微生物菌剂与有机钙蛋白配施对紫花苜蓿生长和土壤酶活性的影响

Effects of microbial inoculants combined with organic calcium protein on alfalfa growth and soil enzyme activity

摘要

为研究微生物菌剂与有机钙蛋白联合配施对紫花苜蓿生长和土壤酶活性的影响，以蕈状芽孢杆菌Y1、莫哈韦芽孢杆菌LrM2和产黄假单胞菌M1为候选菌株，制备了3种浓度的微生物菌剂（10⁸、10⁹和10¹⁰ cfu·mL^-1），每种浓度的微生物菌剂分别配施5种有机钙蛋白添加量（2%、4%、6%、8%和10%），通过盆栽试验观测各处理对紫花苜蓿生长性状、营养品质、根系形态和土壤酶活性的影响。结果表明：1）各处理均能促进紫花苜蓿生长，第1茬干重最高的是D₄处理（10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白），为1.47 g·30株^-1，第2茬干重最高的是B₅处理（10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白），为5.5 g·30株^-1；2）微生物菌剂与有机钙蛋白配施显著提高了紫花苜蓿的总根长、根直径、根表面积和根体积，在同一微生物菌剂浓度前提下，随有机钙蛋白增加，以上指标均呈先增加后降低的趋势；3）C₅处理（10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白）的紫花苜蓿相对饲用价值可达226.56，D₅处理（10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白）的总叶绿素含量最高；4）与单独施用微生物菌剂相比，两者配施提高了土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶及脲酶活性；5）经优劣解距离法（TOPSIS）综合评价，D₄处理不但能促进紫花苜蓿生长，还可以提高土壤酶活性，可在生产上推广应用。

Abstract

To investigate the effects of the combined application of microbial inoculants and organic calcium protein on alfalfa （Medicago sativa） growth and soil enzyme activity， three candidate strains ［Bacillus mycoides （Y1）， Bacillus mojavensis （LrM2）， and Pseudomonas synxantha （M1）］ were used to prepare a microbial inoculant applied at three concentrations （10⁸， 10⁹， and 10¹⁰ cfu·mL^-1）. Each inoculant concentration was paired with five supplementation levels of organic calcium protein （2%， 4%， 6%， 8%， and 10%） in a pot experiment. The effects of these treatments on alfalfa growth traits， nutritional quality， root morphology， and soil enzyme activity were evaluated. The results showed that： 1） All treatments promoted alfalfa growth. The highest dry yield in the first crop （1.47 g·30 plants^-1） was achieved with treatment D₄ （10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculant+6% organic calcium protein）， while treatment B₅ （10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） yielded the highest in the second crop （5.5 g·30 plants^-1）. 2） The combined application significantly enhanced alfalfa’s total root length， root diameter， root surface area， and root volume. At a fixed inoculant concentration， these parameters initially increased and then decreased with increasing organic calcium protein supplementation. 3） Alfalfa plants in treatment C₅ （10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） showed the highest relative feed value （RFV=226.56）， whereas treatment D₅ （10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） resulted in the maximum total chlorophyll content. 4） Compared to the application of microbial inoculant alone， the combined treatment significantly increased the activities of soil alkaline phosphatase， sucrase， catalase， and urease. 5） Based on the technique for order preference by similarity to ideal solution （TOPSIS） evaluation， treatment D₄ not only enhanced alfalfa growth but also improved soil enzyme activity， demonstrating high potential for practical agricultural application.

Graphical abstract

关键词

紫花苜蓿 / 微生物菌剂 / 有机钙蛋白 / 营养品质 / 土壤酶活性

Key words

Medicago sativa / microbial inoculants / organic calcium protein / nutritional quality / soil enzyme activity

微生物菌剂（microbial inoculants）是一种含有活性微生物的肥料，作用包括促进作物生长和土壤难溶养分转化，抑制病原菌和改良土壤^［1］，近年来，微生物菌剂的研究与应用有了很大的突破，其中以植物根际促生菌（plant growth promoting rhizobacteria，PGPR）主要成分研制的新型PGPR菌剂已成为国内外化肥替代物研究的热点之一^［2］。微生物菌剂可分为单一菌剂和复合菌剂，其中，单一微生物菌剂是由一种微生物经工业化生产制成的，如固氮菌剂、生防菌剂和溶磷菌剂等。目前市面上主要是应用复合微生物菌剂，是将两种或两种以上互不拮抗或是互相增效的菌剂组合工业化生产而来^［3-4］。在促进作物生长和品质方面，复合微生物菌剂具有更大的开发潜力和应用价值。

有机钙蛋白（organic calcium protein）是一种苜蓿（Medicagosativa）专用肥，用于酸化、盐碱化土壤改良，该肥料呈弱碱性，富含丰富的多肽蛋白和有机螯合钙，可调理土壤pH值，同时中和土壤中的酸根离子，提高土壤有机质，改善土壤物理性状，且降低因连续多年种植苜蓿而对苜蓿生长、发育和产量等造成的不利影响。有研究表明，施加有机钙蛋白不仅可以减少土传病害的发病率，也可抑制根部的病害发病率和蔓延，增强土壤中有益微生物的生命活动和繁殖能力^［5-6］。与其他肥料相比，有机钙蛋白还能额外补充作物生长必需的钙元素，但单独施用有机钙蛋白，无法满足作物生长所需的全部元素。因此为保证作物高产高质以及提高土壤活力，本研究采用微生物菌剂和有机钙蛋白联合施用的方式。

紫花苜蓿是一种广泛分布于众多地区的优良豆科牧草，富含粗蛋白，对各种环境具有较强的适应能力，因此被誉为“牧草之王”^［7］。紫花苜蓿不仅适应性广泛，还有极高的饲用及经济价值，且由于其独特的氮利用方式，能够固氮改土，发挥出了较高的生态价值^［8-9］。目前提升紫花苜蓿产量和品质的研究主要集中于育种、播种方式以及施肥等方面，其中微生物菌剂与复合肥单独施用或配施对其增产提质影响的研究是热点，然而微生物菌剂与有机钙蛋白配施对其产量提升、品质优化及土壤生态改良等影响的研究鲜见报道^［10-11］。

鉴于此，本研究选取课题组前期筛选的综合表现良好的3株PGPR菌株（Y1、LrM2、M1）^［12-13］，将其培养制成微生物菌剂，采用不同浓度微生物菌剂与多种有机钙蛋白比例配施用于紫花苜蓿，测定紫花苜蓿的生物量、根系形态、营养品质及土壤酶活性等指标，筛选微生物菌剂与有机钙蛋白最佳配比，以期研究更适宜紫花苜蓿生长的施肥方案，为紫花苜蓿的高效种植开辟新路径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

紫花苜蓿品种选用‘中苜1号’（M. sativa ‘Zhongmu No.1’），发芽率≥98%，购自甘肃创绿草业科技有限公司。

微生物菌剂中选用的3株菌株，由甘肃农业大学草业学院草地有益微生物挖掘与利用课题组提供，菌株特性见表1。有机钙蛋白（苜蓿专用肥）市售，有机螯合钙≥8%，多肽蛋白≥8%，氮磷钾≥5%，有机质≥20%，由天津纽艾格农业科技有限公司生产。

微生物菌剂制备：将在LB固体培养基上生长24 h的供试菌株分别单独接种于LB液体培养基中，置于摇床180 r·min^-1、28 ℃培养48 h，后用无菌水调节使OD_600nm值一致，制成菌液，备用。3种菌液按体积比1∶1∶1混合，将制备好的混合菌液扩大培养至菌液中细胞数量达到10⁸、10⁹、10¹⁰ cfu·mL^-1，加入不同梯度有机钙蛋白（2%、4%、6%、8%和10%）后再培养，常温保存备用^［14］。

LB培养基全称Lysogeny Broth，即溶菌肉汤。配方（g·L^-1）：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，氯化钠5 g，琼脂粉18 g，pH 7.0，121 ℃灭菌30 min^［15］；液体培养基不加琼脂。

1.2 试验设计

于2023年10月在温室中进行盆栽试验，模拟室外生长条件。白天：光照16 h，湿度40%，温度25 ℃；夜晚：黑暗8 h，湿度40%，温度18 ℃^［18］。将种子（35粒·盆^-1）均匀种植于盛有1 kg土壤的花盆（高13.9 cm，上口直径9.8 cm，下口直径7.3 cm）中，播种深度为1 cm左右。出苗后间苗（每盆留30株长势均一的幼苗），待其长到第1片真叶时施用前期制备好的菌剂10 mL，分别于盛花期收获第1和2茬植株，测定各项指标。

试验土采自甘肃景泰县五佛乡（37°11′57″ N，104°19′26″ E），试验前期土壤pH 8.08，电导率1420 µs·cm^-1，土壤碱性磷酸酶活性3.50 mg·g^-1·24 h^-1，过氧化氢酶活性2.21 mg·g^-1·24 h^-1，脲酶活性0.460 mg·g^-1·24 h^-1，蔗糖酶活性5.03 mg·g^-1·24 h^-1，有机质含量10.11 g·kg^-1，全氮含量0.99 g·kg^-1，钠离子含量0.45 g·kg^-1。试验共设置24个处理（4个重复），设置如表2所列。

1.3 测定指标

每个花盆中选取长势均一的10株植物进行生长性状测定，采用直尺法测定株高（自然高度），采用游标卡尺测定茎粗（相同位置）^［19］。留茬2~3 cm，刈割后立即称其鲜重，烘干法测定干重。采用乙醇-丙酮法测定叶绿素含量^［20］。根系形态采用根系扫描仪（LA 2400Scanner，美国Delta-T公司；Expression 1000XL，日本爱普生公司），对根系进行扫描，采用Win-RHIZO根系分析系统软件对根系图像进行分析，获得植株总根长、根表面积、根体积、根平均直径^［21］。利用干法灰化法测定粗灰分含量；采用烘干法测定干物质；利用凯氏定氮法测定粗蛋白质含量；依据Van Soest的方法测定酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量；采用索氏抽提法测定粗脂肪含量。同时计算相对饲用价值（relative feeding value， RFV），以上指标均以干物质基础表示^［22］。

土壤酶活性的测定：参考关松荫^［23］的酶活性测定方法，土壤脲酶活性采用苯酚钠比色法测定；土壤碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2019软件进行数据整理，统计分析中用平均值和标准误表示测定结果，运用SPSS 22.0统计软件对试验所测数据进行显著性检验。采用优劣解距离法^［12］（technique for order of preference by similarity to ideal solution，TOPSIS）综合分析评价不同施肥方案对紫花苜蓿的促生效果，采用Origin 2022制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同处理对苜蓿生长性状的影响

不同施肥条件下苜蓿株高均呈不同程度变化（图1）。A系列中A₆处理下的苜蓿株高第1、2茬均为最高，较A₁分别显著提高106.59%、40.89%（P<0.05）；B系列中B₅处理苜蓿株高第1、2茬均为最高，较B₁处理分别提高83.16%、16.52%；C系列中C₄株高第1、2茬均最高，较C₁分别提高17.70%、32.60%；D系列中D₃处理的第1、2茬株高均高于其他处理，较D₁分别提高13.10%、39.61%，且第2茬相较D₁差异显著（P<0.05）。在4个系列中，第1茬株高最高的是B₅处理，为33.20 cm，第2茬株高最高的是C₄处理，为34.20 cm。

不同施肥处理下，紫花苜蓿茎粗的结果分析表明，A系列中A₆处理下的苜蓿茎粗第1茬最高，达到了1.12 mm，A₄处理下的苜蓿茎粗第2茬最高，达到了1.29 mm；B系列中B₄处理下的第1茬茎粗最高，达到了1.22 mm，B₂处理下第2茬的茎粗最高，达到了1.28 mm；C系列中C₅处理第1、2茬的茎粗均高于其他处理，分别达到了1.13和1.37 mm；D系列中D₄处理的茎粗第1、2茬均高于其他处理，分别达到了1.06和1.19 mm。在4个系列中，第1茬茎粗最高的是B₄处理，较B₁处理显著提高0.24 mm，第2茬茎粗最高的是C₅处理，较C₁显著提高0.39 mm（P<0.05，图2）。

2.2 不同处理对苜蓿生物量的影响

A系列中A₆处理下的苜蓿第1茬鲜重与第1、2茬干重均为最高，分别达到了5.77、1.34、4.77 g·30株^-1，A₄处理下的苜蓿第2茬鲜重最高，较A₁提高67.66%；B系列中B₅处理第1、2茬鲜、干重均为最高，较B₁处理分别提高98.26%、111.55%、47.45%、29.99%；C系列中C₄处理第1茬鲜、干重均为最高，达到了6.45、1.42 g·30株^-1，C₅处理第2茬鲜、干重均为最高；D系列中D₃处理第1茬鲜重最高，较D₁处理提高126.81%，D₄处理第1茬干重最高，达到了1.46 g·30株^-1，D₅处理第2茬鲜重最高，D₆处理第2茬干重最高，较D₁处理提高5.09%。在4个系列中，第1茬鲜重最高的是D₃处理，为7.10 g·30株^-1，第1茬干重最高的是D₄处理，为1.46 g·30株^-1，第2茬鲜重最高的是D₅处理，为10.90 g·30株^-1，第2茬干重最高的是B₅处理，为5.50 g·30株^-1（图3）。

2.3 不同处理对苜蓿根系形态的影响

不同施肥条件下苜蓿根系形态均呈不同程度的变化（表3）。A系列中A₅处理的苜蓿总根长、根表面积、根平均直径、根体积均为最高，分别较A₁处理提高50.11%、34.84%、40.00%、87.76%；B系列中B₅处理的苜蓿总根长、根平均直径均为最高，分别较B₁处理提高25.35%，48.76%，B₃处理的苜蓿根体积最高；C系列中C₄处理的苜蓿总根长最高，较C₁处理提高15.84%，C₆处理的苜蓿根平均直径最高，较C₁处理提高4.23%，且相较C₁差异不显著（P>0.05）；D系列中D₄处理的苜蓿总根长最高，较D₁处理提高47.27%，D₂处理的苜蓿根表面积、根体积最高，D₅处理的苜蓿根平均直径最高。在4个系列中，总根长和根平均直径最高的均是B₅处理，分别为309.41 cm、0.601 mm，根表面积最高的是D₂处理，为33.26 cm²，根体积最高的是C₁处理，为0.456 cm³。

2.4 不同处理对苜蓿叶绿素的影响

A系列中A₅处理下苜蓿总叶绿素含量最高，达到了5.23 mg·g^-1，A₁处理总叶绿素含量最低，为3.55 mg·g^-1；B系列中B₆处理下苜蓿总叶绿素含量最高，达到了5.54 mg·g^-1，B₅处理总叶绿素含量最低，为4.31 mg·g^-1；C系列中C₆处理下苜蓿总叶绿素含量最高，达到了6.17 mg·g^-1，C₂处理总叶绿素含量最低，为5.38 mg·g^-1；D系列中D₅处理下苜蓿总叶绿素含量最高，达到了7.15 mg·g^-1，D₁处理总叶绿素含量最低，为6.09 mg·g^-1；在4个系列中，总叶绿素含量最高的是D₅处理，最低的是A₁处理（表4）。

2.5 不同处理对苜蓿营养品质的影响

不同处理对苜蓿营养品质均产生影响（表5）。其中C₅处理下苜蓿的干物质含量最高，为13.88%；C₁处理下粗灰分含量最高，为95.00%；C₄处理粗蛋白含量最高，为30.57%；B₆处理下苜蓿的粗脂肪含量最高，为2.31%；C₅处理中性洗涤纤维含量最低，为28.25%；B₁处理酸性洗涤纤维含量最低，为25.31%。不同处理下苜蓿的平均RFV为185.01，其中C₅处理下苜蓿RFV最高，为226.56，较最低的处理A₁增加100.74%。

2.6 不同处理对土壤酶活性的影响

不同处理下土壤酶活性均有所变化。A₆、B₆、C₃、D₆土壤碱性磷酸酶活性为各系列中最优的，其中C₃是所有处理中碱性磷酸酶活性最高的，为5.58 mg·g^-1·24 h^-1，较C₁提升了40.67%，较碱性磷酸酶活性最低的处理A₁提高了58.97%（图4A）。A₄、B₄、C₃、D₆过氧化氢酶活性为各系列中最优的，其中D₆是所有处理中过氧化氢酶活性最高的，为4.92 mg·g^-1·24 h^-1，较D₁提升了25.83%，较过氧化氢酶活性最低的处理A₂提高了135.45%（图4B）。A₅、B₂、C₆、D₄脲酶活性为各系列中最优的，其中B₂是所有处理中脲酶活性最高的，为0.77 mg·g^-1·24 h^-1，较B₁提升了53.46%，较脲酶活性最低的处理A₁提高了124.89%（图4C）。A₆、B₅、C₃、D₃蔗糖酶活性为各系列中最优的，其中C₃是所有处理中蔗糖酶活性最高的，为29.71 mg·g^-1·24 h^-1，较C₁提升了27.18%，较蔗糖酶活性最低的处理A₄提高了106.62%（图4D）。

2.7 优劣解距离法综合评价筛选最佳施肥处理

2.7.1 熵权法计算权重

通过熵权法计算各个指标权重（表6）。结果显示：第1茬株高的权重为6.978%，第2茬株高的权重为3.767%，第1茬茎粗的权重为3.228%，第2茬茎粗的权重为5.596%，叶绿素a含量的权重为2.664%，叶绿素b含量的权重为6.274%，总叶绿素含量的权重为3.790%，第1茬鲜重的权重为4.194%，第1茬干重的权重为5.053%，第2茬鲜重的权重为2.810%，第2茬干重的权重为4.103%，总根长的权重为4.460%，根表面积的权重为10.399%，根平均直径的权重为2.435%，根体积的权重为7.433%，干物质的权重为1.527%，粗灰分的权重为6.075%，粗蛋白质的权重为4.829%，粗脂肪的权重为3.804%，中性洗涤纤维的权重为5.022%，酸性洗涤纤维的权重为5.560%，其中指标权重最大值为根表面积，最小值为干物质。

2.7.2 TOPSIS评价法计算结果

各施肥处理综合评价排序结果（表7）表明，最优处理为D₄处理（10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白），第2名是C₄处理（10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白），最后1名是A₁处理（LB液体培养基）。

3 讨论

3.1 微生物菌剂与有机钙蛋白配施对苜蓿生长的影响

株高、茎粗和生物量作为评价植株生长状况的表观指标，是符合植物生长研究常规且具有直观性与综合性的选择^［24］。本研究是微生物菌剂与有机肥的应用与探索，通过多浓度梯度配施揭示了二者对紫花苜蓿生长和土壤环境的调控作用。相较于单菌作用，微生物菌剂凭借菌群间的协同效应，能够更全面地调控植物生长过程。菌株Y1、LrM2和M1的固氮、溶磷和分泌生长素等促生特性各不相同，其中菌株M1具有较强的溶磷能力，菌株Y1分泌生长素特性较强，菌株LrM2耐盐能力较强，且菌株M1和Y1均可促进青稞（Hordeum vulgare var. nudum）的生长^［14］。

本研究以课题组前期筛选的3株促生菌为候选菌株，将其制成不同浓度梯度的微生物菌剂，以发挥不同菌株间的相互协作能力和功能互补效应，从而构建更稳定的功能微生物以及施用最适浓度，研究其与有机钙蛋白配施对紫花苜蓿生长的影响。研究结果表明，不同浓度的微生物菌剂对苜蓿生长的影响呈显著梯度差异，其中，D₄处理（10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白）在两次刈割中均表现出显著的促生效果，第1茬的株高、茎粗和鲜、干重较A₁处理（LB液体培养基）分别提高62.08%、49.99%、262.57%和331.76%，第2茬中，该处理的株高、茎粗和鲜、干重较A₁处理分别提高67.02%、30.17%、68.76%和20.02%，表明较低浓度的菌剂可能因微生物数量不足，难以形成足够的代谢产物刺激植物生长；而过高浓度的菌剂可能导致微生物间资源竞争加剧，或对植物产生潜在的抑制作用。10¹⁰ cfu·mL^-1的菌剂浓度恰好达到菌群代谢与植物生长需求的最佳平衡，充分发挥了微生物菌剂的促生潜力。虽然与第1茬指标增长幅度有所不同，但也进一步证明了D₄处理效果的持续性。这与赵阳安^［25］发现施有机肥和接种根瘤菌剂可以提高紫花苜蓿株高和产量，在作物生产中使用微生物和复合肥可以显著改善作物生长情况的结果类似^［26］。进一步验证了“微生物-有机肥”协同策略在豆科作物生产中的普适性。

叶绿素是植物进行光合作用的关键物质，其含量动态直接反映植物光能转化效率，叶绿素含量的显著提高对苜蓿的光合作用过程具有重要意义^［27］。本研究表明特定菌剂浓度可显著提升苜蓿叶绿素含量，该发现不仅揭示了菌剂浓度与苜蓿光合作用促进效果间存在最佳适配区间，更为苜蓿栽培的精准化菌剂施用提供了理论依据。这与屈魏蕾等^［28］关于微生物菌剂对小麦（Triticum aestivum）叶片叶绿素含量提升的研究、张子嘉^［29］发现微生物菌剂增强多年生黑麦草（Lolium perenne）光合能力的成果相互印证，以上研究均表明微生物菌剂在提升植物叶绿素含量、增强光合作用方面具有普适性效应。微生物菌剂配施有机钙蛋白对苜蓿叶绿素含量的提升具有显著效果，在D₄处理下总叶绿素含量较对照A₁处理提高87.89%，且呈随有机钙蛋白添加量增加而先升后降的趋势。这一结果与王海娟等^［30］发现菌剂与肥料配施提升紫花苜蓿叶绿素含量30%~50%的结论相呼应，进一步证实菌剂与肥料的合理配施是强化植物光合作用的有效策略。

3.2 微生物菌剂与有机钙蛋白配施对苜蓿根系形态的影响

根际作为微生物肥料发挥作用的关键区域，其微环境的变化对于植物根系的生长发育以及植物整体的健康状况具有决定性影响^［31-32］。本研究的总根长、根表面积、根平均直径和根体积等根系形态指标，可从不同维度反映根系的生长状态和功能特性。D₄处理总根长、根表面积、根平均直径、根体积较A₁处理提高100.69%、93.98%、3.20%、130.61%。菌剂中的不同菌株可在根际形成功能互补的微生物群落，一方面通过分泌植物激素诱导侧根原基分生组织活化，另一方面通过改善土壤微环境、增强养分转化能力，共同促进根系的生长发育，这与李琦等^［33］通过微胶囊包埋技术证实，促生菌可通过分泌吲哚乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）等植物激素类物质促进苜蓿和燕麦（Avenasativa）生长的结果一致。刘玲等^［34］研究发现，微生物菌剂能促进水稻（Oryza sativa）根表面积和根体积。孙广正等^［35］发现微生物菌剂能显著促进西葫芦（Cucurbitapepo）根系形态，本研究结果与上述研究结果相似。总根长的显著增加意味着与土壤颗粒的接触面积增大，从而提高对水分和养分的吸收效率。较大的根表面积为根际微生物提供了更多的附着位点，有利于微生物与根系之间的相互作用^［36-37］。微生物菌剂添加可以使根粗大，其内部结构上具有更发达的维管束系统，有利于水分和养分的长距离运输，提高根系整体的运输效率，满足植物生长和代谢的需求^［38］。根体积提高意味着更多的根系组织能够储存养分和水分，在外界胁迫时为植物提供一定的缓冲^［39］。菌剂浓度梯度对根系形态的影响方面，呈先抑制后促进的非线性变化趋势。当微生物菌剂细胞数量较低时，其对土壤环境的改善作用有限，无法有效促进根系生长；随着菌剂浓度增加，微生物在根系周围定殖过程中可能与根系竞争养分资源，或产生短时间内抑制根系生长的代谢产物，致使根系形态指标下降^［40］。然而，当微生物菌剂细胞数量达到一定阈值后，大量有益微生物通过分解土壤有机物质释放植物可利用养分，并分泌多种植物生长促进物质，使得根系各指标显著上升^［41］。菌剂与有机钙蛋白的配施则展现出显著的协同增效作用，研究发现，随着有机钙蛋白添加量的增加，根系形态相关指标均优于对照且呈上升趋势，可能是因为有机钙蛋白本身含有丰富的营养成分，能够为根系生长提供直接的物质支持。充足的钙供应有助于维持根系细胞的正常结构和功能，促进细胞的分裂和伸长。

3.3 微生物菌剂与有机钙蛋白配施对苜蓿营养品质的影响

牧草的粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量是评价优质饲草的重要指标，而这与科学合理地施肥息息相关^［42］。作为优质豆科牧草，紫花苜蓿的营养特性不仅决定其饲用价值，更与畜牧业的可持续发展密切相关^［43］。本研究通过微生物菌剂与有机钙蛋白的协同施用，显著提高了紫花苜蓿的营养品质，这一发现为优化牧草品质的施肥策略提供了理论依据。施用微生物菌剂可促进植物对营养元素的吸收和转化，提高了植物抗性并改善植物品质^［44］。韩华雯等^［45］研究表明复合菌肥替代半量磷肥后，苜蓿的蛋白质、Ca、P以及粗脂肪含量分别较对照组平均增加16.4%、14.1%、11.9%和4.2%，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量平均下降10.9%和7.7%，本研究结果与之高度一致。本研究中，苜蓿的相对饲用价值随着有机钙蛋白添加量和微生物菌剂中细胞数量增多而提高，同时紫花苜蓿的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量有所降低。D₄处理干物质、粗灰分、粗蛋白和粗脂肪较A₁处理提高101.52%、2.42%、60.09%、23.02%，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量平均下降39.21%和21.25%。这一结果不仅验证了微生物菌剂对植物营养品质的调控潜力，更揭示了有机钙蛋白在协同增效中的关键作用。有机钙蛋白中的有机成分可以作为微生物的碳源、氮源等营养物质，促进微生物的生长繁殖，使其在根际或土壤中形成更大的有益微生物群落。这些微生物刺激苜蓿的生长和发育，调节其营养物质的合成与积累过程^［46］，这与Zhang等^［47］研究的微生物菌剂与磷肥配施提高番茄（Solanumlycopersicum）品质结果类似，进一步验证了微生物-养分协同调控植物品质的普适性。

3.4 微生物菌剂与有机钙蛋白配施对土壤酶活性的影响

土壤酶作为土壤生物化学过程的催化剂，在土壤生态系统中起着至关重要的作用，其活性的变化影响着土壤的肥力状况以及植物的生长发育^［48］。单菌在土壤中的作用往往具有局限性，其功能相对单一，对土壤生态系统的影响范围较窄。而微生物菌剂包含多种微生物，各微生物之间可协同作用，通过增强微生物群落功能多样性，对土壤酶活性产生更全面且显著的影响。本研究发现，微生物菌剂与有机钙蛋白配施对土壤酶活性具有显著调控作用。其中，D₄处理土壤碱性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性分别较A₁处理提高24.03%、100.54%、107.96%、9.88%。范娜等^［49］研究指出，适宜浓度的微生物菌剂可通过增强微生物群落功能多样性，显著提高土壤蔗糖酶和磷酸酶活性，进而改善土壤的肥力状况，提高作物对养分的吸收，本研究结果与其高度吻合。李丽等^［50］研究发现微生物菌剂施加对土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性均有提高的效果。He等^［51］研究发现微生物菌剂与其他肥料配合施用时，对于土壤养分以及酶活性的影响大于单独施用，本研究结果与之类似。这表明微生物菌剂与有机钙蛋白的配施策略为紫花苜蓿的养分吸收与土壤肥力可持续性提供了双重保障，在农业生产和土壤生态系统维护方面具有重要的应用潜力。未来的研究可进一步深入探究不同微生物菌剂组合、最佳浓度配比以及与其他有机肥的协同作用，以优化土壤生态环境，提高农作物产量和质量。

4 结论

微生物菌剂与有机钙蛋白配施对紫花苜蓿促生效果显著，且第1茬促生效果优于第2茬。优劣解距离法综合评价结果表明，D₄处理（10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白）配施对紫花苜蓿生长性状、根系形态、营养品质积累效果优于其他施肥方案，且提升了土壤酶活性。因此，10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白可以作为紫花苜蓿的最佳肥料比例。

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基金资助

国家牧草产业体系金昌综合试验站(CARS-34)