微生物肥料对连作甜菜生长发育及产质量的影响

田露， 郭晓霞*， 苏文斌， 黄春燕， 李智， 张鹏， 菅彩媛，刘佳， 孔德娟， 韩康

（1.内蒙古自治区农牧业科学院特色作物研究所，呼和浩特 010031；2.乌兰察布市农林科学研究所，内蒙古 乌兰察布 012000）

微生物肥料指含有特定微生物活体的制品，应用于农业生产，通过其中所含微生物的生命活动，增加植物养分的供应量，可促进植物生长，提高产量，改善农产品品质及农业生态环境，在作物连作障碍防控上具有一定效果[11]。目前有关微生物肥料应用于连作障碍防控的研究大部分集中于西瓜、马铃薯、花生、烤烟以及中药材等作物上，施用后能够调节土壤微生物生物量和酶活性[12-13]，抑制土传病害发生[14]，改良土壤环境，促进连作植株生长，提高产量，改善连作植株生理特性和品质的功效[13,15-16]。关于甜菜应用微生物肥料的报道仅见甜菜垄作栽培的土壤基施研究中[17]，本课题组郭晓霞等[18]研究表明微生物肥料应用于大田连作甜菜栽培能够有效防控根腐病，提高产质量水平，但施用量较大，由于该微生物肥料属于粉末制剂，在大田施用过程中存在施入方式影响整体施用效果的问题。针对内蒙古地区甜菜连作问题突出，有效解决措施欠缺，本研究拟通过纸筒育苗过程中施入微生物肥料，研究不同用量下甜菜生长以及产质量变化，对比分析不同用量下经济效益，筛选适宜内蒙古地区连作甜菜生产的最佳用量，为内蒙古甜菜连作障碍提供有效解决途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用甜菜品种为‘IM1162’，由荷兰安地国际有限公司选育。试验用甜菜专用化肥总养分≥40%，N∶P∶K=12∶18∶15。试验用微生物肥料由中农绿康生物技术有限公司提供，该微生物肥料中所含菌种主要为枯草芽孢杆菌和哈茨木霉菌，运用现代微生物发酵技术加工制备而成，剂型为粉剂，有效活菌数≥5.0亿个·g-1。

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古乌兰察布市察右前旗平地泉镇（40°55′22.8″ N，113°7′10.56″ E）。该区域属中温带大陆性季风气候，多寒干燥，风多雨少，昼夜温差大，年均气温4.5 ℃，最高气温39.7 °C，最低气温-34.4 °C；年降水量376.1 mm，且多集中在7—8月上旬；年均无霜期131 d。据乌兰察布市农牧局统计资料，该区域土壤类型为栗钙土，耕层土壤有机质含量18.21 g·kg-1、全氮含量0.71 g·kg-1、全磷含量0.46 g·kg-1、全钾含量16.31 g·kg-1、碱解氮含量111.07 mg·kg-1、速效磷含量9.23 mg·kg-1、速效钾含量153.01 mg·kg-1。

1.3 试验设计

试验于2018—2019年进行，2年均选取连作2年甜菜地块作为试验地块，采用纸筒育苗移栽栽培模式，2018年3月15日育苗，5月10日移栽；2019年3月20日育苗，5月15日移栽。试验设置6个处理，以不施用微生物肥料为对照（T0），设置5个微生物肥料处理，其用量分别为0.250 （T1）、0.375（T2）、0.500 （T3）、0.625 （T4）、0.750 kg·册-1（T5）。微生物肥料按照相应用量拌入苗床土，2年苗床土均选用前茬非甜菜的土壤，育苗每册用土60 kg，大田移栽用量为60册·hm-2。甜菜专用化肥施用量均为750 kg·hm-2，以基肥的形式一次性施入大田。随机区组设计，重复3次，18个小区，小区面积10 m×6 m=60 m2。种植行距50 cm，株距25 cm，理论株数80000株·hm-2。灌溉采用滴灌，田间管理方式与大田生产一致。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 成活率和根腐病发病率测定 甜菜收获时，按照小区统计存活株数和根腐病发病株数，按照以下公式计算成活率和根腐病发病率。

1.4.2 株高、叶面积指数、干物质积累量和根冠比测定 对甜菜苗期、叶丛快速生长期、块根及糖分增长期、糖分积累期、收获期进行株高、叶面积指数、茎叶干物质、块根干物质测定。每个小区选取3个样点，每个点取甜菜3株。株高，用卷尺测量最长叶片的高度。叶面积指数，以叶片基部第1个侧脉发出点作为叶片和叶柄的分界处，选每个样本有代表性的大、中、小叶片各10片，用直径4 cm的环刀在叶片尖端中脉1/3处钻孔取样，称小叶鲜重，计算得到叶面积指数。干物质积累量，将甜菜植株分为叶柄、叶、块根3个部分，105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，称重测定干重。根冠比采用以下公式计算，本研究中采用干重进行计算。

1.4.3 含糖率、产量和产糖量测定 甜菜收获时，每个小区随机取15株甜菜块根，采用日本产Atago Refractometer PAL-1数字手持折射仪测定块根锤度，折算其含糖率，每个小区选取10 m2测定块根产量。

1.5 数据分析

采用Excel 2016进行数据计算、处理和作图；采用SPASS 25.0软件进行显著性和相关性分析，LSD最小显著性差异法进行显著性分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 微生物肥料对连作甜菜成活率和根腐病发病率的影响

由图1可知，微生物肥料施用对连作甜菜成活率和根腐病发病率均有一定影响，2年不同处理间变化趋势基本一致。随着微生物肥料施用量增加，连作甜菜成活率呈先升高后降低趋势，但处理间差异不一致，5个施用微生物肥料处理间甜菜成活率2年均差异不显著。与T0相比，仅有T4处理2年均显著提高了甜菜成活率，分别提高了8.41%和11.06%；T3、T5处理仅在2019年显著提高了甜菜成活率；T1、T2处理对连作甜菜成活率的影响不显著。随着微生物肥料施用量增加，连作甜菜根腐病发病率呈先降低后升高的趋势，但处理间差异不一致；与T0相比，除T1处理外其余各处理根腐病发病率2年均显著降低，降低程度依次为T4＞T5＞T3＞T2，T2、T3、T4、T5处理2年根腐病发病率分别较T0处理降低了34.39%和26.91%、35.46%和42.02%、66.48%和88.32%、37.64%和61.13%。同时T4处理根腐病发病率显著低于T2、T3、T5处理。可见，纸筒育苗施用微生物肥料能够不同程度提高连作甜菜成活率、降低根腐病发病率，且以T4处理表现最优。

高粱作为重要的农作物，已经成为人们普遍关注的作物。为了实现较好的种植效果，需要从高粱的产地以及种植技术方面着手，加强对高粱种植的管理。与此同时，种植人员要做好后续的病虫害防治工作，确保高粱在良好的环境中生长，进而全面提升高粱的总体产量。基于此情况下，本文主要对高粱的种植技术进行论述，并对高粱的病虫害防治方面作出了分析。

图1 不同处理下甜菜成活率和根腐病发病率Fig. 1 Survival rate and incidence rate of root rot of sugar beet under different treatments

2.2 微生物肥料对连作甜菜生长的影响

2.2.1 微生物肥料对连作甜菜株高的影响 由表1可知，随着生长时期推进，甜菜株高呈现先增加后降低的趋势，2018年在叶丛快速生长期达到最大值，2019年在糖分积累期达到最大值。不同生育时期，随着微生物肥料施用量的增加，甜菜株高呈先增加后降低趋势，与对照相比，施用微生物肥料的5个处理均能不同程度的增加甜菜株高，仅有T4处理在2年全生育时期均能显著提高连作甜菜株高，T1、T2、T3、T5处理在不同年际间、不同生育时期间表现不一致。与T0相比，T4处理2018和2019年全生育时期甜菜株高分别提高9.67%～23.51%和4.48%～31.26%。

表1 不同处理下连作甜菜的株高Table 1 Plant height of sugar beet under different treatments（cm）

2.2.2 微生物肥料对连作甜菜叶面积指数的影响 由图2可知，随着生育时期推进，2年各处理甜菜叶面积指数呈现先升高后降低的趋势，2018年在叶丛快速生长期达到最大值，2019年在块根及糖分增长期达到最大值。与对照相比，5个施用微生物肥料处理均提高了甜菜各生育时期叶面积指数，但提高幅度在处理间存在差异，除2018年糖分积累期和2019年苗期、糖分积累期和收获期外，5个施用微生物肥料处理间均表现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1。苗期，施用微生物肥料的5个处理均显著提高了甜菜叶面积指数，这是由于微生物肥料应用于育苗纸筒，在育苗过程中作用发挥较显著，为移栽后叶片生长奠定良好基础。T4、T5处理在2年全生育时期均显著提高连作甜菜叶面积指数，T1、T2、T3处理在2年不同生育时期表现不一致。与T0相比，T4、T5处理2018和2019年全生育时期甜菜叶面积指数分别提高28.88%～34.62%和15.24%～38.86%、24.56%～27.51%和4.36%～27.18%。综上，苗床施用微生物肥料对连作甜菜叶面积形成具有促进作用，且以T4处理表现最优。

图2 不同处理下的甜菜叶面积指数Fig. 2 Leaf area index of sugar beet under different treatments

2.2.3 微生物肥料对连作甜菜茎叶干物质积累量和块根干物质积累量的影响 由图3可知，随着生育时期推进，甜菜茎叶干物质积累量呈先增加后下降趋势，在块根及糖分增长期达到最大；甜菜块根干物质积累量则呈现不断增加趋势。与对照相比，施用微生物肥料的5个处理2年甜菜茎叶干物质积累量和块根干物质积累量均有不同程度的增加，处理间增加幅度不同，T4、T5处理在2年甜菜全生育时期均显著提高茎叶干物质积累量和块根干物质积累量，T1、T2、T3处理在不同年际间、不同生育时期表现不一致。与T0相比，T4、T5处理茎叶干物质积累量在2018和2019年全生育时期分别提高11.51%～21.10%和21.00%～38.76%、6.38%～15.63%和18.12%～36.96%，且苗期提高幅度最高，这是由于微生物肥料施用于纸筒育苗过程中，在苗期促生作用最为明显；T3、T4、T5处理块根干物质积累量在2018和2019年全生育时期分别提高11.62%～20.98%和22.23%～43.06%、22.32%～46.13%和34.80%～68.03%、10.89%～31.98%和25.04%～50.78%。同时，T4处理茎叶干物质积累量除2018年苗期和收获期外均显著高于T3处理，其与T5处理在不同生育期间差异性表现不一致；T4处理块根干物质积累量则表现为除苗期外，均显著高于T3和T5处理。综上，苗床施用微生物肥料对连作甜菜茎叶和块根干物质积累均具有促进作用，且以T4处理表现最优。

图3 不同处理下连作甜菜茎叶干物质积累量和块根干物质积累量Fig. 3 Dry matter accumulation of stem， leaf and root tuber in sugar beet under different treatments

2.2.4 微生物肥料对连作甜菜根冠比的影响 甜菜以收获块根为产量，根冠比是衡量其源库关系的关键指标。由表2可知，随着生育时期的推进，不同处理甜菜根冠比呈逐渐增加趋势，从块根及糖分增长期开始，甜菜根冠比增加幅度增大。苗期各处理间根冠比差异不显著；进入叶丛快速生长期，各处理根冠比基本表现为T4处理最大，T2、T3、T5处理大于T0和T1处理，但它们3者之间在不同生长时期间规律不一致，T0和T1处理在不同生育期间规律不一致。T4处理2年叶丛快速生长期后根冠比均显著高于T0，T1、T2处理与T0差异均不显著，T3、T5处理在不同生育时期与T0差异显著性表现不一致。与T0相比，T4处理在2018和2019年叶丛快速生长期后，根冠比分别提高7.40%～24.82%和7.90%～28.12%。可见，纸筒育苗连作甜菜施用适量微生物肥料能够改善甜菜根冠分配，促进地上部向地下部转移，进而提高产量，以处理T4表现较优。

表2 不同处理下连作甜菜的根冠比Table 2 Root shoot ratio of sugar beet under different treatments

2.3 微生物肥料对连作甜菜产质量的影响

由图4可知，不同处理甜菜含糖率2018年表现为T4＞T3＞T5＞T2＞T1＞T0，2019年表现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0；产量和产糖量2年均表现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0。进一步分析含糖率可知，2018年各处理间差异均不显著，2019年除处理T4显著高于T0外，其余各处理与T0间差异均不显著，可见施用微生物肥料对纸筒育苗连作甜菜含糖率的影响不明显。进一步分析产量和产糖量可知，与T0相比，T1、T2处理2年均差异不显著；T3处理则2年表现不一致；T4、T5处理2年均显著提高了甜菜产量和产糖量。与T0相比，T4、T5处理2年产量分别提高11.64%和18.29%、9.59%和14.23%，产糖量分别提高14.41%和24.19%、11.36%和15.96%。甜菜产质量是由产量和含糖率共同决定，纸筒育苗连作甜菜施用微生物肥料提高甜菜产糖量的关键在于其对产量的提升，且以T4、T5处理表现较优。

图4 不同处理下连作甜菜的产质量Fig. 4 Yield and quality of sugar beet under different treatments

2.4 连作甜菜产质量对微生物肥料施用的响应

由图5可知，2018和2019年甜菜产量和产糖量均与微生态制剂施用量呈四次曲线关系，随着微生物肥料施用量的增加，产量和产糖量整体均表现为先增加后降低的趋势。微生态制剂施用量与产量的拟合值分别为R2=0.9979（2018年）、R2=0.9929（2019年），且产量峰值在微生物肥料施用量0.625～0.750 kg·册-1之间出现。微生态制剂施用量与产糖量的拟合值分别为R2=0.9955（2018年）、R2=0.9936（2019年），且产糖量峰值在微生物肥料施用量0.625 kg·册-1左右出现。可见，微生物肥料施用量为0.625 kg·册-1(即T4处理)可有效促进连作甜菜产量和产糖量。

图5 连作甜菜产质量对微生物肥料施用的响应Fig. 5 Response of yield and quality of continuous cropping Sugar beet to application of microbial fertilizer

2.5 微生物肥料施用下连作甜菜生长发育与产质量的相关性

由表3可知，微生物肥料施用下，连作甜菜成活率与根腐病发病率呈显著（P＜0.05）负相关，但与其余各生长发育指标和产质量指标均无显著相关性；根腐病发病率与各生长发育指标和产质量指标均呈极显著（P＜0.01）负相关；株高、叶面积指数、茎叶干物质积累量、块根干物质积累量与甜菜含糖率、产量和产糖量均呈极显著（P＜0.01）正相关；根冠比与含糖率呈显著（P＜0.05）正相关，与产量和产糖量之间均呈极显著（P＜0.01）正相关。可见，微生物肥料应用于纸筒育苗连作甜菜栽培中，通过对其生长发育的直接调控，能够显著或极显著促进产质量，达到增产增糖作用。

表3 微生物肥料施用下连作甜菜生长特性与产质量的相关性Table 3 Correlation analysis of sugar beet plant characteristics and yield trait under using microbial fertilizer

2.6 微生物肥料施用下连作甜菜经济效益分析

由表4可知，2018和2019年施用微生物肥料增加了连作甜菜生产成本，但随着施用量的增加，甜菜产值、经济效益均呈先增加后降低趋势，处理间表现为T4＞T5＞T3＞T2＞T1＞T0，与T0相比，2018年T1、T2、T3、T4、T5处理的经济效益分别增加0.76%、2.89%、13.79%、30.71%、21.32%；2019年分别增加16.32%、17.57%、24.13%、40.75%、28.89%。可见，施用微生物肥料虽然增加了生产成本，但其能够实现连作甜菜种植经济效益不同程度的增加，T4、T5处理增加最明显，其在2018和2019年2年增收效果较为稳定，且T4处理在成本低于T5处理的前提下，表现最优。

表4 甜菜经济效益分析Table 4 Economic benefit analysis of sugar beet

3 讨论

连作障碍普遍存在于农业生产中，我国连作危害程度较高的农田面积占总耕地面积的10%，引起的农业损失每年可达数百亿元[19]。微生物肥料是基于微生物间拮抗作用从而进行连作障碍防控，目前微生物肥料中拮抗微生物的种类包括芽孢杆菌、木酶属、链霉菌属等[20-22]，土壤中微生物群落结构越丰富，物种越均匀，多样性程度越高，其对病原菌产生的拮抗能力就会越强[23-24]。麻耀华等[25]将微生物肥料应用于黄瓜栽培表明其能够抑制土壤真菌和尖孢镰刀菌数量，提高细菌和放线菌数量，降低病原菌数量，减少黄瓜枯萎病发生；刘锦霞等[13]研究表明微生物肥料能够显著降低连作马铃薯晚疫病、枯萎病和软腐病的发生率，这与本研究结果一致，本研究表明纸筒育苗过程中施用微生物肥料有效提高连作甜菜成活率，降低连作甜菜根腐病发病率，原因可能是微生物肥料中芽孢杆菌和木霉菌在生长繁殖的过程中，促进有益微生物的增加，充分发挥微生物之间的拮抗作用，同时其分泌的脂肽类、抗菌蛋白、酚类及多烯类等抗菌物质具有抑制病原真菌的效果[26-27]，能够降低连作土壤中有害微生物数量，降低根腐病病原菌数量，进而提高存活率，降低根腐病发病率。同时，本研究发现随着微生物肥料施用量的增加，甜菜成活率呈先升高后降低趋势，根腐病发病率呈先降低后升高趋势，在T4处理（0.625 kg·册-1）时出现拐点，这说明虽然微生物肥料中含有有益微生物，但并不是量越大越好，这可能是由于微生物的繁殖、生长以及功能发挥需要良好的土壤环境作为支持，土壤的承载能力有限，过多的添加外源微生物反而对土壤环境的改善起到负面作用，过多消耗土壤养分，进而在连作甜菜成活和根腐病防控上效果降低，这与龚杰等[28]在烟草青枯病的研究结果一致。

微生物肥料中有益微生物在土壤和植物根际表面大量繁殖，增加有益菌的丰度[29]，进而增加土壤肥力，改善土壤结构，同时土壤中大量元素需经过微生物的分解转化变为有效元素后才可被植物吸收利用，微生物肥料通过改善土壤环境和促进作物吸收的双重作用促进作物的生长和产量形成。周培等[30]研究表明微生物肥料通过改善作物根系生长环境，调控养分供应，进而促进大麦和水稻生长，实现了大麦和水稻产量增加20%左右；齐会岩等[15]研究结果表明微生物肥料处理使连作西瓜叶片叶绿素含量增加，光合作用增强，植株长势和产量明显高于对照；刘锦霞等[13]研究表明微生物肥料能够明显促进连作马铃薯植株生长，提高块茎产量。本研究关于微生物肥料对作物生长发育影响的结果与前人一致，研究表明微生物肥料能够促进连作甜菜生长，增加茎叶及块根干物质积累量，调节不同生育时期根冠比，促进地上向地下的物质转运，构建合理“源-库”关系。本研究中连作甜菜株高、叶面积指数、茎叶和块根干物质积累量、根冠比与甜菜产质量有着显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）相关关系，适当增加株高、提高叶面积指数和增加干物质积累量，有利于甜菜产量的提高[31]，可见微生物肥料通过对连作甜菜生长动态的调控实现了其产质量的增加。但本研究中微生物肥料对甜菜生长的影响随着施用量的增加呈现先增加后降低的趋势，这可能是由于过量的微生物肥料施用能够在植物根系形成菌膜，抑制根系对营养物质的吸收，进而影响植株生长发育[32]。

微生物肥料应用于甜菜栽培的研究较少，其中曲嫣红等[17]研究表明37.5和75 kg·hm-2微生物肥料对甜菜产量和品质提高具有促进作用，但其研究未对用量作出明确筛选；郭晓霞等[18]将微生物肥料应用于连作甜菜直播栽培中，得出施用90 和120 kg·hm-2微生物肥料能够有效防抗连作甜菜根腐病，实现产质量水平提升。本研究将微生物肥料应用于纸筒育苗苗床土中，与曲嫣红等[17]和郭晓霞等[18]研究相比，施用于苗床能够在育苗过程中直接改善甜菜根际微环境，提高其苗期抗逆性，同时苗床的良好环境条件能够更好地促进有益菌群的繁殖和定植，移栽入大田后，提高了连作甜菜移栽成活率。本研究以郭晓霞等[18]研究为基础，克服了微生物肥料大田施用量大、施用不均匀等问题，在降低施用量的前提下实现了连作甜菜产质量水平的提升。通过微生物肥料施用量与甜菜产质量的拟合，结合对甜菜生长动态和经济效益的分析，筛选出0.625 kg·册-1应用于纸筒育苗连作甜菜中具有较好效果。但本研究现只针对微生物肥料施用后甜菜生长动态、根腐病发病情况等分析了其促生、增产效果，为微生物肥料在甜菜连作栽培中应用提供了一定理论依据，但关于其促生增产的生理生化机制、土壤调控机制及其他更有效的应用技术还有待进一步深入探讨。