生物复合肥对油茶苗木生长及土壤微生态的影响

彭江涛，周国英，蒋越西，刘君昂

（中南林业科技大学/南方人工林病虫害防控国家林业和草原局重点实验室，森林有害生物防控湖南省重点实验室，经济林培育与保护教育部重点实验室，生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004）

油茶（Camellia oleifera）又名油茶树、茶子树，属山茶科山茶属植物，被称为“东方的橄榄树”［1］。油茶经济价值很高，茶油色清味香，营养丰富，不饱和脂肪酸一般在90%以上，是烹制食品、加工罐头、制造人造奶油最理想的油脂之一［2-3］；目前，由于油茶施肥及后期管理中存在各种各样的问题，大部分油茶林产投比不高。林木的合理施肥及配方施肥是提高油茶产量的一项极其重要的措施。因此，采用合理适宜的方式施肥有利于提高油茶的产投比，提高油茶种植的生态效益以及经济价值。

食用菌菌糠又称为菌渣，是指采收食用菌的子实体后废弃不用的固体基质。菌糠的主要成分包括碎农作物秸秆、木屑、干草、玉米芯等一些木质纤维含量高的物料，研究分析发现菌糠中含有丰富的蛋白、多糖、有机酸、黄酮类物质及少量生物碱等化学物质［4-5］。但是大部分菌糠被不合理处置，随意废弃，导致了严重的资源浪费，环境污染。实现食用菌菌糠的循环再利用，制备菌糠菌肥是一种合理有效的应用途径。

微生物菌肥是以微生物生命活动的产物及其所含的酶类来改善土壤环境的一种无公害肥料，其主要作用在于改善土壤质量，提高有机质含量和土壤肥力，增强植物抗病、抗逆能力以及提高作物产量和改善农作物品质，减少工业氮肥的施用，降低生产成本，减少环境污染等［6-8］。土壤微生物直接或间接参与调节土壤肥力形成、土壤养分循环、有机质转换以及能量流动等活动。因此土壤的微生态反映了土壤的肥力现状，速效N、P、K的高低代表土壤中各种生物化学过程的方向和强度，可作为评价土壤肥力和质量的敏感指标。目前关于微生物菌肥研究较多［9-17］，但研究微生物菌肥与菌糠形成的生物复合肥对油茶生长和土壤微生态的影响却鲜有报道。本试验通过研究生物复合肥对油茶生长和土壤微生态的影响，旨在改善土壤肥力、保持土壤可持续性和促进油茶生长。为我国重要经济油料作物——油茶提供新的无公害肥料种类，对油茶产业的发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地设在海南省澄迈县国营林场。施肥对象为3年生油茶幼林，选取苗高相差0.5 cm、地径相差0.5 mm误差内的油茶苗木。试验材料为菌糠（由上林县明山菌业有限责任公司提供）、玉米粉，供试菌株（由3、4、5、6、7年生的油茶根际土壤20～40 cm样品中分离）：YC-NK03为格式假单胞菌（Pseudomonas grimontii）、YC-NK04为 韩 国假单胞菌（Pseudomonas koreensis）、YC-NK05为恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）、YC-NK07和YCP05为分散泛菌（Pantoea dispersa）、YC-P06洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）。

盆栽所用营养土来自合肥丽科农业有限公司，主要成分为泥炭土、草炭土、蚯蚓粪，珍珠岩等。

盆栽供试苗木：江西长林系列高产0.5年生，由江西新余亚林中心长埠林场提供。

1.2 试验设计

半固态发酵基础培养基：以一定比例的菌糠、玉米粉进行混合作为发酵培养基的固体部分，以一定添加量水作为发酵培养基的液态部分，菌糠∶玉米粉∶水=25∶5∶70。

菌糠菌肥的制作：将采收凤尾菇后的新鲜菌糠自然风干，粉碎过0.178 mm筛。在半固态发酵基础培养基中加入0.2% NH4NO3和KH2PO4，培养基初始pH 7.0，装载量300 g/L，121℃灭菌20 min。待培养基冷却后，将混合后的固氮解钾菌、解磷菌各取1 mL，加入半固态发酵培养基中，33℃、160 r/min恒温培养6 d。将菌肥储存于阴凉无污染的条件下，用平板稀释计数法检测其中的有效菌数。

盆栽试验：为了研究菌糠菌肥对油茶的肥效及替代化学肥料的程度，按照替代化学肥料不同梯度，设置7个处理（表1），其中，T5只加菌糠基质（不添加功能菌），CK为空白对照。每个试验组油茶苗木9株，共计63株（每株10 g肥料），从施肥日算起，3个月后测定植株生长和根际微生态效应。检测的主要指标包括：油茶的地径、苗高及根际土壤微生物总量、土壤有机质及水解N、有效P、速效K含量。

表1 不同的施肥处理的替代化肥程度 （%）

林间试验：（1）肥料种类：①菌糠菌肥；②化肥：N肥为湖南株洲湘江氮肥厂生产的尿素，含N量≥460 g/kg；P肥为湖南浏阳古港磷肥厂生产的钙镁磷肥，含P2O5量≥126 g/kg；K肥为加拿大进口的氯化钾，K2O含量≥600 g/kg；（2）处理配方设置3个处理：①对照（CK），不施任何肥料；②化肥处理（HC）：尿素、钙镁磷肥及氯化钾用量配比为2∶1∶2；③化肥+菌糠菌肥（HJC）：化肥和菌肥用量配比2∶3，每个处理设置油茶5株，共计15株。从施肥日算起，3个月后测定植株生长和根际微生态效益。检测的主要指标包括：油茶的地径、树高、根际土壤pH及水解N、有效P、速效K含量。具体见表2。

表2 不同处理的施肥量 （g/株）

土壤微生态测试方法：参照中华人民共和国林业行业标准进行测定［11-14］。

2 结果与分析

2.1 菌糠菌肥质量检测

对配制好的菌糠菌肥进行质量检测，结果如表3所示，菌糠菌肥偏酸性，pH为6.85，有效菌总数为5.3×108个/g，并未被污染，说明菌糠菌肥质量较好。

表3 菌糠菌肥质量指标检测

2.2 生物复合肥对油茶苗高、地径的影响

如图1所示，与施用生物复合肥前相比，T1、T2、T3、T4、T5、T6组的苗高分别增加了40.92%、74.32%、108.64%、90.33%、28.56%、30.77%。各试验组的地径与施肥前相比，均有不同程度的增加。T1、T2、T3、T4、T5、T6组的地径增幅分别为22.24%、28.77%、45.62%、32.50%、15.40%、16.85%。而CK组苗高和地径的增加量分别仅4.56%和10.70%。各试验组中只有T3组（60%菌糠菌肥+40%化学肥料）对油茶苗高、地径的增长影响最为明显。

2.3 生物复合肥对油茶根际土壤微生态的影响

在施用菌糠菌肥3个月后，对植株根际土壤微生态进行测定，图2A为土壤微生物总量的测定。结果显示，T3组处理后的油茶根际微生物总量增加最多，与CK组处理方式相比增加了70.41%，而只添加菌糠基质处理的T5组仅增加了27.35%。说明菌糠菌肥中的功能菌能够很好地促进土壤微生物的繁殖；在土壤有机质含量的测定中，发现T1组的处理对土壤有机质含量的增加最有利，比CK组增加了97.65%，分析各组数据发现，菌糠菌肥与化肥的质量配比和土壤有机质含量呈正比关系，并且功能菌和菌糠基质均起到增加土壤有机质的作用（图B）；与CK组的水解N、有效P、速效K含量相比，T3组的增加量在各组中最高，分别增加了101.55%、118.44%、25.93%。综合7个处理组对油茶根际土壤微生态的测定结果显示，T3处理组（菌糠菌肥与化肥的用量比3∶2）为最优处理方式。

根据盆栽试验生物复合肥对油茶苗高、地径和根际土壤的微生态效应的结果，并且秉着减少化肥使用的目的，最终选择T3组的比例进行接下来的林间试验。

2.4 生物复合肥林间施用对油茶幼林生长量的影响

与施肥前相比，各试验组的树高和地径均有不同程度的增加。其中HC、HJC组的树高平均增长量分别为4.6、6.9 cm，地径平均增长量分别为3.16、5.28 mm。而CK组的树高、地径增长量分别为2.6 cm、1.34 mm。HJC处理组相对于HC和CK处理组，油茶幼林的树高、地径增长明显。

2.5 林间试验微生态指标检测

如图4所示，油茶根际土壤呈酸性，pH为4.28～4.47，肥料种类与用量对土壤pH无明显影响。与施肥前相比，HJC与HC组的土壤速效N、P、K含量均有显著增加。与CK组相比，HC组的土壤水解N、有效P、速效K分别增加了21.71%、25.81%、29.77%，分别 达 到42.60、12.16、26.50 mg/kg；HJC组的土壤水解N、有效P、速效K分别增加了71.71%、81.84%、45.79%，分别达到60.10、17.58、29.77 mg/kg。与HC和CK组比较，HJC组明显提高土壤水解N、有效P、速效K。说明本研究的生物复合肥在减少化肥施用量的同时也能更好地促进油茶苗木的生长。

3 讨论

3.1 生物复合肥对油茶苗木及土壤微生态的影响

随着食用菌工业化产业模式迅速发展，废弃菌糠的产量也越来越大。调查结果显示，平均每生产1 kg的食用菌大约能产生3.25 kg的菌糠［15］。据统计，2011年我国菌糠产生量约为836万t［16-17］。为了实现食用菌菌糠的高效利用，王世强等［18］研究发现，食用菌废料施加到土壤后，菌糠会被逐渐分解，能够提高土壤中营养元素、矿质元素和有机质的含量，增加土壤肥效，促进农作物生长。2012年，Zhu等［19］将高效解磷菌FL7接种到菌糠，制作了单一微生物磷肥，并通过盆栽试验证明菌糠菌肥能有效提高土壤中有效P、速效K和总N含量以及农作物产量。因此，将菌糠制备成肥料、实现食用菌菌糠的循环再利用，制备菌糠菌肥是一种合理有效的应用途径。

化肥的长期施用可以提高土壤无机养分，但是也会破坏土壤根际微生态环境的平衡，造成林地环境的污染，如水体富营养化、降低土壤通透性、导致土壤微生物活性和土壤肥力降低等一系列环境问题，不利于植物的生长［20］。而生物复合肥的使用是通过改良土壤根际微生态环境，提高土壤微生物群落结构多样性和种群多样性，促进土壤根际微生物的繁殖，使土壤微生物的活性也得到显著的提高［9，21］；微生物利用各种生理代谢反应和拮抗等作用使土壤中的土壤有机质、速效N、P、K含量显著增加［8，22-25］。本研究盆栽试验结果显示，T3组（60%菌糠菌肥+40%化学肥料）对油茶的促生效果最明显，同时各试验组的微生态效应指标变化明显；说明菌糠菌肥与化学肥料的质量配比越大，施用后土壤有机质的含量越高。林间试验结果显示，HJC组效果最明显，并且通过微生态效应指标测定结果可知，肥料种类与用量对土壤pH无显著影响，与李甜江等［26］的研究结果相一致。

3.2 盆栽试验与林间试验的比较

在本研究的林间试验中，无论是对油茶幼林生长量还是对土壤微生态的影响，HJC处理组均表现最佳，这与盆栽试验的结果一致；说明本研究的生物复合肥在自然条件下对油茶苗木也具有良好的促生效果，可以有效地减少化肥的使用量；但是与盆栽试验相比，HJC处理组相较于T3处理组的土壤水解N、有效P、速效K含量增加幅度较小，这可能是因为海南多变的气候条件影响了功能菌的繁殖；也可能是因为盆栽试验与林间试验油茶苗木树龄的不同，导作物根系分泌物的数量及种类也会有所不同。在土壤中，作物根系分泌物可以影响根际微生物的群落结构和种群多样性，因此不同树龄的油茶苗木与土壤微生物的互作会有一定程度的差异［27-29］，从而导致油茶苗木对生物复合肥的响应差别问题，但是生物复合肥无论是对0.5年还是3年生的油茶苗木均有改善土壤微生态环境和增长苗高、地径的作用，并且效果均高于化学肥料。

微生物肥料是绿色环保型肥料发展的方向，对发展新型农业有着重要影响。随着生物肥料研究的深入，从特定植物根际土壤筛选高效功能菌株用于研制专用生物复合肥已渐成为一种趋势。特定的植物根际土壤功能菌可促进该植物根际微生态促生体系的形成，并以生物复合肥中的有机质、腐植酸、N、P、K、微量元素及植物生理活性物质为原料，达到促进植物生长、绿色环保、节约资源的目的。

4 结论

综上所述，生物复合肥有利于增加土壤有机质、水解N、有效P、速效K的含量，提高土壤微生物生物量，增强土壤生产力的可持续性，从而达到保护和改善土壤微生态环境、促进油茶苗木生长的效果。本研究表现突出的处理为T3处理，即60%菌糠菌肥+40%化学肥料一起施用。生物复合肥的施用能够改善土壤性状，对大规模种植油茶经济产业的发展意义重大。