微生物菌剂对红树莓生长、果实品质及土壤磷钾的影响

郭娟娟， 王珊， 栾好安， 李寒， 郭素萍， 齐国辉， 张雪梅

（河北农业大学林学院，河北 保定 071000）

树莓（Rubus idaeusL.）是蔷薇科悬钩子属的多年生落叶半灌木，因具有多种功能性成分如抗癌物质鞣花酸、抗衰老物质超氧化物歧化酶和维生素C 等，被联合国粮农组织列为“天然绿色食品”和“健康食品”[1-2]。随着人民生活水平的提高，对其需求也日益增加。至2015 年，全球红树莓产量达到42.52万t，而90%来自欧洲、美洲[3]。中国树莓栽培面积约为13 465.7 hm2，产量达10.8 万t[4]。尽管如此，世界树莓市场的缺口仍然巨大[3]。为了追求产量，长期施用化肥易造成土壤板结[5]，并通过改变土壤理化性质影响土壤微生物群落结构和功能细菌的数量[6]，不利于作物的正常生长和土地的长效利用。而微生物菌剂能促进土壤养分的吸收[7]，利于植物生长，能提高植物品质和增加其营养价值，因此配施微生物菌剂，可有效缓解化肥过量施用的现状；如添加高效微生物溶磷菌可在一定程度上活化土壤磷含量，促进植物生长[8-10]。施用微生物菌剂可促进玉米生长、提高饲料玉米营养成分[11]；还可提高黄瓜的产量与品质，降低其硝酸盐含量[12]。微生物菌剂的有效菌株巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）和胶质芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosusKrassilnikov）具有溶磷解钾的作用，有益于植物生长、发育[13-14]。

目前，微生物菌剂的应用主要集中在玉米、花生等农作物和蔬菜上，在经济林树种上的应用研究鲜见报道。因此，在经过连续3 年施用有机肥改良土壤后的红树莓园，于红树莓不同发育时期施用微生物菌剂，探究其对红树莓树体生长、果实品质以及土壤理化性质的影响，分析不同时期施用微生物菌剂的效果，明确最佳施用微生物菌剂时期与用量，为红树莓生产中精确、高效施用微生物菌剂提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在河北省保定市易县富岗乡双合庄村进行，位于保定市西北部、太行山北端东麓（39°02'—39°35'N、114°51'—115°37'E）。该地属温带干旱半干旱大陆性季风气候。年平均气温12.6 ℃，最高温度40.7 ℃，最低温度-20.4 ℃，年降水量520.3 mm，无霜期175~190 d。土层厚度10~25 cm，土壤类型以淋溶性褐土为主，少部分黄土，土壤呈碱性，pH 8.35。该地2016—2018 年连续3年秋季已在原有贫瘠土壤中施入30 t·hm-2的有机肥（纯羊粪发酵肥，有机质含量183.99 g·kg-1，全氮含量6.60 g·kg-1，全磷含量5.95 g·kg-1，全钾含量16.09 g·kg-1）进行土壤改良。现今土壤基本养分状 况 为：有 机 质 含 量10.62 g·kg-1，全 氮 含 量1.00 g·kg-1，碱解氮含量47.60 mg·kg-1，全磷含量0.75 g·kg-1，有效磷含量18.97 mg·kg-1，全钾含量14.78 g·kg-1，有效钾含量63.93 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试材料为3 年生秋果型红树莓品种‘海尔特兹’，由河北子水农业科技股份有限公司提供；供试菌剂为河北闰沃生物技术有限公司根果旺微生物菌剂，其有效菌种为巨大芽孢杆菌和胶质芽孢杆菌，有效活菌数≥2.0亿CFU·g-1）。

1.3 试验设计

于2019 年6 月至2020 年在河北省保定市易县红树莓基地开展试验，栽植方式为双行带状栽植，带宽1.0 m，株距0.2 m，行距2.8 m。每处理选择100 株，3 次重复，于栽植行两侧开深宽均20 cm 的沟施入微生物菌剂。分别于红树莓现蕾期（6 月25 日）至二次盛果期分5 次施入（T5）、初花期至二次盛果期分4 次施入（T4）、初果期至二次盛果期分3 次施入（T3）、一次盛果期至二次盛果期分2 次施入（T2）、二次盛果期1 次施入（T1），每个处理每次施用根果旺微生物菌剂原液200 L·hm-2（含量20%），对照（CK）施用1 L清水。本研究施菌剂水平在前期预研究基础上得出，具体菌剂施用时期和原液施用量见表1。

表1 不同处理施菌剂情况Table 1 Fertilization of different treatments

1.4 样品采集及指标测定方法

试验分别于7月15日（初花期）、8月11日（初果期）、9 月15 日（一次盛果期）、10 月10 日（二次盛果期）和11 月11 日（终果期）采果实及叶片，并用液氮速冻，置于超低温冰箱-80 ℃保存备用。并于11 月11 日（终果期）于用土钻取0—10 和10—20 cm土层的土壤，土壤放在通风处阴干。

1.4.1 生长指标的测定 每处理选择5 株有代表性的植株，卷尺测量株高，游标卡尺测量地径，取平均值。

1.4.2 果实产量测定 单果重及纵横测量：每处理每植株采集20 个达到商品成熟度的树莓果实，对每个果实依次进行称重，最后计算平均值即为树莓果实单果重。用游标卡尺测量上述20 个样品果的纵横经，根据公式（1）计算果形指数。

产量测定：盛果期果实成熟为采摘期。由初果期至终果期，每个处理随机选择10 株有代表性的植株，统计单株结果数，并用精确度为0.01 g 的天平对整株果实依次进行称重。根据公式（2）计算增产效益。

1.4.3 生理指标测定 采用WYT 手持测糖仪测定果实可溶性固形物含量；用氮蓝四唑（nitroblue tetrazolium，NBT）光还原法测定超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性[15]；用愈创木酚法测定过氧化物酶（peroxidase，POD）活性[15]；用过氧化氢法测定过氧化氢酶（catalase，CAT）活性[15]；土壤有机质测定采用重铬酸钾法[15]；土壤pH测定采用电位测定法；土壤水解性氮测定采用碱解扩散法；有效磷测定采用钼锑抗比色[15]；速效钾测定采用原子吸收分光光度法[15]。

1.5 数据分析

用Microsoft Office Excel 2019 作图，用DPS 软件的单因素Duncan 新复极差法进行显著性检验和相关性分析，P<0.05 时为差异显著,用Rx64.4.0.4进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂对不同时期红树莓树体生长的影响

微生物菌剂对红树莓株高和地径的影响如图1 所示，9 月15 日（一次盛果期）以前各处理的株高、地径呈迅速上升趋势，随着果实的成熟株高、地径的增加趋于平缓直至终果期。T5、T4 处理的株高和地径明显高于CK，但二者间差别不明显，表明初花期和初果期施用微生物菌剂可有效增加红树莓株高和地径。

图1 在微生物菌剂下不同时期红树莓树体生长情况Fig. 1 Growth of red raspberry tree in different periods under microbial inoculum

2.2 微生物菌剂对不同时期红树莓果实可溶性固形物含量的影响

微生物菌剂对不同时期红树莓果实可溶性固形物含量的影响见图2，随着红树莓生长发育进程的推进，其果实可溶性固形物含量呈先上升后下降的趋势。可溶性固形物含量在二次盛果期（10 月10日）最高，其中T5、T4、T3处理的可溶性固形物含量分别较CK高30.43%、25.00%和12.40%，且三者间无显著差异，说明二次盛果期及以前施用3次微生物菌剂可提高果实的可溶性固形物含量。

图2 在微生物菌剂下不同时期红树莓可溶性固形物含量Fig. 2 Soluble solids content of red raspberry in different periods under microbial inoculum

2.3 微生物菌剂对不同时期红树莓果形指数的影响

微生物菌剂对不同时期红树莓果形指数的影响如图3所示，不同处理与CK 变化趋势较相近且在二次盛果期（10 月10 日）达到最高。在二次盛果期，T5、T4、T3 处理的果形指数分别为0.85、0.83、0.81，均呈圆形或近圆形，与CK 无显著差异。终果期所有施菌剂的处理（T1 除外）均高于CK，说明微生物菌剂对红树莓果形指数影响明显。

图3 在微生物菌剂下不同时期的果实果形指数Fig. 3 Fruit shape index in different periods under microbial inoculum

2.4 微生物菌剂对红树莓盛果期产量的影响

微生物菌剂对红树莓产量的影响如图4 所示，盛果期前施菌剂的T5、T4、T3处理单株结果数量均显著高于其他处理，分别较CK 高出76.40%、57.30%和35.95%，T2和T1处理与CK无差显著差异。不同成熟期各处理单果重变化趋势为先上升后下降，在一、二次盛果期CK 单果重高于微生物菌剂处理组，主要原因是CK 结果数量显著低于处理组；盛果期T5、T4 和T3 的产量明显高于CK，但三者之间无显著差异，其中T5、T4 分别显著高出CK 25.75%、23.09%，T2 和T1 处理与CK 无显著差异。综上所述，T5、T4 处理的产量最高，可能是T5、T4 处理提高了红树莓初生茎的花芽分化数量，增加了一次盛果期和二次盛果期结果数量，进而降低了单果重。

图4 在微生物菌剂下红树莓盛果期产量Fig. 4 Yield of red raspberry in full bloom under microbial inoculum

2.5 微生物菌剂对不同时期红树莓叶片抗氧化酶活性的影响

微生物菌剂对不同时期红树莓叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性的影响如图5 所示，SOD、POD 活性先匀速上升后缓慢下降，在一、二次盛果期达到最大值。在初果期、一次盛果期和二次盛果期，T5 处理叶片的SOD 活性高于CK 16.64%、22.49%、18.02%；而叶片的POD 活性与CK 在一次盛果期无显著差异。CAT 活性在一次盛果期达到最大值，之后则呈快速下降的趋势，在一、二次盛果期，T5 处理显著高于CK 25.02%、12.29%，而其他处理则与CK 无显著差异。以上结果表明微生物菌剂在一定程度可提高红树莓的叶片抗氧化酶活性。

图5 在微生物菌剂下不同时期红树莓叶片抗氧化酶的活性Fig. 5 Antioxidant enzymes activities of red raspberry leaves at different periods under microbial inoculum

2.6 微生物菌剂对红树莓盛果期土壤pH 和有机质的影响

微生物菌剂对红树莓盛果期土壤pH 和有机质的影响如图6 所示，0—10 cm 土层的土壤pH 低于10—20 cm 土层，T5 处理0—10 cm、10—20 cm的土壤pH 分别为7.19 和8.07，低于T4 和CK 处理；0—10 cm 土层中，T5 和T4 处理的pH 显著低于CK，而10—20 cm 土层中各处理与CK 均无显著差异。在0—10 cm 土层中，T5、T4 处理的有机质含量与CK 存在显著差异，分别较CK 高13.71%、7.78%，而其他处理与CK 无显著差异；在10—20 cm土层中，T5和T4处理与CK存在显著性差异，而T3、T2 和T1 处理与CK 无显著差异。其中，T5处理的0—10、10—20 cm深度土层有机质含量较CK 分别高出（3.28±0.05）（2.55±0.59）g·kg-1。综上表明，施用微生物菌肥在一定程度上可以调控土壤pH，改善土壤碱性环境，同时提高土壤有机质含量，利于红树莓的生长。

图6 在微生物菌剂下红树莓盛果期土壤pH和有机质含量Fig. 6 Soil pH and organic matter content of red raspberry in fruiting season under microbial inoculum

2.7 微生物菌剂对红树莓盛果期土壤速效养分含量的影响

微生物菌剂对红树莓盛果期土壤速效养分含量的影响如图7 所示，在0—10 与10—20 cm 土层中，T5和T4处理的速效养分含量显著高于CK，且各处理0—10 cm 土层的速效养分含量大于10—20 cm 土层。T2 处理的有效磷含量显著高于CK，T2 和T1 处理的其他速效养分与CK 均无显著差异。微生物菌剂对碱解氮的影响表明，T5、T4 和T3 处 理 在0—10 cm 土 层 分 别 较CK 显 著 高30.70%、27.17%和23.00%，在10—20 cm 土层分别较CK 显著高26.57%、26.77%和15.93%。0—10 cm 土层的T5、T4、T3 和T2 处理的有效磷含量分别较CK 高38.37%、29.83%、13.63%和12.90%，在10—20 cm 土层分别较CK 高34.97%、25.46%、13.34%和5.20%。T5、T4和T3处理的速效钾含量在0—10 cm 土层中分别较CK 高32.97%、25.93%和19.68%，在10—20 cm土层分别较CK高31.89%、21.92%和9.92%。以上结果表明，于红树莓生长季至少连续3 次施用微生物菌剂可显著提升土壤有效磷和速效钾的转化效率，且主要作用于0—10 cm 的土层，从而提高红树莓的树体生长、改善果实品质。

图7 在微生物菌剂下红树莓盛果期土壤速效养分含量Fig. 7 Available nutrients content of red raspberry soils in fruiting season under microbial inoculum

2.8 微生物菌剂对红树莓经济效益的影响

微生物菌剂对红树莓经济效益的影响如表2所示，本研究的施肥水平为20%，施肥量为菌剂原液200 L·hm-2，T5 处理较CK 增产6 660 kg·hm-2，增产率达26.71%；T4处理较CK增产6 465 kg·hm-2，增产率达25.93%，T4 处理的增产效益达到51 150 元· hm-2，而T3、T2 和T1 处理的产量与CK无显著差异，T1 处理由于菌剂施于二次盛果期，对产量影响较小，由产量提升导致的效益增加为-2 325元· hm-2。以上结果表明，于初花期和初果期施用菌剂可大幅度提高红树莓的经济效益。

表2 不同处理的经济效益Table 2 Economic benefits of different treatments

2.9 微生物菌剂对红树莓果实性状及土壤指标的相关性分析

终果期对红树莓施用微生物菌剂的12 个表型及生理指标与土壤指标的相关性分析结果如表3 所示。土壤pH 与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、SOD、可溶性固形物和果形指数呈极显著负相关；与株高、地径、POD和CAT呈显著负相关，POD则与除pH外的其他指标均无显著性相关，说明适宜的土壤pH 对红树莓的生长及果实品质具有提升作用。SOD与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、地径和可溶性固形物呈极显著正相关，与CAT 和果形指数呈显著性正相关；CAT与碱解氮、有效磷和可溶性固形物呈极显著性正相关，与有机质、速效钾和地径呈显著性正相关。可溶性固形物与有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和地径呈极显著正相关，与株高呈显著性相关。表明微生物菌剂的施用可提高土壤的有机质含量及速效养分的释放，从而利于红树莓的树体生长和果实品质改善。

表3 在微生物菌剂下红树莓性状及土壤指标相关性分析Table 3 Correlation analysis of raspberry characters and soil indexes under microbial inoculum

2.10 微生物菌剂对红树莓果实性状及土壤指标的主成分分析

对施用微生物菌剂处理的终果期红树莓果实性状及土壤指标进行PCoA 分析（图8），第1 主成分（PCA1）可以解释指标信息的84.31%，第2 主成分（PCA2）可以解释指标信息10.35%。处理在坐标轴上的投影距离越近，表明这2个处理越相似。T4 和T5 处理大多位于第4 象限且距离较近，说明2 个处理受微生物菌剂的作用效果相似；T1 与CK位于第2、3 象限，且与T2 部分重合，说明其作用效果差异较小。T3 处理位于T2 和T4、T5 处理之间，说明微生物菌剂对其有一定作用。以上结果表明，施用微生物菌剂可提高红树莓的果实性状及土壤养分。

图8 在微生物菌剂下不同处理红树莓性状及土壤指标PCoA分析Fig. 8 PCoA analysis Compared to CK of red raspberry traits and soil indicators in different treatments under microbial inoculum

3 讨 论

红树莓是高端水果，其分布范围较广、用途较多、适应性较强，但产量及品质仍有待提高[15]。微生物菌剂可明显促进植物根系生长与膨果，提高肥料利用率，增加其吸收营养速度，提高果实品质及植物内酶活性，同时改良土壤理化性质，调节碳氮比，平衡酸碱度，促进团粒结构形成并提高植物抗病虫害能力[16]。

相关研究表明，合理施肥可显著提高果实的产量与品质。红树莓生长期对3 种大量元素的吸收关键期分别在5、7、9 月初[17]。本研究在现蕾期(6 月25 日)、初花期（7 月15 日）、初果期（8 月11日）、一次盛果期（9 月15 日）、二次盛果期（10 月10 日）施用菌剂，微生物菌剂的吸收关键期与其施肥关键期基本吻合。T5、T4 处理的株高、地径显著高于CK，这是因为红树莓于现蕾期或初花期开始施用微生物菌剂至终果期结束（T5 和T4 处理），可以在红树莓营养生长期源源不断供给营养，这种施肥方式正好迎合红树莓花芽分化过程中持续分化的特性。并且果实可溶性固形物含量显著提高，主要原因是微生物菌剂的施用显著提高土壤的速效养分释放，尤其是速效钾可促进植物体内糖的转化[18-19]，从而提高果实的可溶性固形物含量。T5、T4 和T3 处理的盛果期单株结果数较CK 提高76.40%、57.30%和35.95%，T5、T4处理的盛果期产量较CK 提高25.75%和23.09%，但果实的单果重降低了，因此，在施用微生物菌剂的条件下为平衡产量与单果重的关系，生产中可通过疏花措施提高单果重。这与微生物菌剂显著促进甜瓜的生长和增加水果黄瓜茎粗、果实可溶性固形物、单果重等[20-24]研究结果一致。施用微生物菌剂会影响植物的多元素组成[25-26]，并有助于改善水果品质，主要反映在挥发性有机化合物的数量和丰度上[27]，同时对高梁[28]等植株生长及土壤微生物群落的功能多样性有一定的效果。T5处理在一、二次盛果期的SOD 较CK 显著提高22.49%、18.02%；CAT较CK 高25.02%、12.29%；而POD 在一次盛果期与CK 无显著差异。本研究表明，在关键时期施加适宜微生物菌剂可以在一定程度上促进植物对养分的吸收，提高红树莓的抗氧化酶活性，以此提高植物的抗逆性。有研究发现，施用微生物菌剂可增强烟草的抗病性[29]并减少盐胁迫危害，促进其生长和品质提高[7]。

微生物菌剂直接作用于土壤，可促进土壤速效养分释放。本研究表明，0—10 cm 土层的速效养分含量大于10—20 cm 土层，红树莓为浅根性树种，吸收根占根系总量的60 %以上且主要分布于0—20 cm 土层。微生物菌剂施用后促进土壤速效钾的释放，从而提高植物对氮的吸收和光合作用，并通过促进同化物蔗糖的韧皮部运输、提高糖类代谢相关酶活性，有利于糖类物质在储藏器官中的累积[30]；而碱解性氮同样可提高植物光合作用和蔗糖磷酸合成酶、蔗糖合成酶以及转化酶活性，促进糖类物质的合成与积累，以此增加干物质积累量[31]，另外磷是蔗糖合成过程中三磷酸腺苷(adenosine-triphosphate, ATP)、腺苷二磷酸葡糖(adenosine diphosphate glucose, ADPG)和尿苷二磷酸葡糖(uridine diphosphate glucose, UDPG)等的主要组分，同时K+可促进植物对磷的吸收与运输，从而提高 ATP 酶活性[18-19]。在0—10 cm 土层中，T5、T4 处理的有机质含量显著高于CK，表明关键时期施用菌剂在一定程度上可增加有机质含量。同时发现，施用微生物菌剂可平衡酸碱度，在碱性土壤施用微生物菌剂可降低土壤pH，这是因为微生物菌剂可增加植物根际磷酸酶活性并促进有机酸分泌，从而达到降低土壤pH 的目的[32]。土壤的pH 与其他各项指标均为显著性负相关，说明在一定程度上，降低碱性土壤的pH可以提高树莓果实品质、促进土壤养分释放。而叶片抗氧化酶活性和果实可溶性固形物含量与土壤有机质、速效养分和地径存在显著性正相关，表明提高土壤的有机质及速效养分可增加树莓的抗氧化酶活性及可溶性固形物含量。主成分分析表明，施用微生物菌剂可提高红树莓的生长、促进土壤养分释放。

植物生长的必需养分被认为是有效养分。研究表明，使用含单个或同时含有巨大芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌菌株的微生物菌剂可降低土壤pH，促进土壤的速效养分释放，增加养分利用效率，促进植物生长，提升其品质与抗逆性[20-21]，同时溶磷菌和固氮菌共接种可提高土壤速效氮、磷含量和叶片中的营养物质，有更好的生长促进和养分吸收效果[33-35]。在一定范围内，施用微生物菌剂可提高土壤速效养分，但若菌剂施用过量，土壤的有效养分含量下降[22,27]，可能与施菌剂量有关，有待深入研究。综合考虑果实品质及土壤的可持续利用，选择从现蕾期施肥至二次盛果期（T5），菌剂原液使用200 L·hm-2，施用含量水平为20%，效果最好。