张凯煜,刘馨月,亢福仁,艾海舰,王 梅

(榆林学院 陕西省陕北矿区生态修复重点实验室,陕西 榆林 719000)

马铃薯营养丰富,适应性强,栽培面积广,被认为是继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物,在保障全球粮食安全中扮演重要角色。2015年,农业部正式提出“马铃薯主粮化战略”,有力推动了中国马铃薯产业发展[1]。作为榆林市特色作物之一,马铃薯在区域农业经济发展中发挥着重要作用,已成为榆林发展现代农业的一张名片。马铃薯是一种高产喜肥的作物,而传统粗放型施肥管理会大量使用化肥,造成土壤板结,肥力下降,进而导致马铃薯植株抗性低、减产、品质降低,还会导致严重的连作障碍,使马铃薯产量和质量受到严重影响。

生物菌肥在农作物中的应用范围很广,试验结果也比较显著,可以显著改变传统肥料施用方式,对作物的生长、质量、产量、抗逆性和可持续发展都有很大的作用。微生物菌肥具有改良土壤、提高植物吸收和利用营养、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团粒结构,预防土壤板结,土壤疏松,透气性好,有利于根系的生长,同时微生物还可以分解土壤中的有机物,增加土壤的营养成分。另外,微生物还可以将土壤中的化肥农药等污染物进行降解,从而达到减少土壤污染的目的。研究表明, 在常规生产下生物菌肥及其有益菌的代谢产物能有效促进马铃薯的生长、提高其产量[4]。何志刚等[4]采用PGPR菌肥进行田间试验,研究了PGPR对马铃薯产量及N、K养分的影响,结果表明,增施促生菌肥比常规施肥,地下块茎部分钾素吸收率高出9.98%,氮素吸收率高出19.61%,磷素吸收率高出20.1%。马铃薯产量比常规施肥提高12.4%,明显提高肥料利用率。李星星[5]在马铃薯上施用生物菌肥,产量较对照提高了16%,不同处理增产幅度2.5%～15.99%,其增产效应明显。与传统肥料比较,其商品率明显高于对照。与未施微生物菌肥相比,使用微生物菌肥的农产品在蛋白质、糖、维生素、氨基酸等方面均有不同程度的改善,使其籽粒饱满、饱满、减少畸形果、增加果色、改善品质[6]。韩雪莲等人对西瓜施用生物菌肥,发现西瓜地上部分生长强劲、根系活力高、叶绿素高,细胞膜保护酶活性强、抗逆性提高[7]。王书娟等[8]研究发现施用微生物菌肥处理的番茄果实较大,皮色深红,果皮较薄,汁液较多,生长势强、抗病性好。生物菌肥显著增加了土壤中微生物的数量,提高了土壤中脲酶和糖酶的活性,保证了微生物群落及农田生态系统的平衡,有利于形成稳定的菌群结构[9]。为了探究生物菌肥在马铃薯种植上的应用效果,本研究施用2种 BN菌肥对马铃薯叶片抗氧化特性、薯块品质及产量的影响进行探究,以期为BN菌肥应用于榆林沙地马铃薯种植提供数据支撑和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本课题以陕西省榆林市榆阳区农业示范园的马铃薯(“冀张薯226”)为对象,该区域已连续种植3年马铃薯,连作障碍严重。研究BN菌肥对马铃薯产量、品质和叶片抗氧化活性的影响。BN菌肥是来自北京农科院提供的一种新型微生物菌肥,其主要成分为一种放线菌,正处于试验阶段。于2021年5月进行马铃薯田间试验,小区面积100 m3(520 m),设置3个处理,CK、BN-1、BN-2处理,分别施用0 kg/亩、1 kg/亩、2 kg/亩BN菌肥,每个处理5个重复。试验设计见表1。

1.2 测定方法

叶片抗氧化酶活包括CAT、GOD、PPO,根据索莱宝试剂盒说明书进行操作,采用酶标仪进行吸光值测定,测定光谱分别为240 nm、500 nm和410 nm,根据公式计算酶活。

2 021年10月6日在榆林市榆阳区农业示范园区进行马铃薯测产,称量其大果、烂果和总产量,并记录数据。马铃薯品质指标包括Vc、淀粉、粗蛋白含量,均按照试剂盒说明书进行。

1.3 数据统计与分析

用SPSS19.0进行数据统计分析。使用单因素方差分析进行统计分析及各组间差异显著性分析,显著性水平为P<0.05,结果表示为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 BN菌肥对马铃薯叶片抗氧化特性的影响

2.1.1 BN菌肥对马铃薯叶片CAT活性的影响

过氧化氢酶(CAT)是活性氧清除酶系统中重要保护酶,它们能有效阻止高浓度氧积累,防止膜脂的过氧化作用,延缓植物衰老,从而使植物维持正常的生长和发育[10]。从图1知,通过不同处理,CK处理的马铃薯叶片CAT酶活性为97.68 μmol/min,施用BN-1处理后的叶片CAT酶活性为97.74 μmol/min,施用BN-2处理后的叶片CAT酶活性为106.47 μmol/min,BN-1、BN-2处理中CAT酶活较CK处理升高了0.06%、8.99%,BN-1处理和CK处理之间无显著性差异,BN-2处理显著增加了马铃薯叶片CAT酶活(P<0.05),说明BN-2可以有效延缓叶片衰老。

图1 不同处理马铃薯叶片CAT酶活性注:不同字母表示差异显著P<0.05,下同。

2.1.2 BN菌肥对马铃薯叶片GOD活性的影响

GOD(葡萄糖氧化酶)广泛存在于动物和植物中,催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸,并产生H2O2,是生物体中产生活性氧的代谢途径之一。从图2知,通过不同处理,施用CK处理后的马铃薯叶片GOD酶活性为76.66 μmol/min,施用BN-1处理后的叶片GOD酶活性为68.72 μmol/min,较CK处理降低了10.36%。施用BN-2处理后的叶片GOD酶活性为86.66 μmol/min,而BN-2处理显著增加了马铃薯叶片GOD酶活性(P<0.05),说明BN-2菌肥可以有效提高马铃薯叶片酶活性。

图2 不同处理马铃薯叶片GOD酶活性

2.1.3 BN菌肥对马铃薯叶片PPO活性的影响

PPO(多酚氧化酶)活性越强,多酚含量越高,对马铃薯品质越有利。从图3知,通过不同处理,施用CK处理后的马铃薯叶片PPO酶活性为55.60 μmol/min,施用BN-1处理后的叶片PPO酶活性为70.10 μmol/min,施用BN-2处理后的叶片PPO酶活性为81.80 μmol/min,BN-1、BN-2处理中PPO酶活性比CK处理后的分别提高了26.08%、47.12%。同一浓度下,处理效果比较为CK

图3 不同处理马铃薯叶片PPO酶活性

2.2 BN菌肥对马铃薯品质的影响

2.2.1 BN菌肥对马铃薯Vc含量的影响

从图4知,通过不同处理,施用CK处理后的马铃薯Vc含量为161.67 mg/kg,施用BN-1处理后的Vc含量为159.89 mg/kg,施用BN-2处理后的Vc含量为163.33 mg/kg,BN-1处理后的马铃薯Vc含量比CK处理后的降低了1.10%,而BN-2处理显著增加了马铃薯Vc含量(P<0.05),表明施用BN-2菌肥比BN-1更能提高马铃薯品质。

图4 不同处理薯块Vc含量

2.2.2 BN菌肥对马铃薯淀粉含量的影响

从图5知,通过不同处理,施用CK处理后的马铃薯淀粉含量为17.13 mg/g,施用BN-1处理后的淀粉含量为16.09 mg/g,较CK处理后降低了6.07%,施用BN-2处理后的淀粉含量为18.51 mg/g,而BN-2处理提升了8.06%,显著增加了马铃薯淀粉含量(P<0.05),所以多施加BN-2菌肥来提高马铃薯的口味。

图5 不同处理薯块淀粉含量

2.2.3 BN菌肥对马铃薯粗蛋白含量的影响

从图6知,通过不同处理,施用CK处理后的马铃薯粗蛋白含量为11.75 μmol/g,施用BN-1处理后的粗蛋白含量为11.91 μmol/g,施用BN-2处理后的粗蛋白含量为14.27 μmol/g,BN-1处理后的马铃薯粗蛋白含量和CK处理后的无显著性差异,BN-2处理中显著增加了马铃薯粗蛋白含量(P<0.05),提高了马铃薯的营养品质。

图6 不同处理薯块粗蛋白含量

2.3 BN菌肥对马铃薯产量的影响

从表2知,CK处理后的马铃薯产量为1 265.43 kg,施用BN-1处理后的马铃薯亩产量为1 243.20 kg/亩,施用BN-2处理后的马铃薯亩产量为1 595.00 kg/亩,BN-1处理后的马铃薯产量和CK处理后无显著性差异,BN-2处理中显著增加了马铃薯产量(P<0.05)。施用BN菌肥处理减少了马铃薯烂薯量,BN-1降低了1.39%,BN-2降低了8.53%。BN-2商品率较CK处理提高了14.76%,说明BN-2能有效提高马铃薯产量和商品率。

表2 不同处理马铃薯产量

3 讨论

榆林地区是我国马铃薯的主要产区,马铃薯也是榆林地区的一大地方特色,是榆林地区农民的主要收入来源之一。为了明确BN菌肥对马铃薯叶片抗氧化特性、薯块品质和产量的影响,进行不同菌肥施用量对马铃薯影响的田间试验。

BN-1和BN-2处理后的过氧化氢酶(CAT)活性为97.74 μmol/min和106.47 μmol/min,BN-2显著高于CK,提高了8.99%。BN-1和BN-2处理后的葡萄糖氧化酶(GOD)活性为68.72 μmol/min和86.66 μmol/min,BN-1和BN-2处理之间的差异性显著,BN-1低于CK,降低了10.36%;BN-2显著高于CK,提高了13.04%。BN-1和BN-2处理后的多酚氧化酶(PPO)活性分别为70.10 μmol/min和81.80 μmol/min,显著高于CK,分别提高了26.08%、47.12%,这与钱建民[11]的研究结果相似。这可能是因为BN菌肥中含有促进土壤中难溶磷和钾释放的细菌等,促进其土壤中养分的分解和释放,新加入的微生物增强了土壤土著微生物活性,同时增强了植株抗氧化特性,延缓了马铃薯叶片衰老[12]。这种有益的效果也随着菌肥施用量的增加而增加,BN-2处理中CAT、GOD和PPO酶活性均为最高。

从马铃薯品质来看,其营养丰富,Vc含量远超大多数的粮食作物,蛋白含量又远超一般蔬菜。BN-2处理后的Vc含量为163.33 mg/kg,较CK处理提高了1.03%。BN-2处理薯块淀粉含量为18.51 mg/g,显著高于CK(P<0.05),提高了8.06%。结合上述抗氧化特性分析,可能是因为BN-2菌肥增强了马铃薯植株抗氧化能力,延缓了植株衰老,增长了马铃薯的周期生育,有利于马铃薯淀粉积累[13]。各处理粗蛋白含量分别为11.75 μmol/g(CK)、11.91 μmol/g(BN-1)和14.27 μmol/g(BN-2),BN-2显著高于CK处理(P<0.05),提高了21.47%。

BN-1和BN-2处理后的马铃薯产量为1 243.20 kg/亩和1 595.00 kg/亩,BN-1和BN-2处理之间的差异性显著,BN-2显著高于CK,提高了26.04%。这一结果与大多研究结果相似,不同的微生物菌肥均有一定的增产效果[5-10]。BN菌肥改善了土壤菌群结构提高肥料利用效率。

BN菌肥作为一类对马铃薯生长有益的菌肥,具有较大的研发价值和空间。施加2 kg/亩的BN菌肥能够显著提高马铃薯叶片所含抗氧化酶的活性以及马铃薯产量和品质,为优化马铃薯施肥提供了新方向。同时,也说明BN菌肥对马铃薯连作障碍也有一定的缓解效果[14],可能通过BN菌肥的施入,增加了土著微生物活性,对连作土壤中残留的有害物质具有一定的抗性和分解能力。

4 结论

研究针对马铃薯提质增产,通过施用BN菌肥测定不同处理马铃薯叶片抗氧化特性、马铃薯品质及产量。结果表明,在常规施肥的基础上,加入BN菌肥马铃薯叶片抗氧化活性优于未加菌肥处理,BN-2显著增加了叶片抗氧化活性,CAT、GOD、PPO酶活性较CK增加了8.99%-47.12%,延缓了马铃薯叶片衰老。BN-2可以有效提高马铃薯的品质,Vc、淀粉、粗蛋白含量分别为163.33 mg/kg、18.51 mg/g、14.27 μmol/g。BN-2处理降低了烂果量,显著提高了马铃薯产量和商品率。综上所述,在大田试验中2 kg/亩菌肥施用量可以提高马铃薯叶片抗氧化能力,改善马铃薯品质,提高马铃薯产量。