张树衡，丁德东，何 静，王旭红，马大卫，邓 怡，张小彦

(甘肃农业大学 林学院，兰州 730070)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是芸香科(Rutaceae)花椒属(Zanthoxylum)的落叶小乔木或灌木，具有收益早、用途广、价值高及适应性强等特点，是中国一些地方的主要经济树种、抗旱树种及水土保持树种，常用于食品加工的香料佐物，有消炎、止痛、抗癌等作用[1-3]。但由于部分地区经营管理不当和常年连作，导致花椒出现产量、质量的下降，重栽后幼苗成活率低等一系列连作问题，严重地制约着花椒产业的发展。

连作障碍也被称为再植障碍，是指在某区域内连续数年种植同种作物的情况下，使作物出现土传病害严重、植物生长势差、生产力低下等对作物产生不良影响的现象[4-5]。近年来，由于农林产业集约化和商业化的快速发展，使得作物单一化种植的现象日趋广泛，长此以往，导致作物养分失衡、抗逆性下降、化感自毒物质积累，进一步导致了连作障碍的大面积发生。目前，大多数农作物、温室蔬菜水果、中草药和经济林等都面临着这一问题，且呈日渐严重的趋势[6-7]。因此，如何有效缓解土地连作障碍已成为亟待解决的产业问题之一。生物有机肥是一种富含有机、无机养分，由有益微生物菌群和有机肥结合而成的微生物-有机肥料，含有大量的有机质成分，其中的有机肥能跟微生物良好结合，二者交互效果明显[8]；微生物菌肥中富含假单孢杆菌、假芽孢杆菌、根瘤菌、吲哚乙酸等，其中的孢杆类菌能促进土壤中难溶性P、K等元素的转化和吸收[9]。因此，二者混合将可能更好地发挥有机质和有益微生物菌的增效作用，从而缓解连作问题。

由于生物修复剂的诸多优点，已有大量学者对此开展了许多研究，譬如生物炭因其丰富的有机碳含量、良好的肥料缓释载体而被大量应用于环境修复、土壤改良等方面[10]；生物有机肥因其肥效高、成效快、性价比高等特点已广泛应用于小麦和玉米[11]、向日葵[12]、黄瓜[13]、苹果[14]、柑橘[15]等作物及果树中；微生物菌肥因其大量的有益微生物，主要用于植物、土壤病害的生物防治，能有效缓解黄瓜[16]、棉花[17]、平邑甜茶[18]、苹果[19]等作物因连作出现的土传病害等问题。可见，合理的施用有机肥料和菌肥均能不同程度地缓解作物连作问题。

目前，花椒的研究主要集中在对其化学成分分析及医学价值探索[20-21]、不同花椒品种的光合特性研究[22-23]、不同施肥方式对花椒生理特性的影响研究[24-25]、花椒化感作用[26-27]及土壤化学性质[28-29]等方面，而对其连作障碍的混肥修复研究鲜有报道。因此，本研究以生物有机肥和微生物菌肥为供试生物肥料，设置其不同混合配比进行盆栽试验，探究生物有机肥和微生物菌肥混施对再植花椒生长及其光合特性的影响，旨在为老椒园的施肥管理及缓解连作障碍提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2019年6月至2020年7月在甘肃农业大学林学院经济林教研实践基地进行。地理位置在北纬36°03′，东经103°40′，为典型的温带大陆性气候，年平均气温为10.3 ℃，年平均降水量为327mm，年平均日照时间为2 446 h。

1.2 试验材料

供试植株：长势良好、健康的1 a生‘大红袍’花椒幼苗。

试验用土：取自天水市秦安县连作25 a的老花椒园，土壤肥力水平较低，基本肥力指标见 表1。

表1 花椒连作土壤基本理化性质

供试生物肥料：生物有机肥由山东瑞普生物科技有限公司生产，有效成分为：有机质≥30%，N+P2O5+K2O≥6%(质量分数)，海藻酸≥15%，粗蛋白≥9%(质量分数)，螯合态微量元素等，活性生物菌≥2亿/g；供试微生物菌肥由甘肃大行农业科技开发有限公司生产，主要成分为：枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、根瘤菌、腐植酸、微量元素、吲哚丁酸钾、萘乙酸钠，有效活菌数≥ 2亿/g，N+P2O5+K2O≥8%(质量分数)。

1.3 试验设计

1.3.1 苗木培养 2019年6月初，将供试25 a连作土壤装入内径32 cm的塑料花盆中，每盆装15 kg。选择长势均一的1 a生花椒幼苗移植入盆，首次浇水浇透，每盆1株，对照不施肥，其他处理以50 g/L的生物有机肥为基肥，栽培前期做好防晒、防冻和防雨等措施。为提高幼苗存活率，平衡30 d后以追肥的形式在土壤中施入生物有机肥，施用前将生物有机肥固体碾成粉末，按需求称量后融入水配成液体，施肥方式为喷施，每30 d施1次，每次追肥浓度分别为50 g/L、80 g/L、100 g/L，施入量为500 mL每株，到10月(落叶期)初截止，最后将幼苗移至室内保证安全过冬。

1.3.2 苗木处理 待幼苗过冬后于次年6月初进行1次追肥，喷施在无风、无雨的清晨或傍晚进行，试验共设8个处理：T0(无施肥对照组)、T1(微生物菌肥)、T2(生物有机肥)、T3(V微生物菌肥∶V生物有机肥=1∶2)、T4(V微生物菌肥∶V生物有机肥= 1∶4)、T5(V微生物菌肥∶V生物有机肥=1∶1)、T6(V微生物菌肥∶V生物有机肥=2∶1)、T7(V微生物菌肥∶V生物有机肥=4∶1)；每处理6个重复，混配时，混合液以T1、T2处理的浓度按体积比进行配制，施肥后正常管理，每次每株施肥、浇水体积为500 mL，定期翻土、除草。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生长特性 于2020年7月初，即施肥 30 d后测定株高、茎粗，分别使用卷尺和数显游标卡尺测定；生物量使用烘干法测定，待所有室外指标测定完成后当天完成采集，先用铁铲去除土壤表层土壤，在不伤根的情况下小心挖出整个植株，轻拍植株茎干，待根际土壤完全撒落后采集植物根、茎并带回实验室，用清水冲洗干净后剪成小段装入信封中，于85 ℃烘箱下烘至恒量，测其干质量。

1.4.2 气体交换参数 气体交换参数使用便携式Li-6400XT光合仪(美国LI-COR产)，在株高、茎粗测量完成后，随即于晴天上午9:00—11:00，选取每株健康、无病害的叶片进行测定，每株3个叶片，每片测定5次，最后求平均值。

1.4.3 叶绿素荧光参数 叶绿素含量采用丙酮法提取、测定[30]。花椒叶片叶绿素荧光参数使用便携式叶绿素荧光仪PAM-2500(德国产)测定，测定前先将叶片进行暗处理20 min，最后测得的叶片初始荧光(Fs)、最大荧光产量(Fm)、稳态荧光(Fs)、最大荧光值(Fm′)、最小荧光(Fo′)，求出可变荧光Fv=Fm-Fo。并通过上述指标计算出PSⅡ潜在光化学效率=Fv/Fm，非光化学猝灭系数NPQ=(Fm/Fm′)-1，光化学猝灭系数qP=(Fm′-F)/(Fm′-Fo′)，实际光化学效率ΦPSⅡ=(Fm′-F)/Fm′[31]，F为任意时间实际荧光产量。

1.5 数据分析

采用Microsoft excel 2010对所有数据进行统计整理，应用SPSS 22.0进行分析和显著性检验，使用LSD最小新复极差法和Duncan’s法进行多重比较和显著性分析，Origin 2018进行作图，所有数据均表示为“平均值±标准误”。

2 结果与分析

2.1 两种生物肥料混配对再植花椒生长特性的影响

由表2可知，各处理下的株高较T0有显著性差异(P<0.05)，以T5为最高，是对照的1.86倍，其中T5、T6之间差异不显著(P>0.05)，但T5、T6处理均显著高于对照和单施肥处理(P<0.05)，表明微生物菌肥和生物有机肥混施能有效促进花椒幼苗的伸长生长。

表2 两种生物肥料混配下再植花椒生长特性

施肥处理对再植花椒的茎粗也有明显增加，除T5与T0差异不显著(P>0.05)外，其他各处理均显著高于T0(P<0.05)，以T4处理提高最为明显，是对照的1.58倍，但与T1、T3、T6、T7处理之间差异不显著(P>0.05)。T5处理中的茎粗仅为8.76 mm，而株高却达到89.52 cm，这表明施入1∶1的微生物菌肥和生物有机肥能促进花椒幼苗快速生长，但对生物量无显著影响，而T4处理的茎粗达到11.61 mm，株高为70.6 cm，说明施入1∶4的微生物菌肥和生物有机肥能促使花椒幼苗横向生长。

同时，不同处理对再植花椒的生物量也有明显提高。就茎干生物量而言，除T2外，其他处理较T0差异显著(P<0.05)，以T6处理增加最为明显，是对照的3.02倍。此外，除T2处理外，其他处理对根生物量的增加显著(P<0.05)，以T6处理增加最为明显，是对照的3.19倍，但与T5、T4、T7、T3处理之间差异不显著(P> 0.05)，说明混施情况下，有机肥的增多能有效促进花椒根的生长。总生物量的变化类似于根生物量的变化，较T0，各处理下的总生物量的增加显著，其中以T6处理增加最为显著(P< 0.05)，是对照的3.1倍。

综上，生物有机肥和微生物菌肥均能不同程度地提高花椒生长特性指标，混施时，较高比例的微生物菌肥能促进花椒横向生长及生物量的累积。

2.2 两种生物肥料混配对再植花椒气体交换参数的影响

由图1-A可知，不同处理下的花椒叶片的净光合速率与T0差异显著(P< 0.05)，以T6处理提高最为显著，是对照的9.25倍，且与其他处理均表现为显著性差异(P< 0.05)，同时，混施处理下的净光合速率相较于单肥T1、T2处理均有不同程度的提高，表明微生物菌肥与生物有机肥结合下促生作用更明显，有效提高花椒净光合 速率。

由图1-B可知，不同处理对再植花椒叶片的气孔导度有明显提高，并较于对照T0差异显著(P<0.05)，以T6处理提高最为显著(P< 0.05)，是对照的5.5倍，同时，T6处理与单肥T1、T2处理差异显著(P<0.05)，但其与T5、T7之间差异不显著(P>0.05)；表明微生物菌肥与生物有机肥配比为2∶1时，幼苗体内水分平衡，营养传输能力强。

由图1-C可知，不同处理对再植花椒叶片的胞间CO2浓度有明显降低，其中以T7处理降低最明显，是对照的0.64倍；其中，T1、T2、T3与T0相比，差异不显著(P>0.05)，T4、T5、T6、T7较对照降低显著(P<0.05)，但四者之间差异不显著(P>0.05)；表明混施能有效降低花椒叶片的胞间CO2浓度，促进光合作用的进行。

由图1-D可知，不同处理对再植花椒叶片的蒸腾速率较T0有明显降低，以T6处理提高最为显著，是对照的1.84倍，其中，T6与T4、T5之间差异不显著(P>0.05)，与其他处理均为显著性差异(P<0.05)，这表明混施下植株代谢能力强，体内水分平衡。

综合以上结果，混施条件下，以微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1(T6处理)时，能显著提高再植花椒气体交换参数，表明微生物菌肥与生物有机肥具有良好的交互作用，能有效促进花椒光合作用的进行及幼苗生产力的提高，植株体内水分传输和气体交换效率高，有机物能快速合成并积累。

2.3 两种生物肥料混配对再植花椒叶绿素含量的影响

由表3可知，不同施肥处理下的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及叶绿体色素含量均有明显提高。其中，叶绿素a含量较T0增加显著(P<0.05)，以T6处理最为明显，是对照的2.71倍，但各施肥处理之间差异不显著(P>0.05)。叶绿素b的含量较T0也有明显提高，除T1处理外，其他处理均显著高于对照(P<0.05)，但各处理之间差异不显著(P>0.05)，其中以T6处理增加最为明显，是对照的1.86倍。

表3 两种生物肥料混配下再植花椒叶绿素含量

同时，各施肥处理下的叶绿素总量、叶绿体色素含量都较T0增加显著(P<0.05)，均以T6处理增加最为明显，且均为对照的2.43倍，也显著高于其他处理(P<0.05)。

由此可见，无论是单肥还是混肥，对叶绿素含量均有较好的提高，其中以混肥T6处理：微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1时，能显著提高再植花椒叶绿素含量，说明该处理下的光能捕获力和光能利用率较高，能量交换频繁，光合作用进行较充分。

2.4 两种生物肥料混配对再植花椒叶绿素荧光特性的影响

由图2-A可知，除T3处理外，其他施肥处理下的潜在光化学效率较T0增加显著(P< 0.05)，以T6处理增加最为显著(P<0.05)，是对照的4.24倍，但T6、T7处理之间差异不显著(P>0.05)，说明施肥处理提高了PSⅡ反应中心的内禀光能转换效率。由图2-B可知，各施肥处理下的光化学猝灭系数提高均显著高于T0(P<0.05)，以T6处理增加最为明显，是对照的4.26倍，也显著高于两种单肥处理(P<0.05)，说明施肥提高PSⅡ反应中心的开放程度，促进色素对光能的吸收能力。由图2-C可知，各施肥处理下的非光化学猝灭效率均有所降低，以T6降低最为明显，是对照的0.39倍，但T1、T2、T5、T6、T7处理之间差异不显著(P>0.05)；说明T0处理下植物处于“非正常”状态，植物自身保护机制被激活，对光合系统起到了一定的保护作用。由图2-D可知，除T3、T4处理与T0相比差异不显著外(P>0.05)，其他处理均显著高于T0(P<0.05)，以T6处理增加最为明显，是对照的 3.94倍，说明施肥能提高PSⅡ初始光能捕获 效率。

可见，施肥均能不同程度地提高再植花椒的叶绿素荧光参数，但以微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1(T6处理)时，能更有效地促进 PSⅡ反应中心色素对光的捕获能力，用于光合作用的光能利用率高、耗散少，从而提高光合作用的进行，植株生产力进一步加强，一定程度上缓解了连作障碍。

3 讨 论

3.1 两种生物肥料混配对再植花椒生长特性的 影响

在连作土壤下，植物处于“胁迫”状态，该状态下，植株生长发育所需的养分不足，体内营养物质积累困难，生长缓慢，生长势弱。本研究中，相较于施肥处理而言，T0在生长后期出现生长滞缓，幼苗新生枝叶明显少于处理组，总体看，施肥处理下再植花椒株高、茎粗、茎干生物量、根生物量和总生物量均有明显提高，其中以T6处理：微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1时，各指标提高最为显著。说明生物有机肥和微生物菌肥交互性较好，能为植物生长提供充足而全面的营养需求，可能是生物有机肥含有丰富的有机质和一些微量元素，微生物菌肥中含有大量的芽孢杆菌等有益微生物，二者通过互补所需，改善了连作土壤的微生物群落结构，从而促进植物根系发展，为植物生长提供全面的养分。Zhang等[32]的研究表明，生物有机肥料能显著降低生姜根茎腐烂病的发病率，并能促进生姜生长；Yari等[33]的结果表明生物有机肥能提高玉米的生物量；本研究也得到相似的结果。本试验中，较高比例的微生物菌肥可更好的促进再植花椒的生长，分析是生物肥料中的微生物刺激了连作土壤中的原始假单胞菌种群，增强了植物抗病害能力，从而提高植株生长势[34]；同时，生物有机肥也会提高土壤酶活性及有机质含量，从而促进可溶性有机质的利用率[35-36]，这也是生物有机肥和微生物菌肥混施能有效促进植株生长发育的主要缘由，因此，二者混施对再植花椒的伸长生长和生物量的累积有良好的正面效果，对花椒因连作出现的生长势差等问题有良好的改善作用。

3.2 两种生物肥料混配对再植花椒气体交换参数的影响

光合作用是植物生长发育的重要进程之一，植物通过光合作用产生能量，并将无机物转化为有机物，对植物生长至关重要，可通过探究光合特性的变化特点，反映出植物实时生长状况。本研究结果中，施肥可显著提升再植花椒的净光合速率，这与李茂等[37]对杉木光合特性的研究、张永杰等[38]对大豆光合特性的研究结果相似。气孔导度和蒸腾速率可反映植物水分平衡情况和对环境适应性的重要指标[39]，从结果看，气孔导度、蒸腾速率有明显提高，胞间CO2浓度降低显著，说明施肥有效地提高再植花椒的水分平衡，加强其对环境的适应性，这与孙玉良等[40]、郑剑超等[41]的研究结果基本一致。混肥处理T3、T4、T5、T7下，花椒气体交换参数的提高量均不能达到T6处理，可能是T3、T4处理中过量的生物有机肥使得连作土壤中有机物含量积累过量，植株不能充分吸收，对幼苗产生一定抑制作用；T5处理下可能由于有益微生物含量较少，无法有效改善连作土的微生物群落结构，T7处理可能是幼苗无法利用过量的有益微生物，使幼苗对肥力的吸收能力下降、水分运输效率降低，从而导致光合生产力的下降。

Li等[42]研究发现，连作情况下穿心莲根际微细菌数量增加，真菌数量减少，本试验中，生物有机肥和微生物菌肥交互作用下，以T6处理：微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1时，对植株净光合速率提高最为显著；一方面微生物菌肥可补充土壤中大量的有益微生物菌群，从而改善土壤微生物结构，降低土传病害的发生率；另一方面生物有机肥可补充微生物菌肥中的有机质含量，从而能有效改善植物养分循环，促进植株代谢能力。

3.3 两种生物肥料混配对再植花椒叶绿素荧光参数的影响

叶绿体是植物进行光合作用的主要场所，叶绿素含量的高低一般受多种因素的影响，如微量元素及植物的生长状况等[43]，而叶绿素含量可反映植物光合作用的能力及体内干物质的合成能力[44]，同时，叶绿素含量跟叶绿素荧光动力学联系紧密，杨程等[45]的研究显示，叶绿素荧光动力学是估算正常生长状态下的植物叶绿素含量的较好方法；本研究也表明，施肥处理下叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、叶绿体色素含量均有提高，光合能力也有不同程度的提高。

叶绿素荧光参数也是研究植物光合作用的快速、无损伤探针，反映植物在光合作用下PSⅡ系统对光能的捕获、电子传递、光能吸收及耗散能力[31,46]。本研究中，施肥处理明显提高了潜在光化学效率Fv/Fm，光化学猝灭系数qP和实际光化学效率ΦPSⅡ，降低了非光化学猝灭系数NPQ，结果与尹承苗等[47]通过有机物料发酵液对连作苹果的研究结果基本一致。但在T4处理下，Fv/Fm、qP、ΦPSⅡ均低于单肥处理，NPQ均高于单肥，与T0差异不明显，可能是由于该处理下丰富的有机肥造成了土壤中N、P等有机物积累负荷，对幼苗产生一定伤害[48]，从而抑制了PSⅡ的反应程度。总体而言，以T6处理：微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1时，Fv/Fm、qP、ΦPSⅡ、NPQ的变化最为显著，说明该处理下，植株体内PSⅡ反应中心较开放，电子传递效率高、PSⅡ原初电子受体QA的氧化量较大，光能利用率高，耗散少，PSⅡ系统捕获的光能可充分用于植物光合作用。可能是由于该处理下生物有机肥和微生物菌肥均能发挥最佳效果，二者相互促进，提高了土壤肥力，激发了PSⅡ系统活力，降低非辐射能量的耗散，从而提高植物光合速率[49]。

4 结 论

连作障碍是普遍存在于生产实践中的农、林业问题，长期连作更是会对一些作物的生长及生产力造成严重威胁。本研究显示，生物有机肥和微生物菌肥的施入能显著提高‘大红袍’花椒的株高、茎粗、生物量等生长指标，幼苗生长势较对照有大幅提高，其中，在二者在混施时，较高比例的微生物菌肥对幼苗生长的促进作用更为明显，提高了花椒幼苗的伸长生长及干物质的积累。

同时，在二者交互作用：微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1时对光合作用增效最为显著，有效提高了光合系统PSⅡ的光能捕获力及利用率，光合生产力大大提高，幼苗适应性更强。因此，推荐使用微生物菌肥与生物有机肥体积比为2∶1的复配比例能更好地缓解花椒再植问题。