林 薇，杨官凯，马 慧，郑文德，马嘉伟，张凯歌，张雪艳

(宁夏大学 农学院，银川 750021)

近年来中国设施农业发展迅猛，是世界设施园艺面积最大的国家，尤其设施蔬菜面积和产量均占据世界首位，2017年设施蔬菜种植占蔬菜种植面积的32.3%[1-3]。设施蔬菜连作种植普遍，栽培方式固定单一，使病原菌种群数量激增、土壤盐分积累及微生物区系失衡及多样性降低等，造成不同程度连作障碍现象，制约了中国设施园艺产业可持续发展[4-6]。

通过以菌治菌的生物防治, 探索从源头进行病虫害防治、减轻农药残留和化肥用量是提高设施蔬菜产量和质量的有效途径[7]。添加功能菌对作物生长和土壤改良有明显的调控作用，可增进土壤肥力、制造和协助农作物吸收营养、活化土壤中难溶的化合物，促进作物吸收利用, 产生多种活性物质和抗、抑病物质，改善土壤微生态平衡[8-9]。国内外已有众多学者关于施用生物菌剂对土壤环境及作物生长和品质影响进行研究，Sahoo等[10]发现固氮菌株通过固氮和植物生长促进活动显著提高水稻的生长和产量。张鸿雁等[11]施用放线菌制剂Act12提高人参的根系活力、增加产量并改善品质以及土壤微生物区系。Zhang等[12]研究表明,接种外源功能微生物能够促进农业废弃物堆肥过程,增加肥力, 并提高有机肥的附加值。庞天德等[13]施用经生物菌剂发酵处理的牛粪生物有机肥较施用未经发酵的普通牛粪有机肥，蔬菜各形态指标和品质指标均有不同程度的提高。张雪艳等[14]采用生物有机肥显著促进穴盘黄瓜幼苗生长和维持基质质量。地衣芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、解磷解钾菌、胶冻样芽孢杆菌等被广泛应用于作物促生以及土壤改良中，酵母菌作为一种天然发酵剂，含有丰富的氨基酸、维生素、酶等营养物质[15]，光合细菌具有固氮、固碳、解磷等功能[16]，均有益于植株生长以及土壤改良，但针对连作土壤和堆肥原料系统探究功能菌株对其释磷、释钾，固氮的研究鲜有报道。

黄瓜是宁夏设施主栽作物，其连作障碍严重，因此针对功能菌株的释磷、释钾、固氮效果，以宁夏产生严重连作障碍的土壤和堆肥原料为材料，分别添加6种不同功能的菌株处理1个月后，这个过程主要用来进行土壤和堆肥原料养分的释放后播种黄瓜，探究不同菌株处理后黄瓜幼苗生长和基质养分释放特性，为筛选促进土壤和堆肥原料有效释放养分的菌株，为蔬菜作物低肥料投入高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018-10-11至2018-12-18，在宁夏大学实训温棚内进行。试验采用盆栽，以黄瓜为研究对象，以连作障碍严重的土壤和堆肥原料(秸秆复配牛粪)为材料，以不添加菌剂为对照(CK)，设添加地衣芽孢杆菌(L1)、侧孢芽孢杆菌(L2)、解磷解钾菌(L3)、胶冻样芽孢杆菌(L4)、酵母菌(L5)、光合细菌(L6)共7个处理，每个处理重复5盆，盆栽盆为50 cm ×20 cm×14 cm，样品体积均为 1 L，3次重复，随机区组排列。菌株由沧州生物技术有限公司提供的商品菌株，堆肥原料由宁夏有机肥厂提供，连作障碍土为取自宁夏银川永宁镇政权村生理障碍严重的田园土，其基本理化性质见表1。10月12日进行土壤和堆肥原料菌剂处理，菌剂浓度均为每克2亿活芽孢，使用菌剂处理30 d，保持50%～60%含水量；菌剂处理30 d后，11月15日至12月18日将处理土壤和堆肥原料进行穴盘育苗，播种黄瓜种子，每个处理5株，3次重复，所有处理统一水肥管理。

表1 连作土壤和堆肥原料基础养分特性Table 1 The basic nutrient characteristics of continuous cropping soil and compost raw materials

1.2 样品采集与分析

1.2.1 样品采集 播种7 d后，记录出苗率；播种32 d后，每个处理选取10株测定株高和叶面积、植株干鲜质量；菌株处理前和处理后每个处理随机选取3盆采集原始连作土壤和堆肥原料样品，风干后过1 mm筛，用于测定土壤化学指标。

1.2.2 指标分析 采用卷尺测定株高，以从子叶到根基部的高度为基准；采用卷尺测定叶长与叶宽，计算叶面积；采用称重法测定植株干鲜质量；采用土水比1∶10(质量比体积)土壤悬液电位计法测定pH；电导率值采用电导法测定；采用半微量凯氏定氮法测定土壤速效氮质量分数[17]；速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定[18]；采用1mol/L NH4AC浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[19]。

1.3 数据分析

所有数据每个处理测定3个平行样本，测定结果取其平均值，釆用 Origin 2018和 SPSS 20.0进行数据分析，利用LSD方法在P<0.05水平进行单因素显著性分析，利用主成分分析进行综合评定。

2 结果与分析

2.1 不同菌剂处理对连作土壤和堆肥原料pH和电导率的影响

由图1可知，各菌剂处理下连作土壤和堆肥原料pH相似， L5处理下连作土壤pH最高 (7.92)，其与CK无显著差异，但显著高于其他处理，堆肥原料各菌株处理间无显著差异。各菌剂处理下堆肥原料电导率均显高于连作土壤处理(除L4处理)，L4处理下连作土壤电导率显著高于其他处理，较CK显著增加311.94%，其他处理间无显著差异； L3处理下，堆肥原料电导率显著低于CK和L4处理，其他处理与CK间无显著差异。

2.2 不同处理对连作土壤和堆肥原料速效养分的影响

如表2所示，堆肥原料各处理氮素与连作土壤相似，速效磷和钾显著高于连作土壤。CK与其他处理(除L1)连作土壤速效氮质量分数无显著差异， L1处理下连作土壤速效氮质量分数最高为36.40 mg/kg，显著高于CK 79.31%； L5处理下堆肥原料速效氮质量分数显著高于L3和L6 111.48%、62.80%，且与其他处理无显著性差异。L5处理下连作土壤速效磷、速效钾质量分数显著高于其他处理，较CK分别显著提高91.61%、298.72%；各菌剂处理下堆肥原料速效磷、速效钾质量分数相对于CK无显著性差异，且各处理间无显著差异(除L5处理)，L5处理下堆肥原料速效钾质量分数显著高于其他处理，且L5显著高CK 59.76%。

不同小写字母表示差异显著 Different lowercase letters show significant difference

土壤样品Soil sample处理Treatment速效氮Available nitrogen速效磷 Available phosphorus速效钾Available potassium连作土壤Continuous cropping soilCK20.30±4.28 bc338.65±8.90 c26.48±2.47 bL136.40±6.75 a337.22±15.93 c31.43±2.47 b L231.50±5.66 ab 353.90±12.39 c 33.90±2.47 bL331.73±0.23 ab 351.51±0.95 c 28.96±0.00 bL414.70±1.46 c 451.12±25.53 b 33.90±2.47 bL514.93±1.63 c 648.89±16.51 a 105.58±2.47 a L621.70±6.35 bc 358.19±11.97 c33.90±2.47 b堆肥原料Compost raw materialsCK30.57±2.47 ab 607.91±48.72 a 231.64±6.54 b L134.07±7.26 ab639.36±12.33 a248.94±27.52 b L232.43±5.12 ab 713.71±53.77 a 266.25±15.44 bL320.30±3.21 b 613.15±34.26 a 256.36±15.04 b L428.23±1.63 ab 680.82±27.96 a 276.13±6.54 bL542.93±7.71 a 677.96±27.06 a 370.06±11.33 aL626.37±2.37 b 767.56±92.46 a 293.43±34.34 b

注：不同小写字母表示处理间差异达到5%显著水平。下同。

Note:Different lowercase letters indicate the difference between treatments significant differences at 0.05 level.The same below.

2.3 不同处理对连作土壤和堆肥原料黄瓜种子萌发及生长的影响

如表3所示，总体而言，各菌剂处理较CK对连作土壤黄瓜种子萌发以及生长没有促进作用，但各处理间差异显著，其中L5处理较其他菌剂处理有利于连作土壤黄瓜种子的萌发以及幼苗的生长，出苗率、株高、叶面积、平均鲜质量比其他处理下抑制效果最低。L3处理下有利于堆肥原料黄瓜种子的萌发，出苗率为80%； L5处理下堆肥原料黄瓜幼苗的株高、叶面积、平均鲜质量与其他处理差异显著，株高、叶面积、平均鲜质量比CK分别提高62.25%、93.54%、58.42%；相比于CK， L6处理下堆肥原料株高、叶面积、平均鲜质量分别提高了11.66%、2.82%、7.43%。

表3 不同处理下连作土壤和堆肥原料黄瓜种子萌发及幼苗生长状况Table 3 Seeding germination and seedling growth of continuous cropping soil and compost raw materials under different treatments

2.4 不同菌种对连作土壤和堆肥原料理化指标及黄瓜幼苗生长影响的综合评价

以6个不同菌剂处理下连作土壤和堆肥原料理化指标及黄瓜幼苗生长指标为评价对象，对其所测指标进行主成分分析。由表4可知，6个不同菌剂处理下连作土壤分析表明：主成分1的特征值为5.55，贡献率为61.63%，主成分2的特征值为1.79，贡献率为19.93%，主成分3的特征值为1.27，贡献率为14.15%，前3个主成分特征值之和为8.61，累计贡献率达95.70%，表明前3个主成分可解释差异产生的95.70%。6个不同菌剂处理下堆肥原料分析表明：主成分1的特征值为5.12，贡献率为56.88%，主成分2的特征值为2.10，贡献率为23.35%，前2个主成分特征值之和为7.22，累计贡献率达80.23%，表明前2个主成分可解释差异产生的80.23%。

由表5可以看出，各处理下连作土壤综合得分为L5>L1>L4>L3>L6>L2，L5处理得分最高，即酵母菌处理效果最优。各处理下堆肥原料综合得分为L5>L6>L2>L4>L1>L3。L5得分最高，即酵母菌处理效果最优，光合细菌 次之。

由图2可知，L1、L3和L4处理下对连作土壤的促进效果明显优于堆肥原料，但L2及L6处理对堆肥原料影响效果显著，总体而言，L5处理对连作土壤、堆肥原料的整体效果影响最显著。

3 讨论与结论

土壤是植物生长发育的基础, 土壤物理性质的改变使土壤在水、肥、气、热方面存在差异, 进而影响植物的生长[20]。连作障碍土壤表现出土壤养分不均衡性变化，土壤的次生盐渍化严重，使作物根部无法吸收足够的养分[21-22]，本研究与该结论一致，因此, 设施连作土壤改良修复以及提前防控对设施蔬菜可持续生产具有重要意义。

土壤微生物的改变是产生作物连作障碍的主要因素[23]。土壤微生物作为土壤生态系统中最重要和最活跃的组分，在促进土壤养分转化循环、促进作物生长以及可持续利用中占主导地位[24]。本研究表明，功能菌剂的添加可以加快连作土壤养分的活化和循环，但不同功能菌存在差异，各菌剂处理较CK的电导率均有所提高，不同功能菌剂下对连作土壤速效养分有显著影响， L5处理下速效磷、速效钾质量分数显著高于其他处理，较CK分别显著提高91.61%、298.72%。这与张立恒等[25]的研究结果一致，木霉菌剂显著提高连作土壤中速效磷和速效钾的质量分数。樊琳等[26]研究也表明添加菌剂土壤中速效磷和速效钾质量分数都有较大程度增加, 尤其是土壤速效磷。杨颂[27]研究表明不同菌剂对参后地土壤养分含量的影响不同，可以不同程度的改善土壤质量。

表4 主成分的特征值与方差贡献率Table 4 Eigenvalues and variance contributions of principal components

表5 不同处理主成分值、隶属函数值、综合评价值及排序Table 5 The principal component value, membership function value, comprehensive evaluation value and ranking ofdifferent treatments

图2 不同菌剂处理下连作土壤和堆肥原料综合分数的变化Fig.2 Changes of the composite fraction of continuous cropping soil and compost raw materials in different treatments

有机肥是改善连作障碍的重要措施，传统的有机肥已不能满足土壤环境改变的需要，大量研究表明，通过有机肥中添加微生物能够提高效率、促进代谢、去除有害物质[28-29]。齐连芬等[30]研究表明，微生物菌剂的添加不仅可以促进番茄产量的增加、品质的提升、而且可以减少肥料使用。本试验研究发现，L4处理显著提高堆肥原料的电导率，L5处理下堆肥原料速效钾质量分数显著高于其他处理。L5、L6处理下的堆肥原料对黄瓜幼苗生长有明显的促进作用。这与黄炎[31]研究结果一致，新型生物有机肥比普通腐熟鸡粪堆肥对茄子植株促生效果更显著。

综上所述，通过运用主成分对不同功能菌对2种土壤理化指标以及黄瓜幼苗生长的影响综合评价表明，连作土壤综合得分为L5>L1>L4>L3>L6>L2；堆肥原料综合得分为L5>L6> L2>L4>L1>L3。综合土壤质量综合分数可以看出酵母菌不管是改善连作土壤还是有机发酵料理化性质以及黄瓜幼苗生长方面效果最佳。