生物肥料HZ-24对黄芪生长及土壤微生物数量和酶活性的影响

李娟,王文丽,赵旭

(甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070)

0 引 言

黄芪(Astragalusmongholicus)属多年生豆科植物，其根具有很高的药用价值，是我国常用中药材之一，主要产自内蒙古自治区、山西省、甘肃省和黑龙江省的部分地区。黄芪具有补气升阳、固表止汗、脱毒排脓、利水消肿和生肌、调节免疫力、降低血糖、抗氧化及抗病毒等多种功效[1-3]；在中医美容、心脑血管疾病的治疗中也具有重要作用[4-8]。随着人们对黄芪的需求增多，黄芪的栽培面积也越来越大。而适宜黄芪生长的土地面积有限，造成黄芪多年连作，使土壤营养元素缺失，微生物菌群失衡，有害菌群繁殖，土传病害增加[9]，再加上中药材栽培过程中长期施用化肥，忽视有机肥的使用，造成肥效下降，肥料利用率不高，土壤板结等弊端。土壤条件的恶化使中药材的品质降低，而合理施肥可以改善土壤条件，提高中药材的产量和品质[10-11]。有研究表明，与化肥相比有机肥和生物肥料更能有效改善土壤理化性质、提高肥力，改变根际微生物群落结构，增强作物抗病能力，提高作物品质和产量[12]。杨盼盼等[13]研究表明，施用生物肥料能提高土壤中有机质、碱解氮和速效钾含量。许多研究表明，微生物菌剂和生物有机肥在多种作物上施用，都能有效改善土壤理化性质，提高土壤养分含量，并能促进作物对营养元素的吸收和利用，增强作物的抗病性[14]。由此可见，微生物菌剂和生物有机肥主要通过改变土壤有效成分、土壤酶活性、土壤微生物种类和数量来改善植物的生长环境，从而促进植物生长并改变其品质[15-17]。因此使用微生物菌剂和生物有机肥是解决连作障碍的有效途径[18-19]。虽然在生产中应用的生物肥料或微生物菌剂很多，但是针对黄芪的专用生物肥料很少。HZ-24是甘肃省农科院土肥所微生物研究室研制的一种黄芪促生生物有机肥料，它对黄芪具有很好促生作用，为了进一步探讨黄芪促生生物有机肥HZ-24对黄芪的促生效果和促生机理，进行了生物肥料在黄芪上的盆栽试验，为生物肥料HZ-24的推广和黄芪安全生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生物肥料HZ-24由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所农业微生物研究室研制，有机质含量513 g·kg-1、全氮2.70 g·kg-1、全磷4.50 g·kg-1、全钾13.50 g·kg-1、pH 7.58、假节杆菌(Pseudarthrobacterspp.)的活菌数≥2.0×108cfu·g-1。

供试土壤：采自甘肃省农业科学院兰州试验地。前茬作物为亚麻，土壤属灌淤土，土壤理化性状为：全氮1.54 g·kg-1、全磷1.31 g·kg-1、全钾21.5 g·kg-1、碱解氮57.2 mg·kg-1、速效磷25.9 mg·kg-1、速效钾206 mg·kg-1，有机质14.5 g·kg-1，pH 8.36。

化学肥料：氮肥使用尿素(含N：46%)、磷肥使用磷酸二氢钙(含P2O5：55.2%)。

供试作物：蒙古黄芪。

1.2 试验设计与方法

试验设计了6个处理：(1)CK(不施肥)；(2)载体10 g·盆-1；(3)生物肥料HZ-24 10 g·盆-1；(4)NP(纯N 0.1 g·kg-1，P2O50.1 g·kg-1)；(5)NP(纯N 0.1 g·kg-1，P2O50.1 g·kg-1)+载体10 g·盆-1；(6)NP(纯N 0.1 g·kg-1，P2O50.1 g·kg-1)+生物肥料HZ-24 10 g·盆-1。

试验设在甘肃省农科院温棚内(103°34′～103°47′E，36°5′～36°10′N)，盆栽试验，试验盆钵为塑料小花盆。花盆最大直径14 cm，高24 cm，每盆装土1.3 kg(土∶蛭石=10∶1.5)。移栽前称取含水量为15%的土样100 kg与15 kg蛭石粉充分混匀，然后分装，每盆1.3 kg，载体处理或菌肥处理将1.3 kg混合土样与各处理相应的载体或菌肥充分混匀后装盆。每盆灌水300 mL。每个处理装盆10盆，相同处理的盆钵南北方向依次摆放，不同处理东西方向依次摆放，尽量使各处理温度一致，黄芪每盆播种50粒，出苗后15天后定苗10株，生长40天后每盆定植6株，定植后NP处理第一次施肥，每盆施纯氮0.065 g(尿素0.141 g)，P2O50.065 g(磷酸二氢钙0.118 g)，肥料溶入水中浇入(将50盆的肥料溶解到10 L水中，每盆200 mL)，不施肥处理浇清水200 mL，60天后第二次施肥，肥料用量同第一次。黄芪生长90天收获。

1.3 样品采集与测定方法

黄芪植株的收获及根瘤收集：把黄芪植株与土全部从花盆倒出，轻轻抖落根上的土壤，将黄芪植株装入塑料袋中，把土壤中掉落的根瘤全部捡出来放入塑料袋中。实验室内将根及根瘤倒入1 mm的筛子中进行冲洗，冲洗干净后把根瘤全部捡出来，用卫生纸把水吸干后进行计数和称重；植株样进行株高、根长、根粗测量，然后风干分别测地上部干重和根干重。

根际土壤取样方法：把黄芪植株与土全部从花盆倒出，抖落根周围的土块，收集根表2 mm的土至牛皮纸上，收集的土样每三盆混合均匀作为一个样品装入一个自封袋中，每个处理取3个样品，采集的土样放入4 ℃冰箱中保存，进行细菌、真菌、放线菌数量和土壤酶活性的测定。

土壤中细菌、真菌、放线菌数量测定采用稀释平板法；土壤脲酶活性采用靛酚比色法，碱性磷酸酶、中性磷酸酶、酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法[20]。

1.4 统计分析

数据经Microsoft Excel 2007进行处理和计算，采用DPS统计软件对不同处理间差异显著性进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对黄芪根生长的影响

施用HZ-24生物肥料能够促进黄芪根的生长，增加黄芪的根干重和根直径(表1)。与不施肥对照(CK)相比，施用HZ-24生物肥料单一处理和载体处理的根干重分别显著增加40.8%和25.6%(P<0.05)，施用生物肥料较施用载体处理相比根干重显著增加12.1%(P<0.05)。化肥配施HZ-24生物肥(NP+HZ-24)处理较单施化肥(NP)处理的根干重显著增加16.2%(P<0.05)，较配施载体(NP+载体)处理的根干重显著增加14.4%(P<0.05)；与单施化肥相比，化肥配施HZ-24(NP+载体)处理未对根干重产生显著的影响，说明施用生物肥料能够显著增加黄芪的根干重。在不施肥条件下，HZ-24生物肥料的促生作用由载体的肥效和菌的促生效果两部分组成，在施肥条件下，菌的促生效果比载体显著。

表1 不同处理对黄芪根生长的影响

生物肥料对黄芪根的促进作用主要表现在根直径增加。与不施肥对照相比，施用生物肥料和载体处理分别使黄芪的根直径显著增加36.7%和30.1%(P<0.05)。与单施化肥处理相比，配施生物肥料后黄芪的根直径显著增加19.2%(P<0.05)，配施载体虽然增加了根直径，但是未达到显著差异。

2.2 不同施肥处理对黄芪结瘤数量和重量的影响

施用HZ-24生物肥料对黄芪的根瘤数影响不大，尤其是化肥配施生物肥料根瘤数反而减少(表2)；但是，配施生物肥料HZ-24后根瘤重显著增加38.4%(P<0.05)。生物肥料处理的根瘤重较不施化肥CK显著增加32.8%(P<0.05)；配施生物肥料(NP+HZ-24)处理的根瘤重比单施化肥(NP)处理增加13.8%，比配施载体(NP+载体)处理增加26.3%。对于单个根瘤重来说，生物肥料(HZ-24)处理和载体处理的单个根瘤重分别比不施肥CK显著增加25.2%和19.9%(P<0.05)；配施生物肥料处理的单个根瘤重比施化肥处理显著增加53.1%(P<0.05)，比配施载体处理增加28.5%。进一步说明在黄芪上施用生物肥料主要是增加了单个根瘤重。

表2 不同处理对黄芪根瘤数量和重量的影响

2.3 不同施肥处理对黄芪根际土壤微生物数量的影响

表3结果显示，在黄芪上施用生物肥料HZ-24可以显著的改变黄芪根际土壤微生物数量和根际微生物的群落结构。与不施肥对照相比，施用生物肥料HZ-24处理细菌和放线菌分别显著增加37.3%和22.7%(P<0.05)，真菌显著减少19.3%(P<0.05)；施用载体的处理与对照相比，细菌和放线菌分别显著增加28.4%和22.5%，真菌显著减少8.1%(P<0.05)；生物肥料HZ-24处理与载体处理相比，真菌显著减少12.2%(P<0.05)。与单施化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24处理的细菌和放线菌分别显著增加23.7%和14.6%(P<0.05)，真菌显著减少37.1%(P<0.05)；化肥配施载体处理真菌显著减少34.3%(P<0.05)；生物肥料处理与载体处理相比细菌显著增加14.3%(P<0.05)。

用细菌和放线菌数量之和与真菌数量相比的比值来分析土壤中微生物的群落结构，这个比值用Q来表示。施用生物肥料HZ-24可以显著改变黄芪根际土壤微生物的群落结构(表3)。与不施肥CK相比，施用生物肥料HZ-24、载体处理的Q值分别显著增加67.2%、38.6%(P<0.05)，生物肥料HZ-24与载体相比，Q值显著增加20.6%(P<0.05)。与单施化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24和载体处理的Q值分别显著增加93.5%、64.3%(P<0.05)，化肥配施生物肥料HZ-24与化肥配施载体相比，Q值显著增加17.8%(P<0.05)。

表3 不同处理对黄芪根际微生物数量的影响

2.4 不同施肥处理对黄芪根际土壤脲酶和磷酸酶活性的影响

施用生物肥料能够显著的增加黄芪根际土壤脲酶活性(表4)。与不施肥对照相比，生物肥料HZ-24处理、载体处理土壤脲酶活性分别显著增加24.2%、18.9%(P<0.05)。与单施化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24处理、化肥配施载体处理土壤脲酶活性分别显著增加45.7%、37.3%(P<0.05)。

生物肥料HZ-24对黄芪根际土壤磷酸酶活性有显著的促进作用(表4)。与不施肥对照相比，施用生物肥料HZ-24处理的碱性磷酸酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性分别显著增加18.1%、25.9%和44.2%(P<0.05)；载体处理碱性磷酸酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性分别显著增加11.3%、23.2%和33.1%(P<0.05)。与单施化肥处理相比，化肥配施生物肥料处理的碱性磷酸酶、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性分别显著增加24.8%、6.7%和54.0%(P<0.05)；化肥配施载体处理的碱性磷酸酶和中性磷酸酶活性分别显著增加13.2%和32.4%；化肥配施生物肥料与化肥配施载体处理相比，碱性磷酸酶中性磷酸酶活性分别增加10.2%和16.3%(P<0.05)。

表4 不同处理对土壤酶活性的影响

3 讨论

根际促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria，PGPR)是生存于植物根际或根表、间接或直接地促进或调节植物生长的微生物[21-22]。目前已经报道的PGPR细菌属主要包括：芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、微杆菌属(Microbacterium)、微小杆菌属(Exiguobacterium)、农杆菌属(Agrobacterium)、埃文氏菌属(Eriwinia)、黄杆菌属(Flavobacterium)、巴斯德氏菌属(Pasteuria)、沙雷氏菌属(Serratia)、弧菌属(Vibrio)、窄食单胞菌属(Stenotrophomonas)和肠杆菌属(Enterobacter)[23-24]等。本研究施用的生物有机肥料HZ-24中的假节杆菌对黄芪亦具有较强的促生作用，不施肥时假节杆菌对根干重增产贡献15.2%，根直径增加贡献6.6%；施用NP化肥时，根干重增产贡献21.4%，根直径增加贡献9.3%。因此，假节杆菌属(Pseudarthrobacter)是具有植物促生长作用的细菌属，这为PGPR的筛选和应用扩大了菌属范围。

根际促生菌(PGPR)的促生机制主要包括：(1)改变土壤微生物种群的种类和丰度[25]；(2)产生植物生长激素，如GA、IAA、CTK、ABA、ETH等；(3)产生抗菌素或氰化物等抵抗病原菌；(4)促进共生固氮；(5)溶磷、解钾、溶铁等养分[26]。施用含有假节杆菌的生物有机肥HZ-24能显著改变黄芪根际土壤微生物数量和根际微生物的群落结构。作物根际土壤中微生物群落结构及其组成变化能反映土壤生态现状及变化趋势，对作物健康十分重要[27]，土壤微生物种群的变化是发生连作障碍的原因之一[28]，特别是一些病原微生物的富集严重，细菌的种类和数量减少，而真菌的种类和数量增多，细菌等有益菌群减少[29]。本研究中施用含有假节杆菌的生物有机肥HZ-24可以改变黄芪根际土壤中微生物数量和群落结构，降低真菌的丰度，提高细菌的丰度和细菌/真菌的比例，使土壤向细菌型、休耕型转变。另一方面，土壤施用生物有机肥可使微生物能够利用的碳源趋于多元化，微生物能够利用的碳源种类越多，其生存能力就越强，代谢活性也就越高[30]。

施用生物有机肥HZ-24能显著提高土壤酶活性，进而促进黄芪对土壤难溶性养分的利用能力。土壤微生物数量与土壤酶有十分紧密的关系，当土壤中微生物数量增加时，土壤中酶活性也会发生不同程度的变化[31]，土壤微生物数量与酶活性间存在一定的相关性。其中细菌数量与放线菌、真菌数量及脲酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性呈极显著正相关关系[32]。本研究中施用生物肥料HZ-24，土壤中细菌、放线菌数量增加，真菌数量减少，土壤中脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶都显著增加，虽然真菌数量与脲酶、磷酸酶活性呈正相关关系，本研究中真菌数量减少，但相比于细菌和放线菌的数量，真菌的数量很少，对酶的影响很小，可以忽略。

4 结论

4.1 试验证实了假节杆菌(Pseudarthrobacterspp.)具有显著的促生作用。在黄芪移栽时施用生物肥料HZ-24对黄芪根干重有显著促进作用。与载体处理相比，根干重增加了12.1%；与化肥配施载体处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24根干重增加14.4%。

4.2 生物肥料HZ-24增产的机理是生物肥料中含有的假节杆菌可以改变黄芪根系微生物群落结构，使根际土壤细菌、放线菌的数量增加，真菌的数量减少，使土壤向细菌型、休耕性转变；施用生物肥料HZ-24能够显著的增加土壤脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性；还可以使根瘤重增加，增强了根瘤的固氮能力，有利于农作物根系对养分的吸收。

4.3 生物肥料HZ-24与化肥合理配施增产效果更为明显。在黄芪移栽时施用生物肥料HZ-24对黄芪根直径、根干重有显著促进作用。与不施肥对照相比，施用生物肥料HZ-24根干重增加了40.8%，根直径增加36.7%；化肥配施生物肥料HZ-24根干重增加69.7%，根直径增加39.1%。生物肥料HZ-24配合施用化肥处理显著高于不施肥处理，所以在实际生产应用中应当生物肥料配施适量的化肥。