固氮菌与尿素对木瓜土壤酶活性及果实品质的对比效应研究

本研究针对木瓜生产中过度依赖尿素导致土壤退化、养分失衡及环境污染等问题，比较了固氮菌Azotobacter vinelandii与尿素对土壤生化特性、养分吸收及果实品质的影响。结果表明，A. vinelandii（200 g/株）处理显著提升土壤有机质（～65.7%）、有效磷（～65.52%）和钾（～27.32%），增强土壤酶活性（如脱氢酶～192.32%），并提高果实总酚（～40.54%）和抗氧化活性（～112.29%），其增产效果与尿素相当，为木瓜可持续生产提供了绿色替代方案。

　　

木瓜（Carica papaya L.）作为一种高价值热带水果，不仅营养丰富，还具有显著的药用和工业价值。然而，其生产过程中高度依赖氮肥，尤其是尿素，长期施用导致土壤酸化、养分失衡、微生物多样性下降以及环境污染等问题。为实现可持续农业，寻找环境友好型的氮肥替代品成为研究热点。固氮菌Azotobacter vinelandii作为一种常见的生物肥料，能够通过生物固氮作用提供植物可利用的氮源，同时改善土壤结构和微生物活性，但其在木瓜生产中的应用效果及与尿素的对比研究尚不充分。

为系统比较A. vinelandii与尿素对木瓜土壤酶活性、养分吸收、产量及果实品质的影响，研究人员在印度布巴内斯瓦尔的ICAR中央妇女农业研究所开展了为期两年的田间试验。研究结果近日发表于《Scientia Horticulturae》。

研究采用随机区组设计，设置7个处理，包括不施肥对照（T₁）、推荐尿素氮量（200 g N/株，T₂）以及5个不同剂量的A. vinelandii接种处理（25 g至400 g/株，T₃–T₇）。通过测定土壤化学性质、酶活性、微生物种群、叶片矿物质含量、植株生物量、果实产量及品质指标，并结合主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）等统计方法，综合评价不同处理的效应。

关键技术方法包括：土壤酶活性测定（采用比色法检测酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶、脱氢酶和FDA水解活性）；微生物种群计数（采用稀释平板法测定细菌、真菌、放线菌、溶磷菌和固氮菌数量）；矿物质含量分析（使用ICP-OES和元素分析仪测定氮、磷、钾及微量元素）；果实品质指标检测（包括总可溶性固形物、可滴定酸度、抗坏血酸、总酚、总黄酮和FRAP抗氧化活性）。

3.1. 土壤化学性质和酶活性

A. vinelandii接种显著改善了土壤化学性质和酶活性。处理T₆（200 g/株）使土壤有机质增加约65.7%，有效磷和钾分别提高65.52%和27.32%。同时，该处理下的酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶、脱氢酶和FDA水解活性均达到最高，增幅介于67.76%至192.32%之间。尿素处理（T₂）虽显著提升了土壤有效氮（～53.83%），但对其他养分和酶活性改善有限。

3.2. 土壤微生物种群

微生物数量随A. vinelandii接种剂量增加而上升，T₆处理下细菌、真菌、放线菌、溶磷菌和固氮菌数量分别较对照提高5倍、3.25倍、4.17倍、1.38倍和2.32倍。尿素处理则未显着促进微生物增殖。

3.3. 矿物质含量

尿素处理（T₂）使叶片氮含量提高122.4%，而T₆处理在磷（153.85%）和钾（32.9%）吸收上表现最佳，同时显著增加了铁、锰、锌、铜和硼等微量元素含量。

3.4. 总叶绿素、总碳水化合物、植株生物量和果实产量

尿素处理在叶绿素、碳水化合物、生物量和产量指标上最高，但T₆处理与之无显著差异，且使总植株生物量和果实产量分别提高38.61%和36.23%。

3.5. 果实品质参数

A. vinelandii处理显著提升了果实的总酚（～40.54%）、总黄酮（～58.33%）和FRAP抗氧化活性（～112.29%），而对TSS、可滴定酸度和抗坏血酸含量影响不显著。

3.6. 冗余分析和主成分分析

RDA表明微生物种群解释了土壤生化属性43.90%的变异，其中细菌、真菌、放线菌、固氮菌和溶磷菌与酶活性正相关。PCA将变量归纳为两个主因子：因子1（氮获取因子）与尿素处理相关，因子2（磷和微量元素获取因子）与A. vinelandii处理相关。

3.7. 因子分析

因子分析确认T₆处理在综合评分中最高，表明其通过协同促进养分吸收和微生物活性实现最佳效益。

研究结论表明，A. vinelandii接种通过增强土壤酶活性和微生物功能，有效促进了木瓜对磷和微量元素的吸收，从而实现了与尿素相当的增产效果，同时显著改善了果实抗氧化品质。因子分析进一步将A. vinelandii的效益归因于“磷和微量元素获取因子”，突出了其在可持续农业中的重要作用。该研究为木瓜绿色生产提供了理论依据和实践支持，未来需进一步优化接种策略并探索多菌种协同效应。