植物源药肥对温室黄瓜生长发育和土壤环境的影响

吴传万， 杜小凤， 顾大路， 杨文飞， 文廷刚， 王伟中

(江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安223001)

受人多地少的特殊国情的影响，中国是世界上化肥施用量最多的国家之一，单位耕地面积化肥用量极大地高于世界平均水平，化肥的大量施用虽可在一定程度上提高作物产量，但逐渐出现了水体富营养化、农产品品质下降等一系列严重的生态环境问题［1-3］。大量研究结果表明，施用有机肥和生物有机肥，既有利于增产增收，改善农产品品质，又可培肥土壤，减少化学肥料用量，且能够调节土壤中微生物区系组成，使其向着健康方向发展，从而在一定程度上减少作物病害的发生［4-9］。增施有机肥和生物有机肥，已成为中国农业生产的主流方向与重要施肥技术措施。

作为生物有机肥之一的植物源药肥，是指以工农业、畜牧业生产废弃物或中药残渣经无害化技术处理后作为有机载体，与具有强烈杀虫抑菌植物材料混合，辅以氮磷钾肥合理组配而成的一种兼具营养、植保双重功效的新型有机药肥，是农业可持续发展与有机生态农业产业的理想肥源［10］，对马铃薯［11］、花生［12］、西瓜［13］等农作物及设施蔬菜具有良好的应用效果［14］。笔者团队曾对苦豆子［15］和牛心朴子［16］的杀线虫功能进行了研究，并在此基础上，以用于生产植物源农药——康绿功臣后所剩的苦豆子渣，辅以楝树和牛心朴子等杀虫杀菌植物超细粉，经过无害化处理后作为有机载体，加入腐殖酸、无机养分和微量元素等肥料，研发出兼具营养、改土、防虫害多功能于一体的新一代生态环保型药肥(专利产品:ZL200710026023.X)，施用后既有促进作物优质高产的肥料功能，又有防治病虫害的效果，在淮安及周边地区示范应用面积不断扩大，取得了较好的效果［17］。

黄瓜以其高产、高效、市场大，并且能够进行周年生产而成为日光温室的主栽品种之一［18-20］。作为国家地理商标的淮安“丁集黄瓜”远近闻名，单一的栽培模式致使连作障碍日益严重，同时由于生产栽培条件的限制和经济利益的驱使，在黄瓜栽培过程中，超量使用化肥和农药，既增加了生产成本，又降低了黄瓜品质，并且引起土壤环境恶化［21］。本试验拟研究植物源药肥对日光温室黄瓜生长发育、产量品质及土壤根结线虫、土壤微生物和土壤酶活性的影响，旨在为植物源药肥推广应用提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试黄瓜品种为津春3 号，由天津农业科学院黄瓜研究所育成，是淮安地区温室主栽黄瓜品种。供试肥料植物源药肥商品名:壮苗除害专用肥，肥料登记证:苏农肥(2006)准字0027-02 号，由江苏省植物生长调节剂工程技术研究中心研制，江苏天补有机农业科技发展公司生产，养分含量为N+P2O5+K2O≥33%(质量比为13 ∶10 ∶10)，且含腐植酸、苦豆子粉、牛心朴子粉和楝果粉10% 以上。

1.2 试验设计

试验于2011 年11 月至2012 年5 月在江苏省淮安市淮阴日光温室蔬菜科技园区(位于淮阴区丁集镇娘庄村)日光温室中进行，该日光温室之前已连续种植黄瓜3 年。土壤为砂壤土，肥力中等，pH值7.8，有机质6.6 g/kg，碱解氮145.0 mg/kg，有效磷46.2 mg/kg，速效钾298.0 mg/kg。

试验设3 个处理，分别为对照组、化肥组和药肥组。(1)对照组:不施用任何有机肥和化肥。(2)化肥组:按当地农户习惯施肥量折算成化肥单独施用，不施任何农家肥与有机肥，基施尿素339 kg/hm2(纯氮156 kg)、过磷酸钙1 000 kg/hm2(P2O5120 kg)、硫酸钾240 kg/hm2(K2O 120 kg)，基肥总养分396 kg/hm2。开花期开始追肥，每次追施尿素169.5 kg/hm2、过磷酸钙500 kg/hm2、硫酸钾120 kg/hm2，每次追肥总养分198 kg/hm2，每10 d 追肥1 次，共计追肥7 次。(3)药肥组:基施植物源药肥1 200 kg/hm2，总养分使用量与化肥组相当，开花期开始追肥，每次追施植物源药肥600 kg/hm2，每次追肥总养分与化肥组相当，每10 d 追肥1 次，共计追肥7 次。每处理3 次重复，随机区组排列，每小区面积33 m2，各小区之间设置1 m 隔离带。采用嫁接定植法栽培，正常田间管理，3 个处理管理一致。

1.3 研究方法

分别于黄瓜的初花期(定植后45 d)和盛果期(定植后75 d)测量黄瓜的株高、茎粗、叶片数、叶面积、全株干质量，并计算叶面积、比叶面积(叶面积/叶干质量)。于初花期开始调查第1 雌花节位、雌花数、雌花节率(25 片叶以内)及坐瓜率［22］，试验过程中，当黄瓜长成开始采摘时，按小区分批累计计产，核算黄瓜产量。

于盛果期采集果实，选取中间部位用常规方法测定黄瓜品质，其中维生素C 含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定［23］;可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［23］;可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 染色法测定［23］;硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定［23］。

于盛果期，每小区按多点法采集根系周围土壤(约15 cm 土层)得到混合样，新鲜土样用灭菌的塑料袋包扎密封，一部分4 ℃保存，用于测定微生物数量;一部分风干，过1 mm 筛孔，用于测定土壤酶活性。土壤微生物数量采用稀释平板计数法进行测定［24］。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养;真菌采用马丁氏培养基(300 ml 培养基中加入3%重铬酸钾1 ml 以抑制细菌和霉菌生长)培养;放线菌采用改良高氏一号培养基(1 000 ml 培养基中加1%孟加拉红水溶液3.3 ml 和1%链霉素3 ml)培养。同时测定土壤中脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性，其中土壤脲酶活性用靛酚蓝比色法测定［24］，以1 g 土24 h 产生的NH+4-N 质量表示;过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定［24］，以1 g 土消耗0.1 mol/L KMnO4体积表示;蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定［24］，以1 g 土24 h 产生的葡萄糖质量表示;中性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定［24］，以1 g 土24 h产生的酚质量表示。

在黄瓜拉秧时，按处理在每小区随机挖取黄瓜植株根系20 株，调查黄瓜根结线虫病级，计算根结线虫病情指数和防治效果。根结线虫的病情分级采用肖炎农等［25］的分级标准:0 级，根系健康，无根结;1 级，根系有少量根结，占全根系1% ～25%;2级，根系根结数量中等，占全根系26% ～50%;3 级，根系根结数量很多，占全根系51% ～75%;4 级，根系根结数量特多且大，占全根系76% ～100%。根据分级结果计算病情指数和相对防效。

病情指数=∑(各级病株数×相对应级别数)/(调查总株数×最高级值)×100%

相对防效=(对照病情指数-处理病情指数)/对照病情指数×100%

1.4 数据分析与处理

采用DPS v14.10 高级版和Microsoft Excel 2010软件对试验数据进行处理和统计分析，用LSD 法进行多重比较，并用SigmaPlot 12.0 作图。

2 结果

2.1 植物源药肥对温室黄瓜生长的影响

田间观测发现，施用化肥和植物源药肥的黄瓜植株明显高于对照，叶色深绿，长势旺盛。由表1 可见，与对照不施肥相比，化肥组和植物源药肥组均可提高温室黄瓜株高、茎粗、叶片数、叶面积、比叶面积和全株干质量(P＜0.05)，尤其是植物源药肥效果明显。初花期施用植物源药肥株高、茎粗、叶片数、叶面积、比叶面积和全株干质量较对照分别增加25.95%、4.52%、16.35%、24.77%、30.13% 和29.10%;盛果期施用植物源药肥株高、茎粗、叶片数、叶面积、比叶面积和全株干质量较对照分别增加27.86%、19.40%、12.72%、15.49%、26.17% 和27.87%。同时盛果期施用植物源药肥较施用化肥处理，株高增加2.73 cm，茎粗增加0.43 mm，叶片数增加0.18 片，叶面积增加9.19 cm2，比叶面积提高16.94 g/m2，全株干质量增加1.87 g，说明施用含有植物源功能的有机质生态有机肥料，有利于提高黄瓜生长，促进其高产。

2.2 植物源药肥对温室黄瓜产量性状的影响

由表2 可知，不同施肥处理对温室黄瓜产量性状具有显著的影响，与不施肥处理相比，施用常规化学肥料和植物源药肥均能明显降低雌花节位，提高雌花数、雌花节率和坐瓜率，尤其是植物源药肥效果更佳。与施用常规化学肥料相比，施用植物源药肥，雌花节位降低11.21%，雌花数、雌花节率和坐瓜率分别提高5.78%、9.88%和13.1%;与不施肥料(空白对照)相比，施用植物源药肥的黄瓜雌花节位降低27.96%，雌花数、雌花节率和坐瓜率分别提高48.39%、35.29%和34.71%。可见，植物源药肥对降低黄瓜雌花节位，提高雌花数、雌花节率和坐瓜率具有显著功效，有利于黄瓜获得高产。

表1 植物源药肥对温室黄瓜生理指标的影响Table 1 Effect of plant-derived officinal fertilizer on physiological indices of cucumber in solar greenhouse

表2 植物源药肥对温室黄瓜产量性状的影响Table 2 Effect of plant-derived officinal fertilizer on yield traits of cucumber in solar greenhouse

2.3 植物源药肥对温室黄瓜土壤微生物的影响

土壤微生物作为土壤生物的一种，是最活跃的土壤肥力因子之一，对土壤质量和肥力的作用方面举足轻重。土壤微生物体系组成和数量的变化，对土壤养分的转化和吸收以及各种土壤病虫害的发生均有较大影响［26］。由表3 可知，温室黄瓜土壤微生物以细菌为主，放线菌其次，真菌数量最低，但不同施肥处理对微生物数量影响显著。与不施肥空白对照相比，植物源药肥处理可显著提高细菌数量、放线菌数量、微生物总量和B/F值，降低真菌数量(P＜0.05)，其中细菌数量增加1.99×107CFU/g，增幅达57.02%;放线菌数量增加 1.75×105CFU/g，增幅达112.9%;微生物总量增加20.07×106CFU/g，增幅达57.24%;B/F值增加9 602.09，增幅达2.6倍;真 菌 数 量 降 低 5.37× 103CFU/g，降 幅 达56.41%。与常规施用化学肥料比较，植物源药肥细菌数量、放线菌数量、微生物总量和B/F值分别提高16.1%、88.57%、16.36%和172.84%，真菌数量降低57.35%。显然，由于植物源药肥中含有杀虫抑菌活性成分，可对土壤微生物进行选择性调控，以利于温室连作土壤的改良。

表3 植物源药肥对温室黄瓜土壤微生物的影响Table 3 Effect of plant-derived officinal fertilizer on soil microbial quantity of cucumber in solar greenhouse

2.4 植物源药肥对温室黄瓜土壤酶活性的影响

土壤是一个活的生态系统，这个系统的一切生化过程均是在相关土壤酶的作用下进行的。土壤酶是指土壤微生物、植物根系和土壤中其他生物细胞产生的胞内酶和胞外酶的总称［27］。土壤酶活性反映了土壤中养分的转化能力以及土壤生物活性的高低，土壤酶参与了土壤中各种代谢过程和能量转化，是土壤生化特征的重要组成部分，是评价土壤肥力的一项重要指标。由图1 可见，不同施肥处理对土壤酶活性具有显著影响，在温室黄瓜盛果期施用植物源药肥，能显著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性(P＜0.05)，与不施肥对照处理相比，土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别提高38.32%、174.42%、28.05%和41.92%;与常规施用化学肥料比较，施用植物源药肥处理土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别增加32.52%、54.89%、25.75% 和41.92%。说明植物源药肥具有提高土壤酶活性的功效，为黄瓜高产奠定了良好的土壤生态系统。

图1 植物源药肥对温室黄瓜土壤酶活性的影响Fig.1 Effect of plant-derived officinal fertilizer on soil enzyme activities of cucumber in solar greenhouse

2.5 植物源药肥对温室黄瓜根结线虫的防效

根结线虫危害是引起温室黄瓜连作障碍的主要因子，造成黄瓜产量与品质下降。由图2 可以看出，施用植物源药肥能极显著提高根结线虫防控效果，与不施肥对照和施用常规化学肥料相比，根结线虫病情指数分别下降61.82%和61.50%(P＜0.01)，相对防效达58.53%，这可能是植物源药肥中含有苦豆子和牛心朴子等杀线虫物质的缘故。

图2 植物源药肥对温室黄瓜根结线虫的防效Fig.2 Control effect of plant-derived officinal fertilizer on root knot nematodes of cucumber in solar greenhouse

2.6 植物源药肥对温室黄瓜营养品质和产量的影响及经济效益分析

不同施肥处理对温室黄瓜维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐含量影响不同。由表4 可见，与常规施用化学肥料相比，施用植物源药肥能显著改善黄瓜品质，维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量分别提高11.92%、32.86%和14.34%，硝酸盐含量降低36.21%。3 种处理的硝酸盐含量均低于国家蔬菜硝酸盐标准允许限量［440 mg/kg(GB19338—2003)］。同时，与不施肥对照相比，施用植物源药肥对维生素C 含量与硝酸盐含量影响不显著，但能提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，分别提高15.86%和13.09%。

由表5 可知，施肥处理极显著提高温室黄瓜产量(P＜0.01)，施用常规化肥肥料与植物源药肥，产量分别比不施肥对照增产49.62%和67.42%，其中施用植物源药肥产量最高，较施用常规化学肥料增产11.90%，差异达显著水平。根据投入产出效益分析，施用植物源药肥处理利润最大，比不施肥处理和常规化学肥料处理1 hm2分别增收106 600 元和29 801 元。

表4 植物源药肥处理对温室黄瓜营养品质的影响Table 4 Effect of plant-derived officinal fertilizer on nutritional quality of cucumber in solar greenhouse

表5 植物源药肥处理温室黄瓜的产量及收益分析Table 5 Analysis of yield and income of cucumber in solar greenhouse treated with plant-derived officinal fertilizer

2.7 温室黄瓜产量、土壤微生物和酶活性的相关性分析

相关性分析结果(表6)表明:磷酸酶活性与细菌数量和微生物总量显著正相关，与真菌数量、放线菌数量和B/F值无显著相关性;而脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，这3 种酶与土壤微生物数量相关性相似，它们与真菌数量极显著负相关，与放线菌数量和B/F值极显著正相关;黄瓜产量与土壤细菌数量和微生物总量极显著正相关，但与真菌和放线菌数量及B/F值相关性不显著。

表6 温室黄瓜土壤微生物数量与土壤酶活性及产量的相关性Table 6 Correlation coefficients between soil microbial quantity and enzyme activities and yield of cucumber in solar greenhouse

3 讨论

3.1 施用植物源药肥对温室黄瓜生长发育和产量品质的影响

众多研究结果表明，随着设施黄瓜连作年限的延长，黄瓜产量、可溶性固形物含量和维生素C 含量均降低，且下降幅度逐年增大，蔬菜硝酸盐含量上升，表明连作会造成黄瓜产量和品质下降［28］。然而，在正常的农业生产管理下，增施有机肥可以促进作物生长，改善品质，提高产量［29］。本研究结果也证实了这一结论，改施常规化学肥料为植物源药肥，可显著促进温室黄瓜生长，提高温室黄瓜株高、茎粗、叶片数、叶面积、比叶面积和全株干质量，并显著降低黄瓜雌花节位，提高雌花数、雌花节率和坐瓜率，为黄瓜高产提供了良好的生物学基础。同时，与常规施用化学肥料相比，施用植物源药肥能显著改善黄瓜品质和提高产量，表明植物源药肥对温室黄瓜具有良好的促生长、改善品质与增产增收的功效，可代替常规化学肥料应用于黄瓜栽培生产。

3.2 施用植物源药肥对温室黄瓜土壤环境的影响

土壤微生物是土壤中活的有机体，是衡量土壤肥力的一个重要指标，也是土壤理化特性的综合反映。微生物种群结构的失衡是导致作物连作障碍的重要原因［30］。由于化学肥料的大量施用，土地复种指数的增加，土壤理化性质和微生物群落恶化，引起土传病害滋生，尤其是随着连作年限增加，微生物由“细菌型”向“真菌型”转化，B/F值降低，土壤土传病害发生严重［30-33］。本研究结果表明，温室黄瓜土壤微生物以细菌为主，其次是放线菌，真菌数量最低，但不同施肥处理对微生物数量影响显著，植物源药肥处理可显著提高细菌数量、放线菌数量、微生物总量和B/F值，降低真菌数量，有利于土壤向“细菌型”转化，以改善土壤环境。这可能是因为植物源药肥中含有杀虫抑菌活性成分，可对土壤微生物进行选择性调控，但其作用机理还有待进一步研究。

土壤酶是由微生物、动植物活体的分泌物或动植物残体、遗骸分解释放于土壤中的一类具有催化能力的生物活性成分，其活力是土壤生物群落对于代谢需求和营养有效性的直观表达［34］。本研究结果表明，不同施肥处理对土壤酶活性具有显著影响，施用植物源药肥处理能显著提高土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，较不施肥对照分别提高38.32%、174.42%、28.05%和41.92%，较常规施用化学肥料分别增加32.52%、54.89%、25.75% 和41.92%，这可能正是植物源药肥对温室黄瓜增产的内在因子之一。

刘素慧等［35］通过对连作大蒜根际土壤微生物和酶活性的研究发现，氨化细菌与脲酶、多酚氧化酶均呈显著正相关，芳香族分解菌与脲酶、过氧化氢酶呈极显著正相关，细菌、微生物总量分别与磷酸酶呈显著、极显著正相关。本研究结果表明，土壤磷酸酶活性与细菌数量和微生物总量显著正相关;而脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性则与真菌数量极显著负相关，并与放线菌数量和B/F值极显著正相关。同时，黄瓜产量与细菌数量和微生物总量呈极显著正相关，而与真菌和放线菌数量及B/F值相关性不显著。

陈芳等［36］研究结果表明施用生物有机肥可以显著减少根结线虫病在甜瓜中的发生，最高防效可达81.1%。本研究结果也证实了增施植物源药肥可明显降低温室黄瓜根结线虫的发生，有利于黄瓜高产。

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