不同用量有機肥與菌劑組合對花生產量、品質及土壤肥力的影響

鄭國棟龔 屾黃炎霞黃金堂

(福建省莆田市農業科學研究所,福建 莆田 351144)

化肥是作物生產的物質基礎,對作物增產有明顯促進作用,對作物尤其是糧食的安全起到重要的保障作用,然而近年來化肥對糧食產量的貢獻已經由20世紀80年代的30%～40%下降到10%左右[1],化肥的長期過多、過濫使用導致土地肥力降低、營養不均衡、土壤板結、肥料利用率下降、土壤微生物區系惡化、微生物多樣性減少、病原菌增加、土壤酶活性降低,破壞了土壤生態系統[2],增加了農產品中的有害物質,化肥流失造成水體富營養化,嚴重影響到土壤—水源—大氣整個生態環境的健康?，F代農業正逐漸向綠色農業、生態農業轉型,花生栽培上也應大力推進化肥減量提效,如實行無機—有機配施、微生物菌劑、生物有機肥或制備生物有機無機復混肥等來部分或全部替代化肥等施肥措施,其中生物有機肥是有益微生物菌群與有機肥結合形成的新型、高效、安全的微生物有機復合肥料,對提高作物產量、改良土壤肥力、減少作物病蟲害和環境污染具有顯著作用[3]。目前不少研究表明配施生物有機肥有促進改善花生植株及莢果農藝性狀、提高產量及抗病性等效果[4-7],然而國內不少生物有機肥產品中缺乏有效保護劑、助劑這一核心技術,菌株生存時間短、活性差,適應環境能力和生存定殖能力較低、產品效果不穩定[8];微生物菌劑制備工藝相對成熟,產品相對穩定,若能與有機肥配施得當,可產生良好的疊加效應,微生物菌劑與有機肥配合使用已在多種作物試驗,較單施化肥或有機肥更能顯著提升作物產量品質、增加土壤養分、提高土壤肥料利用率、改善土壤微生態等作用[9-13],目前在花生施用上卻鮮見報道,僅見李顯歌等[14]研究有機肥加菌劑解決因花生連作造成的土壤性能下降、花生根際微生物結構失衡、花生生長發育低下、產量下降等生產障礙;王小兵等[15]應用有機肥配施菌劑來減輕花生土傳病害、延緩產量降低和生物性狀變劣;未見不同用量有機肥與菌劑組合對花生品質及土壤肥力等的肥料影響效應。

本文在前期應用不同有機肥與菌劑配施試驗篩選出最佳菌肥組合以及該菌肥組合與化肥減半配施的產量效應的基礎上[16],進一步探討適宜用量菌肥組合對花生生長發育、產量提高、品質改善及土壤肥力提升等方面的作用,以期為花生減肥增效提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試花生品種為莆花45,由莆田市農業科學研究所自主選育花生新品種。所用肥料是由福建好與佳生物科技股份有限公司生產的益田有機肥,其技術指標為:有機質≥45%,N-P2O5-K2O≥10.0%;中農綠康(北京)生物技術有限公司生產的中農綠康微生物菌劑,其所含的枯草芽孢桿菌、膠凍樣類芽孢桿菌有效活菌數≥5.0億/g;化肥為尿素(N≥46.4%,陜西陜化煤化工集團有限公司生產),鈣鎂磷肥(P2O5≥12.0%,湖北農樂化肥有限公司生產),氯化鉀(K2O≥60.0%,廣東天禾農資股份有限公司經銷)。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2019年春在莆田市秀嶼區現代農業示范場試驗田進行。供試土壤為紅壤,前作甘薯,質地砂壤土,地勢平坦。土壤理化性狀:0～20 cm 土層有機質含量為14.93 g/kg,p H 值6.1,堿解氮101.3 mg/kg、速效磷64.0 mg/kg、速效鉀177.0 mg/kg。設6個處理,各處理每小區面積10 m2,四周設保護行,隨機區組設計,重復3次;3月27日各處理按13.5萬穴/hm2密度播種,穴播2粒,田間按常規管理,于8月3日收獲。

菌肥組合以益田有機肥與中農綠康微生物菌劑按20∶1配制而成。設6個處理:T1,菌肥組合300 kg/hm2;T2,菌肥組合600 kg/hm2;T3,菌肥組合900 kg/hm2;T4,菌肥組合1 200 kg/hm2;T5,菌肥組合1 500 kg/hm2;CK,常規施肥即全化肥(尿素292.5 kg/hm2、鈣鎂磷肥750.0 kg/hm2、氯化鉀300.0 kg/hm2)。T1～T5處理均配施化肥,按常規施肥用量減半算,即尿素146.3 kg/hm2、鈣鎂磷肥375.0 kg/hm2、氯化鉀150.0 kg/hm2。

1.2.2 測定指標與方法

①主要農藝性狀調查。收獲前每小區取5穴共10株進行室內考種,自然風干,用于調查花生主莖高、側枝長、單株果數、飽果率、百果質量和百仁質量等,參考《中國花生品種及其系譜》來進行觀察記載花生農藝性狀[17]。

②品質分析。籽仁蛋白質、油脂、油酸、亞油酸用丹麥產近紅外谷物分析儀Infratec1241測定。

③土樣采集及測定方法。每小區取耕作層0～20 cm 土樣多點混合,風干、研磨過篩,用于土壤養分含量的測定,測定項目包括土壤p H、有機質、堿解N、有效P和速效K,方法參考文獻[18]。

④經濟效益分析?；ㄉ鷥r格按當地市場售價計算,即10元/kg。有機肥成本按1.75元/kg,微生物菌劑14 元/kg。收益為總產值扣除有機肥進價成本和化肥成本之后所得。

1.3 數據處理

采用Excel 2016和DPS 7.05軟件對數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 菌肥組合施用量對花生植株農藝性狀的影響

菌肥組合施用量對花生植株生長的影響見表1。隨著菌肥組合用量增加,主莖高與側枝長均有增加的趨勢,各處理主莖高顯著高于T1處理,T5及T4處理分別比T1處理增高10.72%、8.72%,T3～T5處理高于CK,差異未達顯著水平;T2～T5處理側枝長均顯著高于T1處理,T5及T4處理分別比T1處理增加7.96%、6.36%,T3～T5處理高于CK,差異未達顯著水平;在總分枝數與結果枝數上,T4處理顯著多于T1～T3處理,T4及T5處理多于CK,差異未達顯著水平。表明在化肥減半情況下,低用量菌肥組合無法滿足花生植株營養生長所需,至少要達到T2處理用量才能達到全化肥條件下植株生長水平,隨著菌肥組合供應量增加則植株生長更加旺盛,到T4處理用量時,植株在主莖高、側枝長、總分枝數及結果枝數達到最佳水平,T5處理雖然植株長勢最旺,反而降低了總分枝數及結果枝數,表現出徒長的趨勢。

表1 不同處理對花生植株農藝性狀的影響Table 1 The influence of different treatments on plant agronomic traits

2.2 菌肥組合施用量對花生主要莢果產量性狀的影響

從表2可看出菌肥組合施用量對花生主要莢果產量性狀的影響。百果質量、百仁質量隨著菌肥組合用量的增加而增加,T4及T5處理百果質量顯著高于T1處理,T5處理百仁質量顯著高于T2處理,T5處理較T1處理百果質量、百仁質量分別提高了6.97%及6.31%,較CK 分別提高了3.46%及2.82%,T3、T4、T5均高于CK,但差異均未達顯著水平;在出仁率方面,除T1處理外所有處理均顯著高于CK,提高達1.10%～1.98%,以T5出仁率最高,且與CK差異達極顯著水平;除T5處理外所有處理飽果率均顯著高于CK,且飽果率隨著菌肥組合用量的增加略有減少的趨勢;所有處理雙仁果率均高于CK,且T1、T2、T5處理與CK差異達顯著水平,菌肥組合用量對雙仁果率影響未表現出規律性;單株果數及單株果質量隨著菌肥組合用量增加而有先增加后略減的趨勢,在T4處理達最高值,較T1處理提高30.36%及29.45%,均達極顯著水平,較CK提高5.62%及11.63%,在單株果質量上與CK 差異達顯著水平,而T5處理較T4處理單株果數、單株果質量均有所下降。試驗表明百果質量、百仁質量、出仁率、單株果數及單株果重隨著菌肥組合用量增加而呈增加的趨勢,配施菌肥組合用量不足則無法得到理想莢果性狀,尤其明顯降低單株果數及單株果質量,配施菌肥組合用量過多反而降低單株果數及單株果質量。

表2 不同處理對花生主要莢果產量性狀的影響Table 2 The influence of different treatments on main pod yield traits

2.3 菌肥組合施用量對花生產量的影響

菌肥組合施用量對花生莢果與籽仁產量的影響見圖1。各處理莢果產量按大小順序為T4＞T5＞T3＞CK＞T2＞T1,比CK 分別提高了10.26%、7.19%、4.20%、-0.74%及-5.02%,其中T5處理與CK差異達顯著水平,T4與CK 差異達極顯著水平;各處理籽仁產量按大小順序為T4＞T5＞T3＞T2＞CK＞T1,比CK分別提高了11.70%、9.30%、5.67%及0.84%及-4.00%,T5處理與CK 差異達顯著水平,T4處理與CK 差異達極顯著水平?；ㄉv果及籽仁產量在T3、T4、T5處理均極顯著或顯著高于T1處理,表明隨著菌肥組合用量的增加,花生莢果產量逐漸增加,在T4處理達到最高產量水平后開始下降,為了獲得理想產量,菌肥組合的配施用量不宜過高,也不宜過低,T3處理以上的菌肥組合配施用量均可取得較好的產量水平。

圖1 不同處理對花生莢果與籽仁產量的影響Fig.1 The influence of different treatments on pod and kernel yield of peanut

2.4 菌肥組合施用量對花生經濟效益的影響

不同菌肥組合施用量下花生的經濟效益分析見表3。T5處理的總產值和有機肥成本均為最高,而T1處理的總產值及肥料成本最低,相較于CK,T1及T2處理表現減收,且扣除肥料成本后收益顯著低于T4處理,中高用量的T3～T5 處理均較CK 增收,以高用量T4處理的收益最大,比CK 增收6.72%。

表3 不同處理下花生的經濟效益分析 (元/hm2)Table 3 Economic benefit of peanut under different treatments (yuan/ha)

2.5 菌肥組合施用量對土壤肥力的影響

由表4可知,施用菌肥組合能提高土壤速效養分含量,并且能夠促進土壤有機質含量的提升。前人研究發現化肥的大量長期施用,特別是氮肥的高量投入能夠顯著降低土壤p H,加劇土壤酸化程度[19],而生物肥則能有效提高南方區酸性土壤的p H 值[20-21]。本試驗中各處理土壤p H 與CK 相當,可能是該土壤本身p H 較為中和,菌肥組合用量對土壤p H 并未產生明顯影響;與CK相比,其他各處理均能提高土壤有機質含量,增幅為3.90%～17.18%,隨著菌肥組合用量增加,土壤有機質含量相應增加,但各處理間差異不顯著,田小明等[22]研究表明,不同土壤隨生物肥施用量的增加,其活性有機質顯著增加,其中高有機質含量土壤施用生物肥20 g/kg效果顯著,中等有機質含量土壤和低有機質含量土壤施用生物肥30、40 g/kg效果顯著。本試驗土壤有機質屬于低水平,僅高用量T5處理土壤有機質含量顯著高于CK;各處理土壤堿解氮均高于CK,增幅13.7%～42.17%,隨菌肥組合用量增加,土壤堿解氮不斷增加,以T5處理堿解氮含量最高,且與CK 相比增加達顯著水平;各處理有效磷含量均高于CK,除T1外各處理均與對照差異達顯著水平,亦以T5處理最高,較CK 增52.85%,這可能是生物肥中有益微生物能夠活化釋放土壤中被固持的礦質態氮與難溶性磷素[23-24];鉀是品質元素也是抗逆元素,對作物穩產增產、提升品質有著重要作用,本試驗中速效鉀含量隨著菌肥組合用量增加略有增加的趨勢,差異雖不大,但T3～T5處理速效鉀均高于CK 及T1～T2處理。

表4 不同處理對土壤肥力的影響Table 4 The influence of different treatments on soil fertility

2.6 菌肥組合施用量對花生品質的影響

菌肥組合施用量對花生主要營養品質的影響見圖2。所有處理花生籽仁蛋白質含量均高于CK,提高達0.99%～5.68%,以T5處理蛋白質含量最高,顯著高于CK,表明隨著菌肥組合用量提高,蛋白質含量亦相應增加;在粗脂肪含量上,除T5處理外所有處理均高于CK,但增幅不大,隨著菌肥組合用量提高,粗脂肪含量未表現出有規律性的變化,T4處理的籽仁粗脂肪含量達到最高,較對照提高1.73%,顯著高于CK;所有處理油酸含量較CK 均有所提高,T2處理表現最佳,油酸較CK提高了4.77%,T1、T2及T3處理均極顯著高于CK,T4、T5處理顯著高于CK,隨著菌肥組合用量提高,油酸含量有所減少;各處理籽仁亞油酸含量較CK均有所下降,使各處理均提高了花生的油亞比,達2.63%～10.76%,T1 及T2 油亞比較CK 分別提高了10.76%、10.60%。

圖2 不同處理對花生品質的影響Fig.2 The influence of different treatments on kernel quality of peanut

2.7 菌肥組合施用量與花生產量及品質的相關性分析

由表5可知,本試驗中菌肥組合施肥用量與莢果及籽仁產量均呈極顯著正相關關系,在品質方面,除與粗脂肪相關系數較小,與其他性狀相關關系均達到顯著或極顯著水平,與蛋白質含量呈極顯著正相關關系,與油酸含量呈極顯著負相關關系,與亞油酸含量呈顯著正相關關系,表明在一定范圍內,隨著菌肥組合施用量的增加,可有效促進產量的增加和提高籽仁蛋白質品質性狀的改善。

表5 菌肥組合施用量與花生產量及品質的相關性分析Table 5 Correlative analysis on the combined application of bacterial fertilizer and peanut yield and quality

3 結論與討論

化肥配施生物有機肥對花生生長有一定的促進作用,生物有機肥可調節花生保持合適株高與側枝長。田家明等[6]研究表明施用適量生物肥能促進花生的主莖高、側枝長的增長,王梅等[25]研究表明生物菌肥能促進花生植株高度;也有研究表明施用生物肥使花生植株矮壯,解決了生產上存在的植株徒長造成的減產問題[26-27]。本試驗表明對花生植株主莖高與側枝長的影響,除T1處理(菌肥組合300 kg/hm2)顯著低于CK(常規施肥),其他處理均高于或相當于CK,隨著的菌肥組合用量增加,植株生長逐漸增強,到T5 處理(菌肥組合1 500 kg/hm2)則有營養過剩的趨勢,反而降低了總分枝數及結果枝數,T4處理(菌肥組合1 200 kg/hm2)的植株在主莖高、側枝長、總分枝數及結果枝數均達到最佳水平。此外,研究表明施用生物有機肥能穩定提高花生產量,增產實質是增加了飽果數、百果質量、出仁率、單株果質量等主要莢果性狀[5,26,28],本試驗表明百果質量、百仁質量、出仁率均隨著菌肥組合用量增加而呈增加趨勢,單株果數及單株果質量均隨著菌肥組合用量增加而增加,至T4處理達到最高后開始下降。配施適宜菌肥組合用量的T4處理各項農藝性狀指標均較CK 有所提高,出仁率、飽果率及單株果質量顯著高于CK,對產量增加貢獻最大。

在不同作物上配合施用生物肥與化肥,只要用量及配合比例適當,均能使作物產量得到提高[29-31]。田家明等[6]研究表明施用適量生物有機肥時,花生地上部干物質積累量大幅升高,單株果質量提高17.25%,產量提高8.9%。本試驗研究表明,在T3(菌肥組合900 kg/hm2)及以上施用量處理,花生莢果及籽仁產量均高于全化肥處理,并隨著菌肥組合用量的增加花生莢果產量逐漸增加,在T4處理達到最高產量水平,莢果及籽仁產量較對照分別提高10.26%與11.70%,而T5處理則有所下降。因此,菌肥組合的配施用量應當適宜,過高浪費成本,且易使花生徒長反而降低產量。相關性分析進一步表明不同用量的菌肥組合與花生莢果及籽仁產量均呈極顯著的正相關,表明控制好菌肥組合的適宜用量對花生產量提升可起到至關重要的作用。

研究表明生物有機肥或有機肥加菌劑均能使土壤性能得以改善,增加土壤有機質,提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀的含量[4,14,32]。本試驗研究表明隨著生物有機肥用量增加,土壤有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量均有不同程度的增加趨勢,以土壤有機質及堿解氮增加最為顯著,二者T5處理分別較CK增加20.82%及42.17%,施用生物有機肥土壤速效磷含量增幅最大,各處理較CK 增加43.3%～52.85%,鉀含量變化不大,這與不同生物肥中所含的固氮、解磷、解鉀細菌等有益微生物的種類與數量有著密切關系[33-34]。

本試驗同時表明配施菌肥組合能提高花生籽仁蛋白質和粗脂肪含量,所有處理的蛋白質含量較CK 提高了0.99%～5.68%,且隨著菌肥組合用量提高,蛋白質含量逐漸增加;所有處理油酸含量較CK 均有所提高,然而隨著菌肥組合用量提高,油酸含量逐漸減少,而亞油酸含量較CK 均有所降低,從而提高了花生的油亞比。相關性分析表明不同用量菌肥組合與蛋白質含量呈極顯著正相關關系,與油酸含量呈極顯著負相關關系,與亞油酸含量呈顯著正相關關系,對于側重食用型或商品耐貯藏性的高油亞比指標的產品應注重菌肥組合用量的控制。