不同生育期施用微生物菌剂对设施番茄生产和土壤养分的影响.pdf

-35-Vegetables 2023.10土壤肥料不同生育期施用微生物菌剂对设施番茄生产和土壤养分的影响马 理1，刘文菊2*（1.永清县农业农村局，河北 廊坊 065600；2.河北农业大学资源与环境科学学院，河北 保定 071000）收稿日期：2023-06-06基金项目：河北省重点研发项目计划（20324002D）。*通信作者：刘文菊摘要：为了探究不同生育时期施用微生物菌剂对番茄生长及土壤养分的影响，采用田间小区试验方法，设置在定植期、缓苗期、膨果期施用含有巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌的微生物菌剂处理，分析不同处理对番茄产量、品质以及土壤速效养分（氮、磷、钾）含量的影响。结果表明：定植期施用颗粒微生物菌剂，可使番茄增产34.11%；缓苗期施用液态微生物菌剂，可使番茄增产27.10%；颗粒微生物菌剂和液体微生物配合施用，可使番茄增产23.36%；同时，颗粒剂和液态剂型配合施用，番茄果实VC含量、可溶性蛋白含量、可滴定酸含量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量可分别显著提高49.85%、0.33%、45.07%、26.05%、134.82%，土壤硝态氮含量、铵态氮含量、速效磷含量和速效钾含量分别显著提高29.08%、27.93%、59.71%和64.01%；因此，颗粒型和液态型微生物菌剂的适宜施用时期分别为定植期和缓苗期。关键词：微生物菌剂；设施；番茄；品质；产量Effects of Microbial Agents Applied at Different Growth Stages on Tomato Plant Production and Soil Nutrients in FacilityMA Li1,LIU Wenju2*(1.Yongqing County Agricultural and Rural Bureau,Yongqing 065600,China;2.College of Resources and Environmental Sciences,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,China)Abstract:In order to explore the effects of application of microbial agents at different growth stages on tomato growth and soil nutrients,a field plot experiment was conducted to apply microbial agents containing Bacillus megaterium and Paenibacillus mucilaginosus at the colonization stage,seedling stage and swelling stage,and the effects of different treatments on tomato yield,quality and soil available(nitrogen,phosphorus and potassium)nutrient contents were analyzed.The results showed that application of granular microbial agent during the colonization stage significantly increased tomato yield by 34.11%.Application of liquid microbial agent at seedling stage increased tomato yield by 27.10%.Co-application of granular and liquid microbial agent significantly increased tomato yield by 23.36%.At the same time,the co-application of granule and liquid microbial agent significantly increase the fruit content of VC,-36-Vegetables 2023.10土壤肥料solube protein,titratable acid,soluble solid,soluble sugar by 49.85%,0.33%,45.07%,26.05%,134.82%,respectively,as increased well as the contents of soil nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,available phosphorus and available potassium by 29.08%,27.93%,59.71%and 64.01%,respectively.Therefore,the suitable application periods of granular and liquid microbial agents were at the colonization stage and seedling stage,respectively.Keywords:microbial agent;facility;tomato;quality;yield设施番茄是设施蔬菜中种植面积较大的蔬菜之一，随着人民生活水平的提高，特别是口感型番茄，作为水果食用，要求适口性和内在质量不断提高，销售价格也一路高升，最高达到3040元/kg，种植口感型番茄较普通型番茄效益高出23倍，口感型番茄种植面积不断扩大。为保证品质，口感型番茄种植要求增施有机肥料，减施化学肥料。在设施番茄主栽地区，设施棚龄长、经验丰富的农户，通过增施微生物菌剂，可以有效解决设施土壤盐渍化、连作障碍等问题，实现品质和产量双提升。微生物菌剂是一种新型肥料，可以丰富土壤微生物数量、种类和活性1，有固氮、解磷、解钾的作用2，可以促进植株生长发育，改善作物产量和品质3。本研究通过比较在设施番茄不同的生育期内施用微生物菌剂的效果，以期明确不同微生物菌剂及其组合的应用效果，为微生物菌剂在设施番茄上的推广应用提供理论依据。1 材料和方法1.1 试验材料供试番茄品种为普罗旺斯，采购于永清县兴晟农业服务有限公司振兴育苗基地。供试微生物菌剂是由河北闰沃生物技术有限公司提供的颗粒微生物菌剂和液态微生物菌剂，其中颗粒微生物菌剂（有效菌种为巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌，有效活菌数1.0亿cfu/g，含N 0.30.5 g/kg、P2O5 1.41.7 g/kg、K2O 1.82.1 g/kg）；液态微生物菌剂（有效菌种为巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌，有效活菌数2.0亿cfu/mL，含N 0.10.3 g/kg、P2O5 0.60.9 g/kg、K2O 0.81.1 g/kg）。供试土壤含硝态氮25.41 m g/k g、铵态氮4.36 mg/kg、速效磷124.37 mg/kg、速效钾474.00 mg/kg，pH值7.62，前茬作物为黄瓜。1.2 试验时间与地点试验于2020年3月2021年8月在河北省廊坊市永清县大青垡村（39 2138.32N，116 2633.22E）进行。该地区海拔18.11 m，温带大陆性季风气候，年均气温11.5，1月份最冷，月均温度5.4，7月份最热，月均温度26.2，年均降水量508.12 mm，降水季节分布不均，多集中于68月份。永清县共有土地面积大约780 km2，其中沙质土占比20%、砂质壤土占比43%、壤质土占比36.0%、黏质土含量最低，仅1.5%4。1.3 试验设计根据设施番茄的生育期，试验共设6个处理，每个处理3次重复，随机排列。小区面积为57.6 m2，该试验点常规化肥用量为N 375 kg/hm2、P2O5 225 kg/hm2、K2O 535 kg/hm2，有机肥（腐熟鸡粪）用量为N 224 kg/hm2、P2O5 173 kg/hm2、K2O 302 kg/hm2，所有处理除微生物菌剂的施用时期不同外，其他田间管理措施都按照当地传统习惯管理模式进行，且每个处理的微生物菌剂用量的有效活菌数均保持一致。试验方案如表1所示。1.4 样品采集与测定1.4.1 植物样品的采集与测定在番茄结果初期、打顶之前（定植后50 d），每个小区随机选取10株番茄调查生长指标，主要包括株高、茎粗、叶片数；在结果期，对番茄单株坐果数和单果质量进行调查分析。在盛果期每个小区的10株番茄上随机摘取5个果实（每株）进行品质指标测定。株高用卷尺测量从茎基部到生长点的高度，单位为cm；茎粗：用游标卡尺测量第1片真叶下部节间位置的直径，单位为mm；叶片数即除子叶之外的所有叶片；单株坐果数指每株所结番茄总数。单果质量采用称重法测量，求-37-Vegetables 2023.10土壤肥料平均值。VC含量采用钼蓝比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，可滴定酸含量采用酸碱滴定法测定，可溶性固形物含量采用糖量计测定，可溶性糖含量采用浓硫酸蒽酮比色法测定5。番茄收获时，按小区实时记录每次采摘的产量，最后累计总产量。1.4.2 土壤样品的采集与测定番茄收获后，用土钻采集每个小区表层（020 cm）土样，进行土壤养分含量的测定。NO3-N和NH4-N含量采用连续流动分析仪测定，速效磷含量采用分光光度计法测定，速效钾含量采用火焰光度计法测定6。1.5 数据处理采用Excel 2003软件制图，采用SPSS 17.0软件进行显著性分析。2 结果与分析2.1 微生物菌剂施用时期对设施番茄生长的影响从表2可以看出，施用微生物菌剂对番茄植株生长具有一定的促进作用，但施用时期不同，效果存在差异。与对照相比，T1、T3、T4处理番茄株高分别提高了0.73%、4.05%、5.60%，其中T3和T4处理与对照差异均显著，且T4处理最高，较T1、T2、T3、T5处理分别显著提高4.84%、7.05%、1.50%、6.60%。茎粗方面，T3处理最粗，显著大于其他处理，较对照提高21.84%，其次是T2处理，较对照显著提高10.18%，T1、T4、T5分别较对照提高6.72%、5.53%、2.47%，但与对照差异不显著。叶片数方面，除T5处理低于对照外，其余均高于对照，其中T3处理叶片最多，与对照间差异显著；单株坐果数方面，与对照相比，T1和T3处理分别提高了2.94%、7.35%，但3者间差异不显著，T2、T4、T5处理均低于对照，其中T5显著低于对照。单果质量方面，除T4处理外，T1、T2、T3、T5处理均较对照显著提高，分别比对照提高42.13%、30.46%、27.41%、18.27%。从5个生长指标的总体变化情况来看，T3处理和T1处理番茄生长表现较好，其次为T4处理和T5处理。2.2 微生物菌剂施用时期对设施番茄品质的影响如 表 3 所 示，各 处 理 番 茄 V C 含 量 介 于33.6751.07 mg/kg，以T5处理含量最高，为51.07 mg/kg，微生物菌剂处理T1T5均高于对照，且T2、T3、T5处理均显著高于对照。各处理可溶性蛋白含量范围为0.120.16 mg/g，微生物菌剂处理T1T5均高于对照，但各处理间差异不显著。各处理可滴定酸含量范围为23.90%46.22%，T5处理含量最高，其次为T3处理，均显著高于对照。各处理可溶性固形物含量范围是5.22%6.58%，微生物菌剂处理T1T5均高于对照，且T2T5处理均显著高于对照。各处理可溶性糖含量范围为1.09%2.63%，T1、T2、T3、T5处理均显著高于对照。综上所述，施用微生物菌剂可以不同程度提高番茄品质，且不同时期施用微生物菌剂的效果亦不同，从5个番茄品质指标总体变化情况来看，颗粒剂和水剂配合施用处理（T5）对番茄的品质改善作用最好，其次为水剂作缓苗水冲施处理（T3）。2.3 微生物菌剂施用时期对设施番茄产量和经济效益的影响如表4所示，微生物菌剂处理产量均显著高表1 微生物菌剂适宜施用时期筛选试验设计编号施用时期剂型施用方法施用量CKT1定植前颗粒剂沟施150 kg/hm2T2定植水剂冲施75 L/hm2T3缓苗期水剂冲施75 L/hm2T4膨果期水剂冲施75 L/hm2T5定植前缓苗期膨果期颗粒剂水剂定植前沟施（颗粒剂）缓苗期和膨果期冲施（水剂）60 kg/hm230 L/hm215 L/hm2-38-Vegetables 2023.10土壤肥料于对照，产量的高低顺序为T1T3T5T4T2，与对照相比，T1、T3、T5、T4、T2处理分别增加34.11%、27.10%、23.36%、22.43%、16.82%；施用微生物菌剂处理中，T1处理显著高于T2、T4、T5，相比T2T5处理产量增加了5.51%14.80%。经济效益方面，T1处理较对照增收8.30万元/hm2，增收效果最明显，比T2、T3、T4、T5处理增收分别显著提高106.93%、25.70%、53.00%、47.41%；其次为T3处理，较对照增收6.60万元/hm2。从微生物菌剂的增收与投入之比来看，T3、T1处理比值较高，由此说明，微生物菌剂水剂作缓苗水冲施处理（T3）或者以颗粒剂定植前沟施（T1）的番茄种植效益最高。2.4 微生物菌剂施用时期对设施土壤速效养分含量的影响为了进一步挖掘微生物菌剂的功能，分析比较了产后温室土壤养分含量。由表5可知，各处理土壤NO3-N含量范围是80.42103.81 mg/kg，T1、T2、T3、T4、T5处理分别较对照增加0.97%、23.90%、22.77%、3.72%、29.08%，其中T2、T3、T5处理均与对照差异显著。各处理土壤中NH4-N含量范围是4.926.34 mg/kg，与对照相比，T1、T2、T3、T5分别增加2.15%、14.06%、3.50%、27.93%，其中T5处理最高，显著高于其他处理和对照，T4处理低于对照，但与表2 微生物菌剂施用时期对番茄生长的影响处理株高/cm茎粗/cm叶片数/个单株坐果数/个单果质量/kgCK96.40.35cd1.0120.02c14.10.17bc6.80.46ab0.1910.001cT197.10.81c1.0800.03bc15.00.40ab7.00.12a0.2800.023aT295.10.17d1.1150.05b14.50.35abc6.10.17bc0.2570.004abT3100.30.40b1.2330.02a15.60.17a7.30.35a0.2510.003abT4101.80.52a1.0680.01bc15.00.64ab6.10.17bc0.1790.007cT595.50.40d1.0370.01bc13.50.06c5.30.06c0.2330.003b注：不同字母表示0.05水平差异显著。表3 微生物菌剂施用时期对番茄品质的影响处理VC含量/（mg/kg）可溶性蛋白含量/（mg/g）可滴定酸含量/%可溶性固形物含量/%可溶性糖含量/%CK33.671.76c0.120.0231.863.19b5.220.02d1.120.03dT139.672.63bc0.140.0231.204.75b5.250.04d1.570.08cT242.203.58b0.140.0233.262.63b5.630.04b1.770.06bT341.201.01b0.150.0144.203.91a5.870.01b1.510.02cT435.731.71bc0.130.0123.903.13b5.480.08c1.090.04dT551.071.28a0.160.0146.223.58a6.580.14a2.630.03a注：不同字母表示0.05水平差异显著，未标注表示差异不显著。表4 微生物菌剂施用时期对番茄产量和经济效益的影响处理菌剂投入/（万元/hm2）产量/（t/hm2）较CK增产/（t/hm2）增产率/%增收/（万元/hm2）增收/投入CK105.06dT10.30140.89a35.83a34.11a8.30a27.67abT20.23122.73c17.67c16.82c4.01c17.44cT30.23133.53ab28.47b27.10b6.60b28.71aT40.23128.62bc23.56bc22.43bc5.42bc23.59abcT50.26129.60bc24.54b23.36b5.63b21.66bc注：增收/投入增收/菌剂投入；增收增产（处理对照）单价（按当时市场价计算）。-39-Vegetables 2023.10土壤肥料对照间差异不显著。各处理土壤速效磷含量是199.12318.22 mg/kg，微生物菌剂处理T1T5分别较对照增加19.65%、42.37%、47.84%、7.95%、59.71%，其中T5处理对土壤速效磷的活化效果最好，其次是T3、T2处理，3者均显著高于T4和CK。各处理土壤速效钾范围是384.67630.07 mg/kg，微生物菌剂处理T1T5均高于对照，T5处理对土壤速效钾的活化效果最为明显，较对照显著提高64.01%。综合考虑设施番茄土壤速效氮、磷、钾含量变化情况，T5处理对土壤固定态养分的释放效果最佳，其次为T2处理和T3处理。3 结论与讨论液态微生物菌剂缓苗水冲施处理和颗粒剂定植前沟施处理的番茄株高分别较对照提高4.05%、0.73%，茎粗分别提高21.84%、6.72%，叶片数分别提高10.64%、6.38%，单株坐果数分别提高7.35%、2.94%；且液态微生物菌剂缓苗水冲施处理较对照番茄产量提高27.10%，增收6.60万元/hm2，经济效益（增收/投入）最高，颗粒剂定植前沟施处理可增产34.11%，增收8.30万元/hm2，经济效益次之；颗粒剂和水剂配合施用对提高设施番茄品质和土壤速效养分含量效果最显著，番茄VC含量、可溶性蛋白含量、可滴定酸含量、可溶性糖含量分别提高51.67%、29.73%、45.06%、135.52%，土壤速效磷含量、速效钾含量分别提高59.71%、64.01%。对农民而言，少投入、多增收，是最实际的经济效益，因此推荐颗粒剂定植前沟施和水剂随缓苗水冲施为最佳施用方法。此外，无论从改善番茄品质方面，还是在活化土壤磷、钾养分方面，颗粒剂与水剂配合施用处理效果更好。生产中，为提高产量可采用颗粒剂定植前沟施方法，为提高品质和改善土壤养分可采用颗粒剂与水剂配合施用的方法。微生物菌剂是直接作用于土壤的，等同于从外源引入大量有益的功能微生物种群，来调节土壤植物生态系统，促进植物生长发育。夏栋等7通过研究AB菌生物有机肥对土壤环境的影响，得出使用该生物有机肥的土壤有效氮含量、全氮含量、速效磷含量分别较对照提高0.81.4、0.60.8、2.53.2倍，可显著提高土壤养分的含量。本试验结果表明，不同时期施用微生物菌剂可以不同程度提高设施番茄土壤速效养分含量，其中微生物菌剂颗粒剂和水剂配合施用处理的番茄土壤速效养分的活化作用最为显著，土壤速效磷含量、速效钾含量、NO3-N含量、NH4-N含量可分别提高59.71%、64.01%、29.08%、27.93%。说明微生物菌剂中的功能性微生物胶质芽孢杆菌和巨大芽孢杆菌能促进土壤难溶性磷的释放，从而将固定态磷转化为植物可以吸收利用的速效磷，保证植物的正常生长。林林等8研究表明，微生物肥料菌剂包括大量的菌群，能加速分解土壤中的有机质及其他养分，用来供植物吸收利用，因此在施肥量相同的情况下，施用微生物菌剂肥料能够极大地提升作物的生长情况。本试验中的颗粒微生物菌剂定植前沟施处理和液态微生物菌剂缓苗水冲施处理，不仅可以促进番茄幼苗的生长，还可分别提高番茄产量34.11%、27.10%，增加收入8.30万、6.60万元/hm2。施用微生物菌剂后，蔬菜可以更好地吸收养分，提高肥料的利用率。高新昊等9通过研究微生物肥料A-73对番茄品质的影响效果发现，相比对照，菌剂处理的番茄果实中VC含量、可溶性表5 微生物菌剂施用时期土壤速效养分含量的影响 处理NO3-N含量NH4-N含量速效磷含量速效钾含量CK80.420.35c4.950.05c199.128.48c384.6717.60cT181.200.81c5.060.05c238.8920.28bc389.3511.64cT299.601.40b5.650.09b284.3135.42ab619.0616.90aT398.731.84b5.130.06c295.071.74ab487.8416.95bT483.410.55c4.920.08c215.6813.39c441.7535.09bcT5103.811.05a6.340.23a318.2222.93a630.0728.06a注：不同字母表示0.05水平差异显著。mg/kg-40-Vegetables 2023.10土壤肥料固形物含量以及还原糖含量都显著增加，提升了番茄品质。本试验中的颗粒微生物菌剂和液态微生物菌剂配合施用处理对番茄品质的改善作用最为显著，番茄VC含量、可溶性蛋白含量、可滴定酸含量、可溶性糖含量分别提高了51.67%、29.73%、45.06%、135.52%。参考文献1 ZHAO Y,MAO X,ZHANG M,YANG W,DI H J,MA L,LIU W J,LI B W.The application of Bacillus megaterium alters soil microbial community composition,bioavailability of soil phosphorus and potassium,and cucumber growth in the plastic shed system of North ChinaJ.Agriculture,Ecosystems&Environment,2021,307:107236.2 ZHAO Y N,ZHANG M S,YANG W,DI H J,MA L,LIU W,LI B.Effects of microbial inoculants on phosphorus and potassium availability,bacterial community composition,and chili pepper growth in a calcareous soil:a greenhouse studyJ.Journal of Soils and Sediments,2019,19:3597-3607.3 朱永光,杨柳,张火云,廖银章,李旭东.微生物菌剂的研究与开发现状J.四川环境,2004,23(3):5-8,12.4 刘建霞.黄瓜温室土壤氮磷和总有机碳淋溶特征及其调控机制研究D.保定:河北农业大学,2014.5 董鹏荣,梁祎,韩敬旭,石玉,侯雷平,邢国明,张毅.氮钾化肥减施和有机肥增施对番茄果实品质及矿质元素含量的影响J.中国土壤与肥料,2023(1):13-22.6 南京农学院.土壤农化分析M.北京:中国农业出版社,1980.7 夏栋,夏振尧,赵自超,李铭怡,吴彬,许文年.AB菌生物有机肥对土壤生物特征和肥力的影响J.中国农学通报,2012,28(23):214-219.8 林林,张琪晓,范海芬,吴国泉.几种微生物肥料在甜瓜栽培中的应用试验J.上海农业科技,2012(1):100-101.9 高新昊,张志斌,郭世荣.微生物菌剂A-73对保护地番茄产量与品质的影响J.山东农业科学,2006(3):54-55.蔬中国科学院揭示加工番茄果形建成机制并创制出适合机采的鲜食番茄材料2023年9月18日，Nature Plants在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究员团队题为“Redesigning the tomato fruit shape for mechanized production”的研究论文。该研究克隆了FS8.1基因，阐明其调控果形建成的细胞学基础和转录调控网络，并创制出适合机采的鲜食番茄材料。研究人员首先从细胞学层面证实FS8.1的主要功能是抑制子房壁细胞增殖。fs8.1突变使子房壁细胞过度增殖，而对中柱细胞的增殖影响不大，进而造成了“方形”果实的产生。随后，利用图位克隆的方法分离得到了FS8.1基因。序列分析结果表明，FS8.1编码1个非典型的Trihelix家族转录因子（又称GT factor）。该转录因子含有保守的转录激活结构域-helical domain，却不含定义该家族的DNA结合结构域trihelix domain。转录组分析结果表明，FS8.1通过激活细胞周期抑制子基因SlKRP2（KIP-RELATED PROTEIN 2）的表达来调控果形建成。有趣的是，FS8.1虽然可以富集到SlKRP2基因的启动子区域，但不能直接结合启动子。在fs8.1突变体中，作为转录输出的SlKRP2在子房壁中的表达急剧下调，进而削弱了对子房壁细胞增殖的抑制作用，导致方形果实的产生。因此，fs8.1通过改变果实形状来增强了果实的耐压能力，进而推动了加工番茄机械化采收的变革。该研究发现，敲除鲜食番茄FS8.1基因，可在不影响可溶性糖含量、有机酸含量和番茄红素含量等主要品质性状的前提下，显著提高果实的耐压能力。这表明的确可以整合鲜食番茄品质好与加工番茄耐压性强的优点。而在此基础上，同时敲除FS8.1和SP（控制株型和果实成熟一致性）基因，可创制出株型紧凑、果实耐压能力显著增强、成熟一致性提高的适合机采的鲜食番茄材料。蔬