生物菌肥与化肥配施对土沉香生长及土壤养分的影响

庞圣江，张 培，杨保国，刘士玲，冯昌林*

（1.中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 凭祥 532600；2.广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站，广西 凭祥 532600）

生物菌肥是指一类具有活性微生物且可获取特定肥力效应的生物肥料制品［1］。生物菌肥主要以微生物的活动产生代谢产物和所包含的酶类物质，增强植物抗逆和抗病能力、提高土地肥力和土壤生物活性，从而促进植物生长［2］。由于我国长期过量的施用单一化肥，致使土壤养分供给不均衡和土壤理化性状恶化的形势严峻［3］。Zhao等［4］研究也指出，植物根际有限时间内吸收到少量的化肥，其余多数流失而造成环境污染，因此，探寻以生物菌肥为主的新肥源，用于替代或部分替代化肥的研究倍受关注。相关学者研究发现，生物菌肥与化肥组合配施时，杨树（Populus spp.）幼苗生长、叶绿素形成和土壤养分增幅效果较为明显［5］。在提高湿地松（Pinus elliottii）幼苗生长、土壤微生物种类、数量和所含酶类活性方面尤为显著［6］。同时，对油茶（Camellia oleifera）幼苗生长、生理指标和土壤养分含量提升具有明显促进作用，且以生物菌肥与磷肥合适配施的效果更好［7］。

总体而言，生物菌肥与化肥配施能够有效改善土壤结构、养分比例失衡和环境污染，又具有低投入高增产出的特点，可作为一种无公害生态肥料用于实际生产和土壤改良［8］。然而，生物菌肥配施多以集中于杨树［5］、松树（Pinus spp.）［6，9］和油茶［10］等林木生长方面，对于诸珍贵树种的研究鲜见报道。通过生物菌肥与化肥配施培育优质苗木，不仅有利于珍贵树种产业的健康发展，也对实现我国林业转型升级战略和实施极具重要意义。

土沉香（Aquilaria sinensis）属于瑞香科沉香属常绿乔木树种，天然分布于广东、广西和海南以及香港等省区。土沉香木材含油脂部分称为沉香，因其具有优异的医疗和保健功能，香味浓郁且价值不菲，为我国特有的乡土珍贵木材和药材兼用树种［11-12］。近年来，随着土沉香种植业的规模化发展，其优质苗木繁育研究也引起林业工作者所关注。如王冉［13］开展传统施肥和指数施肥的土沉香幼苗氮（N）肥响应研究指出，指数施肥处理的幼苗生长形态指标表现更为优异，通过建立苗期营养诊断指数表，获取幼苗所需N、P和K肥配方。何茜等［14］利用不同浓度指数施肥研究方法，初步揭示土沉香苗期需肥规律，并推断幼苗氮（N）肥施用量。但生物菌肥与化肥配施对土沉香生长及土壤养分的影响试验尚未见报道，难以满足土沉香育苗产业的旺盛需求。因此，本研究以土沉香为研究对象，开展生物菌肥与氮肥、磷肥、钾肥或复合肥配施对土沉香苗期生长、叶片生理和土壤养分含量的影响，为土沉香优质苗木培育和育苗技术体系的完善提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2018年3月以来，从广西友谊关森林生态系统国家定位观测研究站热林中心站点苗木繁育基地选取生长良好、比较均匀的2年生土沉香实生苗，平均地径为0.72 cm，平均苗高为0.76 m，盆栽于广西凭祥市夏石树木园附近（N22°05′，E106°53′）。供试验所用土壤为林地周边（0～30 cm）红壤土，采用多点取样具有代表性的红壤土1 kg，共计3份；土壤样品测定理化性质作为本底数据。经检测盆栽所用红壤土理化平均数值分别为：土壤pH值4.21，有机质28.72 g·kg-1，碱解N 78.59 mg·kg-1，有效P 0.83 mg·kg-1和速效K 32.34 mg·kg-1，全 N 1.83 g·kg-1、全 P 0.87 g·kg-1和全 K 1.45 g·kg-1。

供试生物菌肥主要包括土壤益生菌、多元盛肽、有机酸等成分；N肥（N 46.3%）、P肥（P2O550.8%）和K肥（K2O 50.8%）以及复合肥（N∶P2O5∶K2O=16∶16∶16，总养分质量分数≥ 48%）。

1.2 试验方法

采用随机完全区组设计，设置不同水平处理的生物菌肥与化肥配施试验：即不施肥处理（CK），N1（5 g生物菌肥）、N2（5 g生物菌肥+20 g N肥）、N3（5 g生物菌肥+20 g P肥）、N4（5 g生物菌肥+20 g K肥）和N5（5 g生物菌肥+20 g复合肥）；M1（10 g生物菌肥）、M2（10 g生物菌肥+20 g N肥）、M3（10 g生物菌肥+20 g P肥）、M4（10 g生物菌肥+20 g K肥）和M5（10 g生物菌肥+20 g复合肥），共计11个处理。3次重复。每重复栽植12株，共36株·处理-1，本次试验总计用苗396株。

将栽植所用的红壤土进行高锰酸钾消毒和自然风干处理，先把CK、土壤与需添加不同比例的肥料混合均匀后装入聚乙烯育苗容器（容器直径和高度30 cm×20 cm）内，装土共计6.5 kg·盆-1。在2018年4月初将土沉香栽植于经过各处理的育苗容器土壤中进行培育。

1.3 测定项目与方法

2018年12月中下旬，采用显数游标卡尺（精确度0.1 mm）和钢卷尺（精确度0.1 cm）测量土沉香幼苗地径和高度，叶绿素仪（SPAD502）测定叶绿素含量、考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量和蒽酮比色法测定可溶性糖含量［7，15］。采用收获法，从各试验处理随机取样15株土沉香幼苗，称量植株地上部分和地下部分生物量，并带回实验室于80℃烘干至恒重称重。

将土沉香幼苗从育苗容器移出后，土壤取样带回实验室风干，用于测定土壤理化性质。其中，采用酸度计测定土壤pH值，K2Cr2O7氧化-外加热法测定土壤有机质含量、碱解扩散法测定碱解N含量、NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定有效P含量和CH3COONH4浸提-火焰光度法测定速效K含量［16］，所有的土壤样品重复测定3次取平均值。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SPSS 20.0对数据统计分析，各处理的土沉香幼苗地径、苗高和生物量以及土壤养分进行单因素（One-way ANOVA）方差分析。同时，每个处理间各项生长调查指标进行Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 生物菌肥与化肥配施对土沉香生长指标的影响

2.1.1 地径

从图1可以看出，生物菌肥与化肥配施的土沉香幼苗地径差异达到显著水平（P＜0.05）。与不施肥处理（CK）比较发现，其他处理的幼苗地径均显著增加。施用5和10 g单一生物菌肥时，二者幼苗地径平均值（2.38和2.46 cm）与CK处理（1.37 cm）差异显著（P＜0.05）。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施时，土沉香幼苗地径平均值与CK相比分别增加100%、120%、83.94%和135.77%。10 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施时，土沉香幼苗地径平均值与CK相比分别增加114.60%、127.01%、109.49%和205.84%。总体上来看，10 g生物菌肥的水平处理组明显优于5 g生物菌肥的梯度，以生物菌肥与复合肥配施对土沉香地径的促进作用效果最好。

图1 生物菌肥配施对土沉香地径的影响

2.1.2 苗高

由图2可知，生物菌肥与化肥配施对土沉香苗高有显著的促进作用。与CK处理相比，其他处理的平均苗高亦均呈显著地增加。施用5和10 g单一生物菌肥时，CK处理的平均苗高（0.96 m）与前者（1.12 m）差异不显著（P＞0.05），而与后者（1.44 m）差异达到显著水平（P＜0.05）。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施处理差异不显著（P＞0.05），但生物菌肥与化肥配施的效果均优于施用单一生物菌肥，其平均苗高大小顺序依次为N5＞N3＞N4＞N2＞N1。10 g 生物菌肥与 20 g N、P、K 或复合肥配施处理差异显著（P＜0.05），其苗高均值大小顺序为 M5＞M3＞M2＞M4＞M1。其中，10 g 生物菌肥的水平处理组优于5 g生物菌肥的梯度，以生物菌肥与复合肥配施对土沉香地径的促进作用效果最优。

图2 生物菌肥配施对土沉香苗高的影响

2.1.3 生物量

由图3可知，生物菌肥与化肥配施的土沉香生物量差异显著（P＜0.05）。与CK处理相比，其他处理的土沉香幼苗生物量均显著增加。其中，生物菌肥与N、P、K或复合肥配施的效果均优于施用单一生物菌肥，与土沉香幼苗地径和苗高的增长基本一致。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施时，N5处理的效果最好，比CK增加79.00%；10 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施时，M5处理的效果最好，比CK增加131.19%。说明适当的增加生物菌肥用量与复合肥配施可显著地提高土沉香幼苗的生物量积累。

图3 生物菌肥配施对土沉香生物量的影响

2.2 生物菌肥与化肥配施对土沉香生理指标的影响

2.2.1 叶绿素

图4显示，生物菌肥与化肥配施的土沉香叶片叶绿素含量差异达到显著水平（P＜0.05）。与CK相比，其他处理的土沉香叶绿素含量均有所增加，但不同水平的生物菌肥与化肥配施处理组间增幅各异。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，N3处理叶绿素含量增幅最大（44.09%），N5处理组增幅次之（38.58%），其他3个处理组的增幅范围为21.26%～27.56%。10 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，M3处理叶绿素含量增幅最大（66.14%），M5处理组增幅次之（55.91%），其他3个处理组的增幅范围为25.20%～32.28%。

图4 生物菌肥配施对土沉香叶片叶绿素含量的影响

2.2.2 可溶性糖

图5显示，生物菌肥与化肥配施的土沉香叶片可溶性糖含量差异显著。与CK相比，其他处理的土沉香叶片可溶性糖含量均有所增加，但不同水平处理组间增幅各异。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，土沉香叶片可溶性糖含量的增幅大小依次为 N5（23.67%）＞N3（22.14%）＞N2（21.56%）＞N4（20.45%）＞N1（20.32%）；10 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，土沉香叶片可溶性糖含量的增幅大小依次为M3（26.13%）＞M5（26.12%）＞M2（24.08%）＞M4（22.97%）＞M1（22.51%）。

图5 生物菌肥配施对土沉香叶片可溶性糖含量的影响

2.2.3 可溶性蛋白质

图6显示，不同水平处理组的土沉香叶片可溶性蛋白质含量明显高于CK。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，土沉香叶片可溶性蛋白质含量的增幅范围为12.68～19.74%，N2（19.59%）和N5（19.74%）可溶性蛋白质含量的增幅效果最为明显。10 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，土沉香叶片可溶性蛋白质含量的增幅次序依次为M5（31.74%）＞M3（29.61%）＞M4（24.63%）＞M2（24.09%）＞M1（20.08%）。说明10 g生物菌肥与化肥配施的处理组可溶性蛋白含量明显高于5 g菌肥的处理组，且不同水平处理组间差异达到显著水平（P＜0.01）。

图6 生物菌肥配施对土沉香叶片可溶性蛋白质含量的影响

2.3 生物菌肥与化肥配施对土沉香土壤养分的影响

由表1可知，不同水平生物菌肥与化肥配施的土壤有机质、碱解N、有效P和速效K含量差异显著（P＜0.05）。与CK相比，经过施肥处理的土沉香土壤有机质含量均表现为增加的趋势。5 g生物菌肥与20 g N、P、K或复合肥配施，N2处理的碱解N含量较高，N5处理的土壤有机质、有效P和速效K含量提高幅度较大；10 g生物菌肥与20 g复合肥配施时，M2处理的碱解N含量为最高，M5土壤有机质含量、有效P和速效K增幅效果最大，说明适当的生物菌肥与复合肥配施提高土壤养分的效果更好。

表1 生物菌肥配施对土壤有机质、碱解N、有效P和速效K含量的影响

3 结论与讨论

研究表明，施用单一生物菌肥及其与N、P、K或复合肥配施对土沉香植株生长量均优于对照处理，M5（10 g生物菌肥+20 g复合肥）处理幼苗生长效果最好，与其他处理差异显著（P＜0.05）。与CK相比，在土沉香苗期施用生物菌肥对幼苗地径、苗高和生物量有着显著的促进作用，这与生物菌肥能显著地提高油茶［7］、马尾松［9］、巨尾桉［17］苗期生长量的研究结果相似。同时，施用化肥对于幼苗生长亦有显著促进作用，但施用单一过量的化肥可造成土壤的严重污染［18］。本研究发现，经不同处理水平的生物菌肥与N、P、K或复合肥配施比施用单一生物菌肥的效果更好，以M5处理的效果最优，N1处理相对较差，说明合适的生物菌肥与化肥配施对促进苗木生长、减少环境污染极具重要意义。也有学者研究认为，生物菌肥与P肥配施对油茶生长的效果最佳［7］，这与本研究的结果有所差异，原因可能与树种生物学特性、幼苗养分需求以及育苗土壤来源方面各异有关。

研究结果显示，不同水平处理组的土沉香叶片叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白质含量均高于CK，M3处理叶绿素和可溶性糖的含量最大，M5处理可溶性蛋白质含量最大。

以往其他树种研究发现，生物菌肥与化肥配施的油茶［10］、杨梅［19］以及鼓节竹［20］幼苗叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白质含量等生理指标的增幅效果较好，与本研究的结果基本一致。究其原因，可能与生物菌肥和化肥配施，不仅有效地改善土壤环境，利于土壤微生物繁殖代谢，提高土壤呼吸强度，促进植物生长发育。但不同水平处理组之间存在一定的差异性，其原因颇为复杂，尚待从幼苗光合利用效率以及土壤微生物多样性方面开展深入研究。

本研究还发现，生物菌肥与化肥配施皆可有效地提高土壤肥力，M2处理的土壤碱解N含量增幅最大，M5处理的有机质、有效P和速效K含量增幅最为显著。杨盼盼等［2］研究亦表明，生物菌肥与化肥配施能够快速增加土壤有机质含量，有效地提高土壤碱解N、有效P和速效K含量，Bouranis等［21］研究亦得出相类似观点，与本研究的结论基本一致。他们研究认为，这可能是生物菌肥含有固氮菌、解磷菌和解钾菌等大量有益微生物，其生命活动可达到培肥地力的缘故。因此，生物菌肥与化肥配施是提高土壤有益微生物多样性、数量以及土壤养分含量的关键。

综上所述，适当的生物菌肥与化肥配施可使土壤养分潜力得到充分挖掘，利于增强土壤的肥力，为苗木培育提供更多的养分元素。同时，增加土壤有益微生物的种类和数量，抑制有害病原菌和提高苗木抗逆抗病能力，从而为幼苗生长创造良好的环境［22］。在本研究中M5处理，即10 g生物菌肥与20 g复合肥配施，增强土壤肥力的效果更佳，促进土沉香幼苗生长的效果最好，可作为此生物菌肥与化肥配施的推荐用量。本研究成果为培育优质土沉香苗木和推广利用生物菌肥提供理论指导，也说明生物菌肥在复合肥研发中具有广阔的应用前景。