潘 虎, 刘青海, 田 云, 达娃卓玛, 张唐伟, 卢向阳, 白军平
(1. 西藏自治区农牧科学院 农业质量标准与检测研究所,拉萨 850032;2. 湖南农业大学 生物科学技术学院,长沙 410128)
西藏地处我国西南边陲,高寒、低温、缺氧等极端环境造成西藏地区土壤微生物活力下降及土壤保肥性能较差[1-3]。青稞是西藏地区第一大农作物,是藏区农牧民不可替代的主粮,也是藏区主要饲料和酿酒业等农产品加工业的重要原料。但因高寒同时肥料施用量少、土壤肥料低,青稞产量低,严重制约当地经济社会发展[4]。目前,将微生物菌肥应用到青稞生产实际中的研究报道较少,张堃等[5]研究表明固氮菌肥与半量氮肥(110 kg/hm2)配合施用,表现出与全量氮肥相近的促生效果,既可节约近一半的氮肥用量(110 kg/hm2),联合固氮菌肥对青稞生长有较好的促进作用;刘晓燕等[6]探讨了谷特微生物菌肥对西藏青稞土壤根际微生态的影响,结果显示施用谷特微生物菌肥能够显著降低青稞根际土壤真菌数量(P<0.05),土壤放线菌数量和微生物量氮含量显著上升(P<0.05);朱丹等[7]分析了谷特微生物菌肥对青稞根际土壤理化性质和细菌区系多样性的影响,结果表明施用谷特微生物菌肥能够显著提高土壤全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的水平,可明显改善青稞根际土壤理化性质,提高土壤细菌多样性。本文采用分离自西藏青稞农田土壤的本土微生物制作的菌肥,研究本土微生物对青稞新品种藏青2000生长、品质及根际土壤理化性质的影响,为西藏本土微生物资源的开发与利用提供研究基础。
试验地位于西藏自治区昌都市边坝县拉孜乡珠村(30°55′48.9″N,94°58′13.4″E),海拔4011 m,属高原温带半湿润气候类型,最高气温29.0 ℃,最低气温-40 ℃,年平均气温-1 ℃,具有气温低,光照充足,日温差大,冬春多风,夏秋多雷雨冰雹等特点,全年日照时间2985 h以上,年无霜期110 d左右,降雨集中在6—9月份,年降水量约600 mm。试验地地势平坦,土壤类型为沙壤土,肥力均匀一致,灌溉条件良好,前茬作物为青稞。
供试青稞品种为藏青2000,由西藏自治区农牧科学院农业研究所制种。
供试无机肥料为尿素,总氮≥46.4%,净含量50 kg,陕西陕化煤化工集团有限公司;复混肥料,(N-15∶P2O5-15∶K2O-15 硫酸钾型)总养分≥45%,四川省什邡市农得利天府复合肥有限公司。
供试微生物菌肥为本课题组分离自西藏高原农田土壤菌种,经扩大培养得到的固体菌肥。生物固氮复合菌剂:固氮菌StreptomycescanusHG101(CGMCC No.14766)含量80%;解磷菌BacillussubtilisP10(CGMCC No.14768)含量10%;解钾菌Bacillussp. bx(CGMCC No.14769)含量10%;总活菌数10~15亿/g,载体为麸皮。生物解磷复合菌剂:解磷菌P10含量80%;解钾菌bx含量10%;枯草芽孢杆菌含量10%;活菌数10~15亿/g,载体为麸皮。生物解钾复合菌剂:解钾菌bx含量80%;解磷菌P10含量10%;枯草芽孢杆菌含量10%;活菌数10~15亿/g,载体为麸皮。土壤调理复合菌剂:纤维秸秆类质量80%;腐熟的畜禽粪便,含量5%;麸皮及微生物载体5%(芽孢杆菌数1亿/g,木霉菌AS3.2774,活菌数0.1亿/g),含水量5%~8%。
1.3.1 试验设计
青稞试验地采用无机化肥与菌肥配施,根据施用菌肥不同共设5个处理(表1),试验小区面积100 m2(10 m×10 m),3次重复,青稞播种量为25 kg/亩,播种方式为人工撒播,种植期间施肥、灌溉、中耕除草等统一管理,种植时间为2018年4月底至8月底。
表1 不同施肥处理组[8]
1.3.2 样品采集与参数分析
青稞生长参数分析:在青稞各生长时期,观察记录各试验区青稞生育期、基本苗数、有效穗数、株高、穗长、穗粒数、千粒重、产量等情况。青稞品质分析:采集的各试验小区青稞籽粒样品,经自然风干后用研磨机粉碎,过0.25 mm网筛备用。粗淀粉测定采用GB/T 5009.9—2008(MGSGW-1自动旋光仪),粗蛋白测定采用GB 5009.5—2010(K9840型自动凯氏定氮仪),粗纤维测定采用GB/T 5009.10—2003(FOSS2010自动纤维仪),锌、锰、铁、铜、钾、钙、镁测定采用GB/T 5009.6—2003(VARIAN710-ES型电感耦合等离子体发射光谱仪)。青稞根际土壤理化性质分析:青稞各生长时期在试验区内用土钻以五点取样法随机采集青稞根际5~20 cm的土壤混合,四分法取混合土样作为检测样品,土壤样品拣去植物残体,在实验室内自然风干,用玛瑙研钵研细依次过2 mm筛、1 mm筛、0.25 mm筛和0.149 mm筛后保存备用。全氮测定采用HJ 717—2014(K9840型自动凯氏定氮仪),水解氮测定采用LY/T 1228—2015(HG303电热恒温培养箱),全磷测定采用GB/T 9837—1988、有效磷测定采用NY/T 1121.7—2014(TU-1901紫外可见分光光度计),全钾测定采用NY/T 87—1988、速效钾测定采用NY/T 889—2004(FP6410火焰光度计),pH值测定采用NY/T 1377—2007(PHS-3E型酸度计),有机质测定采用NY/T 85—1988(LWY848控温式远红外消煮炉)。
用Excel 2007、SPSS等对试验数据进行统计分析。
由表2可见,菌肥处理对藏青2000生育期影响的大小为LSW4 = LSW2>LSW3 = LSW1>CK,LSW2与LSW4生育期达到127 d,较LSW1、LSW3生育期延长9 d,较CK生育期延长12 d。藏青2000基本苗数大小为LSW4>LSW2>LSW3>LSW1>CK,LSW4处理的藏青2000基本苗高达472.82万株/hm2,较LSW2基本苗提高22.74%,较LSW3提高32.94%,表明微生物与无机化肥配合施用能够明显提高青稞基本苗数。藏青2000株高大小为LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1,LSW4处理的藏青2000株高均值达到93.4 cm,且青稞茎秆粗壮,较LSW2和LSW3株高增加约9 cm。藏青2000穗长大小为LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1,LSW4处理的青稞平均穗长较LSW3处理的青稞平均穗长提高15.52%,LSW3处理的青稞平均穗长较LSW2处理的青稞平均穗长提高48.72%。藏青2000穗粒数大小为LSW4>LSW3>LSW2>CK>LSW1,LSW4处理的藏青2000平均穗粒数达到43.5粒/每穗,较LSW3处理的平均穗粒数提高27.56%,较LSW2处理的平均穗粒数提高59.92%。藏青2000有效穗数大小为LSW4
表2 不同施肥处理对藏青2000生长的影响
注:同列中不同字母表示处理间差异达显著水平(P< 0.05);下同
由表3可以看出,5组不同施肥处理的藏青2000粗蛋白质含量范围为8.72%~9.69%,其中LSW4处理的藏青2000粗蛋白质含量最高,较LSW2处理高1.36%。粗淀粉含量范围为35.6%~46.2%,其中LSW3处理的藏青2000粗蛋白质含量最高,较LSW4处理高6.04%,较LSW2处理高6.75%,LSW4和LSW2处理的藏青2000粗蛋白质含量差异较小。粗纤维含量范围为2.93%~3.47%,其中LSW2处理的藏青2000粗纤维含量最高,较LSW3处理高0.3%,较LSW4处理高10.86%。钙(Ca)含量范围为359.76~615.07 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000钙含量最高,较LSW2处理高34.27%。铁(Fe)含量范围为0.01~0.12 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000铁含量最高,其余处理组铁含量均较低。镁(Mg)含量范围为59.29~74.4 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000镁含量最高,较LSW2处理高25.0%。锰(Mn)含量范围为0.61~1.0 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000锰含量最高,较LSW2处理高13.64%。锌(Zn)含量范围为0.27~0.38 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000锌含量最高,较LSW2处理高40.74%。铜(Cu)含量范围为0.03~0.05 mg/kg,其中LSW4处理的藏青2000铜含量最高,较LSW2处理高66.67%。上述结果表明5组不同施肥处理的藏青2000粗蛋白质、粗淀粉、粗纤维含量差异较小,与吴雪莲等[14]报道的西藏其他地区青稞品质含量基本一致。本试验区藏青2000籽粒中钙、铁、镁、锰、锌和铜等矿质元素含量略小于张唐伟等[15]、迟晓峰等[16]的研究报道,表明产地对青稞籽粒矿质元素含量具有显著影响[17];但LSW4处理组矿质元素较其他组均有不同程度提高,增施菌肥能够提高青稞籽粒对多种矿质元素的积累。
表3 不同施肥处理对藏青2000籽粒品质的影响
由图1可见,5组不同施肥处理的藏青2000根际土壤全氮含量总体呈现先升后降趋势,藏青2000根际土壤全氮含量在灌浆期达到最高,LSW4能显著提高灌浆期土壤全氮含量。由图2可见,灌浆期至收获后期LSW4和LSW3处理组土壤碱解氮含量呈现逐渐下降趋势,藏青2000植株在灌浆期至收获后期快速吸收土壤中的碱解氮,促进青稞植株生长发育,从而导致土壤碱解氮含量下降;而LSW2、LSW1和CK处理组土壤碱解氮含量则呈现逐渐升高趋势,LSW2、LSW1和CK处理的藏青2000植株对土壤中碱解氮吸收效率较低,导致土壤碱解氮含量升高。上述结果表明LSW4处理能够较其他处理组提高藏青2000对土壤全氮和碱解氮的吸收与利用,促进青稞生长发育。
图1微生物菌肥对藏青2000根际土壤全氮的影响
Figure 1 Effects of microbial fertilizer on total nitrogen in the soil of Zang Qing No.2000
图2 微生物菌肥对藏青2000根际土壤碱解氮的影响
图3 微生物菌肥对藏青2000根际土壤全磷的影响
由图3可见,LSW4和LSW3处理的藏青2000根际土壤全磷含量总体呈现“缓升-快降-快升”趋势,LSW4和LSW3处理组藏青2000根际土壤全磷含量在灌浆期至成熟期快速下降,表明青稞植株此时正快速吸收土壤中的钾元素,微生物能够促进青稞籽粒灌浆、增加籽粒饱满度。由图4可见,LSW4处理的藏青2000根际土壤有效磷含量呈现“缓升-快升-快降-缓降”趋势,土壤有效磷含量在灌浆期达最高值21.8 mg/kg,LSW4能够在青稞拔节期至灌浆期大幅提高土壤有效磷,在灌浆期至成熟期能够促进青稞快速吸收土壤中有效磷,加快青稞籽粒灌浆,增加籽粒饱满度。
图4 微生物菌肥对藏青2000根际土壤有效磷的影响
由图5和图6可以看出,5组不同施肥处理的藏青2000根际土壤全钾、速效钾含量总体呈现“缓升-快降-平稳”趋势,收获后期较播种前期土壤全钾和速效钾分别降低68.44%~77.10%和88.18%~91.63%,说明青稞在拔节期至灌浆期时吸收了土壤中大量的钾元素,钾元素在青稞生长的拔节期至灌浆期具有重要的生理作用,但LSW4、LSW2和LSW3处理的藏青2000根际土壤全钾和速效钾变化差异较小。
图5 微生物菌肥对藏青2000根际土壤全钾的影响
图6 微生物菌肥对藏青2000根际土壤速效钾的影响
由图7可见,藏青2000生长过程中根际土壤pH值总体呈现缓慢上升趋势,LSW4处理组土壤pH值比其他组上升较快,采用无机化肥+微生物施肥方式的土壤由中性渐变为弱碱性。由图8可见,LSW4处理的藏青2000根际土壤有机质呈现先降后升趋势,收获后期较播种前期土壤有机质提高9.49%,土壤有机质达到77.3 g/kg;LSW2和LSW3处理组土壤有机质收获后期较播种前期分别降低7.30%和7.07%,LSW4处理组能够有效提高藏青2000根际土壤有机质含量。
图7 微生物菌肥对藏青2000根际土壤pH值的影响
图8 微生物菌肥对藏青2000根际土壤有机质的影响
近年来,无机化肥的大量投入造成的土壤板结、土壤次生盐渍化及面源污染等农业生态问题对我国农业可持续发展已构成严重威胁[18-19],不断深入探索新型肥料(尤其是生物菌肥)来替代部分无机化肥的研究日益得到重视。本文采用无机化肥+微生物施肥处理的藏青2000生长发育较为良好,藏青2000基本苗数、株高、穗长、穗粒数和千粒重较单施无机化肥组分别提高了22.74%、11.06%、71.79%、59.93%和2.06%,无机化肥+微生物施肥处理的青稞产量能够达到2467.52 kg/hm2,较无机化肥组提高39.76%,青稞增产效果显著;施用菌肥对藏青2000籽粒的粗淀粉、粗蛋白、粗纤维影响较小,但无机化肥+微生物配施能够促进青稞籽粒对钙、铁、镁、锰、锌和铜等多种矿质元素的积累;施用菌肥后土壤全氮、全磷、全钾、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈现动态变化趋势,无机化肥+微生物配施能够提高藏青2000植株对土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷和有机质的吸收与利用;但对根际土壤中全钾和速效钾影响较小。综上所述,无机化肥与微生物配施是较为理想的施肥模式,能够增加青稞产量与经济效益,西藏农田土壤中蕴涵着大量的有益农业微生物资源,下一步我们将对西藏本土有益微生物资源进行深入挖掘与利用。