液态有机肥对‘凤丹’牡丹脂肪酸、土壤有机碳含量及微生物碳利用的影响

摘要：本试验采用田间滴灌方式，以‘凤丹’为材料，设置施用牡丹专用液体肥（NPK）、牛羊粪提取物液态有机肥（L1）、玉米秸秆提取物液态有机肥（L2）、蚯蚓粪提取物液态有机肥（L3）、海藻提取物液态有机肥（LA）、鱼虾提取物液态有机肥（L5）处理，以不施肥为对照（CK），研究不同液态有机肥对牡丹籽粒脂肪酸组分、土壤有机碳组分及微生物功能多样性的影响。结果表明，‘凤丹’中共检测到15种脂肪酸，包含8种饱和脂肪酸（C10：0、C12：0、C14：0、C16：O、C18：0、C20：0、C22：0、C24：0）、4种单不饱和脂肪酸（C14：1、C16：1、C18：1、C20：1）以及3种多不饱和脂肪酸（C18：2、C18：3n3、C20：5n3），其中L1处理的亚油酸与a-亚麻酸含量最高，较其他处理分别提高0.532 - 8.040个、0.956 - 8.431个百分点。液态有机肥处理提高了籽粒脂肪酸、土壤碳含量及土壤微生物碳利用效率与能力：且L1处理下土壤总有机碳（SOC）和活性有机碳组分（MBC、DOC、ROC）含量、平均颜色变化率、6种微生物碳源类型利用强度及香农指数均具有较大值。冗余分析表明，土壤有机碳指标（SOC、MBC、DOC、ROC）与6种微生物碳源类型均呈正相关。综上，施用牛羊粪提取物液态有机肥可有效提高土壤总有机碳和活性有机碳含量及微生物碳利用效率，促进a-亚麻酸与亚油酸为主的脂肪酸合成，是种植油用牡丹的最优液态肥。

关键词：液态有机肥：牡丹：脂肪酸组分：土壤有机碳：微生物碳源利用

中图分类号：S685.11 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024） 08-0129-08

牡丹（Paeonia suffruticosa）为芍药属（Paeo-nia）多年生小型灌木，原产于中国西部秦岭和大巴山一带，作为中国传统名贵花卉，因其极大的观赏价值，现已在全球范围内广泛栽种。油用牡丹是以采收结实籽粒并用以提取油料为目的而种植的牡丹资源类型，目前，我国栽培的油用牡丹主要为‘凤丹’和‘紫斑’两个品种，其与核桃树、油茶树、星油藤及油桐树等植物被称为新兴木本油料植物。研究表明，木本植物籽油富含多种不饱和脂肪酸，其中α-亚麻酸含量远高于农业栽培的草本油料作物。由于‘凤丹’牡丹对土壤要求较低，抗逆性较强，近年来，‘凤丹’已成为我国黄河流域一带主栽的油用植物，其中洛阳市是一个重要而特殊的牡丹栽植区，但较低海拔使得油用牡丹的出油率不理想。施肥是农林业生产的常规措施，其中肥料类型是影响作物产量和品质形成的关键因素。

研究表明，长期施用有机肥可有效促进作物生长、提升作物品质及改善土壤性质。目前农林业种植过程中施用的有机肥主要为传统的固态有机肥产品，固态有机肥虽可提供全面的养分，但存在施用量大、肥效低的不足。液态有机肥料通常提取自有机天然产品，浓缩的液体体积小，稀释后仍具有良好的肥效，有望替代化肥成为园艺生产上的主要肥料。与传统有机肥相比，提取的液体有机肥有机质更为丰富，养分活化更快，具有化肥和有机肥的共同特点，且水肥一体化可进一步提高养分利用效率并降低养分流失风险。此外，液态有机肥中的特殊核心物质，如壳聚糖、氨基酸以及有机酸等功能物质，可作为促进植物生长发育的生物刺激剂。刘莹等研究表明，从人参茎叶及须根残体中提取的液态有机物质可有效促进人参的干物质积累，提高皂苷含量，增加根际细菌多样性，降低真菌多样性。

根际是土壤微生物生长与繁殖的重要生态位，也是植物根系、土壤养分和功能菌群之间交流的核心微域。其中微生物菌群在保障植物健康和土壤养VEWohQ5ZouFKFuN92+u3snGfsJ63t1vV5D3nH9JxR5w=分周转中扮演着重要角色。Biolog微孔板技术是监测土壤细菌功能活性的重要手段，可确定微生物的底物养分利用效率，反映土壤环境的生态健康。碳是生态系统的重要成分之一，土壤碳周转速率及矿化量受土壤性质、特殊微生物丰度和活性等其他物理生物多方面因素影响，其中微生物是决定碳矿化水平的关键因素。因此，根际微生物代谢能力可作为评估液态有机肥施用效果的重要参考指标。本研究基于鱼虾、牲畜粪便、作物秸秆、蚯蚓粪肥以及海藻的液态有机提取物，探索不同液态有机肥对牡丹种植土壤总有机碳及活性有机碳组分含量、微生物碳源利用能力及籽粒脂肪酸组分含量的影响，以期为油用牡丹的可持续化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2021年11月-2022年8月在河南省洛阳市洛龙区吕庙村（34°44＇N、112°31＇E）进行。该试验地为洛阳市油用牡丹栽培示范基地，属亚热带季风气候，海拔686 m，无霜期231 d，年均降水量740 mm，年均气温16.3℃。其0- 30 cm土层土壤理化性质：有机质含量23.59 g/kg，速效氮、有效磷及速效钾含量分别为53. 56、21. 72mg/kg和98.83 mg/kg，pH值8.43。

供试牡丹为定植4年的‘凤丹’品种。

供试化肥为牡丹专用液体肥（N：P205：K20=10：1：9），购自河南原动力生物肥业有限公司。鱼虾提取物液态有机肥（N：P2O5：K2O= 50：1：46），购自深圳市深博泰生物科技有限公司：玉米秸秆提取物液态有机肥（N：P2O5：K2O= 14：1：13），购自湖南天赐宝农业科技有限公司：蚯蚓粪提取物液态有机肥（N：P2O5：K2O= 50：1：47），购自上海碧云天生物技术有限公司：海藻提取物液态有机肥（N：P2O5：K2O=6：1：5），购自正定盛佳汇生态农业有限公司：牛羊粪提取物液态有机肥（N：P2O5：K2O= 10：1：8），购自正定盛佳汇生态农业有限公司。以上液态有机肥除海藻提取物液态有机肥为欧盟有机认证标准外，其他4种均为OFDC有机认证标准。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，重复3次，共设置7个处理，即CK：不施肥：NPK：施用牡丹专用液体肥；LI：牛羊粪提取物液态有机肥；L2：玉米秸秆提取物液态有机肥：L3：蚯蚓粪提取物液态有机肥；IA：海藻提取物液态有机肥；L5：鱼虾提取物液态有机肥（表1）。小区面积为8mx6 m=48m2。‘凤丹’栽植密度5.4万株/hm2，相应施肥处理基于当地化肥纯氮用量（210 kg/hm2）进行施用量换算；2021年11月和2022年1月、3月分3次以滴灌方式施入（滴头入±4 cm），施用比例为5：3：2。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 籽粒脂肪酸组分含量测定

采集成熟牡丹籽粒后脱壳，将种仁粉碎并过0.25 mm筛。脂肪酸组分含量参照《GB 5009. 168-2016食品安全国家标准食品中脂肪酸的测定》中的标准采用气相质谱法（CG-MS）测定。称取种仁粉碎样品300 mg，加入1 mL稀硫酸（1%）和2mL无水甲醇在80℃甲酯化反应器中反应6 min;接着加入1moL/L的氢氧化钾一甲醇溶液1.0mL，采用旋涡混合器（XW-80A，江苏海门市其林贝尔仪器制造有限公司）分散溶解30 s，去离子水洗涤转移至50 mL容量瓶中。采用气相质谱仪（Agilent7890A/5975C，美国安捷伦科技有限公司）测定，以脂肪酸甲酯混合标准品为对照，色谱条件、调制器条件及质谱条件参照文献。

1.3.2 土壤有机碳含量测定

采用蒸馏水浸提法（水土质量比5：1）测定油用牡丹种植土壤可溶性有机碳（DOC），采用高锰酸钾（KMnO4）氧化法测定易氧化有机碳（ROC），采用CHCl3熏蒸法测定微生物量碳（MBC），总有机碳（SOC）及活性有机炭组分（DOC、MBC、ROC）皆采用TOC自动分析仪（Multi N/C 3100 TOC，Elementar，Germany）测定，具体步骤参照鲁如坤的方法进行。

1.3.3 土壤样品采集及微生物碳利用测定

于2022年5月3日（坐果期）将包裹土壤的牡丹根系完整挖出，轻轻抖动以去除距离根系较远的土壤，保留距离根系最近的土壤（0.5 cm），即为根际土壤，所取根际土壤样品保存于-20℃环境。采用Biolog-Eco微孔板法测定土壤微生物碳x38M+IaJEFo/Tqe7VDsprQ==利用能力。称取保存于-20℃环境的5.00 9根际土壤转移至无菌三角瓶中，加入90 mL无菌生理盐水（0.85％）之后，置于摇床中以90 r/min往复振荡30 min，弃上清液，保留下层匀浆。采用广口移液枪吸取200 μL匀浆添加至31孔微孔板中，第32孔添加蒸馏水作为对照。微孔板在25℃下孵育192 h，每隔12 h测定液体的OD590mm值，每个样品进行3次生物学重复。其中平均颜色变化率（AWCD）、香农多样性指数、香农均匀度指数的计算参照Yu等的方法进行。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 24.0软件进行方差分析，Duncan，s法进行多重比较（P＜0.05），采用Origin 2021软件绘图，所有试验结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同液态有机肥对油用牡丹籽粒脂肪酸组分含量的影响

通过GC-MS分析，‘凤丹’籽粒检测到15种脂肪酸，包括8种饱和脂肪酸（SFA）、4种单不饱和脂肪酸（MUFA）以及3种多不饱和脂肪酸（PU-FA）。由表1可知，不同脂肪酸组分含量差异较大，且不同液态有机肥对SFA组分含量具有一定影响。在8种SFA组分中，月桂酸（C12：0）、山嵛酸（C22：0）、木蜡酸（C24：0）含量处理间差异较小，未达显著水平。癸酸（C10：0）、肉豆蔻酸（C14：0）整体表现为以液态有机肥处理（L1- L5）含量高于CK和NPK处理。棕榈酸（C16：0）、硬脂酸（C18：0）含量最高，与CK相比，施肥处理（NPK、L1 - L5）的C16：0、C18：0分别显著增加0.171- 1.040个、0.128 - 0.507个百分点，以液态有机肥L1、L2处理的值较高。各处理花生酸（C20：0）含量与棕榈酸、硬脂酸规律基本一致。

在4种MUFA组分中，肉豆蔻烯酸（C14：1）、棕榈烯酸（C16：1）及二十碳烯酸（C20：1）含量均较低。油酸（C18：1）含量较高（19. 459％-23.337%），各处理C18：1含量表现为CK ＜IA＜NPK＜L5＜L2＜L3＜L1，其中液态有机肥处理均显著高于CK，L1、L2、L3处理显著高于NPK处理。液态有机肥处理中，以牛羊粪提取物处理（L1）的C18：1含量最高，显著高于CK、NPK、L2、IA、L5处理。3种PUFA组分以α-亚麻酸（C18：3n3）含量最高，为40.543% - 48 .974%，亚油酸（C18：2）含量次之（25.287% - 33.327%），二十碳五烯酸（C20：5n3）含量最低（1.419% - 3.294%）。PUFA组分中，L2处理C20：5n3含量最高；L1处理C18：2、C18：3n3含量最高，较其他处理分别提高0.532 - 8.040个、0.956 -8.431个百分点。

2.2 不同液态有机肥对土壤总有机碳及活性有机碳含量的影响

由图IA可知，L1、L2处理土壤总有机碳（SOC）含量较高，显著高于其他处理，CK和IA处理的SOC含量较低，二者无显著差异，其他施肥处理皆显著高于CK。施肥处理中，L2处理的SOC含量较NPK处理提高65.09%。由图IB可知，在活性有机碳组分中，微生物量碳（MBC）含量较高，可溶性有机碳（DOC）次之，易氧化有机碳（ROC）含量最低；对任一活性有机碳组分而言，皆以液态有机肥处理明显高于CK和NPK处理。液态有机肥处理中，以L1处理的MBC、DOC含量最高，其他液态有机肥处理较之降低4.21% -17.21%、4.54% -5. 67%。L5处理的ROC含量较高，其他液态有机肥处理较之显著降低7. 47% -24.10%。

2.3 不同液态有机肥对土壤微生物碳源代谢活性的影响

微生物碳源代谢的平均颜色变化率（AWCD）被用作土壤中微生物活性的指标。由图2可知，孵育的前48 h内，各处理的AWCD值上升缓慢，处理间差距较小，之后开始明显提升，孵育192 h内，CK的AWCD值提升幅度较低。与CK相比，添加液态有机肥均明显提高培养后的AWCD值：与NPK处理相比，孵育192 h，液态有机肥处理的AWCD值提高-6. 77%- 64. 29%，其中仅IA处理低于NPK处理，其他液态有机肥处理皆大于NPK处理。就液态有机肥处理而言，L1、L2处理最有利于提升微生物碳代谢活性，其AWCD值明显高于其他液态有机肥处理，L3、L4处理的AWCD值与NPK处理相比没有明显改变。

2.4 不同液态有机肥对土壤微生物利用不同碳源类型能力的影响

由图3可知，土壤微生物不同碳源类型的OD590mm值高低总体表现为碳水化合物（Carh）＞羧酸化合物（CaIx）＞氨基酸化合物（Amoa）＞多聚化合物（Poly）＞胺类化合物（Amin）＞芳香化合物（Phen），而不同处理在一定程度上影响了土壤微生物对不同碳源的利用能力。L1处理条件下土壤微生物对Carh、Amin、Amoa、Poly的利用能力较佳，其中对Carh、Amoa的利用能力最强，其他处理较L1显著降低28.08% - 59.75%、6.42% - 57. 58%。各处理CaIx值以L2处理最高，其他处理较之显著降低21.84% - 70.93%。L5处理对Poly、Phen的利用能力最佳，其中Poly利用能力表现为CK＜L3＜IA＜L2＜ NPK＜L1＜L5，与L5相比，其他处理降低3.05% -70.63%；对Phen的利用能力，CK、NPK、L1处理较L5处理分别显著降低66. 48%、52. 35%、40. 17%。

2.5 不同液态有机肥对土壤微生物功能多样性的影响

由图4A可知，各处理的香农多样性指数表现为CK＜IA＜L3＜NPK＜L5＜L2＜LI。与CK相比，各施肥处理的香农多样性指数显著升高15. 26%-39.41%；与L1处理相比，NPK、L2、L3、IA、L5处理则分别降低13. 19%、4.76%、17. 96%、20. 95%、5.86%，其中NPK、L3、IA处理差异达显著水平。

由图4B可知，各处理的香农均匀度指数表现为IA＜CK＜NPK＜L3＜L5 ＜L1＜L2，且IA与CK、NPK处理无显著差异，但显著低于其他液态有机肥处理。

以上结果表明，施用液态有机肥（特别是L1、L2和L5）对土壤微生物群落的多样性和均匀度具有显著正向影响。

2.6 土壤碳指标与微生物碳源代谢能力的冗余分析

采用孵育196 h的土壤微生物对碳源的AWCD与土壤总有机碳及活性碳组分进行冗余分析（RDA）。结果（图5）表明，RDAI为51.23%，RDA2为21 .09%，二者总贡献率为72. 32%，可解释土壤微生物对碳源的利用能力情况。由图5看出，土壤微生物对Phen、Poly、Carh、Amoa、Carx及Amin的利用能力与SOC、ROC、DOC、MBC含量均呈正相关。可见，液态有机肥能够通过影响土壤微生物对土壤碳源的利用能力，介导土壤碳组分转化。

3 讨论与结论

脂肪酸组成与含量是反映油料作物籽粒含油量水平与营养价值的直观表征，同时也是反映植物碳同化能力的重要指标。本研究结果表明，‘凤丹’籽粒中共检出15种脂肪酸，其中饱和脂肪酸（SFA）8种，单不饱和脂肪酸（MUFA）4种，多不饱和脂肪酸（PUFA）3种。这与前人的研究结果存在一定差异：郑雅琪等[21]研究表明，油用牡丹中含有一定量的十七烷酸（C17：0）、二十二烯酸（C22：1），而本研究检测到未被报道过的二十碳五烯酸（C20：Sn3）、癸酸（CIO：0）等。本研究中，脂肪酸组分（SFA、MUFA、PUFA）中PUFA组分最少，但其含量最高。这与张梦娇等的研究结果基本一致：多不饱和脂肪酸是油用牡丹的主要脂肪酸类型。本研究中，以PUFA中的亚油酸（C18：2）、α-亚麻酸（C18：3n3）含量较高，二者总含量可达65%以上。这与Liu等的研究结论基本一致：亚油酸、α-亚麻酸是牡丹籽粒含量最高的脂肪酸种类。大量研究表明，亚油酸和α-亚麻酸是人体必需的多不饱和脂肪酸，具有调节免疫力、增强机体酶代谢以及预防心脑血管疾病等功效。本研究中，L1、L5处理下C18：2、C18：3n3含量较高，且均显著高于CK、NPK处理，表明牛羊粪提取物液态有机肥和鱼虾提取物液态有机肥可促进牡丹籽粒亚油酸、α-亚麻酸的生物合成。

有机碳组成特征、周转速率及碳活性是评价土壤质量、碳库稳定性及土壤养分周转的重要指标，不同组分有机碳对外部环境的敏感度相差较大，其中活性组分含量变化是反映瞬时土壤微生物活性和有效养分变化的主要有机碳指标。高欣等研究表明，蚯蚓粪肥、牛羊粪可提高连作花生根际土壤的微生物量碳、可矿化有机碳和可溶性有机碳，同时有助于土壤非活性有机碳的积累。孙雪等研究表明，单施秸秆或有机粪肥对土壤团聚体结构具有积极影响，同时可降低惰性有机碳含量，提高小粒径团聚体活性和有机碳组分比例。本研究中，除IA处理外，其他液态有机肥处理的土壤总有机碳含量均高于不施肥和无机专用液体肥处理，各液态有机肥处理活性有机碳组分（MBC、DOC、ROC）均显著高于CK、NPK处理。液态有机肥处理较佳的原因可能是其含有大量有效养分，与传统的固态有机肥料相比，液态肥养分释放速率更快，更容易被植物吸收利用。

Biolog-Eco是监测土壤细菌功能活性的重要技术，可反映微生物活性、多样性以及土壤碳转化的短期变化情况。本研究结果表明，施肥可提高根际土壤微生物碳源代谢的平均颜色变化率（AWCD），液态有机肥处理整体优于NPK处理，以L1处理的AWCD值最高，孵育192 h时明显高于其他液态有机肥处理。前人研究表明，家畜粪便中含有大量的有机酸，有机酸是土壤微生物吸收利用的重要能量物质，充足的有机酸供应有利于微生物增殖，有机酸也是促生长物质，可促进植物生长与发育，这可能是牛羊粪提取物液态肥处理较优的原因。施用液态有机肥可提高植物养分利用率，增加土壤微生物多样性，提高土壤碳底物转化能力。本研究结果表明，施用液态有机肥处理（特别是L1、L2和L5）显著提高了土壤微生物群落的多样性和均匀度：液态有机肥提高碳底物利用率的原因可能是土壤微生物结构及土壤质地变化的结果。

本研究结果表明，与CK和NPK处理相比，液态有机肥处理的土壤微生物对6种碳源类型（Phen、Poly、Carh、Amoa、Carx、Amin）的利用能力较高。这与前人的结论一致：液态有机肥养分可作为微生物利用底物，促进微生物增殖发育，影响微生物群落的丰度与多样性，从而提高微生物对碳源的利用能力。L1处理条件下土壤微生物对Carh、Amin、Amoa、Poly的利用能力较佳，其中对Carh、Amoa的利用能力最强，其他处理较之显著降低28. 08％ - 59.75％、6.42％ - 57.58%。且L1处理下土壤微生物对6种碳源利用能力均明显大于CK。此外，冗余分析（RDA）表明，液态有机肥处理下土壤微生物对6种碳源类型的利用能力与总有机碳（SOC）、活性有机碳组分（MBC、DOC、ROC）含量均呈正相关，说明土壤微生物碳利用能力与土壤有机碳转化间具有协同关系。

综上，施用牛羊粪提取物液态肥可有效提高土壤总有机碳和活性有机碳含量及土壤微生物的碳利用能力，增加油用牡丹籽粒脂肪酸组分含量，为最优处理。

基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFD1000500）