微生物菌剂对枸杞生长及土壤养分的影响

吕亮雨， 段国珍， 李发毅， 苏彩风， 樊光辉

(1.青海大学农牧学院，青海西宁 810016； 2.青海大学农林科学院，青海西宁 810016；3.青海高原林木遗传育种实验室，青海西宁 810016)

枸杞(LyciumbarbarumL.)为落叶灌木，在世界各地均有分布。枸杞在我国主要分布于西北、华北等地区[1]。枸杞果实中有许多对人体有益的成分，如类胡萝卜素、黄酮、甜菜碱、枸杞多糖等[2-3]，具有止咳、明目、抗肿瘤、延缓衰老等作用[4-5]。枸杞既可做保健品又是酸甜可口的水果，是我国重要的植物资源[6-7]。随着人们生活水平的提高，对果品和保健产品的无公害要求以及营养元素含量需求也愈来愈高。有机枸杞进入了人们的视野，由于种植有机枸杞使用的有机肥料较化学肥料存在生效慢以及肥料流失等问题，如何提高有机肥料分解速度，提高土壤养分含量，进而提高有机枸杞产量及品质引起了许多学者的关注[8-10]。

微生物菌剂作为一种优良的土壤改良剂，不仅能加速有机肥分解，改善土壤环境，促进植物生长，还能改良果实品质，提高植株抗逆能力[11]。菌剂施入可加速土壤微生物活动，改善根系土壤微环境，促进有机质的矿化；微生物菌剂还能够提高有机肥利用效率，减少肥料浪费和潜在环境污染[12]。包慧芳等将化肥、有机肥和微生物菌剂混施，发现微生物菌剂不仅能够明显提高枸杞产量和品质还可以改良土壤营养结构[13]；罗青等曾将Nutrismart微生物菌剂使用在枸杞种植中，发现施用微生物菌剂后枸杞的产量以及果实中的多糖含量明显增多[14]；赵栋等研究发现有机肥混施微生物菌剂会对枸杞生长发育和抗逆能力产生影响，结果显示，使用微生物菌剂后，枸杞叶片叶绿素含量、叶片酶活性都远远高于不施肥处理，且有效降低了枸杞发病率[10]。

当前，国内对施用微生物菌剂的相关研究大都集中在小麦、玉米和水稻等粮食作物上[15-18]，对施微生物菌剂对枸杞的影响，尤其对干旱区(特别是柴达木盆地)有机枸杞的生长及土壤养分含量的研究报道相对较少。为此，本试验配施了不同用量的4种微生物菌剂进行田间试验，以分析不同的施肥方式对枸杞生长以及土壤养分含量的影响，并在此基础上制定合理的施肥措施，希望为有机枸杞园土壤肥力的提高和可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年6—11月在青海省海西蒙古藏族自治州诺木洪农场进行。试验区地处柴达木盆地东南部(36°～37°N，96°～97°E)，海拔高度约为 2 800 m。属于高原大陆性气候，空气干燥，光照时间长，昼夜温差大。年平均温度4.4 ℃，年平均降水量约40 mm，年平均蒸发量2 800 mm[19]

1.2 试验材料

供试土壤为旱田内陆盐碱土，土壤电导率EC(水土比1 ∶5)为5.13 mS/cm，pH值(水土比1 ∶2.5)为8.47。土壤养分含量分别为：有机质10.69 g/kg、全氮0.62 g/kg、全磷1.92 g/kg、全钾24.04 g/kg、碱解氮128 mg/kg、速效磷46.26 mg/kg、速效钾350.60 mg/kg。

供试肥料泰旺宝粉剂由上海大井生物工程有限公司生产，为黑色粉末，有效活菌为哈茨木霉菌和棘孢木霉菌，有效活菌数≥2亿/g，特别添加矿源黄腐酸≥5%；碧苗水剂也由上海大井生物工程有限公司生产，为深棕色液体，含有多种高活性微生物菌，有效活菌数≥2亿/mL，特别添加有机质≥45%，腐殖酸≥5%，氨基酸≥5%；绿能2号由青海灿铭农牧科技有限公司生产，为黑色粉末，主要成分为解淀粉芽孢杆菌，活菌数≥2亿/g，特别添加腐殖酸≥40%；作为基肥施用的有机肥有机质含量≥40%，N+P2O5+K2O≥5%。

供试品种是“宁杞7号”枸杞，该品种具备生长迅速、抗逆性强、产量高、品质好等优点[20]。树龄为5年，栽植枸杞3 300株/hm2，株高为0.8～0.9 m。

1.3 试验设计

试验施用的微生物菌剂种类及用量如表1所示，每种肥料设置2个梯度，并以不施微生物菌剂做对照(CK)，共9个处理。每个处理重复3次，一共27个小区，每个小区均栽植30株枸杞树，株距 1 m，行距3 m，小区面积90 m2。于2021年7月1日在植株滴水线下方挖穴，穴长80 cm、宽20 cm、深 30 cm，将微生物菌剂与基肥混合施入穴中，对照组施加清水，覆土。在施肥后马上灌水，使肥料均匀分布在枸杞根部，田间管理同大田生产。

表1 不同试验处理生物有机肥种类及用量

1.4 试验指标测定及方法

1.4.1 土壤指标测定 于2021年10月1日采集土样，按照5点混合取样法采集各个小区0～30 cm土层处土壤，混匀成1份样品，阴干。参照《土壤农化分析(第三版)》，测定土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、电导率、pH值等指标[21-22]。

1.4.2 枸杞生长指标的测定 每个小区选3株长势一致的树做样树，使用卷尺测定其树高、冠幅、结果枝长度。树高每株样树测3次取平均值。冠幅测量相互垂直的2个方向树冠直径，每株样树测3次取平均值。每株样树选取3条上部新生枝条作为结果枝测量枝条长度，每条结果枝测量3次取平均值。自2021年7月1日开始，每隔15 d测量1次。

1.4.3 枸杞生理指标的测定 每个小区选择长势一致的枸杞3株作为样树，在样树上部选取9个新生枝条作标准枝，每个枝条随机摘取5片健康叶片，将采摘的叶片用锡箔纸包裹后放入液氮罐中带回实验室测量其酶活性。过氧化物酶(POD)活性参照李忠光的方法[23]测定；多酚氧化酶(PPO)活性使用分光光度计法[24]测量。在标准枝上选取健康叶片使用SPAD-502叶绿素仪测定叶片SPAD值。光合特性在盛果期使用 Li-COR6400便携式光合测定仪进行测定，选择天气晴朗的时间测量并记录净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、叶片气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)[25]。

1.4.4 枸杞果实产量和品质测定 青海柴达木地区枸杞每年成熟3次，分别于8月5日、8月30日、10月5日，采摘每株样树第一茬、第二茬及第三茬果实，于塑料大棚中晾干至恒质量后称其干质量，计算其单株的平均产量，根据单株产量计算得出每公顷产量。然后采用四分法选取每个处理的干果作为样品，测定其内含物。枸杞多糖根据GB/T 18672—2014《枸杞》中的测定方法进行测定；总黄酮按照《保健食品功效成分及卫生指标检验规范》中的测定方法进行测定；多酚通过分光光度法(UV)测定其含量；甜菜碱通过离子色谱法测量其含量；总抗坏血酸参照GB12392-1990《蔬菜、水果及其制品中总抗坏血酸的测定方法》进行测定；类胡萝卜素可参照GB 5009.83—2016《食品安全国家标准 食品中胡萝卜素的测定》中的测定方法对其含量进行测定[9，26]。

1.5 数据处理

试验结果以所测数据的平均值表示。数据分析使用Microsoft Office Excel 2010 软件，同时采用SPSS 21.0 软件进行数据整理、分析各处理间的差异显著性(α=0.01)。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂对土壤养分含量、电导率、pH值的影响

由表2可见，施用微生物菌剂后土壤各养分含量较CK均显著提高，土壤pH值和电导率明显降低。各个施肥处理土壤性状改良情况各不相同。TWB2处理土壤的全钾含量最高，达到29.21 g/kg，比CK增加了24.7%，显著高于其他7个施肥处理和CK。BM2处理土壤的速效磷和有机质含量最高，分别为89.67 mg/kg和18.34 g/kg，和CK相比增量分别为38.9%和57.0%，差异显著。HHF1处理土壤的全氮和碱解氮含量均最高，分别达到 0.91 g/kg 和204.67 mg/kg，比CK分别增加了51.7%和52.7%，差异显著。HHF2处理土壤的全氮和速效钾含量最高，达到 2.65 g/kg和 544.00 mg/kg，比CK增加44.8%和33.6%，除HHF1、BM2外，与其他4个处理和CK差异显著。整体来看，土壤养分含量随微生物菌剂使用量的增加而增加，而土壤电导率与pH值的变化趋势则相反。各处理土壤电导率为2.88～4.35 mS/cm，电导率从高到低依次为CK、TWB1、TWB2、LN1、BM2、LN2、BM1、HHF2、HHF1，各处理相比，HHF1能够更好地降低土壤电导率，较CK降低了33.8%，差异显著；各处理土壤pH值为7.94～8.68，pH值从高到低依次为CK、TWB1、LN1、BM1、TWB2、HHF2、BM2、LN2、HHF1，各处理相比，HHF1能够更好地降低土壤pH值，较CK降低0.74，各处理均与CK差异显著。由此可以看出，施用微生物菌剂可以降低土壤电导率和pH值并提高土壤养分含量，进而改善土壤理化性状，效果以HHF1最好，HHF2次之。

表2 微生物菌剂对枸杞植株土壤理化性质的影响

2.2 微生物菌剂对枸杞生长量的影响

由图1可以看出，施用微生物菌剂后枸杞的生长状况得到了明显改善，枸杞的树高、冠幅、结果枝长与CK相比都有明显提高。10月15日各施肥处理的枸杞树高分别高出CK 3.3%～17.8%，以LN2和 HHF2处理变化最为明显，其中LN2处理枸杞树高最大，为112.1 cm。各施肥处理枸杞冠幅均较CK明显增加，10月15日HHF2处理枸杞冠幅最大，达到88.43 cm，BM2处理次之，为87.67 cm，各施肥处理和CK相比增量达到6.2%～18.3%。施用微生物菌剂后枸杞结果枝长度明显增加，10月15日8种施肥处理的结果枝长度和CK相比分别高出12.5%、15.2%、14.8%、24.2%、15.1%、19.4%、25.1%和27.2%，以HHF2变化最为明显，其结果枝长达到33.45 cm，HHF1处理次之，为32.91 cm。由此可以看出，施用微生物菌剂可以促进枸杞生长发育，效果以HHF2相对较好。

2.3 微生物菌剂对枸杞生理代谢和光合作用的影响

2.3.1 微生物菌剂对枸杞叶片POD活性和PPO活性的影响 POD活性可以反映植物体内的代谢变化。由图2-A可知，不同用量的4种微生物菌剂处理均显著影响枸杞叶片POD活性。9月1日和10月1日各施肥处理中，TWB2处理POD活性最高，分别为1 534、1 912 U/g，较CK分别增加52.6%和54.1%。8月1日各施肥处理中，BM2处理POD活性最高，为963 U/g，较CK增加59.4%，差异显著。PPO是一种重要的防御酶，其活性越高，说明植株对逆境胁迫耐受能力越强。由图2-B可知，8月1日和10月1日，均为HHF2处理PPO活性最高，分别为354、253 U/g，较CK增加19.6%和91.1%，差异显著。9月1日TWB2处理PPO活性最高，为376 U/g，较CK增加20.0%，差异显著。综合评价发现，木霉菌微生物菌剂的施入可显著提高枸杞酶活性，增强枸杞植株抗逆性，TWB2处理枸杞叶片POD、PPO活性较高，HHF2次之。

2.3.2 微生物菌剂对枸杞光合作用的影响 由表3可见，微生物菌剂的施入有利于枸杞叶片光合作用的进行。施入微生物菌剂后，各处理枸杞叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)均较不施肥处理显著提高。其中Pn、Tr和Ci均在HHF1时最大，为11.61 μmol/(m2·s)、4.48 mmol/(m2·s)、296.77 μmol/mol，和CK相比分别提高了90.6%、43.1%和39.5%，差异显著。混施微生物菌剂也有利于枸杞叶片Gs的增加，和CK相比增量达到了29.4%～63.0%，BM2和LN2处理的气孔导度达到最大值，为167.85 mmol/(m2·s)，除HHF2外，与其他施肥处理和CK差异显著。试验结果表明，混施微生物菌剂后光合作用较CK明显提高且差异显著，HHF1效果最好，HHF2次之。

表3 微生物菌剂对枸杞光合作用的影响

2.4 微生物菌剂对枸杞产量及品质的影响

2.4.1 微生物菌剂对枸杞产量的影响 不同试验处理对枸杞果实产量的影响如图3所示。施用微生物菌剂后，除第二茬果实的TWB2、LN1处理外，其他各处理枸杞产量均显著高于CK。各施肥处理枸杞产量为573.45～693.90 kg/hm2，其中BM2处理总产量最高，达到693.90 kg/hm2，与CK相比增产35.7%，差异显著。同时施用微生物菌剂对第一茬果实产量促进效果较第二茬、第三茬更明显，BM2处理一茬果实产量最高，较CK增产82.0%，HHF2处理次之，较CK增产62.2%。

2.4.2 微生物菌剂对枸杞果实品质的影响 由表4可知，施用微生物菌剂可显著提高果实中的枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸和多酚含量。各施肥处理枸杞多糖含量为3.48%～6.95%，HHF2处理含量最高，与CK相比增量达到86.3%，差异显著。黄酮含量TWB1、BM1和BM2均达到0.17%，与CK相比增量分别达到了70.0%，差异显著。各施肥处理类胡萝卜素含量为87.47～120.51 mg/100 g，各施肥处理均与CK差异显著，类胡萝卜素含量依次为HHF2、HHF1、LN1、BM2、TWB2、BM1、LN2、TWB1、CK，HHF2处理类胡萝卜素含量最高，相比CK提高56.5%。各施肥处理甜菜碱含量为0.62%～0.78%，甜菜碱含量依次为HHF2>HHF1>LN1>BM2>LN2>BM1>TWB1>TWB2>CK，HHF2处理甜菜碱含量最多，为0.78%，与CK差异显著。施用微生物菌剂也有利于枸杞果实中抗坏血酸含量的增加，HHF2处理的抗坏血酸含量最高，为26.43 mg/100 g，和CK相比增量达到了30.8%，差异显著。多酚含量各处理和CK相比增量达到了0.0%～14.6%，LN1处理的多酚含量达到最大值，为0.94%，和CK差异显著。从果实品质方面来看，施用微生物菌剂后，果实品质显著升高。HHF2处理效果最好，该处理下枸杞果实的枸杞多糖、类胡萝卜素、甜菜碱和抗坏血酸含量均最高，黄酮含量仅次于TWB1、BM1和BM2，并显著高于CK。

3 讨论

施用微生物菌剂可以明显改善枸杞的生长发育及土壤性状，但不同微生物菌剂对其改良效果不同，可能原因是不同的有益菌其生态位不同[27]。柴达木地区枸杞根腐病严重[28]，且当地气候干燥，昼夜温差大，枸杞园土壤为内陆盐碱土，其严苛的环境条件导致多数有益菌不能快速繁殖建群。木霉菌和芽孢杆菌是自然界中广泛存在的拮抗微生物，其适应性强，对根腐病等病原微生物有拮抗作用，能加速土壤有机物分解，改良土壤环境，协助植物吸收营养，提高作物产量和品质，并对环境污染小，是生产“有机农产品”的理想微生物菌剂肥料[29]。

表4 微生物菌剂对枸杞果实品质的影响

施用微生物菌剂后可以提高土壤的自我调节能力，增加土壤微生物数量，使土壤团粒结构得到改良，降低土地盐碱度，使土壤理化性质得到改善[30-32]。褚义红等的试验中施用微生物菌剂后降低了土壤电导率和pH值[33]，与本试验随着微生物菌剂的施用土壤电导率和pH值较CK显著降低的研究结果一致。于会丽等的试验表明施用微生物菌剂后，会增加土壤中微生物的种类和数量，加速土壤中有机物质的分解，促进土壤养分含量的增加[34]。本试验结果表明，施用微生物菌剂后，土壤中养分的含量较CK明显提高，与于会丽等的研究结果[34]一致。

本研究还发现，施用微生物菌剂还可明显改善枸杞生长发育，枸杞的株高、冠幅、结果枝长都会出现不同程度的增长，与何嘉等的研究结果[9]一致，HHF2处理对枸杞生长发育的促进效果最佳。同时微生物菌剂的施用增加了枸杞叶片酶活性，与王善仙等的研究结果[35]一致。也有学者通过种植豌豆、燕麦等试验，发现施用微生物菌剂后植物叶片的PPO和POD活性均较对照得到显著提高[36-37]。本试验与其结果一致，随着微生物菌剂的施入，叶片PPO和POD的活性在各生育期明显增加，且在8月提高程度大于10月，可能原因是：8月时各处理土壤微生物数量相差较大，而到10月，随着土壤微生物的大量繁殖，各处理差异逐渐缩小。同时施微生物菌剂后，各处理在不同时期的变化趋势相似，说明施用微生物菌剂对提高枸杞抗逆能力的影响是持续的，可以有效减少干旱、盐碱胁迫对枸杞造成的损害。张雪娇等探究了微生物菌剂与有机肥混施会提高叶片的SPAD值并使其光合速率提高[38]，本试验与其研究结果一致。本研究发现，微生物菌剂的施用增强了枸杞的光合作用，其蒸腾速率、胞间CO2浓度、净光合速率、气孔导度与CK相比显著提高，HHF1和HHF2处理效果最好。

施用微生物菌剂后枸杞的产量和品质显著提升。包慧芳等研究发现，施用微生物菌剂可以提高果实产量[13]，本试验施用不同用量的4种微生物菌剂均可显著提高产量的结果与之一致。何嘉等研究发现，施用微生物菌剂后枸杞果实中多糖和可溶性固形物含量明显提高[9]。李小刚等研究发现，施用微生物菌剂能够明显提高枸杞中类胡萝卜素、黄酮、甜菜碱含量[39]。本试验与他们的研究结果相一致，试验表明：施用不同用量的微生物菌剂均可提高果实的枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸和多酚含量，改善果实的品质，其中HHF2处理效果最好。

综上所述，在柴达木地区的有机枸杞种植园施用微生物菌剂对枸杞生长发育、产量品质及土壤性状均有积极影响。也有学者研究表明，在施用微生物菌剂时，要控制其施入量，如果施入量过低，微生物菌剂中微生物数量过低，则不能更好地促进枸杞的生长发育及土壤品质的提高，在适宜的微生物菌剂施入量范围内，植物的生长随着施入微生物菌剂的增加而增加。但微生物菌剂对枸杞生长发育的促进作用会出现“阈值”现象，即施入的微生物菌剂用量过高，会对枸杞的生长发育及果实品质产生抑制作用，并且会导致成本增加，如果大规模推广，不仅会造成微生物菌剂的浪费还会抑制枸杞植株的生长[40-42]。本试验4种微生物菌剂仅选用了2种不同的施用量，试验结果表明HHF2微生物菌剂对枸杞生长的促进更好，但最适施用量还需要后续继续深入研究。

4 结论

施用微生物菌剂能够有效增加枸杞园土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量，调节土壤电导率和pH值，培肥土壤。施用微生物菌剂还可促进枸杞植株的生长发育，其树高、冠幅、结果枝长均较CK显著增加，其中以HHF2处理效果最好，分别较CK提高17.1%、18.3%和27.2%，差异显著。同时施用微生物菌剂还有助于枸杞保护酶活性增强，并提高枸杞光合能力进而增加产量，各施肥处理产量较对照显著增加了12.1%～35.7%。施用微生物菌剂还能够改善果实品质，有效提升枸杞果实枸杞多糖、黄酮、类胡萝卜素、甜菜碱、抗坏血酸和多酚含量，效果以HHF2处理最佳。综上所述，施用泰旺宝粉剂41.250 kg/hm2和碧苗水剂33.000 L/hm2效果最好，该施肥处理提高土壤肥力和促进枸杞生长发育的效果最佳，枸杞园生产的经济效益也最好。