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施用生物有機(jī)肥對(duì)連作黃瓜生長(zhǎng)及根際微環(huán)境的影響

2017-06-15 17:11趙佳杜賓聶園軍黃靜陳哲梁宏
中國(guó)瓜菜 2017年1期
關(guān)鍵詞:根際速效黃瓜

趙佳,杜賓,聶園軍,黃靜,陳哲,梁宏

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心太原030031;2.太原學(xué)院太原030031;3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所太原030031)

施用生物有機(jī)肥對(duì)連作黃瓜生長(zhǎng)及根際微環(huán)境的影響

趙佳1,杜賓2,聶園軍3,黃靜1,陳哲1,梁宏1

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心太原030031;2.太原學(xué)院太原030031;3.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所太原030031)

為了研究施用生物有機(jī)肥對(duì)連作黃瓜生長(zhǎng)及根際微環(huán)境的影響,筆者制成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物有機(jī)肥,設(shè)置了對(duì)照(CK)、有機(jī)肥處理(OF)與生物有機(jī)肥處理(BOF)3組試驗(yàn),并采用盆栽試驗(yàn)以檢測(cè)不同處理下黃瓜植株及其根際土壤各項(xiàng)指標(biāo)的差異。結(jié)果表明,施用生物有機(jī)肥后黃瓜連作土壤中的細(xì)菌(12.36×107cfu·g-1)和放線菌(5.27×106cfu·g-1)數(shù)量大增而真菌(1.23×105cfu·g-1)數(shù)量銳減;土壤中pH及有效磷、速效鉀含量顯著提高,增幅分別為6%~11%、24%~125%、15%~29%;SOD和POD活性顯著升高,增幅分別為18%~42%、47%~113%。施用生物有機(jī)肥改變了土壤微生物區(qū)系,改善了土壤的理化性狀,提高了抗氧化保護(hù)酶活性,植株長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于對(duì)照,效果顯著。

黃瓜;連作障礙;微生物;生物有機(jī)肥

黃瓜是我國(guó)主栽蔬菜作物之一,分布廣泛,目前我國(guó)已成為栽培面積最大、產(chǎn)量最高的國(guó)家[1-2]。由于經(jīng)濟(jì)效益高,黃瓜連作現(xiàn)象在生產(chǎn)過(guò)程中十分普遍,這會(huì)導(dǎo)致黃瓜植株生長(zhǎng)緩慢、瓜秧細(xì)弱、果實(shí)小、產(chǎn)量低、品質(zhì)差、病蟲(chóng)害嚴(yán)重等一系列問(wèn)題,已成為黃瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸[3-5]。

生物有機(jī)肥將功能微生物與有機(jī)肥相結(jié)合,具有調(diào)節(jié)根際微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、增強(qiáng)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收、提高作物的抗病能力等多種功能,且無(wú)污染、零殘留,是消除黃瓜連作障礙的理想手段[6-7]。曹丹等[8]研究得出,施用適量的生物有機(jī)肥可顯著促進(jìn)黃瓜根系生長(zhǎng),速效磷、速效鉀、銨態(tài)氮均有不同程度的提高。劉長(zhǎng)慶等[9]研究了生物有機(jī)肥在黃瓜上的應(yīng)用效果,結(jié)果表明,合理施用生物有機(jī)肥可以提高黃瓜產(chǎn)量,改善植物學(xué)性狀和生物學(xué)性狀。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn),分離篩選到2株功能微生物:類芽孢桿菌(Paenibacillus Ash)具有解磷解鉀的促生作用,丁香苷鏈霉菌(Streptomyces syringini)能夠拮抗病原真菌并促進(jìn)植株生長(zhǎng),將這2株菌復(fù)配組合制成生物有機(jī)肥用于黃瓜生產(chǎn)還未見(jiàn)報(bào)道。筆者將其復(fù)配制成新型生物有機(jī)肥,并作為底肥施入連作黃瓜后的土壤中,通過(guò)對(duì)不同處理的黃瓜植株及其根際土壤各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)與評(píng)價(jià),探討消除黃瓜連作障礙的途徑及機(jī)制,以期為生物有機(jī)肥應(yīng)用推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試菌種:類芽孢桿菌(Paenibacillus Ash)與丁香苷鏈霉菌(Streptomyces syringini)均由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心微生物研究室保藏。供試黃瓜品種‘津優(yōu)35號(hào)’由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟(jì)研究所提供。供試有機(jī)肥由堆肥腐熟制成(V雞糞∶V牛糞=1∶1)。供試土壤為已種植過(guò)4茬黃瓜的連作灰潮土,基本理化性質(zhì):有機(jī)質(zhì)(ω,后同)1.84%,堿解氮43.05 mg·kg-1,有效磷35.28 mg·kg-1,速效鉀174.66 mg·kg-1,pH 6.35。供試培養(yǎng)基[10]:PDA培養(yǎng)基、NA培養(yǎng)基、高氏一號(hào)培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基。

1.2 菌種原液及生物有機(jī)肥的制備

將保存的菌種接入斜面培養(yǎng)基活化,類芽孢桿菌為NA培養(yǎng)基,丁香苷鏈霉菌為PDA培養(yǎng)基?;罨蟮木杲尤胍后w培養(yǎng)基擴(kuò)繁,類芽孢桿菌30℃,200 r·min-1,發(fā)酵36 h;丁香苷鏈霉菌30℃,200 r·min-1,發(fā)酵48 h。制得的菌液懸浮液按1∶2的比例混合均勻,然后5%(V/m)的接種量接種到有機(jī)肥中混勻,<45℃的條件下發(fā)酵6 d,總菌量>109cfu·g-1備用[11]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年4月在山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)試驗(yàn)基地黃瓜大棚內(nèi)進(jìn)行。營(yíng)養(yǎng)缽育苗后移栽盆缽培養(yǎng),營(yíng)養(yǎng)缽裝土300 g,盆缽裝土10 kg。設(shè)3個(gè)試驗(yàn)組,每組3個(gè)小區(qū),試驗(yàn)組各小區(qū)隨機(jī)分布,每個(gè)小區(qū)30個(gè)盆缽:(1)對(duì)照組(CK),不做任何處理;(2)試驗(yàn)組1(OF),向土壤中施入有機(jī)肥;(3)試驗(yàn)組2(BOF),向土壤中施入生物有機(jī)肥。有機(jī)肥與生物有機(jī)肥均按2%(m/m)的施肥量施入。每個(gè)營(yíng)養(yǎng)缽中播種1粒黃瓜種子,待瓜苗長(zhǎng)出4~5片真葉后選擇壯苗移栽,常規(guī)管理進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。

1.4 調(diào)查方法

定植后35 d,檢測(cè)黃瓜植株與根際土壤各項(xiàng)指標(biāo)。從各小區(qū)隨機(jī)選取黃瓜植株5株及其根際土壤樣品(每個(gè)試驗(yàn)組15株),檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。

黃瓜植株根際微生物區(qū)系調(diào)查:采取瓜苗根際土壤,混勻后4℃保存于自封袋內(nèi)運(yùn)回。采用梯度稀釋法,分別對(duì)樣品中的細(xì)菌、放線菌與真菌統(tǒng)計(jì)分析[12]。

黃瓜根際土壤理化指標(biāo)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀,由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤與肥力研究所檢測(cè)完成并出具報(bào)告。

黃瓜葉片理化指標(biāo)測(cè)定[13]:丙二醛(MDA)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)與過(guò)氧化氫酶(CAT)活性。

黃瓜生長(zhǎng)指標(biāo):植株高度采用直尺測(cè)量,葉片數(shù)采用計(jì)數(shù)法測(cè)定,葉面積采用葉面積儀測(cè)定,植株干質(zhì)量采用烘干法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)黃瓜根際微生物區(qū)系的影響

不同處理使得黃瓜根際微生物區(qū)系發(fā)生明顯的變化(表1)。細(xì)菌是土壤微生物的主要類群,占總量的70%~90%,施用生物有機(jī)肥顯著提高了黃瓜根際土壤中的細(xì)菌數(shù),達(dá)到12.36×107cfu·g-1,近3倍于CK中的細(xì)菌數(shù);BOF的放線菌數(shù)也是所有處理中最高的,達(dá)到5.27×106cfu·g-1,比CK中的放線菌數(shù)高出1倍;土壤中的病原菌一般為真菌,BOF的真菌數(shù)顯著低于CK和OF,僅為1.23×105cfu·g-1。

表1 不同處理對(duì)黃瓜根際微生物區(qū)系的影響

2.2 不同處理對(duì)黃瓜植株根際土壤肥力的影響

由表2可知,與CK相比施用有機(jī)肥和生物有機(jī)肥均顯著提高了土壤的pH值與有機(jī)質(zhì)含量,BOF的pH值顯著高于OF,但二者的有機(jī)質(zhì)含量并無(wú)顯著差異;堿解氮、有效磷和速效鉀含量是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo),BOF除堿解氮含量與OF差異不明顯外,有效磷和速效鉀含量均顯著高于其他2個(gè)處理,OF次之,CK最低。

2.3 不同處理對(duì)黃瓜葉片理化指標(biāo)的影響

抗氧化保護(hù)酶(SOD、POD和CAT)是清除植株體內(nèi)自由基的關(guān)鍵酶,酶活力增強(qiáng)可清除植株體內(nèi)因受脅迫而產(chǎn)生的氧自由基,提高植株系統(tǒng)抗性;而MDA含量反映植物細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度,含量越高說(shuō)明細(xì)胞膜質(zhì)受害越重。不同處理對(duì)黃瓜葉片SOD、POD和CAT這3種抗氧化保護(hù)酶活性及MDA含量的影響如表3所示。3個(gè)處理中,BOF的SOD和POD活性最高,分別達(dá)到8.89 U·g-1·min-1和12.51 U·g-1·min-1,OF次之,CK最低;OF與BOF的CAT活性顯著高于CK(6.11 U·g-1·min-1),但2者之間沒(méi)有顯著差異;BOF的MDA含量(6.03 μmol·g-1)顯著低于其他兩個(gè)處理,但CK與OF的MDA含量沒(méi)有顯著差異。

表3 不同處理對(duì)黃瓜葉片理化指標(biāo)的影響

2.4 不同處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由表4可知,不同處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)指標(biāo)有顯著影響。施用生物有機(jī)肥(BOF)后黃瓜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均為最高,黃瓜植株長(zhǎng)勢(shì)明顯強(qiáng)于其他處理組,植株高度比CK和OF分別提高59.65 cm和31.79 cm;OF次之,CK處理各項(xiàng)指標(biāo)均為最低。施用生物有機(jī)肥對(duì)黃瓜植株生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用。

表4 不同處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

3 討論與結(jié)論

肥力消耗、自毒作用、病原菌累積是引起黃瓜連作后產(chǎn)量低、品質(zhì)差的主要原因[14]。施用生物有機(jī)肥,將功能微生物與有機(jī)肥的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,減少化肥農(nóng)藥的施用,改善植株根際微環(huán)境,提高土壤肥力,促進(jìn)植株健康生長(zhǎng),是黃瓜種植業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展的可行途徑之一[15]。連作土壤由于同一類根系分泌物的持續(xù)釋放,形成了特定的土壤環(huán)境和根際條件,導(dǎo)致土壤微生物種類和數(shù)量發(fā)生變化,即細(xì)菌、放線菌數(shù)量下降,病原真菌數(shù)量升高,微生物區(qū)系由高肥的“細(xì)菌型”土壤向低肥的“真菌型”土壤轉(zhuǎn)化[16],這與試驗(yàn)中對(duì)照組的結(jié)果相似。

通過(guò)施用生物有機(jī)肥,黃瓜根際微生物區(qū)系受到定向調(diào)控,細(xì)菌(12.36×107cfu·g-1)和放線菌(5.27×106cfu·g-1)數(shù)量顯著高于其他處理,而真菌數(shù)量(1.23×105cfu·g-1)明顯降低,使得連作土壤由“真菌型”向“細(xì)菌型”轉(zhuǎn)變,有效改善了黃瓜根際土壤微環(huán)境。施用生物有機(jī)肥后土壤中的有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量顯著高于對(duì)照,但與有機(jī)肥組相比差異不大,說(shuō)明類芽孢桿菌與丁香苷鏈霉菌沒(méi)有顯著的固碳和固氮能力;但是土壤的pH (7.08)、有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)(61.63 mg·kg-1)和速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)(312.37 mg·kg-1)顯著提高,說(shuō)明類芽孢桿菌能在土壤中穩(wěn)定發(fā)揮作用,而黃瓜植株高度、葉片數(shù)、葉面積指數(shù)、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均為3組試驗(yàn)最大值,說(shuō)明功能微生物通過(guò)其生命活動(dòng)和分泌的代謝產(chǎn)物作用于黃瓜植株的促生作用顯著。在生物有機(jī)肥中復(fù)配更多種的功能微生物,彌補(bǔ)現(xiàn)有菌株固碳、固氮能力的不足是今后研究的方向;同時(shí)也應(yīng)注意復(fù)配過(guò)程中多菌種間的拮抗問(wèn)題,穩(wěn)定而多樣化的菌群結(jié)構(gòu)是我們追求的目標(biāo)。

筆者的研究表明,在3種施肥處理中,連作黃瓜施用生物有機(jī)肥后植株根際微生物群落中的有益菌增加、有害菌減少,菌群結(jié)構(gòu)明顯改善;由于功能微生物的代謝活動(dòng),土壤中的有效磷、速效鉀等營(yíng)養(yǎng)元素含量增加,為植株生長(zhǎng)提供了良好環(huán)境。黃瓜植株的抗氧化保護(hù)酶活性增強(qiáng),生長(zhǎng)指標(biāo)均為最高值,促生效果顯著。本研究為生物有機(jī)肥在黃瓜種植中的推廣應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)。

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Effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment

ZHAO Jia1,DU Bin2,NIE Yuanjun3,HUANG Jing1,CHEN Zhe1,LIANG Hong1
(1.Biotechnology Research Center,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China;2.Taiyuan University,Taiyuan 030031,Shanxi,China;3.Institute of Agricultural Resource and Economic,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China)

In order to study the effects of bio-organic fertilizer on continuous cropping cucumber growth and rhizosphere microenvironment,the bio-organic fertilizer was fermented,pot experiment was designed.Blank control(CK),application of organic fertilizer(OF)and application of bio-organic fertilizer(BOF)were set to compare the differences of the cucumber growth and rhizosphere microenvironment.The results showed that the number of rhizosphere bacterial(12.36×107cfu·g-1)and actinomycete(5.27×106cfu·g-1)community were increased,while the number of the fungal(1.23×105cfu·g-1)was decreased;the pH,available P and available K were increased significantly,the three indicators increased 6%-11%,24%-125%,15%-29%respectively.The activities of SOD and POD were also increased significantly,the two indicators increased 18%-42%,47%-113%respectively.The rhizosphere community was changed,the physical and chemical proper?ties of soil were improved,the antioxidant activity of protective enzyme was higher,the plants were stronger after using BOF.

Cucumber;Successive cropping obstacle;Microbe;Bio-organic fertilizer

2016-09-09;

2016-11-08

趙佳,男,助理研究員,研究方向:微生物學(xué)。E-mail:zhaojia.00@163.com

梁宏,男,副研究員,研究方向:微生物學(xué)。E-mail:815336057@qq.com

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