),解鉀效果明顯;巨大芽孢桿菌菌劑(M3)較對(duì)照土壤中各組分雖有提高,但效果不明顯。這一結(jié)果與Bouranis 等人17研究結(jié)果一致。這可能與菌劑自身的微生物種類和多樣性有關(guān),單一的菌種在短時(shí)間內(nèi)難以形成優(yōu)勢(shì)群體,對(duì)土壤有機(jī)態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力相對(duì)較低,而復(fù)合型生物菌劑自身攜帶著一些具有固氮、解磷、解鉀等有益菌種,有利于全面提高土壤養(yǎng)分,促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

土壤酶活性是土壤微生物活動(dòng)的重要標(biāo)志和土壤肥力的重要指標(biāo),較高活性的土壤酶能促進(jìn)土壤的代謝作用,改變土壤養(yǎng)分形態(tài),提高肥力[18,19]。本研究表明,施用微生物菌劑均提高了土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶的活性。在馬鈴薯全生育期內(nèi),3種土壤酶活性呈現(xiàn)了波動(dòng)變化趨勢(shì),在塊莖形成期最高,塊莖膨大期有所降低。這與張劍[20]、張麗娜[6]等人的研究結(jié)果不一致。其原因可能與2018年試驗(yàn)田馬鈴薯塊莖膨大期遭受暴雨災(zāi)害,造成土壤水份過(guò)多、溫度降低且長(zhǎng)時(shí)期缺氧抑制了土壤酶活性有關(guān)。

有研究表明[21~23],施用微生物菌肥能有效提高馬鈴薯產(chǎn)量,增加其商品性,改善馬鈴薯品質(zhì)。本研究也取得了同樣的結(jié)果,施用3種微生物菌劑均顯著提高了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量,但因不同菌劑的組成成分不同,其增產(chǎn)效果差異較大,全能型復(fù)合微生物菌劑(M1)增產(chǎn)作用最高、解鉀型復(fù)合微生物菌劑(M2)次之、巨大芽孢桿菌菌劑(M3)第三。經(jīng)土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分含量及塊莖產(chǎn)量的相關(guān)分析表明,土壤酶活性與土壤速效養(yǎng)分含量、馬鈴薯塊莖產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關(guān)性,但在不同時(shí)期及酶的種類之間相關(guān)性不盡相同。這可能與馬鈴薯對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收速率以及微生物菌劑種類有關(guān)。

綜上所述,本試驗(yàn)通過(guò)施用微生物菌劑,有效提高了土壤中3種酶活性,改善了土壤微生態(tài)環(huán)境,充分利用了土壤中的潛在養(yǎng)分,促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化,提高了土壤有效養(yǎng)分含量其可持續(xù)性,促進(jìn)了馬鈴薯對(duì)土壤有效養(yǎng)分的吸收利用,進(jìn)而提高了產(chǎn)量,以全能型微生物菌劑表現(xiàn)突出。

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收稿日期:2024-04-26 修回日期:2024-05-17

第一作者簡(jiǎn)介:韓向東(1970-),男,高級(jí)農(nóng)藝師,主要從事土壤肥料試驗(yàn)研究及推廣示范。

通信作者:李星星。

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