全 文 ：生物肥对有机黄瓜生长及土壤生物学特性的影响*
曹摇 丹摇 宗良纲**摇 肖摇 峻摇 张摇 倩摇 赵摇 妍
(南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095)
摘摇 要摇 通过田间试验,研究了 3 种不同生物肥(“中和牌冶、“NST型冶和“爸爱我冶)配合有机
肥施用对有机黄瓜生长及土壤微生物和几种土壤酶活性的影响.结果表明:3 种生物肥配施处
理均可显著增加有机黄瓜产量,促进黄瓜根系生长和提高叶片叶绿素含量;与单施有机肥相
比,“中和牌冶生物肥与有机肥配施增产 10郾 4% ,“NST 型冶和“爸爱我冶分别增产 12郾 4%和
29郾 2% .黄瓜幼苗期、初花期及采收期,生物肥与有机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、氮
均显著高于单施有机肥处理;同时,生物肥与有机肥配合施用还增强了土壤脲酶、酸性磷酸酶
和过氧化氢酶活性.
关键词摇 生物肥摇 有机黄瓜摇 土壤微生物生物量摇 土壤酶活性
文章编号摇 1001-9332(2010)10-2587-06摇 中图分类号摇 S147郾 2摇 文献标识码摇 A
Effects of bio鄄fertilizer on organically cultured cucumber growth and soil biological charac鄄
teristics. CAO Dan, ZONG Liang鄄gang, XIAO Jun, ZHANG Qian, ZHAO Yan (College of Re鄄
sources and Environmental Sciences, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(10): 2587-2592.
Abstract: Field trials of organic farming were conducted to examine the effects of different bio鄄fer鄄
tilizers on the organically cultured cucumber growth, soil enzyme activities, and soil microbial bio鄄
mass. Four treatments were installed, i. e. , organic fertilizer only (CK), bio鄄fertilizer “Zhonghe冶
combined with organic fertilizer ( ZHH), bio鄄fertilizer “ NST冶 combined with organic fertilizer
(NST), and bio鄄fertilizer “Bio冶 combined with organic fertilizer (BIO). Bio鄄fertilizers combined
with organic fertilizer increased the cucumber yield significantly, and improved the root growth and
leaf chlorophyll content. Comparing with that in CK, the cucumber yield in treatments ZHH, NST,
and BIO was increased by 10郾 4% , 12郾 4% , and 29郾 2% , respectively. At the seedling stage,
early flowering stage, and picking time of cucumber, the soil microbial biomass C and N in treat鄄
ments ZHH, NST, and BIO were significantly higher than that in CK, and the activities of soil ure鄄
ase, acid phosphatase, and catalase were also higher.
Key words: bio鄄fertilizer; organically cultured cucumber; soil microbial biomass; soil enzyme ac鄄
tivity.
*国家重点基础研究发展计划项目(2006AA102404)和绿色和平项
目(200103)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zonglg@ njau. edu. cn
2010鄄01鄄25 收稿,2010鄄07鄄21 接受.
摇 摇 有机农业因其高品质的产品和环境友好的生产
过程而备受关注.目前我国有机农业研究主要集中
在有机食品管理体系、认证标准建立与完善等方面,
也包括有机与常规种植系统的比较研究及有机农业
中土壤温室气体排放特性研究等[1-3] . 有机种植方
式下作物病虫害生物防治技术的有效性以及在施肥
技术方面土壤养分供应不能满足作物的养分需求是
制约我国有机种植业发展的两大技术瓶颈.因此,加
强有机种植技术研究将有助于加快我国有机农业的
发展. Denison等[4]定位研究表明,在试验的第 3 到
第 9 年间,有机种植小麦和玉米的平均产量仅是常
规方式下的 60% ~ 80% . 但亦有研究表明,在一定
的技术支撑下,长期的有机种植可获得与常规农业
相近或超过常规种植的作物产量[5] . 有研究报
道[6-8],不仅生物肥本身具有速效、长效、抗病、改良
土壤和抗板结作用,而且其中的微生物还可以不断
将土壤中难以被作物吸收的无效养分分解转化为易
吸收的形态,提高养分供应速率,从而提高农作物产
量、改善产品品质. 近年来,我国在生物肥料研发方
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 10 月摇 第 21 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2010,21(10): 2587-2592
面得到了快速发展,但如何正确认识和合理使用生
物肥,使之在农业生产中更好地发挥增产、增效的作
用,还需进一步研究.本文选择符合有机生产要求的
3 种生物肥作为研究对象,以有机农场通常施用的
有机肥为对照,从机理上探讨施用生物肥对有机黄
瓜生长的影响及土壤微生物特性和主要功能性酶活
性的变化,旨在为有机种植体系中的有效施肥与土
壤管理提供技术依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料
试验于 2009 年 5—9 月在南京溧水普朗克有机
农场进行.该农场已经连续进行了 7 年的有机种植.
供试蔬菜地土壤由黄棕壤发育演变而来,肥力适中,
土壤 pH 5郾 23,有机质含量 20郾 98 g·kg-1,全氮 1郾 33
g·kg-1,全磷 0郾 63 g·kg-1,全钾 17郾 22 g·kg-1,铵
态氮 13郾 31 mg·kg-1,硝态氮 20郾 96 mg·kg-1,速效
磷 27郾 84 mg·kg-1,速效钾 79郾 03 mg·kg-1 .
供试生物肥分别选择北京六合神州生物工程技
术有限公司监制、六合新星生物技术公司生物肥料
厂生产的“中和牌冶域型生物肥[有效活菌数逸0郾 2
亿个·g-1,有机质含量逸25% ,速效氮 612郾 5 mg·
kg-1,pH 6郾 24,含水量 27郾 3% ]、香港长江生命科技
国际有限公司提供的 NutriSmart系列肥中的 NST型
高氮生物肥[有效活菌数逸0郾 3 亿个·g-1,有机质含
量逸30% ,腐殖酸含量逸5%,纯有机 NPK 含量逸
11% (6 颐 3 颐 2),速效氮 670郾 2 mg·kg-1,pH 7郾 62,
含水量 23郾 7% ]以及南京农业大学资源与环境科学
学院研制、江苏新天地生物肥料工程中心有限公司
制造的“爸爱我(Bio)冶抗土传病高效生物肥(有效
活菌数逸0郾 5 亿个·g-1,有机质逸25% ,NPK逸6% ,
游离氨基酸+活性小肽逸4%,速效氮 847郾 1 mg·
kg-1,pH 7郾 16,含水量 28郾 3% ). 对照所施用的有机
肥为普朗克有机农场正常施用的商品有机肥(N+
P2O5+K2O逸4%,有机质逸30% ,速效氮 296郾 5 mg·
kg-1,pH 7郾 89,含水量 32郾 5% ),由南京宁粮生物肥
料有限公司生产并通过有机认证.
供试黄瓜品种为日本翠绿.
1郾 2摇 试验设计
试验以供试有机农场正常施肥作为对照(CK,
有机肥用量 7郾 5 t·hm-2);另设 3 种生物肥和有机
肥配施处理,分别用 ZHH、NST 和 BIO 表示.结合生
产实际使用量和生物肥的推荐用量,本试验各处理
生物肥与有机肥的用量分别为:ZHH:“中和牌冶生
物肥 60 kg · hm-2,有机肥 5郾 25 t · hm-2; NST:
“NST冶型生态肥 750 kg·hm-2,有机肥 5郾 25 t·
hm-2;BIO:“Bio冶生物肥 375 kg·hm-2,有机肥 5郾 25
t·hm-2 .以上肥料处理均按比例混合均匀后作为基
肥开膛穴施.每个处理 3 次重复,随机区组排列,小
区面积为 10 m2,小区间设 1 m宽的隔离带.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 样品采集 摇 分别在黄瓜定植前(试验开始
0 d)、幼苗期(30 d)、初花期(55 d)、结瓜采收期
(80 d)及全部采收结束(100 d)每小区按多点法采
集0 ~ 20 cm土层土壤得到混合样.新鲜土样一部分
置冰箱内 4 益冷藏(不超过 1 周),供土壤微生物生
物量 C、N及酶活性分析;另一部分风干过筛后用于
土壤养分测定. 黄瓜根系活力和叶片叶绿素含量
(SPAD 值)分别于黄瓜生长中期 (60 d)和末期
(90 d)时测定.试验过程中,当黄瓜长成开始采摘时
按小区分批累计记产,核算黄瓜产量.
1郾 3郾 2 测定项目及方法 摇 土壤 pH(土水质量比为
1 颐 2郾 5)、有机质、全氮、全磷、速效磷、铵态氮和硝
态氮等按常规方法测定[9] .土壤酸性磷酸酶活性用
磷酸苯二钠比色法测定;脲酶活性用奈氏比色法测
定;过氧化氢酶活性用 0郾 1 mol·L-1 KMnO4 滴定法
测定[10];土壤微生物生物量碳用氯仿熏蒸浸提鄄
K2Cr2O7 氧化法测定;土壤微生物生物量氮用氯仿
熏蒸浸提消煮、碱化蒸馏法测定[11];叶片叶绿素含
量用 SPAD计测定;根系活力采用 TTC法测定.
1郾 4摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 及 SPSS 13郾 0 统计分
析软件进行数据处理和差异显著性检验(LSD法).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 生物肥对有机黄瓜生长及产量的影响
2郾 1郾 1 根系干物质量和根系活力摇 根系是决定作物
产量的重要因素.由表 1 可知,ZHH、NST 和 BIO 处
理的黄瓜根系干物质量均极显著高于 CK ( P <
0郾 01),但 ZHH、NST 和 BIO 处理之间差异不显著.
在黄瓜生长中、后期,根系活力均表现为 BIO>NST>
ZHH>CK.黄瓜生长中期,ZHH、NST 和 BIO 处理的
根系活力与 CK 差异极显著(P <0郾 01),且 ZHH、
NST和 BIO各处理间均呈现显著性差异(P<0郾 05).
在生长后期,由于植株根系衰老,根系活力减弱,其
中,CK 处理的根系活力较生长中期下降 69郾 15% ,
而 ZHH、 NST 和 BIO 处理分别下降 63郾 70% 、
55郾 58%和62郾 24% .表明生物肥配合有机肥施用不
8852 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 1摇 不同施肥处理对黄瓜生长及产量的影响
Tab. 1摇 Effects of different fertilizer treatments on growth and yield of cucumbers (mean依SD)
处理
Treatment
根系干物质量
Root dry
mass per
plant (g)
根系活力
Root activity (滋g·g-1·h-1)
生长中期
Middle stage
生长末期
End stage
叶片 SPAD值
Leaf SPAD value
生长中期
Middle stage
生长末期
End stage
小区产量
Plot yield
(kg)
产量
Yield
(kg·hm-2)
CK 2郾 26依0郾 25bB 80郾 55依8郾 21dC 14郾 85依0郾 28cB 47郾 7依0郾 6b 35郾 7依1郾 8bB 35郾 04依1郾 95cB 35057
ZHH 2郾 84依0郾 30aA 99郾 28依6郾 63cB 15郾 96依0郾 26bB 50郾 3依1郾 1a 37郾 6依1郾 4aA 38郾 68依1郾 12bA 38699
NST 2郾 76依0郾 17aA 103郾 91依10郾 37bA 17郾 15依0郾 22aA 49郾 4依1郾 6a 37郾 0依1郾 7aAB 39郾 38依1郾 57bA 39399
BIO 3郾 06依0郾 32aA 127郾 41依11郾 29aA 18郾 11依0郾 34aA 50郾 1依1郾 4a 38郾 1依2郾 5abA 45郾 28依1郾 35aA 45302
CK:有机肥 Organic fertilizer; ZHH:“中和牌冶生物肥与有机肥混合“Zhonghe冶 bio鄄fertilizer combined with organic fertilizer; NST:“NST型冶生态肥
与有机肥混合“NST冶 eco鄄fertilizer combined with organic fertilizer; BIO:“爸爱我冶生物肥与有机肥混合“Bio冶 bio鄄fertilizer combined with organic
fertilizer郾 同列不同大、小写字母分别表示处理间差异极显著(P<0郾 01)和显著(P<0郾 05) Different capital and small letters in the same column
meant significant difference among treatments at 0郾 01 and 0郾 05 levels, respectively.
仅可以促进黄瓜根系生长,同时也能增强黄瓜根系
活力并延缓根系衰老.
2郾 1郾 2 叶片叶绿素含量摇 不同施肥处理下黄瓜叶片
叶绿素含量也存在较大差异.黄瓜生长中期,ZHH、
NST和 BIO处理的黄瓜叶片叶绿素含量(SPAD 值)
均显著高于 CK (P<0郾 05);生长后期,叶片光合速
率降低,光合功能下降,叶片 SPAD 值均有所减小,
而有机肥与生物肥配施处理的黄瓜叶片仍能维持较
高的叶绿素含量,其中 NST 处理显著高于 CK,而
ZHH和 BIO处理极显著高于 CK(P<0郾 01). 可见,
生物肥配合有机肥施用不仅可以提高黄瓜叶片叶绿
素含量,增强叶片光合能力,而且还可以延长功能叶
片光合作用的时间.
2郾 1郾 3 产量摇 通过累计记产法分别统计了不同施肥
处理的黄瓜产量.由表 1 可知,不同有机肥与生物肥
配施对有机黄瓜均有一定的增产,增产幅度因生物
肥种类而异.与对照相比,不同生物肥处理的经济产
量增幅顺序为 BIO > NST > ZHH,分别达 29郾 2% 、
12郾 4%和 10郾 4% . ZHH、NST 和 BIO 处理与单施有
机肥处理(CK)相比增产显著(P<0郾 05),其中 BIO
处理达到极显著水平(P<0郾 01).黄瓜累计产量结果
表明,不同采摘时期的黄瓜平均采摘量有一定差异,
其中 BIO处理最大,单次达到 4郾 11 kg.
2郾 2摇 生物肥对黄瓜土壤微生物生物量碳、氮的影响
由图 1 可知,试验前各处理土壤微生物生物量
碳差异较小,但当黄瓜生长到 30 d 以后,生物肥配
施处理与 CK 表现出明显差异. 在黄瓜生长 30、55
和 80 d 时,ZHH、NST 和 BIO 处理的土壤微生物生
物量碳与单施有机肥处理(CK)差异均达极显著
(P<0郾 01)水平,且在 80 d 时,BIO 处理土壤微生物
生物量碳含量显著大于 NST 处理,与 ZHH 处理表
现出极显著差异.黄瓜生长 100 d 时,各处理土壤微
生物生物量碳含量较生长中期极显著降低. 土壤微
生物生物量氮与土壤微生物生物量碳的变化趋势较
一致.可见,生物肥配合有机肥施用可以增加土壤微
生物生物量碳、氮含量,且以 BIO处理最显著.
2郾 3摇 生物肥对黄瓜土壤酶学特征的影响
2郾 3郾 1 土壤脲酶摇 生物肥的施用不仅显著提高了土
壤微生物生物量碳、氮含量,同时也会增强土壤酶活
性 . 由图2可知,试验前CK与各生物肥配施处理的
图 1摇 不同施肥处理对黄瓜土壤微生物生物量碳和氮的影
响
Fig. 1摇 Effects of different fertilizer treatments on soil microbial
biomass carbon and nitrogen of cucumber (mean依SD).
CK:有机肥 Organic fertilizer; ZHH:“中和牌冶生物肥与有机肥混合
“Zhonghe冶 bio鄄fertilizer combined with organic fertilizer; NST: “ NST
型冶生态肥与有机肥混合“ NST冶 eco鄄fertilizer combined with organic
fertilizer; BIO:“爸爱我冶生物肥与有机肥混合 “ Bio冶 bio鄄fertilizer
combined with organic fertilizer. 不同大、小写字母分别表示处理间差
异极显著(P<0郾 01)和显著(P<0郾 05)Different capital and small letters
meant significant differenre among treatments at 0郾 01 and 0郾 05, respec鄄
tively. 下同 The same below.
985210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 曹摇 丹等: 生物肥对有机黄瓜生长及土壤生物学特性的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
土壤脲酶活性相差较小;幼苗期(30 d)各处理土壤
脲酶活性均较试验前极显著增加,但处理间差异不
显著;初花期(55 d)各处理土壤脲酶活性较幼苗期
极显著增加,且 ZHH、NST 和 BIO 处理土壤脲酶活
性极显著高于 CK,其中 BIO 处理脲酶活性最高.黄
瓜进入生长后期,土壤中脲酶活性降低,黄瓜生长至
100 d时变幅减小,不同处理间土壤脲酶活性比较
接近.
2郾 3郾 2 土壤酸性磷酸酶 摇 在黄瓜生长各阶段,生物
肥配施处理对土壤酸性磷酸酶活性的影响与脲酶不
同.黄瓜生长 30 d 时,各处理土壤酸性磷酸酶活性
均较试验前显著增加,但各处理间差异不显著;黄瓜
生长 55 d时,土壤酸性磷酸酶活性较 30 d时极显著
增加,且 ZHH与 NST 处理显著大于 CK(P<0郾 05);
黄瓜生长 80 d时,BIO处理土壤酸性磷酸酶活性较
55 d时极显著增加,且极显著高于 CK(P<0郾 01),其
他各处理增加不显著;黄瓜生长末期,各处理磷酸酶
活性都大幅度下降,接近试验前水平(图 2).
图 2摇 不同施肥处理对黄瓜土壤脲酶、酸性磷酸酶和过氧化
氢酶活性的影响
Fig. 2摇 Effects of different fertilizer treatments on soil urease, acid
phosphatase and catalase activities of cucumber (mean依SD).
2郾 3郾 3 土壤过氧化氢酶摇 生物肥配施对土壤过氧化
氢酶活性也有显著影响.由图 2 可知,试验前各处理
间土壤过氧化氢酶活性无明显差异,黄瓜生长 30、
55 和 80 d时,各处理土壤过氧化氢酶活性均有所增
加,且在黄瓜生长 30 d 时,BIO 处理显著大于 CK;
黄瓜生长 55 和 80 d 时,ZHH、NST和 BIO处理的土
壤过氧化氢酶活性均显著大于 CK (P<0郾 05).黄瓜
生长后期(100 d),植株开始衰老,不同处理的土壤
过氧化氢酶活性均有所下降,但处理间差异不显著.
因此,生物肥配合有机肥施用后在黄瓜生长盛期可
显著提高土壤过氧化氢酶活性.
3摇 讨摇 摇 论
有机农业理论认为土壤是一个活的生命体,施
肥本质上是培育土壤而非养育作物,是通过促进土
壤微生物来满足作物营养的需求[12] .根系是作物吸
收水分和养分的主要器官,根系的生长及其活力水
平直接影响地上部生长和产量. 目前,生物有机鄄无
机复合肥、有机鄄无机生物活性肥料以及新型生物菌
肥在常规农业中已经得到广泛应用,并取得了良好
的增产效果[13-14] .王延军等[15]研究结果表明,生物
肥与有机肥配合施用可以显著提高有机水稻和有机
番茄的产量.本研究中,生物肥配合有机肥施用显著
增强黄瓜根系活力及养分吸收能力的同时,也显著
促进了植株叶片叶绿素含量和光合能力,从而增加
了黄瓜光合产物,增产效果显著.本研究结合生产实
际,将生物肥部分替代有机肥. 根据估算,试验中所
用生物肥的成本低于所替代的部分有机肥的成本,
通过发挥微生物对土壤肥力的调控作用,特别是土
壤养分的供应特性,在低于一般有机种植投入成本
的情况下获得了较高的有机种植产量,以期为有机
农业的施肥管理提供技术借鉴,从而提高其经济效
益.
土壤微生物是土壤养分转化和循环的推动者,
参与土壤的矿化、腐殖质化等过程,是土壤生态系统
稳定性和可持续性的保障[16] .土壤微生物生物量作
为土壤养分转化的活性库或源,其含量高低可部分
反映土壤微生物活动的强弱和养分转化速率的快
慢,是土壤生物质量变化的灵敏指标[17-18] . 本研究
中,土壤微生物生物量氮与微生物生物量碳的变化
趋势较一致(图 1),这与两者具有极显著正相关关
系[19]相符.土壤微生物生物量碳既是土壤有机质和
土壤养分转化和循环的动力,也是土壤有效活性成
分[20],而微生物生物量氮是土壤微生物对氮素矿化
0952 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
与固持作用的综合反映[21],其固持作用主要取决于
土壤微生物本身的生物量大小.在黄瓜主要生长期,
ZHH、NST 和 BIO 处理土壤微生物量显著大于 CK,
以 BIO最显著,这与 BIO生物肥中含有较多的活性
菌有关.生物肥中所含有的活性菌体在适宜的土壤
环境中迅速繁殖,不仅起到激活土著微生物的作用,
同时还增加了外源微生物数量,有利于加速土壤养
分的分解、转化和释放,从而改善土壤微生物区系,
为有机黄瓜生长提供了养分保障.
生物肥配合有机肥施用不仅能提高土壤微生物
生物量碳、氮含量,同时也增强了土壤主要功能性酶
的活性.土壤酶是由微生物、动植物活体的分泌物或
动植物残体、遗骸分解释放于土壤中的一类具有催
化能力的生物活性物质,其活性是土壤新陈代谢的
重要肥力指标[22-23] . 其中,脲酶是一种专属性很强
的水解酶,能催化酰胺化合物水解为氨;磷酸酶活性
的增加可加速土壤有机磷脱磷速度,改善土壤磷素
的供应水平;而过氧化氢酶则是衡量土壤中氧化过
程的方向和强度的指标,其活性高低与土壤有机质
含量和微生物数量有关[24],其活性增强可有效保护
土壤微生物的正常活动. 土壤酶不仅能反映土壤生
物活性的高低,而且能表征土壤养分转化速率的快
慢,在一定程度上能反映土壤肥力状况[25] . Marcote
等[26]研究表明,增施微生物肥料有利于改善土壤理
化性质和微生物区系,提高土壤微生物数量和土壤
转化酶、磷酸酶、过氧化物酶和脲酶活性. 而本研究
结果表明,在黄瓜生长中期,土壤脲酶、酸性磷酸酶
及过氧化氢酶的活性都有较大提高,这与黄瓜根系
的生长活动有关,其分泌物促进了土壤微生物的繁
殖,增强了相关酶的活性.黄瓜不同生长阶段各种酶
的活性变化规律不同,黄瓜生长 55 d 时,各处理土
壤脲酶活性达最大值,而到 80 d 时显著降低,此时
酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性达最大值. 黄瓜生长
末期,酸性磷酸酶和过氧化氢酶活性减弱,而脲酶活
性变化较小.这些酶在不同时期的变化特性不仅与
酶自身的性质有关,也可能与季节变化、不同施肥处
理对土壤理化性质、微生物及黄瓜生长活动的综合
影响有关,其机理尚待进一步研究.而 ZHH、NST 和
BIO处理由于含有大量的微生物活体,不仅可以直
接为土壤微生物提供充足的能源,同时能够激活土
壤中脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶等的生物活性,改善
作物营养水平和根际土壤环境,促进微生物繁衍并
延缓土壤微生物衰减速率,从而改善土壤肥力,有利
于实现有机种植方式下作物高产的目标.
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作者简介摇 曹摇 丹,女,1985 年生,硕士研究生.主要从事环
境质量与食品安全研究. E鄄mail: caodan_168@ 126. com
责任编辑摇 张凤丽
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