菌肥對藏青2000生長、品質及根際土壤性質的影響

潘 虎, 劉青海, 田 云, 達娃卓瑪, 張唐偉, 盧向陽, 白軍平

(1. 西藏自治區農牧科學院 農業質量標準與檢測研究所，拉薩 850032;2. 湖南農業大學 生物科學技術學院，長沙 410128)

西藏地處我國西南邊陲，高寒、低溫、缺氧等極端環境造成西藏地區土壤微生物活力下降及土壤保肥性能較差[1-3]。青稞是西藏地區第一大農作物，是藏區農牧民不可替代的主糧，也是藏區主要飼料和釀酒業等農產品加工業的重要原料。但因高寒同時肥料施用量少、土壤肥料低，青稞產量低，嚴重制約當地經濟社會發展[4]。目前，將微生物菌肥應用到青稞生產實際中的研究報道較少，張堃等[5]研究表明固氮菌肥與半量氮肥(110 kg/hm2)配合施用，表現出與全量氮肥相近的促生效果，既可節約近一半的氮肥用量(110 kg/hm2)，聯合固氮菌肥對青稞生長有較好的促進作用；劉曉燕等[6]探討了谷特微生物菌肥對西藏青稞土壤根際微生態的影響，結果顯示施用谷特微生物菌肥能夠顯著降低青稞根際土壤真菌數量(P<0.05)，土壤放線菌數量和微生物量氮含量顯著上升(P<0.05)；朱丹等[7]分析了谷特微生物菌肥對青稞根際土壤理化性質和細菌區系多樣性的影響，結果表明施用谷特微生物菌肥能夠顯著提高土壤全氮、全磷、全鉀、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的水平，可明顯改善青稞根際土壤理化性質，提高土壤細菌多樣性。本文采用分離自西藏青稞農田土壤的本土微生物制作的菌肥，研究本土微生物對青稞新品種藏青2000生長、品質及根際土壤理化性質的影響，為西藏本土微生物資源的開發與利用提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于西藏自治區昌都市邊壩縣拉孜鄉珠村(30°55′48.9″N，94°58′13.4″E)，海拔4011 m，屬高原溫帶半濕潤氣候類型，最高氣溫29.0 ℃，最低氣溫-40 ℃，年平均氣溫-1 ℃，具有氣溫低，光照充足，日溫差大，冬春多風，夏秋多雷雨冰雹等特點，全年日照時間2985 h以上，年無霜期110 d左右，降雨集中在6—9月份，年降水量約600 mm。試驗地地勢平坦，土壤類型為沙壤土，肥力均勻一致，灌溉條件良好，前茬作物為青稞。

1.2 材料

供試青稞品種為藏青2000，由西藏自治區農牧科學院農業研究所制種。

供試無機肥料為尿素，總氮≥46.4%，凈含量50 kg，陜西陜化煤化工集團有限公司；復混肥料，(N-15∶P2O5-15∶K2O-15 硫酸鉀型)總養分≥45%，四川省什邡市農得利天府復合肥有限公司。

供試微生物菌肥為本課題組分離自西藏高原農田土壤菌種，經擴大培養得到的固體菌肥。生物固氮復合菌劑：固氮菌StreptomycescanusHG101(CGMCC No.14766)含量80%；解磷菌BacillussubtilisP10(CGMCC No.14768)含量10%；解鉀菌Bacillussp. bx(CGMCC No.14769)含量10%；總活菌數10～15億/g，載體為麩皮。生物解磷復合菌劑：解磷菌P10含量80%；解鉀菌bx含量10%；枯草芽孢桿菌含量10%；活菌數10～15億/g，載體為麩皮。生物解鉀復合菌劑：解鉀菌bx含量80%；解磷菌P10含量10%；枯草芽孢桿菌含量10%；活菌數10～15億/g，載體為麩皮。土壤調理復合菌劑：纖維秸稈類質量80%；腐熟的畜禽糞便，含量5%；麩皮及微生物載體5%(芽孢桿菌數1億/g，木霉菌AS3.2774，活菌數0.1億/g)，含水量5%～8%。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計

青稞試驗地采用無機化肥與菌肥配施，根據施用菌肥不同共設5個處理(表1)，試驗小區面積100 m2(10 m×10 m)，3次重復，青稞播種量為25 kg/畝，播種方式為人工撒播，種植期間施肥、灌溉、中耕除草等統一管理，種植時間為2018年4月底至8月底。

表1 不同施肥處理組[8]

1.3.2 樣品采集與參數分析

青稞生長參數分析：在青稞各生長時期，觀察記錄各試驗區青稞生育期、基本苗數、有效穗數、株高、穗長、穗粒數、千粒重、產量等情況。青稞品質分析：采集的各試驗小區青稞籽粒樣品，經自然風干后用研磨機粉碎，過0.25 mm網篩備用。粗淀粉測定采用GB/T 5009.9—2008(MGSGW-1自動旋光儀)，粗蛋白測定采用GB 5009.5—2010(K9840型自動凱氏定氮儀)，粗纖維測定采用GB/T 5009.10—2003(FOSS2010自動纖維儀)，鋅、錳、鐵、銅、鉀、鈣、鎂測定采用GB/T 5009.6—2003(VARIAN710-ES型電感耦合等離子體發射光譜儀)。青稞根際土壤理化性質分析：青稞各生長時期在試驗區內用土鉆以五點取樣法隨機采集青稞根際5～20 cm的土壤混合，四分法取混合土樣作為檢測樣品，土壤樣品揀去植物殘體，在實驗室內自然風干，用瑪瑙研缽研細依次過2 mm篩、1 mm篩、0.25 mm篩和0.149 mm篩后保存備用。全氮測定采用HJ 717—2014(K9840型自動凱氏定氮儀)，水解氮測定采用LY/T 1228—2015(HG303電熱恒溫培養箱)，全磷測定采用GB/T 9837—1988、有效磷測定采用NY/T 1121.7—2014(TU-1901紫外可見分光光度計)，全鉀測定采用NY/T 87—1988、速效鉀測定采用NY/T 889—2004(FP6410火焰光度計)，pH值測定采用NY/T 1377—2007(PHS-3E型酸度計)，有機質測定采用NY/T 85—1988(LWY848控溫式遠紅外消煮爐)。

1.4 數據分析

用Excel 2007、SPSS等對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 菌肥對藏青2000生長的影響

由表2可見，菌肥處理對藏青2000生育期影響的大小為LSW4 = LSW2>LSW3 = LSW1>CK，LSW2與LSW4生育期達到127 d，較LSW1、LSW3生育期延長9 d，較CK生育期延長12 d。藏青2000基本苗數大小為LSW4>LSW2>LSW3>LSW1>CK，LSW4處理的藏青2000基本苗高達472.82萬株/hm2，較LSW2基本苗提高22.74%，較LSW3提高32.94%，表明微生物與無機化肥配合施用能夠明顯提高青稞基本苗數。藏青2000株高大小為LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1，LSW4處理的藏青2000株高均值達到93.4 cm，且青稞莖稈粗壯，較LSW2和LSW3株高增加約9 cm。藏青2000穗長大小為LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1，LSW4處理的青稞平均穗長較LSW3處理的青稞平均穗長提高15.52%，LSW3處理的青稞平均穗長較LSW2處理的青稞平均穗長提高48.72%。藏青2000穗粒數大小為LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1，LSW4處理的藏青2000平均穗粒數達到43.5粒/每穗，較LSW3處理的平均穗粒數提高27.56%，較LSW2處理的平均穗粒數提高59.92%。藏青2000有效穗數大小為LSW4LSW2>LSW3>CK>LSW1，5組藏青2000千粒重差異較小，表明青稞籽粒的飽滿度、成熟度相當。藏青2000產量大小為LSW4>LSW2>LSW3>LSW1>CK，藏青2000在LSW4處理下生長發育較為良好，能獲得2467.52 kg/hm2的高產，較LSW2產量高出39.76%，較LSW3產量高出124.1%，西藏耕地土壤中養分含量普遍偏低，單獨施用微生物菌肥時土壤中微生物能夠利用的N、P、K等養分元素較少，青稞生長發育遲緩；無機化肥配合多種有益微生物的施肥方式能夠提高無機化肥的利用率，促進青稞生長發育，增加青稞產量，這與楊群芳[11]、王文麗[12]、常娜[13]等針對其他作物施用菌肥的研究結果基本一致。

表2 不同施肥處理對藏青2000生長的影響

注：同列中不同字母表示處理間差異達顯著水平(P< 0.05)；下同

2.2 菌肥對藏青2000籽粒品質的影響

由表3可以看出，5組不同施肥處理的藏青2000粗蛋白質含量范圍為8.72%～9.69%，其中LSW4處理的藏青2000粗蛋白質含量最高，較LSW2處理高1.36%。粗淀粉含量范圍為35.6%～46.2%，其中LSW3處理的藏青2000粗蛋白質含量最高，較LSW4處理高6.04%，較LSW2處理高6.75%，LSW4和LSW2處理的藏青2000粗蛋白質含量差異較小。粗纖維含量范圍為2.93%～3.47%，其中LSW2處理的藏青2000粗纖維含量最高，較LSW3處理高0.3%，較LSW4處理高10.86%。鈣(Ca)含量范圍為359.76～615.07 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000鈣含量最高，較LSW2處理高34.27%。鐵(Fe)含量范圍為0.01～0.12 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000鐵含量最高，其余處理組鐵含量均較低。鎂(Mg)含量范圍為59.29～74.4 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000鎂含量最高，較LSW2處理高25.0%。錳(Mn)含量范圍為0.61～1.0 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000錳含量最高，較LSW2處理高13.64%。鋅(Zn)含量范圍為0.27～0.38 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000鋅含量最高，較LSW2處理高40.74%。銅(Cu)含量范圍為0.03～0.05 mg/kg，其中LSW4處理的藏青2000銅含量最高，較LSW2處理高66.67%。上述結果表明5組不同施肥處理的藏青2000粗蛋白質、粗淀粉、粗纖維含量差異較小，與吳雪蓮等[14]報道的西藏其他地區青稞品質含量基本一致。本試驗區藏青2000籽粒中鈣、鐵、鎂、錳、鋅和銅等礦質元素含量略小于張唐偉等[15]、遲曉峰等[16]的研究報道，表明產地對青稞籽粒礦質元素含量具有顯著影響[17]；但LSW4處理組礦質元素較其他組均有不同程度提高，增施菌肥能夠提高青稞籽粒對多種礦質元素的積累。

表3 不同施肥處理對藏青2000籽粒品質的影響

2.3 菌肥對藏青2000根際土壤性質的影響

由圖1可見，5組不同施肥處理的藏青2000根際土壤全氮含量總體呈現先升后降趨勢，藏青2000根際土壤全氮含量在灌漿期達到最高，LSW4能顯著提高灌漿期土壤全氮含量。由圖2可見，灌漿期至收獲后期LSW4和LSW3處理組土壤堿解氮含量呈現逐漸下降趨勢，藏青2000植株在灌漿期至收獲后期快速吸收土壤中的堿解氮，促進青稞植株生長發育，從而導致土壤堿解氮含量下降；而LSW2、LSW1和CK處理組土壤堿解氮含量則呈現逐漸升高趨勢，LSW2、LSW1和CK處理的藏青2000植株對土壤中堿解氮吸收效率較低，導致土壤堿解氮含量升高。上述結果表明LSW4處理能夠較其他處理組提高藏青2000對土壤全氮和堿解氮的吸收與利用，促進青稞生長發育。

圖1微生物菌肥對藏青2000根際土壤全氮的影響

Figure 1 Effects of microbial fertilizer on total nitrogen in the soil of Zang Qing No.2000

圖2 微生物菌肥對藏青2000根際土壤堿解氮的影響

圖3 微生物菌肥對藏青2000根際土壤全磷的影響

由圖3可見，LSW4和LSW3處理的藏青2000根際土壤全磷含量總體呈現“緩升-快降-快升”趨勢，LSW4和LSW3處理組藏青2000根際土壤全磷含量在灌漿期至成熟期快速下降，表明青稞植株此時正快速吸收土壤中的鉀元素，微生物能夠促進青稞籽粒灌漿、增加籽粒飽滿度。由圖4可見，LSW4處理的藏青2000根際土壤有效磷含量呈現“緩升-快升-快降-緩降”趨勢，土壤有效磷含量在灌漿期達最高值21.8 mg/kg，LSW4能夠在青稞拔節期至灌漿期大幅提高土壤有效磷，在灌漿期至成熟期能夠促進青稞快速吸收土壤中有效磷，加快青稞籽粒灌漿，增加籽粒飽滿度。

圖4 微生物菌肥對藏青2000根際土壤有效磷的影響

由圖5和圖6可以看出，5組不同施肥處理的藏青2000根際土壤全鉀、速效鉀含量總體呈現“緩升-快降-平穩”趨勢，收獲后期較播種前期土壤全鉀和速效鉀分別降低68.44%～77.10%和88.18%～91.63%，說明青稞在拔節期至灌漿期時吸收了土壤中大量的鉀元素，鉀元素在青稞生長的拔節期至灌漿期具有重要的生理作用，但LSW4、LSW2和LSW3處理的藏青2000根際土壤全鉀和速效鉀變化差異較小。

圖5 微生物菌肥對藏青2000根際土壤全鉀的影響

圖6 微生物菌肥對藏青2000根際土壤速效鉀的影響

由圖7可見，藏青2000生長過程中根際土壤pH值總體呈現緩慢上升趨勢，LSW4處理組土壤pH值比其他組上升較快，采用無機化肥+微生物施肥方式的土壤由中性漸變為弱堿性。由圖8可見，LSW4處理的藏青2000根際土壤有機質呈現先降后升趨勢，收獲后期較播種前期土壤有機質提高9.49%，土壤有機質達到77.3 g/kg；LSW2和LSW3處理組土壤有機質收獲后期較播種前期分別降低7.30%和7.07%，LSW4處理組能夠有效提高藏青2000根際土壤有機質含量。

圖7 微生物菌肥對藏青2000根際土壤pH值的影響

圖8 微生物菌肥對藏青2000根際土壤有機質的影響

3 結論

近年來，無機化肥的大量投入造成的土壤板結、土壤次生鹽漬化及面源污染等農業生態問題對我國農業可持續發展已構成嚴重威脅[18-19]，不斷深入探索新型肥料(尤其是生物菌肥)來替代部分無機化肥的研究日益得到重視。本文采用無機化肥+微生物施肥處理的藏青2000生長發育較為良好，藏青2000基本苗數、株高、穗長、穗粒數和千粒重較單施無機化肥組分別提高了22.74%、11.06%、71.79%、59.93%和2.06%，無機化肥+微生物施肥處理的青稞產量能夠達到2467.52 kg/hm2，較無機化肥組提高39.76%，青稞增產效果顯著；施用菌肥對藏青2000籽粒的粗淀粉、粗蛋白、粗纖維影響較小，但無機化肥+微生物配施能夠促進青稞籽粒對鈣、鐵、鎂、錳、鋅和銅等多種礦質元素的積累；施用菌肥后土壤全氮、全磷、全鉀、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈現動態變化趨勢，無機化肥+微生物配施能夠提高藏青2000植株對土壤全氮、全磷、堿解氮、有效磷和有機質的吸收與利用；但對根際土壤中全鉀和速效鉀影響較小。綜上所述，無機化肥與微生物配施是較為理想的施肥模式，能夠增加青稞產量與經濟效益，西藏農田土壤中蘊涵著大量的有益農業微生物資源，下一步我們將對西藏本土有益微生物資源進行深入挖掘與利用。