光合细菌叶面肥喷施对设施有机番茄产量和品质的影响

曾 军,武 磊,高 雁,张 卓,林 青,刘建伟,杨红梅,霍向东,史应武

(1.新疆农业科学院微生物应用研究所/新疆特殊环境微生物实验室,乌鲁木齐 830091; 2. 克拉玛依瑞恒畜牧开发有限责任公司,新疆克拉玛依 834008;3. 湖南省农业科学院植物保护研究所,长沙 410125;4. 新疆牧田源生物科技有限公司,乌鲁木齐 830037)

0 引 言

【研究意义】光合细菌叶面肥是微生物肥料之一,其在生态农业上已经被证实具有促进植物生长,其可以利用有机物合成植物所需的养分,并生产促生长因子,激活植物细胞的活性,提高植物光合作用的能力,从而提高农作物的产量[1-5]。另外,光合细菌叶面肥还能有效地降解土壤中的残留农药、有机氨类等有毒化合物,达到降低污染、改善农业生态环境的效果,同时其代谢产生的有用分泌物质成为其他微生物生长的营养及原料,从而促进形成一个复杂而稳定的微生物系统,起到抑制病虫害发生的作用[1,9-11]。因此,光合细菌叶面肥是有机农产品种植过程中增产提质的关键环节。【前人研究进展】光合细菌在农业上的应用,国内外目前研究主要围绕其在植物营养功能、促生作用机理、提高植物抗逆性、作物病害防控方面展开,结果显示其与植物互惠共生,利用植物所提供的生长环境从而刺激其自身合成某些代谢产物促进植物生长,激活植物免疫、抑制病原菌生长[1]。【本研究切入点】设施有机蔬菜种植过程往往倚重基肥的施用,而在盛果期往往缺乏可用的追肥肥料,因此造成产量较低等问题。另外,光合细菌常作为生物防治使用而作为叶面肥与常用的叶面肥对设施有机番茄病害控制,产量与品质影响的比较研究相对较少。需研究光合细菌叶面肥对设施番茄产量和品质的影响。【拟解决的关键问题】以设施有机生产上较常用的鱼蛋白和光合细菌作为供试肥料,在设施有机番茄盛果期开始每隔7 d喷施1次,共计喷施4 次,研究光合菌肥在设施番茄上的施用效果,为设施有机番茄叶面肥料的合理选择及施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验番茄品种为中研868(北京中研益农种苗科技有限公司)。日本鱼蛋白(烟台斯佰克肥料有限公司);光合细菌叶面肥,主要成分为:RhodoblastussphagnicolaPNSB-MHW和萎缩芽孢杆菌(Bacillusatrophaeus),总活菌数大于5.0×109cfu/mL,总营养N+P+K含量大于5%,由新疆农业科学院微生物应用研究所提供。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验在新疆乌鲁木齐县水西沟镇平西梁村膳源生态农业有限公司设施大棚中进行。于2019年7月～2020年5月秋茬口种植季,共设置3个施肥处理,①鱼蛋白组:0.3 kg/hm2,兑水30 kg;光合菌肥:3 L/hm2,兑水30 kg; ③清水对照(CK,不施叶面肥,喷施等量清水),使用弥雾机于清晨进行叶面喷施。每个处理1座设施大棚(80 m×12 m=960 m2),将每座大棚分成3个重复小区。于番茄第4层挂果开始每7 d喷施叶面肥1次,共计喷施4次,所有组番茄挂果在第6层时摘除顶端生长点。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 番茄叶片叶绿素含量

番茄挂果至第四层开始,采集每个处理组内番茄第2～3层内靠近果实的叶片,每个小区采集50片叶,每个处理组设施大棚采集150片检测叶绿素a和叶绿素b含量。

1.2.2.2 番茄叶面病害发病指数

番茄叶面喷施肥料期间统计不同处理组内叶面灰霉病,白粉病发病情况以及叶面喷施后7～28 d发病指数。每个处理组每个小区随机取4点,每个点取2株,自下而上调查全部叶片的发病情况。病害严重度分级标准:0级,无病;1级,病斑面积占整个叶面积的5%以下;3级,病斑面积占整个叶面积的6%～10%;5级,病斑面积占整个叶面积的11%～20%;7级,病斑面积占整个叶面积的21%～40%;9级,病斑面积占整个叶面积40%以上。计算病情指数以及对白粉病的防治效果,并用邓肯氏新复极差(DMRT)法对试验数据进行统计分析[12]。

1.2.2.3 番茄净光合速率值

选择各处理组中长势基本一致的3个单株的2-4层叶片使用Li-6400光合仪于叶面肥喷施前,喷施后7～28 d检测净光合速率。

1.2.2.4 番茄产量及品质

番茄第四层果实成熟后,每组采集第2～3层果实进行品质检测,每日记录实际番茄采收数量最终计算番茄单株产量。

1.3 数据处理

使用SPSS 20.0 软件和Microsoft Excel 2010进行试验数据的统计分析及作图,采用单因素ANOVA进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同叶面肥对设施有机番茄叶片光合色素含量的影响

研究表明,与喷施前相比,光合细菌组(由(1.41±0.02) mg/(g·FW)增加至(1.87±0.012) mg/(g·FW))和鱼蛋白组(由(1.51±0.21) mg/(g·FW)增加至(1.78±0.062) mg/(g·FW))表现相似叶绿素均有显著的提高(P<0.05),而对照组变化不显著;喷施后第14 d光合细菌组和鱼蛋白组叶绿素含量达到最高值分别为(2.49±0.002) mg/(g·FW)和(1.87±0.012) mg/(g·FW),与喷施前相比差异均极显著(P<0.01);由于各处理组叶面均爆发不同程度的白粉病,叶绿素含量总体呈现出从第14 d起下降趋势,而对照组由于病程指数较高而叶绿色含量下降趋势更显著。叶面喷施光合细菌组叶绿素含量在第7～28 d叶绿素含量均显著高于喷施前,并且显著高于各个时期的对照组,也显著高于各个时期的鱼蛋白组;叶面施用鱼蛋白处理组前14 d叶绿素含量变化趋势与光和细菌组相似,但受病害的影响21 d(1.20±0.42)mg/(g·FW)和28 d(1.1±0.10)mg/(g·FW))叶绿素含量极显著下降(P<0.01),其各个阶段的叶绿素含量也显著高于各时期的对照组。表1

2.2 不同叶面肥对设施有机番茄叶面病害影响

研究表明,设施大棚中有机番茄叶面病害主要为白粉病,偶见灰霉病。对照组发病率基本呈现出逐渐升高的趋势。叶面喷施光合细菌叶面肥,白粉病情得到显著控制,其指数与发病前相比前两周内显著降低,而在后期维持在较低的发病值;鱼蛋白组与对照组相比呈现出相同的发病规律,并且在前14 d其发病指数低于对照组,第28 d超过对照组,光合细菌与对照组相比差异极显著。 表2

表1 不同叶面肥喷施下番茄叶片光合色素含量变化

表2 不同叶面肥喷施下番茄叶面病害指数变化

2.3 不同类型叶面肥喷施对番茄叶片净光合速率的影响

研究表明,各处理组番茄叶片净光合速率结果显示,光合细菌组在喷施后的14 d内叶片净光合效率呈现出显著提升,之后下降;而鱼蛋白组和CK组显示喷施后叶片净光合速率呈现出下降趋势尤其是喷施后的第14 d均呈现显著下降。叶面喷施光合细菌后7～28 d叶片的净光合速率均极显著高于对照组和鱼蛋白组,而鱼蛋白组仅在喷施后第14 d和第28 d显著高于对照组。表3

表3 不同叶面肥喷施下番茄叶片净光合速率变化

2.4 不同类型叶面肥喷施对番茄品质和产量的影响

研究表明,与对照组相比,叶面喷施光合细菌后番茄果实可溶性糖含量提高62.5%,总酸提高了26.78%,果实中抗坏血酸含量提高81.7%。叶面喷施鱼蛋白除显著提升了果实中总酸度外(64.82%),对于番茄果实其他品质影响均不显著。光合细菌组番茄单株产量为3.29 kg较对照组产量提高33.50%,而叶面喷施鱼蛋白也能够提高番茄产量(22.35%)。表4

表4 不同叶面肥处理下番茄品质和产量变化

3 讨 论

3.1 不同类型叶面肥对设施番茄叶片抗病性的影响

研究结果表明,光合细菌和鱼蛋白叶面喷施对于提高番茄抗病能力均具有显著作用,其中光合细菌叶面喷施效果显著高于鱼蛋白。叶面肥喷施对于提高作物抗病性主要可分为植物的系统诱导抗性,即喷施的叶面肥能够刺激和诱发植物的免疫反应[13-16],一部分是肥料中含有植物免疫促进物(如嗜铁素、核黄素、ALA、胞外多糖等),一方面叶际微生物能够利用外源的有机物产生植物促生物质[17]。光合细菌对植物的防病即有其培养过程中所产的胞外代谢物(如细菌素、羟基苯甲酸等)从而可以直接对植物病原细菌、真菌具有抑制作用[1,8,13],同时其在叶面上定植又能够显著刺激作物自身产生抗病因子。另外,研究也发现番茄底层老叶的叶绿素含量呈现出先增加后降低,并且其含量与白粉病发病指数之间具有相关性,喷施光合细菌后老叶叶片的叶绿素含量降低速率显著低于其他处理组,叶绿素的分解可能是植物抗病力降低的原因。可能的解释是植物叶际的养分主要来自叶细胞渗出的一些有机质(如糖类和氨基酸),由于光合细菌菌体较其他微生物更小,其能够快速抢占叶面生态位(如气孔、胞间间隙等),因而能够获得更多的水分与营养物[1,15,16]。另外,由于其能够光合自养,其光合作用光波吸收峰一部分与植物重叠,另一部分还能吸收诸如红外等光源这对于促进植物在弱光条件下提高捕光能力具有重要作用,因而使得其能够与植物产生互惠共生,为植物叶绿素提供营养避免作物出现早衰等[18-20]。

3.2 不同类型叶面肥对番茄品质和产量的影响

研究结果表明,光合细菌对于番茄的口感和营养品质提升更显著,尤其是对于可溶性糖提高了62.25%,而总酸仅提高了22%左右。相较于鱼蛋白组,其显著的提高了番茄中总酸含量(总酸提高了64.82%)。研究结果显示光合细菌对于提高植物叶片光合作用及果实糖分的合成和积累具有重要作用,与杨芳等[21]和赵芮晗等[22]研究结果一致,单一施用光合细菌能够显著提高番茄植株长势、果实鲜质量和干质量,提高番茄果实番茄红素和抗坏血酸的含量,或者光合细菌与猪场粪污联合施用能提高生菜的可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量。另外,光合细菌的施用对水稻,小麦的农艺性状,品质和产量均有显著的提升[23]。有机生产中病害防治也是影响产量和产品品质的主要原因,光合细菌能够将肥料和生物防治相统一[24-28]。

4 结 论

喷施叶面肥均有利于提高有机番茄的产量,施用光合细菌效果最佳(较对照组产量提升33.73%,比鱼蛋白组产量提升9.30%),其主要通过减缓番茄老叶叶绿素的降解(与对照组相比,叶面喷施光合细菌7 d后叶绿素含量提升23.84%,比鱼蛋白组叶绿素量提升5.06%),以及抑制番茄叶面白粉病的发生(与对照相比,叶面喷施光合细菌降低叶片白粉病呈指数65.69%),促进番茄光合作用进而提升了其品质和产量。