包慧芳, 王 宁, 侯 敏, 陈 竞, 王小武, 侯新强, 杨 蓉,崔卫东, 杨文琦, 龙宣杞, 詹发强

(新疆农业科学院微生物应用研究所/新疆特殊环境微生物实验室,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】枸杞(LyciumbarbarumL.)属药食同源植物[1]。枸杞属多年生果树，需肥量较大，为了得到较高的产量，大部分枸杞园普遍存在过量施用化肥的现象，而且长期施用单一品种化肥，基本不施有机肥。长期施用化肥将引起一系列副作用，如造成土壤有机质大幅下降、土壤板结、土壤生物活性降低、产量和品质下降[2,3]。使用生物有机肥，可以提高产量、提升土壤肥力、减少病虫害和环境污染，在绿色农业发展中起着至关重要的作用[4]。【前人研究进展】李小刚等[2]将微生物肥料有机宝Y(主要为固氮菌及一定量的放线菌和乳酸菌)和根菌宝G(主要为枯草芽孢杆菌、光合细菌和胶质芽孢杆菌)分别与化肥配施，结果表明，2种微生物肥料可以不同程度提高枸杞产量和品质。罗青等[5]曾将Nutrismart生态型肥料应用于枸杞栽培中，该肥料能够显著提高枸杞产量和多糖含量。王春兰等[6]研究表明，化肥配施农家肥可以显著提高枸杞产量。赵栋等[7]探讨了4种生物生物肥料对宁杞1号生理特性、植物学性状和病害的影响，结果表明,施用微生物肥料，可提高枸杞叶片叶绿素含量、可溶性蛋白质含量，并可以降低枸杞发病率。【本研究切入点】植物根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)能够定殖于植物根系与植物共生，促进植物对营养的吸收，促进植物生长，并能够提高产量[8,9]，是制作生物有机肥的优良菌种。解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)和枯草芽孢杆菌(Bacillussutilis)均是优良的植物根际促生菌，广泛应用于农业生产[10,11]。筛选获得1株解淀粉芽孢杆菌S13[12]，并从河北农林科学院引进1株枯草芽孢杆菌NCD-2[13]，2株菌对番茄、枸杞等多种作物或果树具有良好的促生长及生防作用。平均颜色变化率(average well color development, AWCD)可反映微生物群落总体碳源利用能力和土壤微生物活性，体现了微生物群落生理功能多样性[16]。Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数分别反映土壤微生物物种丰富度、某些最常见物种优势度和群落物种的均匀度[16]。研究生物有机肥对枸杞产量、品质及土壤性状的影响。【拟解决的关键问题】在化肥减施基础上，配施自制有机肥、S13生物有机肥及NCD-2生物有机肥进行田间试验，分析不同施肥处理对枸杞果实产量、品质和土壤理化性状的影响，研究化肥减施条件下的枸杞提质增效施肥技术，为枸杞园土壤肥力提升和可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试地位于新疆精河县托里乡枸杞种植基地，土壤初始pH值8.44，有机质8.513 g/kg，总盐1.0 g/kg，电导率0.178 ms/cm，全氮0.606 g/kg，全磷1.135 g/kg，全钾17.358 g/kg，速效氮46.7 mg/kg，速效磷46.9 mg/kg、速效钾143 mg/kg。

供试枸杞品种为宁杞7号，树齡为5 a以上，种植密度为240株/667m2，株高为1.3～1.5 m。

化肥：市售，尿素(含N 46%)，磷酸二铵(含N 18%，P2O546%)，复合肥(N/P/K=15/15/15)。

有机肥(自主研发)：为羊粪∶蘑菇渣∶烟渣=5∶4∶1，N+P2O5+K2O≥5%，有机质含量≥40%。

生物有机肥：有机肥中分别复配解淀粉芽孢杆菌S13和枯草芽孢杆菌NCD-2，活菌数≥2×108cfu/g 。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验时间为2017年4～10月，共设4个处理，每10株树为1个处理，采用区组随机排列，重复3次。

处理1(CK，化肥)：萌芽期施用尿素，花期施用磷酸二铵，坐果期施用复合肥。

处理2(T1，50%化肥+有机肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量为240 kg/667m2。

处理3(T2，50%化肥+S13生物有机肥)： 4月中旬枸杞萌芽前，采用环状沟施一次性施用，用量为240 kg/667m2。分别于花期和坐果期增施解淀粉芽孢杆菌S13，菌液活菌数为5×1010cfu/mL，稀释100倍后环状沟施，2次总施用量为原液10 L/667m2。

处理4(T3，50%化肥+NCD-2生物有机肥)： 4月中旬枸杞萌芽前一次性施用，用量为240 kg/667m2。考虑到土壤中微生物对生物有机肥中添加的微生物菌种有一定的竞争作用，分别于花期和坐果期增施枯草芽孢杆菌NCD-2，菌液活菌数为5×1010cfu/mL，稀释100倍后环状沟施，2次总施用量为原液10 L/667m2。

列出化肥、有机肥及菌剂具体施用量。表1

表1 不同施肥处理全年化肥、有机肥及菌剂用量

Table 1 Annual consumption per 667m2of chemical fertilizer,organic fertilizer and bacteria solution

处理Treatments尿素Urea(kg/667m2)磷酸二铵Diammonium phosphate(kg/667m2)硫酸钾肥K2SO4 fertilizer(kg/667m2)有机肥/生物有机肥Organic fertilizer/bio-organic fertilizer(kg/667m2)菌剂Bacteria solution(L/667m2)CK305020--T1152510240(有机肥)-T2152510240(S13生物有机肥)10(S13)T3152510240(NCD-2生物有机肥)10(NCD-2)

1.2.2 枸杞果实产量测定

对每个试验小区随机选择5株枸杞树，做好标记，从第1茬枸杞果实成熟时开始采摘，每次采摘，晾干至恒重后称重，累计计算出单株干果枸杞产量，根据单株产量核算出667 m2产量。

1.2.3 枸杞果实品质测定

鲜果：采用游标卡尺测定果实纵径和横径，计算出纵横比，获得果形指数；采用手持折射仪测定可溶性固形物含量。

干果：枸杞果实晾干至恒重后，采用国标GB/T18672-2014测定总糖及枸杞多糖，采用SN/T4592-2016标准测定总黄酮。

1.2.4 土壤理化性质

土壤样品采集：2017年10月，采用蛇形采样法，每个试验小区随机选择5株枸杞，采集枸杞根区周围50 cm左右处地表以下10～30 cm土壤，混合成1份样品，每处理3次重复。样品运回实验室进行理化性质分析。土壤pH值和有机质含量分别采用电位法和重铬酸钾氧化容量法，速效氮、速效磷及速效钾分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠法和火焰分光光度法[14]。

1.2.5 土壤可培养微生物数量

将上述土壤样品，进行稀释后涂布于固体培养基平板，计算可培养细菌和真菌数量，其中细菌采用LB固体培养基，真菌采用马丁氏培养基[15]。

1.2.6 土壤微生物群落多样性

采用梯度稀释法将上述土壤样品稀释至103，吸取土壤稀释液150 μL接种至Biolog-Eco生态板中，置于28℃恒温箱培养7 d，每24 h用Biolog鉴定系统测定吸光值，用于后续数据分析[15]。

1.3 数据处理

数据分析采用SPSS20.0 (Statistical Product and Service Solutions)进行Duncan法多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对枸杞果实产量的影响

研究表明，4个处理中，T2处理最高，达到246 kg/667m2，T1处理最低，为224 kg/667m2，CK和T3处理产量分别为234 和236 kg/667m2。4个处理差异不显著，减施50%化肥，配施有机肥或生物有机肥不会导致枸杞减产，配施生物有机肥比配施有机肥效果更好。和CK处理相比，生物有机肥处理产量有所提升，但差异不显著，其中T2处理增加7.4%，T3处理增加3.6%。图1

图1 不同处理枸杞果实产量

Fig.1 The yield of different treatments

2.2 不同施肥处理对枸杞果实品质的影响

研究表明，4个处理对枸杞果实果形指数存在一定影响，但差异不显著。其中T3处理果形指数最大，为1.91，CK处理果形指数最小，为1.74。鲜果可溶性固形物含量测定结果表明，和CK处理相比，T1、T2、T3处理可溶性固形物含量均升高，其中T1处理与CK处理差异不显著，T2、T3处理与CK处理差异均显著，T2处理可溶性固形物含量最高，比CK处理增加9.4%，施用生物有机肥比有机肥更有助于增加枸杞果实可溶性固形物含量。表2

表2 不同施肥处理下枸杞品质变化

Table 2 Effects of different treatments on quality ofLyciumbarbarumL.

处理Treatments果型指数Fruit shape index可溶性固形物Soluble solid(%)百粒重100-grain weight(g)枸杞多糖Polysaccharide(%)总糖Total carbohydrate(%)黄酮Flavonoids(%)CK1.68±0.09a24.33±0.59b14.73±0.45b2.08±0.11c25.93±1.00c0.29±0.04aT11.74±0.1a25.47±0.50ab15.60±0.36b2.49±0.11b31.17±0.90b0.38±0.06aT21.85±0.08a26.63±0.96a17.70±0.55a3.12±0.11a41.53±1.13a0.42±0.05aT31.91±0.11a26.00±0.70a16.27±0.56ab2.70±0.12b36.77±0.84ab0.46±0.07a

注: 同一列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平，下同

Note: Different letters in the same line are significant among treatments at the 5% level，the same as below

研究表明，T2处理百粒重最高，达到17.7 g，比CK处理增加20.2%，差异显著；T3处理、T1处理百粒重分别为16.27、15.6 g，与CK处理相比差异不显著。T2处理枸杞多糖含量最高，达到3.12%，T2、T3、T1处理比CK处理依次增加50%、29.8%、19.7%，差异显著。在总糖方面，T2处理含量最高，为41.53%，其次为T3和T1处理，T2、T3、T1处理比CK处理依次增加60.2%、41.8%、20.2%，差异显著。在黄酮含量方面，4个处理差异均不显著，其中T3处理含量最高，为0.46%，其次依次为T2、T1、CK处理，含量分别为0.42%、0.38%、0.29%，施用生物有机肥可适当提升黄酮含量。表2

2.3 不同施肥处理对土壤理化性状的影响

研究表明，和土壤原始pH值相比，CK处理pH值有上升趋势，T1、T2、T3处理pH值则明显下降，与CK处理之间存在显著差异。至试验末期，T2处理pH值最低，达到7.86，比CK处理降低8.6%，施用有机肥、生物有机肥均有利于土壤pH值下降，其中S13生物有机肥下降效果最显著；在试验中期，T1、T2、T3处理有机质显著高于CK处理，速效氮磷钾则显著低于CK处理；至试验末期，T1、T2、T3处理有机质含量显著高于CK处理，其中T3处理含量最高，达到11.12 g/kg，比CK处理增加31.8%。在速效氮磷钾养分方面，除T1处理速效磷含量与CK处理差异不显著，其它各组速效氮磷钾含量均显著高于CK处理。其中T3处理速效氮含量最高，比CK处理增加41.6%，T2处理速效磷和速效钾含量最高，分别比CK处理增加34.2%和26.4%。表3

表3 不同施肥处理下枸杞根系土壤理化性质变化

Table 3 Effects of different treatments on physicochemical properties of the soil

采样时间Time of sample处理TreatmentpHpH value有机质Organic matter (g/kg)速效氮Available nitrogen (mg/kg)速效磷Available phosphorus (mg/kg)速效钾Available potassium(mg/kg)中期CK8.57±0.07a9.11±0.61a108.23±1.67a89.47±2.11a306±6.17aIntermediate T18.22±0.06b12.24±0.69b77.67±2.34c74.5±2.23b206±6.74cperiodT28.16±0.06b12.57±0.56b83.37±1.49b77.23±1.44b227±6.33bT38.08±0.05b12.44±0.36b81.4±1.88bc64.7±1.99c216±5.24bc 末期CK8.6±0.1a8.44±0.31b49.23±1.95c45.13±1.04c156±7.54cEnd periodT18.12±0.08b10.7±0.66a58.3±2.21b51.83±2.57bc182±5.36bT27.86±0.07b10.37±0.56a62.87±1.28b60.57±2.02a208±3.84aT37.98±0.08b11.12±0.52a69.73±1.3a57.03±2.61ab198±3.84ab

2.4 不同施肥处理对土壤可培养微生物数量的影响

研究表明，CK处理与其它3个处理可培养细菌和真菌数量均存在显著差异。与CK处理相比，其它3组细菌数量显著增加，真菌数量则显著减少。CK、T1、T2、T3处理细菌总数分别为0.9×106、16×106、67×106和55×106cfu/g，真菌总数分别为74×103、17×103、8×103和12×103cfu/g。图2

2.5 不同施肥处理对土壤微生物群落多样性的影响

2.5.1 不同施肥处理土壤微生物群落代谢

研究表明,4个处理土壤微生物碳源利用率随时间升高，不同处理土壤的AWCD值在培养开始后的24～120 h快速升高，且各样品间存在明显差异，其它3个处理组土壤微生物碳源利用率均显著高于CK处理。说明和施用化学肥料相比，施用有机肥或生物有机肥均有利于提高土壤微生物代谢活性，而生物有机肥效果更佳。各试验组AWCD值120 h后升高幅度减少，说明120 h后各样品微生物生长进入对数生长中后期。图3

注: 不同字母表示处理间差异达至5%显著水平

Note: Different letters are significant among treatments at the 5% level

图2 不同施肥处理下土壤细菌和真菌数量变化

Fig. 2 Effects of different treatments on total numbers of bacteria and fungi in soil

图3 不同施肥处理土壤微生物代谢AWCD曲线

Fig. 3 AWCD curves of the soil samples of different treatments

2.5.2 不同施肥处理土壤微生物群落代谢多样性指数

研究表明，与CK处理相比，其它3个处理组Shannon指数、Simpson指数均明显升高，而McIntosh指数差异不显著，说明施用有机肥和生物有机肥均能显著提高土壤微生物群落的丰富度和优势度。表4

表4 不同施肥处理下土壤微生物群落多样性指数

Table 4 Microbial community diversity index of different treatments

处理Treatments优势度指数Simpson丰富度指数Shannon均匀度指数McintoshCK0.94±0.01c3.53±0.08b0.99±0.03aT11.03±0.01b4.24±0.06a1.09±0.05aT21.16±0.02a4.4±0.04a1.06±0.02aT31.17±0.03a4.39±0.09a1.1±0.02a

3 讨 论

生物有机肥是采用特定功能微生物与腐熟的或经过无害化处理的有机肥料复合而成，兼具微生物肥料和有机肥料的优点，近年来，在农业生产上的应用越来越广泛。姜莉莉等[17]发现1种含固氮功能的解淀粉芽孢杆菌制成的生物有机肥可使草莓增产21.9%～30.6%；卢云峰等[18]采用解淀粉芽孢杆菌SQR9制成“全元”复合微生物液体肥料，对玉米和白菜有显著增产效果。研究中，虽然4个处理组产量差异不显著，但T2、T3处理比CK、T1处理产量有所增加，在减施50%化肥条件下，配施生物有机肥后，枸杞产量有增加趋势，通过多年连续使用，有望达到显著增产效果。

枸杞多糖是枸杞最主要的有效成分和生物活性物质，马世震等[19]研究表明，施用枸杞肥专用生物有机肥后，枸杞多糖和总糖分别提高了39.72%、9.25%。使用S13生物有机肥后，多糖和总糖含量分别增加了50%和60.1%，说明该项目组研制的生物有机肥，对枸杞品质的改善优于部分同类产品。

试验区土壤理化性质分析结果表明，在试验中期，CK处理速效氮磷钾含量高于其它3个试验组，而在末期，则低于其它3个组。推测可能是CK处理施用化肥量高于其它3个处理，在试验中期时，由于化肥中速效养分尚有部分末被消耗，所以CK处理中速效氮磷钾含量远高于其它3组。至试验末期，随着化肥中速效氮磷钾被快速消耗，CK处理中速效氮磷钾快速下降，而其它3组因配施了有机肥或生物有机肥，在微生物作用下，将土壤中难以利用的氮磷钾逐渐转化成速效氮磷钾，因此，土壤中速效氮磷钾下降较缓慢，从而达到保持肥效的效果。T2和T3处理对比结果表明，T2处理速效磷和速效钾含量高于T3处理，而T3处理速效氮含量高于T2处理，推测解淀粉芽孢杆菌S13解磷解钾能力优于枯草芽孢杆菌NCD-2，而枯草芽孢杆菌NCD-2固氮能力优于解淀粉芽孢杆菌S13。也可能S13促进了解磷解钾微生物的生长，而NCD-2促进了固氮菌的生长， 因此，在后期肥料改良研究中，可以考虑将S13与NCD-2同时复配使用。

研究表明，土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分，是土壤有机质和养分转化的主要驱动力，参与土壤生态系统的物质循环和能量流动[20]，是构成土壤肥力的重要因素[21]。施用生物有机肥后，肥料中的微生物菌种与土壤中土著微生物会形成相互竞争，不同的菌种会表现出不同的定殖行为[22,23]，如果数量较低，将难以定殖，从而难以促进植物生长或达到改良品质的目的。为确保促生菌快速定殖，采用分批次增施促生菌的方法，促进了S13和NCD-2的快速定殖，并明显提升枸杞品质。土壤微生物数量及群落多样性检测结果表明，和CK处理相比，T2和T3处理土壤微生物群落多样性及细菌数量显著增加，真菌数量显著减少，这与韩丽珍等[24]、钟书堂等[25]研究结果一致。有研究表明[26]，土壤中细菌数量增加，真菌数量减少，会使土壤微生物区系更趋合理。由此说明，生物肥料中促生菌的定殖与生长优化了土壤微生物种群结构，微生物的活动改善了土壤理化性质，提高了肥料转化利用效率，最终增加产量，提升品质。

4 结 论

4.1 施用生物有机肥后，4个处理组产量差异不显著，但在减施50%化肥条件下，配施生物有机肥后，枸杞产量有增加趋势；枸杞可溶性固形物、百粒重、枸杞多糖、总糖含量比对照分别提高9.6%～9.4%、10.5%～20.2%、29.8%～50%、41.8%～60.2%，土壤pH值降低7.2%～8.6%，有机质含量提高26.8%～31.8%，速效氮磷钾分别提高27.7%～41.6%、26.3%～34.2%、26.9%～33.3%；细菌数量显著上升，真菌数量显著下降。

4.2 在减施50%化肥条件下，配施生物有机肥不能显著增加枸杞产量，可以显著提升枸杞品质和土壤养分，可明显优化土壤微生物种群结构。