混施典型菌种与牛/鸡粪有机肥对土壤性质和萝卜生长的影响试验

摘要：目前混施菌种与有机肥组合对防治土传病害的影响已有报道，但与土壤性质之间的相互作用尚不清楚。本研究将两种来源（牛/鸡）有机肥与四种典型菌种（1亿CFU/g肥）混施组合于土壤，在4个月内测定各组土壤团聚体、有机质、持水性以及土壤容重等性质变化，试探究并筛选出有助于形成大团聚体和保存有机质的菌肥组合。结果表明，相比牛粪肥，鸡粪肥可更有效地提高大团聚体的转化、抑制有机质的矿化，但在土壤持水性与土壤容重方面二者无明显差异。黑曲霉菌-鸡粪肥的混施对土壤团聚体稳定性促进效果优于其他菌种组合，细黄链霉菌-鸡粪肥混施对土壤有机质的保持更优，且更好促进萝卜生长。未来这些差异与作物土传病害的关系还待进一步研究。

关键词：菌种；有机肥来源；土壤团聚体；土壤有机质

中图分类号：S141.4 文献识别码：A 文献编号：1005-6114（2024）06-016-05

土壤的基本结构是由矿物质颗粒和有机物质胶结而成粒径在0.053～10 mm的土壤团聚体组成［1］。土壤团聚体的形成与稳定性直接影响土壤的理化性质，对土壤保水保墒、透气性以及植物根系活动、生长与健康起重要间接作用，同时也影响作物土传病害的发生。生物有机肥是一种兼具微生物肥料和有机肥效果的新型肥料，其中微生物菌种的添加不仅促进肥料为农作物提供营养，还可有助于增加土壤大团聚体的数量、更新土壤有机质，提高土壤结构稳定性，改善作物根际环境，利于植物根系吸收营养物质，有利于作物减少病害［2］。

生物有机肥对土壤性质的影响是土壤学和植物保护土传病害领域研究热点之一。任立军等将生物有机肥施于以黄瓜-番茄轮作下的土壤，结果表明生物有机肥使土壤大团聚体R0.25值（gt;0.25 mm）比例上升，微团聚体（lt;0.25 mm）比例下降，土壤稳定性提高，土传病害发生率降低［3］。李敏等探究施肥措施对连作甘薯田土壤团聚体稳定性影响，结果表明与不施肥相比，化肥、生物有机肥均能提高土壤gt;2 mm、2～1 mm粒级团聚体质量分数和团聚体平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和R0.25值［4］。刘玲等以添加不同微生物菌剂和有机肥的水稻幼苗为研究对象，证实微生物菌剂有提高株高、作物干重、促进代谢水平等效果，同时降低作物土传病害的发生率［5］。但是，目前还少有研究关注不同菌肥组合生物有机肥对土壤团聚体以及土壤有机质、保水性等性质的改变。

本研究选取4种不同类型菌种：枯草芽孢杆菌（细菌）、黑曲霉菌（真菌）、哈茨木霉菌（真菌）、细黄链霉菌（放线菌）；2种来源有机肥：牛粪有机肥（大分子有机物占比高）、鸡粪有机肥（小分子有机物占比高），试通过配制不同菌/肥组合，实现利于团聚体转化、改良土壤、促进作物生长的新型生物有机肥。为建立土壤性质和土传病害发生率之间关联性研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试土壤、有机肥、微生物菌剂及萝卜种子材料

供试土壤为红壤发育的水稻土，采集于湖北省武汉市新洲区周铺村。采样方法：根据S型路线随机采集0～20 cm深度耕层土壤样品，去除石砾、植物残根等后充分混合，装入无菌袋内运回实验室。

试验所用牛粪有机肥来自湖北省双丰有机肥有限责任公司，有机质≥30%，总养分（N+P2O5+K2O）≥4%；鸡粪有机肥来自湖北省丰沃农业生物科技有限公司，有机质≥30%，总养分（N+P2O5+K2O）≥5%。

本次试验菌种来源于湖北启明生物工程有限公司，分别为枯草芽孢杆菌、细黄链霉菌、哈茨木霉菌、黑曲霉菌，菌剂细度：200目，含有效活菌数：100～500亿CFU/g。

试验种植的萝卜品种为兰溪小萝卜，种子购自上海汇阳种苗有限公司。

1.2 试验设计

室内盆装土壤培养：设计9个处理（表1）。盆内土壤12 kg，生物有机肥添加量为1.5%（土壤质量），其中菌种添加量为有效活菌数1亿CFU/g肥，加入后带无菌手套手动混匀。每个处理设置2组重复。培养持续4个月，每隔14 d为土壤称重浇水补水，最后测定各土样土壤有机质含量、水稳性团聚体分布、土壤持水性和土壤容重。

室内土壤培养获得较好效果的两种菌肥组合进行室外盆栽种植萝卜试验。将萝卜种子育苗后，移栽入室外盆装新鲜土壤中，设置分别为：空白组、黑曲霉菌+鸡粪肥组、细黄链霉菌+鸡粪肥组。每盆4株，每个条件下两盆，菌种和有机肥添加量与室内土壤培养试验保持一致。于2023年11月至2024年1月，每周浇一次水，培养至萝卜基本成熟。将萝卜带着周边土挖出，清洗干净后称量鲜重。

1.3 分析方法

采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量，土壤团聚体分析仪（湿筛法）测定土壤水稳性团聚体，环刀法测定土壤容重及壤持水性。每个指标重复测定3次以上。

1.4 数据处理

使用Excel 2021对原始数据进行整理和计算，使用SPSS 26.0软件进行方差分析（ANOVA）和Spearman相关性分析，使用Origin 2022软件作图。不同处理间的差异显著性采用Waller-Duncan进行检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同菌肥组合对土壤水稳性团聚体含量的影响

图1是室内土壤培养100 d时水稳性团聚体各粒径质量占比。与CK相比，鸡粪组使得gt;2 mm、2～1 mm大团聚体分别增加了17.05%、4.40%，使得1～0.25 mm、0.25～0.053 mm和lt;0.053 mm微团聚体分别降低了0.90%、15.97%和4.59%。牛粪组趋势与鸡粪组类似，但团聚体增大效果没有鸡粪组明显。总体来看，不同施肥处理土壤团聚体的优势粒级主要以gt;2 mm、2～1 mm为主，鸡粪比牛粪更有利于大团聚体的转化。从施加的菌种角度来看，与CK相比，对各粒级团聚体影响较大的菌种分别是黑曲霉菌与枯草芽孢杆菌，其中黑曲霉菌使gt;2 mm、2～1 mm大团聚体分别增加了202.43%、51.59%，使得1～0.25 mm、0.25～0.053 mm和lt;0.053 mm团聚体降低了5.41%、33.41%和0.20%；枯草芽孢杆菌使得gt;2mm、2～1 mm、1～0.25 mm团聚体分别增加17.50%、4.80%、0.75%，使得0.25～0.053 mm和lt;0.053 mm团聚体降低了11.54%和8.56%。黑曲霉菌、枯草芽孢杆菌较细黄链霉菌、哈茨木霉菌更有利于大团聚体的转化。

MWD、GMD和R0.25是用来表征土壤团聚体稳定性的指标，其数值越大，土壤团聚体稳定性越强。水稳性团聚体粒径分布如图2所示，牛粪组与鸡粪组的MWD、GMD、R0.25数值相较空白分别增加38.97%、41.21%、28.97%与114.07%、100.04%、60.17%。上述结果说明有机肥的添加显著提升土壤中大团聚体含量、提高土壤团聚体稳定性，鸡粪的效果要优于牛粪肥组。从菌种角度看，黑曲霉菌与枯草芽孢杆菌对大团聚体形成效果明显，黑曲霉菌-鸡粪肥效果最为突出，MWD、GMD、R0.25分别提高120.88%、122.17%、67.96%。

2.2 不同菌肥组合对土壤有机质的影响

本批土壤加入有机肥测得初始有机质含量约为3.8%，经过四个月的室内培养后，不同菌种与有机肥混施对土壤有机质含量的影响见图2，土壤有机质降低至2.5%～3.2%左右。各组之间有机质含量存在显著性差异（Plt;0.05），其中混施加了细黄链霉菌-鸡粪肥的土壤仍能保持较高的有机质。同时，细黄链霉菌能够提高作物过氧化物酶及过氧化氢酶活性，提高作物产量，使土壤有机质高于施用其他搭配的土壤，四个月培养后仍高达3.3%，与初始有机质含量相比仅降低13.8%，显著优于其他组合，可见在施用相同鸡粪的条件下，配施细黄链霉菌能有效保持土壤有机质。相较于细黄链霉菌仅与鸡粪配施才能有效保留土壤有机质，黑曲霉菌无论与牛粪或鸡粪混施时土壤有机质均保持在较高水平，剩余有机质含量分别为3.15%、3.04%。

2.3 混施不同菌肥组合下土壤性质相关性分析

土壤各粒径团聚体与土理化性质的相关性分析如表2所示。粒径大于2 mm的大团聚体含量与土壤有机质含量呈显著正相关。1～0.25 mm团聚体与田间持水量呈显著负相关。粒径小于0.053 mm的微团聚体比例与土壤容重呈显著正相关。粒径为0.25～0.053 mm与lt;0.053 mm微团聚体含量与土壤有机质含量呈显著负相关。由此可以推断，提高土壤有机质可能有利于土壤形成大团聚体，同时抑制形成微团聚体。微团聚体比例直接影响土壤容重。同时中团聚体可能对土壤的保水性（田间持水量）影响更大。

2.4 混施不同菌肥组合对萝卜生长的影响

空白组、黑曲霉菌+鸡粪肥组、细黄链霉菌+鸡粪肥组最终收获的萝卜鲜重分别平均为29.8±4.7 g、39.0±10.1 g和41.1±10.0 g。两种菌肥组合相比空白组对萝卜鲜重都有着显著的提高作用（30%～37%），其中细黄链霉菌的促进效果更佳。

3 结论与讨论

土壤团聚体是影响土壤结构、有机质稳定、保水透气性能的重要因素，与土壤微生物活性息息相关，对农作物生长与健康起重要调节作用。本试验中，鸡粪与牛粪肥的添加对能够显著提高2～1 mm与gt;2 mm粒级大团聚体比例，有效降低lt;0.053 mm粒级微团聚体比例。对于两种有机肥来说，鸡粪相较于牛粪更有利于大团聚体，这与过去研究认为大分子有机质可促进稳定的土壤团聚体形成（例如本研究中的牛粪有机肥含较多未消化的木质素、纤维素）存在一定差异［6］。在与菌种混施下，小分子有机质含量占比较高的鸡粪有机肥可更有效提高土壤大团聚体比例与土壤中有机质含量，这可能是由于小分子有机质促进微生物菌剂的生长同时间接促进了稳定的土壤团聚体形成与有机质的保存。土壤大团聚体与土壤有机质成正相关，这可能是因为土壤大团聚体将有机质包裹其中并使其保持稳定。对于本研究中测试的四种不同类型菌种，黑曲霉菌作为真菌对促进土壤大团聚体稳定性效果最佳，可能与其能产生大量菌丝并对土壤颗粒进行固定有关［6］。目前一些研究表明，土壤结构性质和有机质可以对土传病害菌的分布起到一定的影响，比如大团聚体增大了土壤孔隙并阻碍了一些土传病害真菌（如尖孢镰刀菌）的菌丝衍生和营养吸取［8］。接种土传病害菌可能消耗土壤碳氮含量并抑制土壤团聚体稳定性［9］。相反，有益菌种的加入不仅可以促进有机质的提供还可以防止土传病害，例如施用高氏15菌种同时提高了辣椒根系的病害抵抗力与土壤有机质含量［10］。本研究混施的菌肥组合显然对土壤性质和作物生长起到有益作用，但与土传病害间的关系还需进一步研究。

施用生物有机肥可显著提高土壤中大团聚体含量比例和团聚体MWD、GMD和R0.25值；能够改善土壤持水性，提高土壤田间持水量；能够降低土壤容重，提高土壤孔隙度。鸡粪肥相较于牛粪肥更有利于大团聚体转化，且整体效果优于牛粪肥，对土壤的改良效果更好。与鸡粪肥配施的菌种中，黑曲霉在提高土壤大团聚体含量上要优于其他菌种，而细黄链霉菌相较于其他菌种能够有效促进土壤有机质稳定性，并且更好地促进萝卜生长。研究适当的菌肥组合对土壤性质的影响，可为明确土壤改良与防治土传病害之间关系奠定基础。

参考文献

［1］ 付丽军，张爱敏，王向东，等.生物有机肥改良设施蔬菜土壤的研究进展［J］.中国土壤与肥料，2017（3）：1-5.

［2］ 鲁洪娟，周德林，叶文玲，等.生物有机肥在土壤改良和重金属污染修复中的研究进展［J］.环境污染与防治，2019，41（11）：1378-1203.

［3］ 任立军，李金，邹洪涛，等.生物有机肥配施化肥对设施土壤养分含量及团聚体分布的影响［J］.土壤，2023，55（4）：756-763.

［4］ 李敏，刘亚军，王文静，等.施肥方式对连作甘薯田土壤团聚体稳定性及酶活性的影响［J］.江苏农业科学，2023，51（13）：252-260.

［5］ 刘玲.土壤有益菌对连作番茄和土壤的影响［D］.杨凌：西北农林科技大学，2022.

［6］ 谭文峰，许运，史志华，等.胶结物质驱动的土壤团聚体形成过程与稳定机制［J］.土壤学报，2023，60（5）：1297-1308.

［7］ 杨婵，郑潇，丛文杰，等.黑曲霉菌丝球固定化异养小球藻处理食品废水的研究［J］.食品与发酵工业，2024，50（17）：23-30.

［8］ 王秋君，马艳，常志州.土壤团聚体对微生物及土传病原菌的影响［J］.江苏农业学报，2015，31（4）：946-950.

［9］ 迟利喆.不同地力黑土土壤团聚体组成及禾谷镰孢菌分布特征研究［D］.吉林农业大学，2021.

［10］ Zhang X，Yu D，Wang H. Pepper root rot resistance and pepper yield are enhanced through biological agent G15 soil amelioration［J］.PeerJ，2021，9：e11768.