胶冻样类芽孢杆菌对不同施肥处理的马铃薯产量和品质的影响

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　　摘    要： 以‘克新1号’马铃薯为试验材料，试验设置低、中、高3个施肥量处理，在复合肥和有机肥的基础上，每个处理中固体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂设置4个不同的梯度处理，在马铃薯块茎膨大期冲施定量的液体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂，探究增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂对马铃薯生长指标、产量、品质及经济效益等的影响，旨在找出适合蒲县当地的科学施肥方法，为其马铃薯的高产优质生产提供理论和生产实践依据。结果表明，适量增施微生物菌剂有利于提高马铃薯产量、品质和经济效益等指标，但高浓度的微生物菌剂却抑制马铃薯的生长，在本试验中以低肥量处理下的T2组效果最佳，其株高、出苗率、维生素C含量、产量及净利润比常规施肥组分别提高了6.83%、5.31%、92.11%、27.0%和16.94%，还原糖含量降低了18.42%，是高产优质马铃薯的科学施肥配方及标准化生产技术方案。
　　关键词： 马铃薯;胶冻样类芽孢杆菌;产量;品质;经济效益
　　中图分类号：S532   文献标志码：A   文章编号：1673-2871（2020）05-032-07
　　Abstract：  In this paper，‘Kexin No. 1’potato was used as experimental material， and three fertilization treatments of low， medium and high were set up in the experiment. On the basis of compound fertilizer and organic fertilizer， four different gradient treatments were set up for each treatment of solid Paenibacillus mucilaginosus， and quantitative liquid Paenibacillus mucilaginosus was applied in the period of potato tuber expansion to explore the increase of Paenibacillus mucilaginosus， the purpose of this study is to find out a scientific fertilization method suitable for Pu county， and to provide theoretical and practical basis for high yield and high quality potato production. The results showed that proper application of microbial agent could improve the yield， quality and economic benefits of potato， but the high concentration of microbial agent could inhibit the growth of potato. In this experiment， T2 group with low fertilizer treatment had the best effect， and its plant height， seedling rate， vitamin C content， yield and net profit were increased by 6.83%， 5.31%， 92.11%， 27.0% and 16.94%， reductive sugar was reduced by 18.42%， which is the scientific fertilization formula and standardized production technology scheme of high yield and high quality potato.
　　Key words： Potato; Paenibacillus mucilaginosus; Yield; Quality; Economic benefit
　　馬铃薯适应性强，产量高，具有营养丰富、易于消化吸收的特点，是重要的粮、菜、饲兼用作物[1]，是我国非常有发展前景的高产经济作物之一。近年来，马铃薯在中国种植面积不断扩大，已被列为第四大粮食作物[2-3]，是农民收入的主要来源之一。目前，世界马铃薯平均产量为18.91 t·hm-2，而我国平均产量为15.41 t·hm-2，为世界同期水平的81.5%，较荷兰等马铃薯种植业强国差距更大[4-5]。施肥是提高作物产量的重要手段之一。长期以来在马铃薯的生产过程中普遍存在仅注重氮、磷、钾肥的施用，很少施或不施微生物菌剂和有机肥的现象[6]，化肥虽能满足植物生产所需要的营养，却造成土壤酸化、结构恶化和地力退化，氮、磷比例失调，生物多样性水平降低，土壤微生态系统失衡，土传病害加剧等，直接影响其潜在生产能力和生态功能的发挥，而且对环境造成严重污染，严重影响了生产体系的良性持续发展[7]，胁迫了马铃薯的正常生长，限制了其产量的提高。而微生物菌剂具有改良土壤根区环境、提高土壤肥力、促进根系营养吸收、增强作物抗性等重要功能，对提高作物产量和改善品质效果显著[8]，有机肥可以促进土壤微生物活动并提高土壤中微生物的生物量。
　　国内利用微生物菌剂在玉米、水稻、棉花、烤烟和番茄等[9-13]作物上已经进行了大量的研究，结果表明微生物菌剂能够提高作物产量和品质，同时还能够提高肥料利用效率和改善土壤环境等。而且已有的研究指出，不同微生物菌剂替代化肥的比例对作物产量和改善土壤理化性质的效果也不尽相同，并非微生物菌剂所占比例越高越好，需要探索替代的最佳比例[14-15]。为了响应2015年的“一控两减三基本”政策以及2017年的“化肥农药零增长”号召，笔者在复合肥和有机肥的基础上增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂，研究其对马铃薯生理生长、产量、品质及经济效益等指标的影响，旨为高产优质马铃薯生产提供科学施肥配方及标准化生产技术。 　　1 材料与方法
　　1.1 试验区概况
　　试验地点位于山西省临汾市蒲县农业资源开发中心被子垣试验基地，36°11′32″N，110°51′09″E，海拔1 207.4 m，属暖温带大陆性气候，受季风影响，四季分明。年均气温8.7 ℃ ，年降雨量586 mm，霜冻期为10月上旬至翌年4月中旬，无霜期171 d。供试土壤前茬作物为玉米，土壤pH 7.75、有机质含量（w，后同）1.69%、碱解氮含量62.79 mg·kg-1、速效磷含量65.17 mg·kg-1、速效钾含量42.28 mg·kg-1。其中速效钾含量偏低，属于缺乏状态，速效磷含量丰富。
　　1.2 材料
　　供试马铃薯品种为‘克新1号’，中熟品种，生育期为90 d，育种单位为山西省临汾市蒲县农业资源开发中心。
　　试验肥料包括复合肥以及腐熟猪粪，均由蒲县农业资源开发中心提供。其中复合肥为侯马好普生肥业有限公司生产的好普生掺混肥（BB肥），腐熟猪粪为蒲县资源开发中心科研人员按照无害化标准充分腐熟的猪粪。微生物菌剂为胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂，其中剂型分为固体剂型和液体剂型，由国家微生物肥料技术研究推广中心提供。具体肥料营养物含量及规格见表1。
　　1.3 试验设计
　　试验设置低、中、高3个不同施肥量处理，其中每个施肥量处理中包括3个试验组和1个常规施肥对照，共9个试验组和3个常规施肥对照，具体施肥情况见表2。小区长14.0 m，宽7.2 m，每小区100.8 m2，采用完全随机区组设计，3次重复。行距0.6 m，株距0.3 m，种植密度为60 000株·hm-2。
　　于2018年5月16日将复合肥、固体微生物菌剂和有机肥按试验设计用量（表2）在播种前一次性施入试验田。在马铃薯块茎膨大期对9个试验组及时进行追肥，每hm2随水冲施75 L液体胶冻样类芽孢微生物菌剂。其余栽培、灌溉和田间管理措施均按基地常规方法统一进行，各地块保持一致。
　　1.4 测定项目
　　1.4.1 马铃薯生长性指标测定 于2018年7月15日对马铃薯株高、出苗率进行测定，取样面积为1.0 m ×6.7 m。株高用直尺测量，从植株茎基部到生长点的距离，取平均值;根据小区出苗株数，统计出苗率。
　　1.4.2 马铃薯产量的测定 马铃薯收获期，各小区取1.0 m×6.7 m，块茎产量用分析天平（JY型系列，上海舜宇恒平科学仪器有限公司）测定，计算单产。同时分别记录测定大中小薯率以及商品薯率。测定标准为：大薯（马铃薯≥150 g）、中薯（75 g≤马铃薯<150 g）、小薯（马铃薯<75 g），大薯和中薯可达到商品薯标准。
　　1.4.3 马铃薯品质的测定 马铃薯干物质含量采用干重法测定;蛋白质含量采用凯氏定氮法测定;淀粉含量采用蒽酮法测定[16];维生素C含量选用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定[17];还原糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法（DNS）测定[18]。
　　1.4.4 马铃薯经济效益分析 根据马铃薯生产成本及收购价格，计算出各试验组净利润。
　　1.5 试验数据分析与处理
　　采用Microsoft Excel 2013和SPSS 16.0进行数据分析与处理。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同处理对马铃薯生长性指标的影响
　　由表3可知，针对马铃薯株高指标，低肥量的T3组最高，T2组次之，分别较CK1提高了17.21%和6.83%。中肥量的T6组最高，较CK2提高了11.68%;T4和T5组低于CK2，且差异显著。高肥量的T9组株高最高，较CK3提高了10.97%;T8组与CK3无显著性差异;T7组低于CK3，且差异显著。出苗率指标，低肥量和中肥量的馬铃薯试验组均高于常规施肥组，且T2组和T5组达到最大值，分别较CK组高出4.55%和16.83%;高肥量的T9组出苗率最高，较CK3提高了2.20%，T7、T8组与CK3之间无显著性差异。表明在复合肥和有机肥的基础上，增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂可以提高出苗率，有利于马铃薯植株的生长。
　　2.2 不同处理对马铃薯产量及商品薯率的影响
　　马铃薯产量比较分析结果如图1，3种施肥量的3个试验组的产量均高于对照，不同施肥量处理中试验组的马铃薯产量均是随着固体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂用量的增加呈现先增加后降低的趋势，其中T2、T5和T8组的产量达到最佳，均与常规施肥组差异显著，分别高出常规施肥组27.0%、31.7%和26.0%。表明在复合肥和有机肥用量一定的情况下，1 hm2增施45 kg固体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂最有利于提高马铃薯产量，继续增加使用量则会降低马铃薯产量。马铃薯商品薯率比较分析结果如表4，3种不同施肥量处理中的试验组与常规施肥组的商品薯率均无显著性差异，表明胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂对马铃薯的商品薯率贡献不大。
　　2.3 不同处理对马铃薯品质的影响
　　由表5可知，马铃薯块茎品质中干物质含量以低肥量的T2组最高，较CK1提高了2.81%且差异不显著。干物质中的主要成分是淀粉，所以各试验组的淀粉含量与干物质含量呈现相同趋势，低肥量的T2组淀粉含量达到最大，为17.90 g·100 g-1，较CK1提高了5.67%。蛋白质含量低肥量的T1组较CK1提高了21.8%;中肥量的T6组较CK2提高了30.7%;高肥量的T7和T8组分别较CK3提高了11.0%和30.2%，均达到差异显著水平。低肥量的维生素C含量表现为T2>T1>T3>CK1，其中T2组较CK1提高了92.1%，且差异显著。中肥量的维生素C含量表现为T5组最高，较CK2提高了42.6%;CK2次之，T4和T6组低于CK2。高肥量的维生素C含量表现为T9>T8>T7>CK3，其中T9组较CK3提高了92.8%，且差异显著。还原糖含量低肥量的T2组较CK1降低了18.4%，其余试验组均高于CK1;中肥量的T4和T5组较CK2有所降低，且差异不显著;高肥量的T8和T9组较CK3有所降低，且T8组与CK3差异显著，降低了56.4%。综上所述，在复合肥和有机肥的基础上增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂可提高马铃薯蛋白质和维生素C含量，降低还原糖含量，对干物质和淀粉的积累影响不大。 　　2.4 不同处理对马铃薯经济效益的影响
　　由图2～4可知，不同施肥量处理下的马铃薯其各个试验组相比常规施肥组总产值均有所增加，整体趋势是T2、T5和T8组的总产值最大且相近，1 hm2分别为49 364.4元、49 290.9元和49 602.3元，其中高肥量的T8组总产值达到最大，但是其肥料投入量最多，所以净利润并非最大。净利润最大的为低肥量的T2组，1 hm2的净利润达29 459.4元，比中肥量和高肥量的T6和T8组分别多盈利1 228.5元、1 202.1元。综上所述，低肥量的T2组能够有效提高马铃薯的产值和净利润。
　　3 讨论与结论
　　马铃薯根际微生物群落组成及种群结构发生明显变化，特别是根际土壤中土传病害病原菌大量增加，生防菌数量减少，根系活力和吸收面积显著降低，造成根际微生态系统失衡，根际微生态环境恶化，影响植株正常的代谢活动，使马铃薯生长发育受阻，最终导致块茎产量大幅下降[19]。微生物菌剂是根据土壤微生态学原理、植物营养学原理、以及现代有机农业的基本概念而研制出来的。它是以活性（可繁殖）微生物的生命活动创造作物所需养分（肥料）的一种新型肥料生物制品[20]，微生物菌剂不但可以增加土壤肥力，减少化肥使用量，而且能够净化和修复土壤，在提质增产、降低植物病害发生、提高食品安全等方面具有重要的作用[21]。
　　本研究结果表明，3种不同施肥量处理的马铃薯株高均是随着胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂用量的增加而增高，这与郭鑫年等[22]的研究结果一致。其原因可能是施用适量胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂可改善土壤微生物菌群结构，促进土壤养分有效化，有利于植株的吸收利用，进而促进了植株生长。产量指标方面，增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂的试验组相比常规施肥组均有增产效果，其中以1 hm2增施45 kg固体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂的T2、T5和T8组作用显著，分别较常规施肥组提高了27.0%、31.7%和26.0%，该试验结果说明胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂的用量并非越多越好，过量施用还会产生一定的抑制作用，这与付华军等[23]的研究结果一致。其原因可能是本试验所用的胶冻样类芽孢杆菌可以加速土壤中难溶解的钾和磷的释放和降解，有效促进马铃薯对氮、磷、钾养分的吸收积累，进而提高块茎产量[24]。胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂对马铃薯产量的促进作用也使得马铃薯净利润得到提高，虽然高肥量的T8组总产值达到最大，但是其肥料投入量最多，导致其净利润并非最大。净利润最大的为低肥量的T2组，1 hm2的净利润达29 459.4元。
　　马铃薯干物质含量、淀粉含量、维生素C含量和蛋白质含量与综合营养品质呈正相关，还原糖含量与综合营养品质呈负相关[25]。干物质和淀粉含量方面，仅有低肥量的T2组均达到最高且与常规施肥组差异显著，其余试验组干物质和淀粉含量均低于常规施肥组，说明增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂对干物质和淀粉含量积累贡献不大，这与李星星[26]等的研究结果一致。其原因可能是过量N、P、K的施用会推迟马铃薯干物质积累平衡期，同化产物不能及时转移向块茎，导致“源库”关系失衡，不利于块茎干物质和淀粉含量的积累[27];较低的温度有利于马铃薯块茎干物质的形成和积累，而我们此次试验地属暖温带大陆性气候，长期高温可能会导致单株小块茎增多、块茎比重下降、干物质向块茎中转移受阻，影响马铃薯的块茎干物质的形成和积累[28]。蛋白质在马铃薯块茎中含量较低，一般占2%左右。本试验中低肥量的T1组、中肥量的T6组、高肥量的T7和T8组均高于常规施肥组，并达到显著差异水平，这与孙圣[29]的研究结果一致，其原因可能是增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂可以提高土壤内钾含量，有利于蛋白质的合成。有学者在研究中提出，过高的氮肥施用量会使植物产生氧化胁迫，导致马铃薯地上部生长受阻，显著降低维生素含量[30]，马铃薯作为典型的喜钾作物，钾肥的增加可以显著提高马铃薯维生素C含量[31]。本试验中维生素C含量以低肥量的T2组达到最高，其余大部分试验组维生素C含量也都高于常规施肥组，与钱建民[32]等的研究结果一致。这可能是氮肥含量较低的T2组因为胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂的增施释放了一部分钾供植物利用，从而很大程度地提高了马铃薯维生素C含量。还原糖含量直接影响马铃薯加工品质，含量过高马铃薯褐变会加快，所以优质马铃薯生产中应降低块茎还原糖含量[33]。试验中T2、T4、T5、T8、T9组的还原糖含量均显著低于常规施肥组，说明胶冻样类杆菌微生物菌剂的增施可以改善马铃薯块茎加工品质，延长其贮藏时间，这与李昊骏[34]的研究结果保持一致。其原因可能是在一定范围内钾含量和块茎还原糖含量呈负相关关系，增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂可以提高土壤内钾含量，从而降低了块茎内还原糖含量[35]。
　　综上所述，与常规施肥相比，增施胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂确实能够有效地促进马铃薯的生长，加快植株株高的生长，提高马铃薯的品质和产量，但并不是施用量越多越好，要结合常规施肥按比例合理施用。另外，在马铃薯产量和品质提升的同时，还要考虑肥料的投入成本。本试验综合考虑马铃薯的品质以及经济效益，认为低肥量T2组的施肥方案（即1 hm2施用75 m3有机肥（腐熟猪粪）、375 kg复合肥、45 kg固体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂和75 kg液体胶冻样类芽孢杆菌微生物菌剂）能基本实现化肥减量且提质增效的目的，适合推广。
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