生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生长、生理、产量及品质的影响

Effects of bio-organic fertilizer with microbial inoculants on the growth，physiological characteristics，yield and quality of garlic seedlings

摘要

目的 研究生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生产的影响，为蒜苗的高产优质提供合理的生物有机肥及微生物菌剂施用方案。 方法 以紫皮大蒜为试验材料，研究不同用量生物有机肥与微生物菌剂配施对塑料大棚蒜苗生理生长、产量及品质的影响。 结果 单施生物有机肥400~800 kg/667m²，产量提高4.3%~12.8%，维生素C、可溶性糖和大蒜素含量分别提高26.9%~52.3%、21.9%~24.8%和62.2%~94.1%，硝酸盐含量降低5.8%~37.3%。400~800 kg/667m²生物有机肥配施80 kg/667m²微生物菌剂，产量提高4.9%~14.5%，维生素C、可溶性糖和大蒜素含量分别提高29.6%~80.7%、79.0%~91.4%和11.4%~76.5%，硝酸盐含量降低57.7%~62.6%。 结论 适宜用量的生物有机肥与微生物菌剂配施可显著促进蒜苗植株生长，提高产量，增强根系活力及硝酸还原酶活性，提高蒜苗叶绿素、维生素C、可溶性糖及大蒜素含量，降低硝酸盐含量。配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²为最优处理，宜作为当地蒜苗生产的施肥模式推广应用。

Abstract

Objective This study aimed to explore the effect of application of bio-organic fertilizer with microbial inoculants on the growth of garlic seedlings，establishing a scientific scheme for their effective utilization in garlic cultivation. Method With purple garlic grown in plastic greenhouses as the materials，field trials were conducted to investigate the effects of different amounts of bio-organic fertilizer and microbial inoculants on the physiological characteristics，growth，yield，and quality of garlic seedlings. Result Applying only bio-organic fertilizer （400~800 kg/667m²） increased the yield of purple garlic by 4.3% to 12.8%.Moreover，vitamin C，soluble sugar，and allicin content increased by 26.9% to 52.3%，21.9% to 24.8%，and 62.2% to 94.1%，respectively，while nitrate content decreased by 5.8% to 37.3%.When bio-organic fertilizer and microbial inoculants were applied together at amount of 400 to 800 kg/667m² and 80 kg/667m²，respectively，the yield of purple garlic increased by 4.9% to 14.5%.Additionally，vitamin C，soluble sugar，and allicin content increased by 29.6% to 80.7%，79.0% to 91.4%，and 11.4% to 76.5%，respectively，while nitrate content decreased by 57.7% to 62.6%. Conclusion The proper application of bio-organic fertilizer and microbial inoculants can significantly enhance garlic seedling growth，increase production，improve root activity and nitrate reductase activity，and subsequently elevate the levels of chlorophyll，vitamin C，soluble sugar，and allicin，and reduce nitrate content.The optimal application is 800 kg/667m² of bio-organic fertilizer combined with 80 kg/667m² of microbial inoculants，which may serve as a recommended fertilization approach for local garlic seedling production.

关键词

蒜苗 / 生物有机肥 / 微生物菌剂 / 生长、生理 / 产量 / 品质

Key words

garlic seedling / bio-organic fertilizer / microbial inoculant / growth and physiology / yield / quality

大蒜（Allium sativum L.），百合科，葱属，1、2年生草本植物^［1］，在世界各地广泛栽培。中国是大蒜生产大国，2019年全国大蒜种植面积达83.4万 hm²，总产量2 330万 t（数据来源于FAO）。蒜苗是大蒜生长至幼苗时期的青苗，它具有和大蒜相似的辣味，可增进食欲，并有抑菌杀菌等作用。蒜苗食用部位为叶片和叶鞘^［2］，含有丰富的可溶性蛋白、胡萝卜素、维生素C等营养成分，其叶片中也含有丰富的硫胺素和核黄素^［3］。

合理施肥关系到农业和环境的可持续发展。当前蔬菜生产中普遍存在化肥施用养分单一、供肥不平衡等问题，进而导致蔬菜品质下降、土传病害频发，产量降低。生物有机肥与微生物菌剂应用可有效缓解化肥应用的负面效应^［4-5］。在蒜苗生产中，长期过量施用化肥会影响产量稳定性^［6］，增加硝酸盐的积累^［7］，同时造成土壤板结和土壤水溶性养分的失衡。生物有机肥是富含大量有机质（≥40%）的高效复合肥料，除了含有氮、磷、钾三大要素外，还含有铁、锰、锌等微量元素和大量腐殖质，同时含有有益微生物群系^［8］，可在促进土壤有机质分解的同时，抑制有害菌的增长。张奇等研究发现生物有机肥能够改善土壤的理化性状，提高土壤的保肥保水能力，消除土壤僵化^［9］。王庆玲等研究发现，在一定施用范围内，增施生物有机肥能够促进蒜苗叶片生长，提高光合效率，增加叶绿素含量、可溶性糖含量和干物质量^［10］。微生物菌剂是一种活菌制剂^［11］，包含有芽孢杆菌等众多有益微生物。芽孢杆菌是植物根际典型的促生菌，可防治多种植物病害、促进植物生长、提高产量^［12］。微生物菌剂能够有效提高农作物对化肥、生物有机肥的利用率，促进土壤新陈代谢，抑制农作物对重金属、硝酸盐等的积累，降低土传病害的发生^［13］。本研究设置生物有机肥和微生物菌剂的不同用量，研究生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生长、生理、产量及品质的影响，以期为蒜苗高产优质生产提供合理的生物有机肥及微生物菌剂施用方案。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于甘肃省天水市武山县洛门镇大南河蔬菜生产基地（N 34°37′46″，E 105°1′41″），气压85 kPa，海拔1 537 m，属干旱半干旱地区。年平均气温10.2 ℃，最高气温37.0 ℃，最低气温-17.5 ℃，年平均降水量412 mm，年最大降水量587 mm，年最小降水量272 mm，无霜期年平均189 d，日照时数2 263 h。

试验地以砂壤土为主，土壤的各项指标如下：pH 7.35、EC 192.32 μs/cm、有机质16.8 g/kg、碱解氮84.0 mg/kg、有效磷132.09 mg/kg、速效钾318.67 mg/kg。

1.2 试验材料

以紫皮大蒜（甘肃省陇南市成县生产）为试验材料。供试生物有机肥由甘肃绿能瑞奇生物技术有限公司生产（N+P₂O₅+K₂O≥5%，有机质含量≥50%，腐植酸含量≥25%），供试微生物菌剂为富朗生物科技有限公司生产的“亲土1号”（有效活菌数≥6亿/g，有机质≥45%，含解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌）。

1.3 试验设计

采用秋延后塑料大棚栽培，于2020年7月中旬播种前以生物有机肥和微生物菌剂作基肥施入，化肥施用量及田间管理等与当地常规栽培相同。采用平畦栽培，行株距平均为15 cm×5 cm，点播蒜种深度为3 cm，日常管理同当地大田常规管理措施。大蒜于2020年7月10日播种，并于10月18日扣棚，10月26日采收。

试验采用二因素试验设计，共设置7个处理，分别为CK（常规施肥）、T₁（增施生物有机肥400 kg/667m²）、T₂（增施生物有机肥800 kg/667m²）、T₃（增施微生物菌剂40 kg/667m²）、T₄（增施微生物菌剂80 kg/667m²）、T₅（配施生物有机肥400 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²）、T₆（配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²）。小区面积11.0 m²，重复3次。各处理施肥量见表1。

1.4 测定指标及方法

于采收前测定植株生长指标，采收后测定产量及品质等指标，各项测定指标如下。

1.4.1 生长指标的测定

采用卷尺、电子游标卡尺测定株高、假茎粗和假茎长。

1.4.2 生理指标的测定

叶绿体色素含量采用丙酮浸提法进行测定 ^［14］；根系活力采用红四氮唑（TTC）法进行测定^［15］；硝酸还原酶（NR）活性采用磺胺比色法进行测定^［16］。

1.4.3 产量指标的测定

蒜苗收获时全小区计产。

1.4.4 品质指标的测定

采用蒽酮法测定可溶性糖含量^［17］；采用紫外分光光度法（参考GB 5009.33-2016第三法）测定硝酸盐^［18］；采用2，6-二氯酚靛酚钠染色法测定维生素C^［19］，采用高效液相色谱法测定大蒜素，参考赵勇强^［20］的方法进行了优化。

1.5 数据处理

采用Excel 2016软件对试验数据进行处理，采用SPSS 26.0软件用新复极差法进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生长指标的影响

生物有机肥和微生物菌剂对蒜苗生长指标的影响见表2。施用微生物菌剂和生物有机肥对蒜苗植株的株高、假茎粗、假茎长和叶宽有促进作用，且随生物有机肥和微生物菌剂用量增加，蒜苗植株的株高、假茎粗、假茎长和叶宽均增加。单施生物有机肥和微生物菌剂，均有利于蒜苗的生长，且配施处理的蒜苗长势优于单施处理。T₆处理的蒜苗株高、假茎粗、假茎长和叶宽均高于其他处理，且均显著高于CK，较CK分别增加14.3%、37.3%、19.7%及17.1%。

2.2 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生理指标的影响

生物有机肥和微生物菌剂对蒜苗叶片色素含量的影响见表3。施用微生物菌剂和生物有机肥可明显提高蒜苗植株的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量。随生物有机肥和微生物菌剂用量增加，蒜苗植株的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均增加。单施生物有机肥和微生物菌剂，均有利于蒜苗叶片色素含量的增加，且配施处理的蒜苗叶片色素含量优于单施处理。

各施肥处理蒜苗植株的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均显著高于CK处理。与CK相比，T₁~T₆处理蒜苗植株的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量增加幅度分别为31.7%~117.1%、33.3%~155.6%、32.0%~124.0%和36.4%~127.3%，其中T6处理的蒜苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量均高于其他处理，较CK分别增加117.1%、155.6%、124.0%和127.3%。

生物有机肥和微生物菌剂对蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性的影响见表4。生物有机肥配施微生物菌剂处理明显提高了蒜苗根系活力及叶片硝酸还原酶活性。单施微生物菌剂时，T₄处理的蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性显著高于CK，较CK分别提高99.6%、92.4%。T₆处理的蒜苗根系活力及硝酸还原酶活性最高，且均显著高于CK，分别增大263.5%和144.4%。说明增施微生物菌剂能够提高蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性，且配施处理蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性优于单施处理。

2.3 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗产量及经济效益的影响

不同处理的产量见表5。施用微生物菌剂和生物有机肥均能够提高蒜苗产量。一定用量下随生物有机肥和微生物菌剂用量增加，蒜苗产量逐渐增高，T₆处理的蒜苗产量显著高于T₅处理，较T₅处理增产9.6%。单施生物有机肥和微生物菌剂，均有利于蒜苗产量增加，其中T₁、T₂处理的蒜苗产量显著高于CK处理，分别较CK增产4.3%、12.8%。施用生物有机肥能够显著提高蒜苗产量，且配施微生物菌剂的蒜苗产量优于单施处理。T₆处理的蒜苗产量均高于其他处理，且显著高于CK，较CK增产14.5%。

2020年武山县蒜苗平均价格为3.4 元/kg，各处理产值见表5。与CK相比，T₅处理纯收入低于CK处理，T₂、T₆处理的蒜苗纯收入均显著高于CK，分别提高6.6%和6.8%。

2.4 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗品质指标的影响

生物有机肥和微生物菌剂对蒜苗品质指标的影响见表6。施用微生物菌剂和生物有机肥可改善蒜苗植株的品质，且随生物有机肥和微生物菌剂用量增加，蒜苗植株的维生素C、可溶性糖和大蒜素均有提高。增施生物有机肥和微生物菌剂均能够提升蒜苗品质，且配施处理的蒜苗品质优于单施处理。

各施肥处理蒜苗可溶性糖、大蒜素和维生素C含量均高于CK，硝酸盐含量低于CK。T₆处理蒜苗植株的可溶性糖和维生素C含量最高，硝酸盐含量最低。其可溶性糖和维生素C含量均显著高于CK，分别增加91.4%、80.9%；硝酸盐含量显著低于CK，减少62.6%。T₂处理的蒜苗植株大蒜素含量高于其他处理，且显著高于CK，增加94.1%。

3 讨论

3.1 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生长指标的影响

侯会静^［21］和王归鹏等^［22］的研究表明，施用生物有机肥和微生物菌剂能够促进植株生长，克服因施肥不当和施肥过多导致的C/N失调，从而促进植物的养分吸收，调解生殖生长和营养生长平衡。本试验结果表明，各施肥处理蒜苗的株高、假茎粗、假茎长、叶宽均高于CK，这与郭春莲等^［23］研究的微生物菌剂和生物有机肥能促进大葱的株高、茎粗的结果相似。微生物菌剂施用量相同时，蒜苗植株的株高、假茎粗、假茎长和叶宽都随生物有机肥施肥量增加而增加。

3.2 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗生理指标的影响

叶绿素分子存在于叶绿体中，其功能为吸收光能、传递光能和转化光能，其含量的多少及其组成决定了植物对不同光的吸收和利用率^［24］。有研究表明，叶绿素含量的升高会导致植物光合作用增强，合成生长发育所需的有机质进而增加^［25］，本试验发现，单施处理以及配施处理均能够使蒜苗叶片色素含量增加，以配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²（T₆）的蒜苗叶片色素含量最好，这与蒯佳琳等^［26］研究的生物有机肥配施微生物菌剂对莴笋叶片色素含量增多具有促进作用的结果相似。

土壤微生物活动与土壤酶活性密切相关，微生物菌剂通过促进土壤关键酶活动，进而促使植株生成赤霉素、生长素来提高作物的生长发育和根系活力^［27-29］。张芳等^［30］认为，植物根系的活力水平直接影响地上部分的生长、营养状况及产量的高低。硝酸还原酶通过参与植物的氮素代谢来影响植物吸收和转化硝态氮^［31］。本试验发现，各施肥处理的蒜苗根系活力和硝酸还原酶活性均高于CK，蒜苗硝酸还原酶活性及根系活力均以生物有机肥800 kg/667m²施肥配施微生物菌剂80 kg/667m²（T₆）处理的最高，配施处理的蒜苗根系活力显著高于单施处理，在微生物菌剂施肥量相同时，蒜苗根系活力随生物有机肥的增加而升高，处理间差异不明显，说明微生物菌剂能够通过改善蒜苗根际土壤生理环境从而显著提高蒜苗的根系活力。这与邓家欣等^［32］关于不同施肥处理对高丛越橘根系活力影响的研究结果相似。

3.3 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗产量及经济效益的影响

大量研究表明，施肥可以提高作物产量并改善其品质从而获得更大的经济效益。产量也能够反映出多种环境因素对作物生长的影响情况^［33］。一方面试验采用的微生物菌剂本身所含优良促生菌株在该研究环境中效果良好，既促进蒜苗根系生长，有利于蒜苗须根系对营养元素的吸收利用，又延长了土壤中有效养分的供给，促进干物质的积累和形成；另一方面生物有机肥弥补了普通化肥有效期短、持久性差的短板，施入后养分的释放周期与蒜苗生长需求相协调，有利于促进蒜苗生长，提高蒜苗产量。本试验发现，各施肥处理的蒜苗产量较CK均增加，增施生物有机肥400 kg/667m²（T₁）、增施生物有机肥800 kg/667m²（T₂）和配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²（T₆）处理可明显提高蒜苗产量。当季蒜苗的产值、纯收入的变化趋势同产量相似。这与哈雪姣等^［34］研究的生物有机肥和农用微生物菌剂能促进番茄生长，显著提高番茄产量和单果质量的结果相似。

3.4 生物有机肥配施微生物菌剂对蒜苗品质指标的影响

有研究表明，施用生物有机肥可以提高作物的可溶性糖含量，并显著降低硝酸盐的含量^［35］。李卫东等^［36］在研究微生物菌剂和有机肥对马铃薯生长的影响中发现，施用微生物菌剂对马铃薯的维生素C、可溶性糖等营养品质有较好的提升。大蒜素是蒜苗的重要品质之一，目前普遍认为，大蒜及蒜苗等含有的大蒜素是由前体物质蒜氨酸在组织破碎时与液泡中的蒜氨酸酶反应产生具有辛辣气味的物质二烯丙基硫代亚磺酸酯，也称大蒜辣素^［37］。这种硫化物在常温下极易脱去氧和硫原子，在试验过程中通常以DADS（二烯丙基二硫醚）、DATS（二烯丙基三硫醚）及DAS（二烯丙基硫醚）的形式进行测定。本试验发现，生物有机肥配施微生物菌剂能够提高蒜苗的营养品质，生物有机肥配施微生物菌剂处理的可溶性糖、大蒜素及维生素C含量均高于CK，硝酸盐含量低于CK，各处理蒜苗硝酸盐含量均未超过GB 18406-2001国家蔬菜可食用部分卫生标准（≤432 mg/kg）。其中可溶性糖含量及维生素C含量以T6为最高，营养品质以配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²（T₆）的处理最佳。说明增施生物有机肥可有效促进蒜苗的营养生长，一定微生物菌剂的配施可以提高土壤的活性和肥力，促进植物吸收水分和对生物有机肥的吸收。这与于恩晶等^［38］的研究结果相近。

4 结论

综上所述，适宜用量的生物有机肥与微生物菌剂配施可显著促进蒜苗植株生长，提高产量，增强根系活力及硝酸还原酶活性，提高蒜苗叶绿素、维生素C、可溶性糖及大蒜素含量，降低硝酸盐含量。单施生物有机肥及生物有机肥配施微生物菌剂均可显著提高蒜苗产量，单施微生物菌剂对蒜苗产量无显著影响。配施生物有机肥800 kg/667m²、微生物菌剂80 kg/667m²（T₆）为最优处理，可作为当地蒜苗生产的施肥模式推广应用。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2016YFD0201005)

甘肃省瓜菜产业技术体系专项资金项目(GARS-GC-1)

甘肃省引导科技创新发展专项资金项目(2018ZX-02)