南京农业大学学报  2016, Vol. 39 Issue (5): 777-783   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201602020
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文章信息

巩子毓, 高旭, 黄炎, 李荣, 王东升, 沈其荣
GONG Ziyu, GAO Xu, HUANG Yan, LI Rong, WANG Dongsheng, SHEN Qirong
连续施用生物有机肥提高设施黄瓜产量和品质的研究
Research on continuous application of bio-organic fertilizer for improving greenhouse cucumber yield and quality
南京农业大学学报, 2016, 39(5): 777-783
Journal of Nanjing Agricultural University, 2016, 39(5): 777-783.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201602020

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收稿日期: 2016-02-20
引用本文
巩子毓, 高旭, 黄炎, 等. 连续施用生物有机肥提高设施黄瓜产量和品质的研究[J]. 南京农业大学学报, 2016, 39(5): 777-783.
GONG Z, GAO X, HUANG Y, et al. Research on continuous application of bio-organic fertilizer for improving greenhouse cucumber yield and quality[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2016, 39(5): 777-783.  DOI: 10.7685/jnau.201602020
连续施用生物有机肥提高设施黄瓜产量和品质的研究
巩子毓, 高旭, 黄炎, 李荣 , 王东升, 沈其荣    
南京农业大学资源与环境科学学院/江苏省固体有机废弃物资源化协同创新中心/国家有机肥类肥料工程技术研究中心/江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室, 江苏 南京 210095
收稿日期: 2016-02-20
基金项目: 国家863计划项目（2013AA102802）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（KYZ2015197，KYCYL201502）；南京市科技计划项目（201505041）；江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（15）100606）；苏北专项（BN2015082）；青蓝工程项目；国家大学生创新训练项目（201510307025）
通讯作者: 李荣, 副教授, 博士, 从事土壤微生物分子生态学研究, E-mail:lirong@njau.edu.cn
摘要: [目的] 评估田间连续施用生物有机肥对设施黄瓜的促生效果，以期为有效改善施肥模式和提高设施黄瓜产量提供新的途径。 [方法] 通过田间试验，研究了连续3季施用化肥、有机肥及生物有机肥对设施黄瓜产量、生物量、品质及病原菌数量的影响。 [结果] 相比于化肥（CF）处理、有机肥（OF）处理和空白对照（CK），连续施用生物有机肥（BIO，含解淀粉芽孢杆菌SQR9）的每一季均增加了植株株高、茎粗、叶绿素含量和产量；第1季增产幅度分别达11.06%、9.41%和18.60%，第2季分别达30.63%、3.67%和75.44%，第3季分别达9.63%、7.44%和69.95%，且第1季和第2季BIO处理产量显著高于CF处理和对照；同时生物有机肥的施用也明显提高了果实维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白的含量，提高了黄瓜品质；连续2季施用BIO后，根际土壤中病原菌数量最低且显著低于CF处理和对照；连续施用3季后，BIO处理根际土壤中病原菌数量显著低于其他处理和对照。 [结论] 连续施用含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥可以有效提高设施黄瓜产量和品质，并且可以降低土体和根际土壤中病原菌的数量。
关键词： 黄瓜    生物有机肥    产量    果实品质    病原菌   
Research on continuous application of bio-organic fertilizer for improving greenhouse cucumber yield and quality
GONG Ziyu, GAO Xu, HUANG Yan, LI Rong , WANG Dongsheng, SHEN Qirong    
College of Resources and Environmental Sciences/Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization/National Engineering Research Center for Organic-based Fertilizer/Jiangsu Key Laboratory of Solid Organic Waste Utilization, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives] Effect of continuous application of bio-organic fertilizer(BIO) on greenhouse cucumber yield was investigated in this study for providing a new fertilization strategy for cucumber planting. [Methods] The effects of chemical fertilizer, organic fertilizer and BIO on the cucumber plant biomass, fruit yield and quality and the pathogen(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum) number were investigated in three successive seasons in a plastic greenhouse. [Results] Compared to chemical fertilizer treatment(CF), organic fertilizer(OF) treatment and blank control using none fertilizer(CK), continuous application of BIO improved the plant height, stem diameter, chlorophyll content and cucumber yield in each season. The yields increased by 11.06%, 9.41% and 18.60% in the first season, 30.63%, 3.67% and 75.44% in the second season, and 9.63%, 7.44% and 69.95% in the third season. Cucumber yield in BIO treatment in the first and the second seasons were significantly higher than those in CF and CK. Meanwhile, application of BIO also significantly improved the quality of cucumber fruits, increasing the vitamin C, soluble sugar and soluble protein content in the fruits. The number of Fusarium oxysporum in BIO treatment was significantly lower than that of CF treatment and CK after application for two consecutive seasons and than that of the other treatments and CK after application for three consecutive seasons. [Conclusions] Continuous application of BIO produced by Bacillus amyloliquefaciens SQR9 effectively improved the cucumber yield and fruit quality and reduced the pathogen number in greenhouse.
Key words: cucumber    bio-organic fertilizer    yield    fruit quality    pathogen   

我国是世界上设施蔬菜栽培面积最大的国家[1], 同时也是世界上化肥使用量最多的国家之一, 单位面积化肥用量远远高于世界平均水平。大量使用化肥虽然在一定程度上提高了农作物产量, 但是随着化肥施用量的不断增加, 出现了土壤结构被破坏, 有机质含量下降, 江河、湖泊等水体的富营养化, 农产品质量下降等生态环境问题[2]。并且, 农民栽培管理水平较低, 致使设施菜地土壤环境恶化、产量下降, 严重影响了设施蔬菜产业的发展。由于设施蔬菜大多生长周期短、产量高、需肥量大, 合理施肥是提高蔬菜产量和品质的重要措施之一[3], 因此, 有效改善施肥模式和提高设施蔬菜产量, 已成为推动我国农业发展的重要途径[4]。目前, 施肥对土壤生物性状的影响已受到越来越多研究者的广泛关注, 研究人员已经不满足于用单一研究去探讨施肥对土壤性质的影响, 而是从多个角度出发, 其中利用根际有益微生物提高作物产量, 已经成为热点。利用功能菌与普通有机肥和外源氨基酸发酵研制成的生物有机肥, 已经被证实能够有效提高作物产量和品质[5], 然而, 在设施蔬菜中长期持续施用生物有机肥的促生效果还有待进一步研究。

黄瓜(Cucumis sativus)为我国主要的设施蔬菜作物。近年来, 针对不同施肥量对设施黄瓜产量和品质的影响已有研究[6-8], 连作对设施黄瓜产量和品质的影响也有研究[9], 但如何通过优化施肥模式提高黄瓜产量和品质的研究却鲜见报道。本研究通过大田试验, 分析了连续施用含解淀粉芽孢杆菌SQR9的生物有机肥对设施黄瓜产量和品质的影响, 以期为设施黄瓜的优质高产提供参考。

1 材料与方法 1.1 供试材料

供试作物为黄瓜品种‘津优1号’。供试生物有机肥由本实验室研制, 将筛选到的能够显著促进黄瓜植株生长的解淀粉芽孢杆菌SQR9[10]接种至腐熟鸡粪堆肥和菜粕混合物中(鸡粪和菜粕的质量比为7 : 3), 经二次固体发酵制成[11]。设不接种功能菌株同样配方发酵的混合物为有机肥。生物有机肥和有机肥总养分:总氮(TN)+全磷(P2O5)+全钾(K2O)不少于6%。生物有机肥含功能菌数量不少于2×107 CFU·g-1。供试土壤为黄壤土, pH6.3, 有机质含量42.65 g·kg-1, 全氮含量3.27 g·kg-1, 全磷含量3.58 g·kg-1, 速效磷含量31.5 mg·kg-1, 速效钾含量719 mg·kg-1。

1.2 田间试验设计

田间试验于2014年3月至2015年7月在南京市蔬菜科学研究所科技园试验大棚中进行, 连续种植3季。共设置4个处理:1)对照(CK), 不施肥处理; 2)化肥处理(CF); 3)有机肥处理(OF); 4)生物有机肥处理(BIO)。每个处理3个重复, 每个重复小区面积为8 m2, 3季大田各处理按照等养分施肥, 总氮(TN)含量为225 kg·hm-2, 全磷(P2O5)含量为127.5 kg·hm-2, 全钾(K2O)含量为127.5 kg·hm-2。第1季和第2季OF和BIO处理均分别施入5 359.82 kg·hm-2, 第3季分别施入6 253 kg·hm-2的有机肥与生物有机肥, 其余养分用尿素、过磷酸钙和硫酸钾按总养分补齐; 化肥处理直接施入相应养分的尿素、过磷酸钙和硫酸钾。肥料分2次施用, 种苗前施入总养分的2/3作为基肥(包括所有的有机肥或生物有机肥及相应养分的化肥), 剩余的1/3养分于初果期追肥施用。

1.3 黄瓜生物量、产量及品质的测定

试验于黄瓜的初花期(20 d)测量黄瓜植株株高、茎粗及叶绿素含量。每季自果实成熟后, 采集各小区黄瓜全生育期果实计黄瓜总产量。每季于盛瓜期每个处理取3根成熟商品黄瓜, 分别切取其上、中、下部位各一小段, 混匀后测定果实中的维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和硝酸盐含量。采用高效液相色谱法测定维生素C含量[12]; 采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质含量[13]; 采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[14]; 采用浓硫酸-水杨酸比色法测定硝酸盐含量[15]。

1.4 土样采集

自每季黄瓜收获时, 各重复小区随机选择7株健康黄瓜连根带土拔起, 混匀组合为1个小区土壤样品, 每个处理或对照每季获得3个小区土样样品, 分别装入自封袋于冰盒中带回实验室。样品带回实验室后, 用手轻抖植物根系, 凡抖下来的土壤均定义为土体土壤, 然后将植株根系放入离心管中, 经超声波振荡, 可将附着在根系表面的土壤分离下来, 分离下来的土壤即为根际土壤。最后将土体土和根际土分别存于-80 ℃冰箱中待用。

1.5 土壤中可培养微生物数量的测定

土体土和根际土中尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)数量的测定采用平板稀释涂布计数法[16]。分别称取土体土和根际土5 g溶于45 mL无菌水中, 振荡30 min保证土样与无菌水混合均匀后进行梯度稀释, 稀释液涂布于含抗生素的K2培养基平板上, 28 ℃培养箱培养48 h左右后计数。K2培养基[17]:K2HPO4 1 g, MgSO4·7H2O 0.5 g, Fe-EDTA 0.01 g, KCl 0.5 g, L-天门冬酰胺2 g, D-半乳糖20 g, 去离子水1 000 mL, 琼脂25 g; 完全溶解后分装到三角瓶, 121 ℃灭菌20 min。临用前加:五氯硝基苯1 g、牛胆汁0.5 g、Na2B4O7· 10H2O 1 g、硫酸链霉素0.3 g, 最后用10%磷酸将pH值调至3.8~4.0。

1.6 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 20.0软件进行数据统计分析, 使用最小显著差异法(least significant difference, LSD)进行多重比较(P < 0.05)。

2 结果与分析 2.1 生物有机肥连续施用对设施黄瓜植株生长的影响

从图 1可以看出:连续施用生物有机肥(BIO)植物株高、茎粗和叶绿素含量最高。BIO施用第2季时, 株高显著高于其他处理(P < 0.05), 第3季时显著高于化肥和CK; 相比于其他处理和CK, BIO连续施用在每1季均增加了植株茎粗; 第2季时BIO处理的黄瓜叶片叶绿素含量显著高于其他处理和CK(P < 0.05), 其他两季虽没有显著性差异, 但数值上最高。综上所述, 连续施用BIO能够有效促进黄瓜植株的生长。

图 1 生物有机肥连续施用对黄瓜株高、茎粗及叶绿素含量的影响 Figure 1 Effects of continuous application of bio-organic fertilizer on cucumber plant heights, stem diameters and chlorophyll contents CK:对照处理Blank control; CF:化肥处理Chemical fertilizer; OF:普通有机肥Organic fertilizer; BIO:生物有机肥Bio-organic fertilizer.不同字母表示差异显著。Different letters mean significant difference at 0.05 levels. The same as follows.
图选项
2.2 生物有机肥连续施用对设施黄瓜产量的影响

由表 1可知:3季大田各处理黄瓜产量从大到小依次均为生物有机肥(BIO)处理、有机肥(OF)处理、化肥(CF)处理、空白对照(CK)。第1季BIO处理分别比OF、CF和CK增产5 101.46、5 910.62和9 327.56 kg·hm-2, 增产幅度分别达9.41%、11.06%和18.60%, 且BIO处理产量高于CF处理和CK。第2季BIO处理分别比OF、CF和CK增产2 531.25、16 771.88和30 759.38 kg·hm-2, 增产幅度分别为3.67%、30.63%和75.44%, 且BIO处理产量显著高于CF处理和CK。第3季BIO处理分别比OF、CF和CK增产4 500.00、5 706.26和26 743.76 kg·hm-2, 增产幅度分别达7.44%、9.63%和69.95%, 且BIO处理产量显著高于CK。

表 1 不同处理对黄瓜产量的影响 Table 1 Effects of different fertilization treatments on cucumber yield
季度
Season		 处理
Treatment		 产量/(kg·hm-2)
Yield		 比CK
Compared to CK		 比CF
Compared to CF		 比OF
Compared to OF
增产量/
(kg·hm-2)
Yield gain		 增产率/%
Rate of yield		 增产量/
(kg·hm-2)
Yield gain		 增产率/%
Rate of yield		 增产量/
(kg·hm-2)
Yield gain		 增产率/%
Rate of yield
第1季 CK 50 010.74b
The first season CF 53 427.68ab 3 416.93 6.83
OF 54 236.84a 4 226.09 8.45 809.16 1.51
BIO 59 338.29a 9 327.56 18.60 5 910.62 11.06 5 101.46 9.41
第2季 CK 40 771.88c
The second season CF 54 759.38b 13 987.52 34.31
OF 69 000.00a 28 228.13 69.23 14 240.63 26.01
BIO 71 531.25a 30 759.38 75.44 16 771.88 30.63 2 531.25 3.67
第3季 CK 38 231.25b
The third season CF 59 268.75a 21 037.50 55.02
OF 60 475.01a 22 243.76 58.18 1 206.26 2.03
BIO 64 975.01a 26 743.76 69.95 5 706.26 9.63 4 500.00 7.44
表选项
2.3 不同施肥处理对黄瓜果实品质的影响

由表 2可以看出:3季黄瓜的维生素C含量没有显著性差异, 但盛果期3季BIO处理的黄瓜维生素C含量均高于其他处理; 3季黄瓜的还原性糖含量从大到小的处理依次为BIO、OF、CF、CK, 其中第1季BIO处理与其他处理存在显著性差异; 3季黄瓜各处理间的蛋白质含量各不相同, 第1季4个处理之间无显著性差异, 第2季和第3季BIO、OF与CF处理、CK存在显著性差异, 且蛋白质含量由OF处理最高变为BIO处理最高; 3季黄瓜各处理间的硝酸盐含量呈不同的变化趋势。第1季中CK、CF、OF和BIO处理的硝酸盐含量呈逐渐下降趋势, 第2季和第3季4个处理间则呈现上升趋势, 且第3季的上升幅度大于第2季, 第3季BIO处理与其他处理间存在显著性差异, 而第1季和第2季则没有差异。

表 2 不同施肥处理对黄瓜品质的影响 Table 2 Effects of different fertilization treatments on cucumber fruit quality
处理
Treatment		 第1季The first season 第2季The second season 第3季The third season
维生素C含量/
(g·kg-1)
Vitamin C content 		还原性糖含量/
(g·kg-1)
Reducing suger content		 蛋白质含量/
(mg·kg-1)
Protein content		 硝酸盐含量/
(mg·kg-1)
Nitrate content		 维生素C含量/
(g·kg-1)
Vitamin C content 		还原性糖含量/
(g·kg-1)
Reducing suger content		 蛋白质含量/
(mg·kg-1)
Protein content		 硝酸盐含量/
(mg·kg-1)
Nitrate content		 维生素C含量/
(g·kg-1)
Vitamin C content 		还原性糖含量/
(g·kg-1)
Reducing suger content		 蛋白质含量/
(mg·kg-1)
Protein content		 硝酸盐含量/
(mg·kg-1)
Nitrate content
CK 26.38±1.03a 16.53±2.99b 565.09±37.70a 19.32±3.69a 34.34±4.56a 15.19±2.06a 423.99±98.90c 16.25±0.72a 34.05±1.62a 15.28±2.34a 413.92±58.91c 16.71±0.27c
CF 26.27±1.07a 17.05±0.50b 564.23±15.01a 18.83±1.48a 34.57±0.53a 16.06±1.25a 596.51±62.63b 23.98±6.69a 34.57±0.53a 16.77±1.98a 503.37±32.73b 21.36±1.28bc
OF 26.51±1.07a 17.50±2.79b 557.74±12.51a 18.81±2.39a 34.05±6.62a 16.95±3.10a 755.62±83.11a 25.18±3.14a 35.35±4.56a 17.33±1.43a 715.61±64.02a 24.79±0.56ab
BIO 26.58±1.06a 21.33±1.97a 566.23±13.91a 18.73±1.47a 38.18±1.43a 17.77±1.59a 734.11±45.07a 27.06±0.88a 36.15±1.43a 20.84±0.99a 773.18±39.08a 30.52±5.51a
表选项
2.4 不同施肥处理对黄瓜根际土壤枯萎病病原菌数量的影响

由图 2可见:各处理原始土壤中枯萎病病原菌(尖孢镰刀菌)数量间无显著性差异, 经过第2季和第3季黄瓜的种植, 土体土壤中病原菌数量迅速增加, 相比于其他处理, 虽然没有体现出显著性差异, 但是生物有机肥(BIO)的施用抑制了病原菌的数量。连续施用生物有机肥2季后, 根际土壤中病原菌数量显著低于CF处理和CK, 低于OF处理; 连续施用3季后, 生物有机肥处理中根际土壤中病原菌数量显著低于其他处理和对照, 表明施用生物有机肥可以有效抑制黄瓜根际土壤中枯萎病病原菌的数量, 从而降低植株发病率。

图 2 不同施肥处理对黄瓜根际土壤中病原菌数量的影响 Figure 2 Effects of different fertilization treatments on the number of Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum in rhizosphere soil
图选项
3 讨论

本研究比较了生物有机肥与普通有机肥及化肥连续施用3季对设施黄瓜生长特性、产量、果实品质及土壤中病原菌数量的影响。田间试验结果表明:连续3季施用生物有机肥能有效促进黄瓜植株苗期的生长, 这与已有报道的研究结果类似。利用藻泥和牛粪有机肥接种菌株SQR9的生物有机肥能够显著促进黄瓜和茄子苗期植株的生长[18], 利用羽毛粉和鸡粪有机肥接种菌株NJN-6的生物有机肥能够显著促进香蕉植株的生长[19]。相比于普通有机肥和化肥处理与空白对照, 本试验连续3年施用生物有机肥能够有效提高3季黄瓜的产量, 推断是由于生物有机肥中含有更大量的功能菌Bacillus amyloliquefaciens SQR9, 该菌株促进植物生长的效果已经被证明[20]。梁晓琳等[21]对设施番茄的研究表明, 施用含菌株SQR9的复合微生物肥料能够有效提高1季设施番茄的产量。另外, 生物有机肥料中不仅含有大量的功能微生物, 同时外源蛋白的添加增加了肥料中的养分、游离氨基酸和短肽的含量, 氨基酸已经被广泛证明能够有效促进植物的生长[22]。

本研究中, 除产量效应外, 连续3季施用生物有机肥能够有效改善黄瓜果实的品质, 主要增加了蛋白质和可溶性糖的含量。黄瓜独特的风味, 脆嫩的质地是其一直受人们所青睐的重要原因之一, 果实中还原性糖、蛋白质等因子是决定其风味品质最重要的指标[23]。蛋白质是构成原生质的基础物质, 也是重要的农产品品质指标, 杨玲[24]研究证明, 可溶性蛋白质与黄瓜的口感和整体风味呈正相关; 还原性糖是水果蔬菜中的重要组成成分, 也是具有重要生理功能的物质, 李建设等[25]研究证明还原性糖含量高会相应提高糖酸比, 从而提高蔬菜口感及品质。3季试验中, CF、OF和BIO处理的硝酸盐含量均明显高于CK处理, 这与前人研究结果相似[12], 但各处理的果实硝酸盐含量均远低于国家对农产品安全质量无公害蔬菜安全要求——瓜果类蔬菜硝酸盐含量(以NO3-计, 不大于438 mg·kg-1, GB 18406.1—2001农产品安全质量无公害蔬菜安全要求)。

黄瓜枯萎病是一种分布较广、危害较重、防治困难的典型的世界性根际土传病害, 主要是由连作导致的。本研究虽然连作了3季, 但所有处理与对照均没有发生病害, 这可能与连作年限未到有关。但从结果中依然可以看出, 生物有机肥的施用降低了土体和根际土壤中尖孢镰刀菌的数量, 黄瓜枯萎病专化型致病菌即属于该属[26]。因此, 施用生物有机肥不仅能够增加黄瓜的产量, 同时能够抑制黄瓜枯萎病病原菌数量的增加。

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