張凱煜,劉馨月,亢福仁,艾海艦,王 梅

(榆林學(xué)院 陜西省陜北礦區(qū)生態(tài)修復(fù)重點實驗室,陜西 榆林 719000)

馬鈴薯營養(yǎng)豐富,適應(yīng)性強,栽培面積廣,被認(rèn)為是繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物,在保障全球糧食安全中扮演重要角色。2015年,農(nóng)業(yè)部正式提出“馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略”,有力推動了中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。作為榆林市特色作物之一,馬鈴薯在區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用,已成為榆林發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一張名片。馬鈴薯是一種高產(chǎn)喜肥的作物,而傳統(tǒng)粗放型施肥管理會大量使用化肥,造成土壤板結(jié),肥力下降,進而導(dǎo)致馬鈴薯植株抗性低、減產(chǎn)、品質(zhì)降低,還會導(dǎo)致嚴(yán)重的連作障礙,使馬鈴薯產(chǎn)量和質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

生物菌肥在農(nóng)作物中的應(yīng)用范圍很廣,試驗結(jié)果也比較顯著,可以顯著改變傳統(tǒng)肥料施用方式,對作物的生長、質(zhì)量、產(chǎn)量、抗逆性和可持續(xù)發(fā)展都有很大的作用。微生物菌肥具有改良土壤、提高植物吸收和利用營養(yǎng)、提高作物的抗逆性和抗病性的作用[2-3]。微生物肥料中的有益微生物可以改善土壤的團粒結(jié)構(gòu),預(yù)防土壤板結(jié),土壤疏松,透氣性好,有利于根系的生長,同時微生物還可以分解土壤中的有機物,增加土壤的營養(yǎng)成分。另外,微生物還可以將土壤中的化肥農(nóng)藥等污染物進行降解,從而達(dá)到減少土壤污染的目的。研究表明, 在常規(guī)生產(chǎn)下生物菌肥及其有益菌的代謝產(chǎn)物能有效促進馬鈴薯的生長、提高其產(chǎn)量[4]。何志剛等[4]采用PGPR菌肥進行田間試驗,研究了PGPR對馬鈴薯產(chǎn)量及N、K養(yǎng)分的影響,結(jié)果表明,增施促生菌肥比常規(guī)施肥,地下塊莖部分鉀素吸收率高出9.98%,氮素吸收率高出19.61%,磷素吸收率高出20.1%。馬鈴薯產(chǎn)量比常規(guī)施肥提高12.4%,明顯提高肥料利用率。李星星[5]在馬鈴薯上施用生物菌肥,產(chǎn)量較對照提高了16%,不同處理增產(chǎn)幅度2.5%～15.99%,其增產(chǎn)效應(yīng)明顯。與傳統(tǒng)肥料比較,其商品率明顯高于對照。與未施微生物菌肥相比,使用微生物菌肥的農(nóng)產(chǎn)品在蛋白質(zhì)、糖、維生素、氨基酸等方面均有不同程度的改善,使其籽粒飽滿、飽滿、減少畸形果、增加果色、改善品質(zhì)[6]。韓雪蓮等人對西瓜施用生物菌肥,發(fā)現(xiàn)西瓜地上部分生長強勁、根系活力高、葉綠素高,細(xì)胞膜保護酶活性強、抗逆性提高[7]。王書娟等[8]研究發(fā)現(xiàn)施用微生物菌肥處理的番茄果實較大,皮色深紅,果皮較薄,汁液較多,生長勢強、抗病性好。生物菌肥顯著增加了土壤中微生物的數(shù)量,提高了土壤中脲酶和糖酶的活性,保證了微生物群落及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的平衡,有利于形成穩(wěn)定的菌群結(jié)構(gòu)[9]。為了探究生物菌肥在馬鈴薯種植上的應(yīng)用效果,本研究施用2種 BN菌肥對馬鈴薯葉片抗氧化特性、薯塊品質(zhì)及產(chǎn)量的影響進行探究,以期為BN菌肥應(yīng)用于榆林沙地馬鈴薯種植提供數(shù)據(jù)支撐和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

本課題以陜西省榆林市榆陽區(qū)農(nóng)業(yè)示范園的馬鈴薯(“冀張薯226”)為對象,該區(qū)域已連續(xù)種植3年馬鈴薯,連作障礙嚴(yán)重。研究BN菌肥對馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和葉片抗氧化活性的影響。BN菌肥是來自北京農(nóng)科院提供的一種新型微生物菌肥,其主要成分為一種放線菌,正處于試驗階段。于2021年5月進行馬鈴薯田間試驗,小區(qū)面積100 m3(520 m),設(shè)置3個處理,CK、BN-1、BN-2處理,分別施用0 kg/畝、1 kg/畝、2 kg/畝BN菌肥,每個處理5個重復(fù)。試驗設(shè)計見表1。

1.2 測定方法

葉片抗氧化酶活包括CAT、GOD、PPO,根據(jù)索萊寶試劑盒說明書進行操作,采用酶標(biāo)儀進行吸光值測定,測定光譜分別為240 nm、500 nm和410 nm,根據(jù)公式計算酶活。

2 021年10月6日在榆林市榆陽區(qū)農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進行馬鈴薯測產(chǎn),稱量其大果、爛果和總產(chǎn)量,并記錄數(shù)據(jù)。馬鈴薯品質(zhì)指標(biāo)包括Vc、淀粉、粗蛋白含量,均按照試劑盒說明書進行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用SPSS19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。使用單因素方差分析進行統(tǒng)計分析及各組間差異顯著性分析,顯著性水平為P<0.05,結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 BN菌肥對馬鈴薯葉片抗氧化特性的影響

2.1.1 BN菌肥對馬鈴薯葉片CAT活性的影響

過氧化氫酶(CAT)是活性氧清除酶系統(tǒng)中重要保護酶,它們能有效阻止高濃度氧積累,防止膜脂的過氧化作用,延緩植物衰老,從而使植物維持正常的生長和發(fā)育[10]。從圖1知,通過不同處理,CK處理的馬鈴薯葉片CAT酶活性為97.68 μmol/min,施用BN-1處理后的葉片CAT酶活性為97.74 μmol/min,施用BN-2處理后的葉片CAT酶活性為106.47 μmol/min,BN-1、BN-2處理中CAT酶活較CK處理升高了0.06%、8.99%,BN-1處理和CK處理之間無顯著性差異,BN-2處理顯著增加了馬鈴薯葉片CAT酶活(P<0.05),說明BN-2可以有效延緩葉片衰老。

圖1 不同處理馬鈴薯葉片CAT酶活性注:不同字母表示差異顯著P<0.05,下同。

2.1.2 BN菌肥對馬鈴薯葉片GOD活性的影響

GOD(葡萄糖氧化酶)廣泛存在于動物和植物中,催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸,并產(chǎn)生H2O2,是生物體中產(chǎn)生活性氧的代謝途徑之一。從圖2知,通過不同處理,施用CK處理后的馬鈴薯葉片GOD酶活性為76.66 μmol/min,施用BN-1處理后的葉片GOD酶活性為68.72 μmol/min,較CK處理降低了10.36%。施用BN-2處理后的葉片GOD酶活性為86.66 μmol/min,而BN-2處理顯著增加了馬鈴薯葉片GOD酶活性(P<0.05),說明BN-2菌肥可以有效提高馬鈴薯葉片酶活性。

圖2 不同處理馬鈴薯葉片GOD酶活性

2.1.3 BN菌肥對馬鈴薯葉片PPO活性的影響

PPO(多酚氧化酶)活性越強,多酚含量越高,對馬鈴薯品質(zhì)越有利。從圖3知,通過不同處理,施用CK處理后的馬鈴薯葉片PPO酶活性為55.60 μmol/min,施用BN-1處理后的葉片PPO酶活性為70.10 μmol/min,施用BN-2處理后的葉片PPO酶活性為81.80 μmol/min,BN-1、BN-2處理中PPO酶活性比CK處理后的分別提高了26.08%、47.12%。同一濃度下,處理效果比較為CK

圖3 不同處理馬鈴薯葉片PPO酶活性

2.2 BN菌肥對馬鈴薯品質(zhì)的影響

2.2.1 BN菌肥對馬鈴薯Vc含量的影響

從圖4知,通過不同處理,施用CK處理后的馬鈴薯Vc含量為161.67 mg/kg,施用BN-1處理后的Vc含量為159.89 mg/kg,施用BN-2處理后的Vc含量為163.33 mg/kg,BN-1處理后的馬鈴薯Vc含量比CK處理后的降低了1.10%,而BN-2處理顯著增加了馬鈴薯Vc含量(P<0.05),表明施用BN-2菌肥比BN-1更能提高馬鈴薯品質(zhì)。

圖4 不同處理薯塊Vc含量

2.2.2 BN菌肥對馬鈴薯淀粉含量的影響

從圖5知,通過不同處理,施用CK處理后的馬鈴薯淀粉含量為17.13 mg/g,施用BN-1處理后的淀粉含量為16.09 mg/g,較CK處理后降低了6.07%,施用BN-2處理后的淀粉含量為18.51 mg/g,而BN-2處理提升了8.06%,顯著增加了馬鈴薯淀粉含量(P<0.05),所以多施加BN-2菌肥來提高馬鈴薯的口味。

圖5 不同處理薯塊淀粉含量

2.2.3 BN菌肥對馬鈴薯粗蛋白含量的影響

從圖6知,通過不同處理,施用CK處理后的馬鈴薯粗蛋白含量為11.75 μmol/g,施用BN-1處理后的粗蛋白含量為11.91 μmol/g,施用BN-2處理后的粗蛋白含量為14.27 μmol/g,BN-1處理后的馬鈴薯粗蛋白含量和CK處理后的無顯著性差異,BN-2處理中顯著增加了馬鈴薯粗蛋白含量(P<0.05),提高了馬鈴薯的營養(yǎng)品質(zhì)。

圖6 不同處理薯塊粗蛋白含量

2.3 BN菌肥對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

從表2知,CK處理后的馬鈴薯產(chǎn)量為1 265.43 kg,施用BN-1處理后的馬鈴薯畝產(chǎn)量為1 243.20 kg/畝,施用BN-2處理后的馬鈴薯畝產(chǎn)量為1 595.00 kg/畝,BN-1處理后的馬鈴薯產(chǎn)量和CK處理后無顯著性差異,BN-2處理中顯著增加了馬鈴薯產(chǎn)量(P<0.05)。施用BN菌肥處理減少了馬鈴薯爛薯量,BN-1降低了1.39%,BN-2降低了8.53%。BN-2商品率較CK處理提高了14.76%,說明BN-2能有效提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品率。

表2 不同處理馬鈴薯產(chǎn)量

3 討論

榆林地區(qū)是我國馬鈴薯的主要產(chǎn)區(qū),馬鈴薯也是榆林地區(qū)的一大地方特色,是榆林地區(qū)農(nóng)民的主要收入來源之一。為了明確BN菌肥對馬鈴薯葉片抗氧化特性、薯塊品質(zhì)和產(chǎn)量的影響,進行不同菌肥施用量對馬鈴薯影響的田間試驗。

BN-1和BN-2處理后的過氧化氫酶(CAT)活性為97.74 μmol/min和106.47 μmol/min,BN-2顯著高于CK,提高了8.99%。BN-1和BN-2處理后的葡萄糖氧化酶(GOD)活性為68.72 μmol/min和86.66 μmol/min,BN-1和BN-2處理之間的差異性顯著,BN-1低于CK,降低了10.36%;BN-2顯著高于CK,提高了13.04%。BN-1和BN-2處理后的多酚氧化酶(PPO)活性分別為70.10 μmol/min和81.80 μmol/min,顯著高于CK,分別提高了26.08%、47.12%,這與錢建民[11]的研究結(jié)果相似。這可能是因為BN菌肥中含有促進土壤中難溶磷和鉀釋放的細(xì)菌等,促進其土壤中養(yǎng)分的分解和釋放,新加入的微生物增強了土壤土著微生物活性,同時增強了植株抗氧化特性,延緩了馬鈴薯葉片衰老[12]。這種有益的效果也隨著菌肥施用量的增加而增加,BN-2處理中CAT、GOD和PPO酶活性均為最高。

從馬鈴薯品質(zhì)來看,其營養(yǎng)豐富,Vc含量遠(yuǎn)超大多數(shù)的糧食作物,蛋白含量又遠(yuǎn)超一般蔬菜。BN-2處理后的Vc含量為163.33 mg/kg,較CK處理提高了1.03%。BN-2處理薯塊淀粉含量為18.51 mg/g,顯著高于CK(P<0.05),提高了8.06%。結(jié)合上述抗氧化特性分析,可能是因為BN-2菌肥增強了馬鈴薯植株抗氧化能力,延緩了植株衰老,增長了馬鈴薯的周期生育,有利于馬鈴薯淀粉積累[13]。各處理粗蛋白含量分別為11.75 μmol/g(CK)、11.91 μmol/g(BN-1)和14.27 μmol/g(BN-2),BN-2顯著高于CK處理(P<0.05),提高了21.47%。

BN-1和BN-2處理后的馬鈴薯產(chǎn)量為1 243.20 kg/畝和1 595.00 kg/畝,BN-1和BN-2處理之間的差異性顯著,BN-2顯著高于CK,提高了26.04%。這一結(jié)果與大多研究結(jié)果相似,不同的微生物菌肥均有一定的增產(chǎn)效果[5-10]。BN菌肥改善了土壤菌群結(jié)構(gòu)提高肥料利用效率。

BN菌肥作為一類對馬鈴薯生長有益的菌肥,具有較大的研發(fā)價值和空間。施加2 kg/畝的BN菌肥能夠顯著提高馬鈴薯葉片所含抗氧化酶的活性以及馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì),為優(yōu)化馬鈴薯施肥提供了新方向。同時,也說明BN菌肥對馬鈴薯連作障礙也有一定的緩解效果[14],可能通過BN菌肥的施入,增加了土著微生物活性,對連作土壤中殘留的有害物質(zhì)具有一定的抗性和分解能力。

4 結(jié)論

研究針對馬鈴薯提質(zhì)增產(chǎn),通過施用BN菌肥測定不同處理馬鈴薯葉片抗氧化特性、馬鈴薯品質(zhì)及產(chǎn)量。結(jié)果表明,在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上,加入BN菌肥馬鈴薯葉片抗氧化活性優(yōu)于未加菌肥處理,BN-2顯著增加了葉片抗氧化活性,CAT、GOD、PPO酶活性較CK增加了8.99%-47.12%,延緩了馬鈴薯葉片衰老。BN-2可以有效提高馬鈴薯的品質(zhì),Vc、淀粉、粗蛋白含量分別為163.33 mg/kg、18.51 mg/g、14.27 μmol/g。BN-2處理降低了爛果量,顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量和商品率。綜上所述,在大田試驗中2 kg/畝菌肥施用量可以提高馬鈴薯葉片抗氧化能力,改善馬鈴薯品質(zhì),提高馬鈴薯產(chǎn)量。