生物有机肥对枸杞生长及土壤性状的影响

吕亮雨,樊光辉,2,付 全,苏彩风,李发毅

(1.青海大学农牧学院/青海大学农林科学院,西宁 810016;2.青海高原林木遗传育种实验室,西宁 810016)

0 引 言

【研究意义】宁夏枸杞(LyciumbarbarumL.)为落叶灌木,在我国主要分布于西北、华北等地区[1]。其果实属“药食同源植物”[2-4]。种植有机枸杞需肥量大且需肥料质量高,通常以农业废弃物有机肥为主[5-7]。该有机肥既可增加土壤有机质含量,还可抑制病虫害的发生[8-10]。但是农业废弃物有机肥料存在生效慢以及流失等问题。使用生物有机肥,可以提高农业废弃物有机肥分解速率和肥料利用率,进而提升土壤肥力、提高有机枸杞生长发育和产量品质[11]。【前人研究进展】张彦红等[12]将生物有机肥与化肥混施,结果表明,生物有机肥能够明显提高枸杞产量和品质; 黄丽华等[13]将哈茨木霉菌与芽孢杆菌应用于紫花苜蓿种植中,发现施用两种微生物菌剂均可促进植株生长并改善土壤性状; 赵栋等[14]通过试验研究发现,有机肥配施生物有机肥会对枸杞生长发育和抗病害能力的产生影响,结果显示,使用生物有机肥后,枸杞叶片叶绿素含量、树高和冠幅都远远高于不施肥处理,且有效降低了枸杞发病率;包慧芳等[15]研究表明,在宁杞7号上施入生物有机肥,能显著改善土壤性状,其中在全氮、全磷、全钾等方面有显著效果。【本研究切入点】木霉菌、芽孢杆菌广泛存在于各种自然条件下的土壤中,可提高有机肥料的分解速度,可加速植物根系对养分的吸收,加速植物生长,提高果实产量[16],是与有机肥混施的优良菌种。对比施用普通有机肥,混施生物有机肥的生产成本较高[17],为提高施肥效益,需要选出一个最佳生物有机肥种类和最适生物有机肥浓度。【拟解决的关键问题】试验配施3种不同种类的生物有机肥,每种生物有机肥设置3种不同浓度,进行田间试验,分析不同的混合施肥方式对枸杞生长以及土壤理化性质的影响,制定合理的施肥措施,为枸杞园土壤肥力提高提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 供试品种

试验于2021年6～11月在青海省海西蒙古族藏族自治州诺木洪农场进行。试验区地处柴达木盆地东南部(E 96°～97°,N 36°～37°),海拔高度约为2 800 m。属于高原大陆性气候,空气干燥,光照时间长,昼夜温差大。年平均温度4.4℃,年平均降雨量约40 mm,年平均蒸发量2 800 mm[18]。

供试土壤为旱田内陆盐碱土,土壤电导率EC(水土比1∶5)为5.13 mS/cm,pH(水土比1∶2.5)为8.47。土壤养分含量分别为有机质10.69 g/kg、全氮0.62 g/kg、全磷1.92 g/kg、全钾24.04 g/kg、碱解氮128 mg/kg、速效磷46.26 mg/kg、速效钾350.60 mg/kg。

供试枸杞品种是宁杞 7 号,该品种具备生长迅速、抗逆性强、产量高、品质好等优点。树龄为5年,栽植枸杞3 300株/hm2,株高为0.8～0.9 m。

1.1.2 供试肥料

供试肥料泰旺宝粉剂由上海大井生物工程有限公司生产,为黑色粉末,有效活菌为哈茨木霉菌和棘孢木霉菌,有效活菌数≥2×108/g,特别添加矿源黄腐酸≥5%;碧苗水剂也由上海大井生物工程有限公司生产,为深棕色液体,含有多种高活性微生物菌,有效活菌数≥2×108/mL,特别添加有机质≥45%,腐殖酸≥5%,氨基酸≥5%;绿能2号由青海灿铭农牧科技有限公司生产,为黑色粉末,主要成分为解淀粉芽孢杆菌,活菌数≥2×108/g,特别添加腐殖酸≥40% ;作为基肥施用的有机肥有机质含量≥40%,N+P2O5+K2O≥5%。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

每种肥料结合产品的推荐施肥量、柴达木地区土壤的基本供肥特点和丰产园果农施肥平均水平及高限水平设置3个不同的施肥梯度,并以不施肥做对照(CK),共10个处理。每个处理重复3次,共30个小区,每个小区均栽植有30株枸杞树,株距1 m,行距3 m,小区面积90 m2。于2021年7月1日在植株滴水线下方挖穴长80 cm、宽20 cm、深30 cm,将肥料施入穴中,对照组施加清水,覆土。施肥后马上灌水,使肥料均匀分布在枸杞根部,田间管理同大田生产。表1

表1 不同试验处理生物有机肥种类及用量

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 土壤指标

于2021年10月1日按照5点混合取样法采集各个小区0～30 cm土层处土壤,混匀成1份样品。参照《土壤农化分析(第三版)》测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、电导率、pH等指标[18,19]。

1.2.2.2 枸杞生长指标

每个小区选3棵长势一致的树做样树,使用卷尺测定其树高、冠幅。树高每株样树测3次取平均值。冠幅测量相互垂直的2个方向树冠直径,每株样树测3次取平均值。自2021年7月1日开始,每隔15 d测量1次。

1.2.2.3 枸杞光合特性

每个小区选择长势一致的枸杞3株作为样树,在样树上部选取9个新生枝条作标准枝,在标准枝上选取健康叶片测量其光合特性。光合特性在盛果期使用 Li-COR6400便携式光合测定仪进行测定,选择天气晴朗的时间测量并记录:净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、叶片气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)[20-22]。

1.2.2.4 枸杞果实产量和品质

青海柴达木枸杞每年成熟3次,分别于8月5日、8月30日、10月5日,采摘每株样树第1茬、第2茬及第3茬果实,于塑料大棚中晾干至恒重后称其干质量,计算单株平均产量,根据单株产量计算得出单产。采用四分法选取每个处理的干果作为样品,测定其内含物。枸杞多糖根据GB/T 18672-2014中的测定方法进行测定;总黄酮和蛋白质按照《保健食品功效成分及卫生指标检验规范》中的测定方法进行测定;多酚通过分光光度法(UV)测定其含量;甜菜碱通过离子色谱法测量其含量;总抗坏血酸参照《GB12392-90-蔬菜、水果及其制品中总抗坏血酸的测定方法》进行测定;类胡萝卜素可参照GB 5009.83-2016中的测定方法测定其含量;总糖含量根据GB/T 18672-2002中宁杞7号总糖含量的测定方法测定其含量[23,24]。

1.3 数据处理

试验结果以所测数据的平均值±SD表示。数据处理使用Microsoft Office Excel 2010 软件,同时采用SPSS 21.0 软件进行数据统计分析各处理间的显著性差异(P<0.01)。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥对土壤养分含量、电导率、pH的影响

研究表明,施用生物有机肥后土壤各养分含量较CK均显著提高,土壤pH和电导率明显降低。各个施肥处理土壤性状改良情况各不相同,复合型生物有机肥对土壤的改良效果明显超过其他两种生物有机肥。MMJ2处理土壤的全钾含量最高,达到29.36 g/kg,比CK增加了25.4%,显著高于其他8个处理和CK。FHX3处理土壤的速效磷含量最高,为84.47 mg/kg,和CK相比增量达到30.8%,差异显著。FHX2处理土壤的全氮、全磷、碱解氮、速效钾、有机质含量均最高,分别达到0.92 g/kg、2.44 g/kg、192.67 mg/kg、586.00 mg/kg、18.10 g/kg,比CK分别增加了53.3%、33.3%、43.8%、43.9%和55.0%,差异显著。土壤养分含量随生物有机肥使用量的增加呈先升后降的变化趋势,而土壤电导率与pH值的变化趋势则相反。各处理土壤电导率为3.01～4.35 mS/cm,电导率从高到低依次为CK、MMJ3、FZS2、FHX3、FZS3、MMJ1、FZS1、FHX1、MMJ2、FHX2,各处理相比,FHX2能够更好地降低土壤电导率,较CK降低了44.5%,差异显著;各处理土壤pH值为8.03～8.68,pH值从高到低依次为CK、MMJ1、FHX1、FZS1、MMJ2、MMJ3、FHX3、FZS2、FZS3、FHX2,各处理相比,FHX2能够更好地降低土壤pH值,较CK降低0.65,各处理均与CK均差异显著。施用生物有机肥可以降低土壤电导率和pH值并提高土壤养分含量,改善土壤理化性状,效果以FHX2最好。表2

2.2 生物有机肥对枸杞生长量的影响

研究表明,各施肥处理树高、冠幅均较CK均显著提高,复合型生物有机肥促生效果较其他2种生物有机肥更好。

10月15日各施肥处理的枸杞树高分别高出CK 1.7%～15.4%,以FZS2、FHX2和 FZS3处理变化最为明显,其中FZS2处理枸杞树高变化最大,树高为109.71 cm。各施肥处理枸杞冠幅均较CK明显增加,10月15日FHX3处理枸杞冠幅最大,达到85.73 cm,FHX2处理次之,为83.72 cm,各施肥处理和CK相比增量达到4.0%～14.7%。图1

图1 不同生物有机肥下枸杞树高、冠幅变化

2.3 生物有机肥对枸杞光合作用的影响

研究表明,生物有机肥的施入有利于枸杞叶片光合作用的进行,复合型生物有机肥的促进效果最好。施入生物有机肥后,各处理枸杞叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度均较不施肥处理显著提高,施入复合型生物有机肥后枸杞叶片光合作用最好,腐殖酸生物有机肥次之。其中Pn、Tr、Gs和Ci均在FHX2时最大,为11.58 μmol/(m2· s)、4.16 mmol/(m2· s)、171.51 mmol/(m2· s)、298.26 μmol/mol,和CK相比分别提高了90.1%、32.9%、66.5%和40.2%,差异显著。混施生物有机肥后光合作用较CK明显提高且差异显著,FHX2提升最多。表3

表3 不同生物有机肥下枸杞光合作用变化

2.4 生物有机肥对枸杞产量及品质的影响

2.4.1 生物有机肥对枸杞产量的影响

研究表明,施用生物有机肥后,除MMJ1、FZS1处理外,其他各处理枸杞总产量均显著高于CK。各施肥处理枸杞总产量为35.30～44.81 kg/667m2,其中FHX2处理总产量最高,达到44.81 kg/667m2,与CK相比增产31.4%,差异显著。施用生物有机肥对第1茬果实产量促进效果较第2茬、第3茬更明显,FHX3处理一茬果实产量最高,较CK增产72.2%,FHX2处理次之,较CK增产58.5%。图2

图2 不同生物有机肥下枸杞果实产量变化

2.4.2 生物有机肥对枸杞果实品质的影响

研究表明,施用生物有机肥可显著提高果实中的枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸、多酚、总糖和蛋白质含量。各施肥处理枸杞多糖含量为3.39%～6.40%,FHX2处理含量最高,与CK相比增量达到71.6%,差异显著。黄酮含量FHX2最高,达到0.18%,其次为FHX3,与CK相比增量分别达到了80.0%、60.0%,较CK均存在显著差异,FHX2、FHX3之间差异不明显。各施肥处理类胡萝卜素含量为79.44～114.68 mg/100g,各施肥处理均与CK差异显著,类胡萝卜素含量依次为FZS2、FHX3、FZS1、FHX2、MMJ2、FHX1、FZS3、MMJ3、MMJ1、CK,FZS2处理类胡萝卜素含量最高,相比CK提高48.9%。各施肥处理甜菜碱含量为0.60%～0.79%,甜菜碱含量依次为FZS2>FHX2>MMJ2>FHX3>FZS3>MMJ3>FHX1>FZS1>MMJ1>CK,FZS2处理甜菜碱含量最多,为0.79%,与CK差异显著。施用生物有机肥也有利于枸杞果实中抗坏血酸含量的增加,FHX2处理的抗坏血酸含量最高,为25.30 mg/100g,和CK相比增量达到了25.2%,差异显著。多酚含量各处理和CK相比增量达到了0.0%～13.4%,FZS2处理的多酚含量达到最大值,为0.93%,和CK差异显著。总糖含量为54.90～62.00 g/100g,FHX2处理含量最高,与CK相比增量达到11.7%,差异显著。蛋白质含量FZS2最高,达到9.73 g/100g,其次为FZS1,与CK相比增量分别达到了14.1%、13.2%,较CK均存在显著差异,FZS1、FZS2之间差异不明显。施用生物有机肥后,果实品质显著升高。FHX2处理效果最好,该处理下枸杞果实的枸杞多糖、黄酮、抗坏血酸、多酚和总糖含量均最高,甜菜碱和多酚含量仅次于FZS2,并显著高于CK。表4

3 讨 论

3.1 生物有机肥对枸杞根系间电导率、pH和土壤养分含量的调控效应

生物肥机肥的施用能够降低土壤电导率,提高土壤养分含量,增大孔隙度,改善土壤的理化性能[25-27]。施用生物有机肥可以增加土壤碱解氮、有效磷、速效钾的含量[28-30]。张迎春等[31]研究发现,施用生物有机肥可以改善土壤理化性质,提高土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量。在偏碱性土壤上施用生物有机肥后,可降低土壤pH值;在盐渍化土壤中施用生物有机肥后,可降低土壤电导率[32-34]。研究结果表明,施用不同的生物有机肥后各处理土壤养分含量显著提高,土壤电导率和pH明显减低,复合型生物有机肥对土壤的改良效果显著高于其他两种生物有机肥,与前人研究结果一致。但不同处理对土壤性状的影响程度不同,MMJ3、FHX3、FZS3处理不仅较MMJ2、FHX2、FZS2处理降低了土壤养分含量,而且对土壤电导率和pH值产生了逆反作用,生物有机肥施入量过高会对枸杞根际土壤的理化性质起到了绝对的抑制作用,生物有机肥施入量过低又对土壤性质影响较弱,而适宜的生物有机肥施入量能够有效改良土壤理化性质,进而促进根系发达,对枸杞生长产生推动作用。试验结果显示,FHX2处理对土壤性状的改良效果最好。

3.2 生物有机肥对枸杞生长量和光合作用的调控效应

研究发现,施用生物有机肥后可明显改善枸杞生长发育,枸杞的株高、冠幅都会出现不同程度的增长,与何嘉等[8]研究结果一致,复合型生物有机肥和腐殖酸生物有机肥处理对枸杞生长发育的促进效果最佳。彭辉辉等[35]探究了生物有机肥混施会提高叶片的SPAD值并使植物叶片光合速率提高,有机物的积累量增大,试验与其研究结果一致。研究指出,生物有机肥的施用增强了枸杞的光合作用,其蒸腾速率、胞间CO2浓度、净光合速率、气孔导度与CK相比显著提高。在有机枸杞种植园,施用生物有机肥可以明显提高枸杞叶片光合特性,试验中MMJ2、FHX2处理效果最好。

3.3 生物有机肥对枸杞产量和果实品质的调控效应

施用生物有机肥还对提升枸杞的产量和品质具有显著效果[36]。段文学等[37]研究发现,施用生物有机肥后植株产量得到显著提高,与试验施用不同用量的生物有机肥均可显著提高产量的结果一致。包慧芳等[15]研究发现,施用生物有机肥后枸杞果实中总糖、多糖和可溶性固形物含量明显提高。李小刚等[38]研究发现,施用生物有机肥能够明显提高枸杞中类胡萝卜素、黄酮、甜菜碱含量。试验与上述研究结果相一致,施用不同用量的生物有机肥均可提高枸杞果实的枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸和多酚含量,施用复合型生物有机肥的效果最佳,复合型生物有机肥的施入提高了植物营养元素的供应水平,改善了枸杞的品质,其中FHX2处理效果最好。

青海柴达木的枸杞种植园施用复合型生物有机肥对土壤性状、枸杞光合作用、产量品质的促进效果最佳。但在施用复合型生物有机肥时,要控制其施入量,如果施入量过低,生物有机肥中微生物数量过低,则不能更好地促进枸杞的生长发育及土壤品质的提高。在适宜的生物有机肥施入量范围内,枸杞的生长随着施入生物有机肥量的增加而增加。在使用生物有机肥时,需要综合考虑栽培地的气候和土壤等因素,选择合适的生物有机肥种类及施入量,确保枸杞高产的同时节约肥料成本。

4 结 论

施用微生物菌剂能够有效增加枸杞园土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量,调节土壤电导率和pH值,培肥土壤。施用微生物菌剂还可促进枸杞植株的生长发育,其树高、冠幅均较CK显著增加,其中以FHX2处理效果最好,分别较CK提高14.4%和12.0%,差异显著。同时施用微生物菌剂还有助于提高枸杞光合能力进而增加产量,各施肥处理产量较对照显著增加了3.5%～31.4%。施用微生物菌剂还能够改善果实品质,有效提升枸杞果实枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸、多酚总糖和蛋白质含量,效果已FHX2处理最佳。施用复合型生物肥44.55 L/hm2效果最好,该施肥处理提高土壤肥力和促进枸杞生长发育的效果最佳。