微生物菌剂对马铃薯植株干物质累积、土壤酶活性及产量的影响

李沁爽，郭天文，2*，谭雪莲，张平良，刘晓伟

（1.甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070；3.甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070）

0 引言

马铃薯是仅次于小麦、稻谷和玉米的第四大粮食作物，中国是世界上最大的马铃薯生产国和消费国，产量占世界总产量的24.91%，但单产仅为发达国家的1/3，增产潜力巨大[1]。甘肃省耕地资源丰富，土层深厚，土质疏松，水热资源丰富，具有种植马铃薯的天然优势，2020年，甘肃省马铃薯总产量位居全国第二，种植面积位居全国第三，定西作为甘肃马铃薯的集中种植区，已成为全国三大马铃薯种薯及商品薯生产基地之一[2]，马铃薯产业已经成为了农民增收致富的支柱产业之一。

近年来，由于马铃薯连作种植以及化学肥料的过量施用，马铃薯连作障碍日益严重，导致了马铃薯化学特性劣化、土壤理化性质劣变、库源关系的失衡、土传病害加剧、根际微生态环境恶化、块茎产量和品质的降低[3，4]等一系列问题，成为了甘肃马铃薯产业可持续发展的限制因素。

微生物菌剂作为一种活菌制剂，能够通过微生物在土壤中的生命活动，活化土壤环境，改善土壤结构，促进土壤养分的释放和作物对养分的吸收，具有刺激作物生长发育、增加产量、提高作物品质、控制作物病虫害、预防土传病害及种传病害等多种功能[5]。本试验采用黑龙江黑沃土生物科技有限公司生产的黑沃土微酸性颗粒菌剂，旨在研究黑沃土酸性微生物颗粒菌剂在石灰性土壤上的使用效果，为作物持续高效生产提供理论依据和技术措施。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

大田试验于2020年在甘肃省定西市安定区团结镇高泉山进行，该地位于北纬35°24′21″，东经104°34′94″，海拔2 155 m，海拔较高，年平均气温较低，年降水量500～550 mm，属干旱、半干旱地区，农业类型为雨养农业，土壤类型为黄棉土，土壤肥力中等，试验地土壤基础养分见表1，前茬作物为柴胡。

表1 试验地耕层土壤基本理化性质

1.2 试验材料

供试马铃薯品种为陇署10号。

试验所用菌剂为黑沃土酸性微生物颗粒菌剂（有效活菌数≥5亿/g），主要功能菌为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌以及哈茨木霉菌等多种复合菌，总养分≥15%（N 10%，P2O52%，K2O 3%）。

试验所用化肥：尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）、氯化钾（K2O 60%）。

1.3 试验设计

本试验设置三个处理，随机区组排列，每个处理重复3次，每个小区面积42 m2。除绝对对照不施肥外，其余各处理肥底为推荐施用化肥，化学肥料全部在播前基施，黑沃土酸性微生物颗粒菌剂采用穴施。马铃薯供示品种均为陇薯10号，采用全膜覆盖垄播栽培，垄高30 cm、行距60 cm、株距30 cm，播种密度3 500穴/亩。试验于2020年4月20日播种，10月20日收获。

试验处理。（1）无肥对照（CK）。（2）单施化肥（F）:（N 180 kg/ha，P2O590 kg/ha，K2O 90 kg/ha）。（3）化肥+颗粒菌剂225 kg/ha（FM225）：单施化肥+颗粒菌剂225 kg/ha。

1.4 测定项目和方法

分别于7月5日、7月21日、8月13日、8月25日、9月6日、9月20日、10月14日每小区随机取样1株，切碎后用烘箱105℃杀青30分钟，再将烘箱调至80℃烘干至恒重，分别测定马铃薯茎叶、薯块、根干物质重量；分别于7月5日、7月21日、8月13日、8月25日、9月6日测定马铃薯株高，每个小区测量10株。于马铃薯薯块膨大期（8月25日），采集0～20 cm、20～40 cm土样。

土壤酶活性测定。过氧化氢酶测定采用高锰酸钾滴定法，脲酶测定采用苯酚钠—次氯酸钠比色法，碱性磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法[6]。

马铃薯产量测定。按区测产，测定每个小区产量，并折合为亩产，商品薯标准为大于150 g的块茎。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件绘图，DPS 7.05统计软件对数据进行方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯生长的影响

2.1.1 不同处理对马铃薯茎叶干物质累积的影响。由图1可知，随着生育时期的不断增加，马铃薯地上部分干物质在峰值之后出现下降，其中CK与F在8月25日达到峰值，FM255在9月6日达到峰值，总体表现为FM225＞F＞CK，平 均 干 物 量 分 别 为CK：64.2，F：178.3，FM225：226.7，化肥配施菌剂较不施肥和单施化肥地上部分干物质量分别平均增加了253.11%、27.19%。说明施用黑沃土微生物菌剂能够促进马铃薯地上部分的生长。

图1 不同施肥处理下马铃薯地上部分干物质积累状况

2.1.2 不同处理对马铃薯块茎干物质累积的影响。如图2所示，马铃薯块茎干物质积累量呈不断上升的趋势，8月13日至9月6日期间增长速度最快，之后增速逐渐平缓，不同处理之间的差异随生育进程的推进而增大，总体表现为FM225＞F＞CK，FM225与F差异较小，与CK差异较大，三种不同施肥处理下，在施用化肥基础上施用微生物菌剂更有利于马铃薯块茎干物质的积累。

图2 不同施肥处理下马铃薯块茎干物质积累量

2.1.3 不同处理对马铃薯根干物质累积的影响。由图3可以看出，根干物质质量随生育期的推进不断增加，均在8月25日达到峰值后出现下降，CK下降幅度最大。总体表现为FM225＞F＞CK，其中FM225较CK提高53%，较F提高8.34%，F与FM225差异较小，CK处理根干物质量明显低于F、FM225。

图3 不同施肥处理下马铃薯根干物质积累量

2.1.4 不同处理马铃薯全株干物质累积的影响。干物质积累量是衡量作物养分吸收状况的重要指标，干物质积累量越多，说明作物的长势越好，由图4可以看出，三种施肥方式下，马铃薯长势FM225＞F＞CK，FM225、F、CK平 均 干 物 质 量 分 别 为：257.31 kg/hm2、640.39 kg/hm2、727.97 kg/hm2，马铃薯全株干物质质量总体呈不断上升并在到达峰值后缓慢下降的趋势，FM225、F、CK分别在9月6日、9月20日、8月25日到达峰值，说明化肥配施微生物菌剂能提高马铃薯全株干物质质量，F处理较FM225峰值更晚是由于马铃薯生育后期茎叶干枯脱落量FM225更大。

图4 不同施肥处理下马铃薯全株干物质积累量

2.1.5 不同处理对马铃薯株高的影响。由图5可知，全生育期FM225处理株高均为最高，长势最好，与CK相比较，FM225株高增加了143%，与F相比FM225株高增加了3%，说明施用微生物菌剂可以增加作物长势，促进植株生长。

图5 不同处理对马铃薯株高的影响

2.2 不同处理对马铃薯土壤酶活性的影响

2.2.1 不同处理对土壤过氧化氢酶的影响。过氧化氢酶广泛存在于动植物体、微生物体和土壤中，作为一种具有催化作用的蛋白质分子，能促进生物体内有毒的过氧化氢的催化与分解，能够反映土壤中氧化还原反应的强弱程度，也与土壤中的有机质及微生物数量有关[7，8]，由表2可知，土壤过氧化氢酶活性20～40 cm土层整体高于0～20 cm土层，三个处理中，FM225＞CK＞F，其中，0～20 cm土 层，F较CK降 低3.28%，FM225较CK增 加1.39%，20～40 cm土层，F较CK降低7.58%，FM225较CK增加2.53%，说明单施化肥会降低土壤酶活性，但化肥与微生物菌剂配施后土壤酶活性增加。

表2 不同施肥处理土壤过氧化氢酶活性

2.2.2 不同处理对土壤脲酶的影响。脲酶存在于大多数微生物和植物体中，能够直接参与土壤有机氮的转化，使尿素得以快速分解，土壤脲酶活性能够表征土壤的氮素状况。由表3可以看出，土壤脲酶活性在0～20cm土层及20～40 cm土层均表现为FM225＞CK＞F，其中FM225较CK两个土层分别增加5.17%、27.27%，FM225较F处理两个土层分别增加12.96%、82.61%，可见施用化肥会降低土壤脲酶活性，化肥配施菌剂能增加脲酶活性。

表3 不同施肥处理土壤脲酶活性

2.2.3 不同处理对土壤碱性磷酸酶的影响。土壤磷酸酶可以将植物无法直接吸收利用的有机磷转化为可以直接利用的无机磷，其活性可以反应土壤的供磷水平。由表4可以看出，施用化肥及微生物菌剂能增加土壤碱性磷酸酶活性，总体表现为随土层的加深而降低，其中CK降低43.15%，F降低41.17%，FM225降低26.94%，不同处理间0～20 cm土层FM225较CK增加5.26%，较F增加2.56%，20～40 cm土层FM225较CK增加37.21%，较F增加28.26%。

表4 不同施肥处理土壤碱性磷酸酶活性

2.3 不同处理对马铃薯产量的影响

由表5可知，三个处理中FM225产量、商品率、单株结薯数、单株薯重等均达到最高，施用微生物菌剂能显著提高马铃薯产量、单株结薯数与单株薯重，FM225较CK增产103.94%，较F增产12.72%，单株结薯数与单株薯重FM225较CK分别提高112.5%、255.9%，较F分别增加9.68%、12.04%，商品薯率FM225较CK高24.47%，较F高0.21%，FM225与F差异较小，施用微生物菌剂对提高马铃薯商品率作用较小。

表5 不同施肥处理对马铃薯产量及经济性状的影响

3 讨论与结论

微生物菌剂能够增强微生物的活性，活化土壤环境，通过微生物活动中产生的一些有机酸性物质，促进土壤中难以被植物吸收利用的物质如磷元素、钾元素以及其它难溶的微量元素的释放，增加了化肥的利用效率，提高了土壤的肥力[9，10]，有利于马铃薯的生长。同时，微生物菌剂也具有抑制作物病虫害、诱导植物系统产生抗性，预防土传病害及种传病害的功能，能够减少马铃薯发病率，进而促进马铃薯的生长，提高马铃薯干物积累量及产量。本次黑沃土微生物菌剂田间验证表明，与单独施用常规化肥相比，微生物菌剂配施常规化肥能够促进马铃薯的生长发育，增加马铃薯株高，提高马铃薯茎叶、根的干物质积累量，进而促进马铃薯块茎干物质的积累，尤其对马铃薯生育中后期的影响较为明显，这与崔亮等[11]的研究表明施用微生物菌肥能增加马铃薯茎叶、根系及块茎干物质量的结果一致。

李星星等[12]研究表明，施用复合微生物菌剂能提高马铃薯商品率、增加马铃薯单株结薯数、单株薯重以及块茎产量，但随施菌量增加而先增后减；张敏硕等[13]研究表明，施用微生物菌剂可以增加三个品种的马铃薯产量，改善马铃薯品质；付华军等[14]研究表明，施用复合微生物菌剂能增加马铃薯的开花率、增加单株薯重、显著提高商品率，马铃薯产量增加30.68%，在本次田间验证中，施用黑沃土微酸性颗粒菌剂能增加马铃薯单株结薯数与单株薯重，但对马铃薯商品率作用还不明显，能提高马铃薯产量，使马铃薯产量较常规施肥产量增加13%，具有明显的增产效果。

土壤酶主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物及动植物残体分解释放的酶，是一种产生生物化学反应的催化剂，土壤酶活性与土壤理化性质、土壤养分状况、土壤生物学活性等密切相关，是评价土壤肥力水平以及土壤生态环境质量的重要指标[15，16]，本次试验中，施用黑沃土微酸性微生物颗粒菌剂后，土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性在0～20 cm土层及20～40 cm土层均有所增加，其中过氧化氢酶活性随土层的加深而增加，脲酶、碱性磷酸酶活性在0～20 cm土层更高，过氧化氢酶活性及脲酶活性不同处理间表现为FM225＞CK＞F，碱性磷酸酶活性表现为FM225＞F＞CK，单施化肥会使脲酶及过氧化氢酶活性降低，碱性磷酸酶活性增加，说明单施化肥会发生土壤脲酶及过氧化氢酶的酶促反应，降低其酶活性，但施用微生物菌剂配施常规化肥的酶活性在不同土层均为最高值，其原因可能是施用微生物菌剂增强了土壤中的微生物活性，促进了土壤中有机化合物的分解，提供了酶促反应底物，从而促进了微生物的生长，而土壤酶主要来源于土壤微生物和植物根系的分泌物，所以施用微生物菌剂有提高土壤酶活性的效果[16，17]。