菌肥拌種和種植模式對(duì)豌豆/玉米根際微生物群落的影響

張虎天, 尚虎山

(1.定西市安定區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，

甘肅 定西 743000； 2.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 甘肅 定西 743000)

菌肥拌種和種植模式對(duì)豌豆/玉米根際微生物群落的影響

張虎天1, 尚虎山2

(1.定西市安定區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，

甘肅 定西 743000； 2.定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 甘肅 定西 743000)

摘要：[目的] 探究禾/豆復(fù)合體系中菌肥拌種以及間作的根際效應(yīng)，為拓寬共生固氮的應(yīng)用范圍、提高生物固氮作用及合理運(yùn)籌肥料提供理論依據(jù)。 [方法] 采用田間小區(qū)試驗(yàn)。 [結(jié)果] 豌豆(Pisum sativum)的根際微生物數(shù)量(3.63×107CFU/g)高于玉米(Zea mays)的根際微生物數(shù)量(3.10×107CFU/g)；間作顯著增加了兩種作物根際微生物數(shù)量，與單作相比，間作后玉米根際微生物數(shù)量的增幅(55.39%)大于豌豆的增幅(33.12%)；在間作條件下，菌肥拌種使作物根際微生物數(shù)量顯著增加，其中豌豆根瘤菌肥的拌種效果最好，拌種后玉米和豌豆根際微生物數(shù)量的增幅分別為23.03%和46.09%，且豌豆根際微生物數(shù)量的增幅大于單作時(shí)的增幅(30.00%)。 [結(jié)論] 不同的種植模式和菌肥拌種均可顯著有效地增加作物根際微生物數(shù)量。

關(guān)鍵詞：菌肥； 豌豆； 玉米； 根際微生物

根際微生物種類和數(shù)量直接或間接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化，可以直接反映土壤肥力[1]。土壤微生物中細(xì)菌占總量的70%～90%，在土壤生物和土壤肥力形成中占據(jù)著重要的地位[2]。長(zhǎng)期以來，引入外來微生物對(duì)土著微生物影響的研究主要集中在單作的種植模式方面。本研究采用田間小區(qū)試驗(yàn)，以豌豆/玉米體系為研究對(duì)象，研究菌肥拌種對(duì)體系中根際微生物數(shù)量的影響，探究禾/豆復(fù)合體系中菌肥拌種的根際效應(yīng)，為拓寬共生固氮的應(yīng)用范圍、提高生物固氮作用及合理運(yùn)籌肥料提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

試驗(yàn)區(qū)位于東經(jīng)105°，北緯36°(定西市安定區(qū)鳳翔鎮(zhèn)口下莊村)，海拔約1 800 m，全年太陽輻射量5.91×109J/m2，年平均日照時(shí)數(shù)2 500 h，年平均氣溫6.3 ℃，>10 ℃有效積溫2 239.1 ℃，無霜期120～150 d，境內(nèi)年均降水量400 mm左右，年蒸發(fā)量達(dá)1 526 mm，屬典型的大陸性氣候雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)所選地是旱川地，土壤類型為黃壤土，前茬作物為馬鈴薯，而且近幾年輪作倒茬較好，肥力適中，地力中等，光照水熱資源均衡；土壤的基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)17.7 g/kg，全氮0.71 g/kg，銨態(tài)氮1.26 mg/kg，硝態(tài)氮 9.51 mg/kg，全磷0.78 g/kg，速效磷42.1 mg/kg，全鉀18.78 g/kg，速效鉀143.2 mg/kg，pH值為7.3。結(jié)合秋季耕耱覆膜(全膜雙壟溝標(biāo)準(zhǔn)化覆膜)，每666.7 m2一次性施入農(nóng)家肥3 000 kg，過磷酸鈣(含P2O512%)70 kg，硫酸鉀(含K2O 33%)5 kg，尿素6 kg。參試作物品種為定豌1號(hào)(當(dāng)?shù)刂髟云贩N)、承單20包衣種子(河南省現(xiàn)代種業(yè)有限公司制種)。參試肥料類別選用普通固氮菌肥和豌豆專用根瘤菌肥；參試肥料均為河北益微生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)種植模式和菌肥拌種兩個(gè)試驗(yàn)因素，于2013年3月至2013年10月完成田間試驗(yàn)。 (1) 種植模式及標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)3個(gè)水平。 ① M-單作玉米，采用全膜雙壟溝播種植，株距40 cm，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)種植11行，每行21株，折算每666.7 m2保苗約3 500株； ② P-單作豌豆，采用手推式點(diǎn)播機(jī)點(diǎn)播，每穴2～3粒，行、株距約為6 cm，每小區(qū)點(diǎn)播56行，折算每666.7 m2用種量約為13 kg； ③ MP-玉米豌豆間作，玉米按照單作玉米標(biāo)準(zhǔn)種植，在大壟上點(diǎn)播3行、小壟上點(diǎn)播1行豌豆。 (2) 菌肥拌種。設(shè)3個(gè)水平：R0-不拌種，R1-用固氮菌肥拌種豌豆，R2-用豌豆專用根瘤菌肥拌種豌豆；按照特定菌肥使用說明標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。共7個(gè)處理(表1)，每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)44 m2(5.5 m×8 m)，小區(qū)間設(shè)1 m寬的空行隔離帶。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，進(jìn)行大田小區(qū)試驗(yàn)，采取S形五點(diǎn)取樣法，在豌豆開花期取樣，每次取5株玉米，1 m2豌豆。

表1　試驗(yàn)處理方法

1.2.2種子處理及拌種種前將豌豆種子晾曬1～2 d備用；拌種時(shí)按照特定菌肥使用說明標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，每666.7 m2常規(guī)用量約1 kg。

1.3　指標(biāo)測(cè)定與方法

地上樣品采完后，把植株根系和從土壤中整體挖出，用抖土法采集根際土壤[3]，進(jìn)行細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的測(cè)定[4]，真菌用馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基培養(yǎng)、細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)、放線菌用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)，細(xì)菌、真菌和放線菌均采用涂抹法接種計(jì)數(shù)，根據(jù)各種菌的生長(zhǎng)特性，培養(yǎng)1～7 d后觀測(cè)結(jié)果。

1.4　數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 17.0軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示測(cè)定結(jié)果，分別對(duì)種植模式和菌肥拌種水平對(duì)作物根際微生物的影響進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1　不同處理對(duì)作物根際細(xì)菌數(shù)量的影響

土壤細(xì)菌是土壤微生物的主要組成成分，能分解各種有機(jī)物質(zhì)。從表2可以看出，在同一種植模式下，豌豆的根際細(xì)菌數(shù)量高于玉米，這是由于不同種類或基因型的植物分泌物的種類和數(shù)量不同所致[5]。菌肥拌種影響了豌豆、玉米根際的細(xì)菌數(shù)量。兩種菌肥拌種的處理豌豆根際細(xì)菌的數(shù)量顯著增加，菌肥R2的拌種效應(yīng)最顯著，在單作和間作條件下與未拌種相比分別增加了51.27%和46.76%；玉米根際細(xì)菌的數(shù)量也受菌肥水平的影響，對(duì)豌豆進(jìn)行拌種處理有提高間作玉米根際細(xì)菌數(shù)量的趨勢(shì)，菌肥R2拌種后的增幅最大，為21.45%，與未拌種和菌肥R1拌種的相比差異顯著。間作顯著提高了豌豆和玉米根際的細(xì)菌數(shù)量。與單作相比，間作使豌豆和玉米的根際細(xì)菌數(shù)量分別平均提高了33.22%和56.93%，玉米的間作效應(yīng)均大于豌豆。由此可知，作物種類不同，間作效應(yīng)表現(xiàn)不同。

表2　各處理對(duì)作物根際細(xì)菌數(shù)量的影響　107 CFU/g

注：“平均”行中不同小寫字母分別表示豌豆、玉米根際細(xì)菌數(shù)量在各處理間差異顯著；除“平均”外，同一列中不同字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。下同。

2.2　不同處理對(duì)作物根際放線菌數(shù)量的影響

由表3可見，放線菌數(shù)量隨處理的變化趨勢(shì)與細(xì)菌數(shù)量的變化略有不同。在同一種植模式和拌種水平下，豌豆的根際放線菌數(shù)量亦呈現(xiàn)高于玉米的趨勢(shì)。

表3　各處理對(duì)作物根際放線菌數(shù)量的影響　105 CFU/g

菌肥拌種影響豌豆及與之間作的玉米根際放線菌的數(shù)量(表3)。除單作豌豆時(shí)菌肥R1拌種后根際放線菌數(shù)量與未拌種處理無差異外，其余各處理菌肥拌種后均顯著增加了豌豆根際放線菌的數(shù)量，菌肥R2的拌種效果最佳，單作時(shí)與菌肥R1拌種和未拌種相比分別增加了14.66%和21.67%，間作作時(shí)與菌肥R1拌種和未拌種相比分別增加了4.27%和22.14%；玉米根際放線菌數(shù)量也受菌肥水平的影響，菌肥拌種有提高間作玉米根際放線菌數(shù)量的趨勢(shì)，菌肥R2的拌種的增幅最大，為57.14%，菌肥R1拌種和未拌種相比差異顯著?？芍?，菌肥的拌種效應(yīng)受菌肥自身適應(yīng)性、匹配性、種植模式、作物種類及基礎(chǔ)肥力的影響而表現(xiàn)各異。

間作顯著提高了豌豆和玉米根際的放線菌數(shù)量。與單作相比，間作使豌豆和玉米根際放線菌數(shù)量分別平均提高了60.91%和128.26%，玉米根際放線菌數(shù)量的增幅大于豌豆。

2.3　不同處理對(duì)作物根際真菌數(shù)量的影響

土壤中真菌的數(shù)量相對(duì)最少，但真菌的生物量較大，在土壤中的作用不容忽視。由表4可知，豌豆和玉米根際的真菌數(shù)量接近。菌肥拌種對(duì)豌豆和間作玉米根際真菌的數(shù)量沒有顯著影響。間作顯著提高了豌豆和玉米根際的真菌數(shù)量；與單作相比，間作使豌豆和玉米根際真菌數(shù)量分別平均提高了15.82%和21.09%；玉米的間作效應(yīng)顯著高于豌豆。

表4　各處理對(duì)作物根際真菌數(shù)量的影響　105 CFU/g

2.4　不同處理對(duì)作物根際微生物總量的影響

從表5可以看出，豌豆根際的微生物總量高于玉米根際的微生物總量。各處理對(duì)微生物總量的影響趨勢(shì)與細(xì)菌的變化趨勢(shì)基本一致。與未拌種相比，用菌肥R1拌種對(duì)玉米根際微生物總量無顯著影響外，其余處理用菌肥拌種后均顯著增加了豌豆、玉米根際微生物的總量，拌種效應(yīng)R2大于R1。間作顯著增加了豌豆、玉米根際微生物總量，根際微生物總量的增幅玉米(55.39%)大于豌豆(33.12%)。

表5　各處理對(duì)根際微生物數(shù)總量的影響　107CFU/g

3討論與結(jié)論

豆科、禾本科作物間作可以改變土壤微生物的數(shù)量和組成，主要是因?yàn)殚g作能提高氮素和水分利用效率，空間分布格局合理，田間小氣候改良，明顯促進(jìn)根區(qū)土壤微生物繁衍[6]。這種現(xiàn)象的形成可能存在兩方面的作用機(jī)制：一方面，豆科作物與禾本科作物間作，由于豆科作物具有較強(qiáng)的固氮能力，增加了土壤中的氮素來源，而這些氮素營(yíng)養(yǎng)又可通過作物根系間的相互作用轉(zhuǎn)移到禾本科作物根區(qū)而被利用[7-8]；另一方面，由于間作作物根系間的交錯(cuò)疊加作用，根系分泌物十分豐富，給微生物提供了適合其生長(zhǎng)的土壤環(huán)境，增加了土壤微生物的數(shù)量，而土壤微生物數(shù)量使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率和土壤有效養(yǎng)分含量提高，進(jìn)而促進(jìn)了作物地上部的生長(zhǎng)[9-10]。在花生/玉米間作體系中，間作作物根際土壤的真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量都比相應(yīng)的單作作物多[11]；禾本科/豆科間作比禾本科/禾本科間作對(duì)根際細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的影響[12]。本研究中，豌豆/玉米間作顯著增加了兩作物根際細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量，玉米的間作效應(yīng)大于豌豆。根際微生物群落結(jié)構(gòu)在作物生長(zhǎng)旺期的穩(wěn)定性和優(yōu)勢(shì)更加顯著[13]，本試驗(yàn)微生物數(shù)量的測(cè)定是在豌豆盛花期，此時(shí)作物生長(zhǎng)旺盛，根系活力增強(qiáng)，根系分泌物較多，它們不僅為微生物提供了適宜的生存環(huán)境和豐富養(yǎng)料，而且直接影響土壤微生物的數(shù)量和種群結(jié)構(gòu)。以上這些研究結(jié)果表明，間作對(duì)土壤微生物群落數(shù)量的影響是復(fù)雜的，可能與間作作物種類和土壤肥力等因素有關(guān)。

該試驗(yàn)條件下，除根際真菌數(shù)量未受拌種處理的影響外，菌肥拌種顯著影響了豌豆和玉米的根際細(xì)菌、放線菌數(shù)量；菌肥R1和R2拌種后均顯著增加了玉米和豌豆根際細(xì)菌的數(shù)量，豌豆根際放線菌的數(shù)量?jī)H受菌肥R2的影響而顯著增加，玉米根際放線菌數(shù)量在菌肥R1和R2拌種后都顯著高于未接種處理；且菌肥之間也存在差異，總體呈現(xiàn)R2>R1的趨勢(shì)。菌肥拌種對(duì)間混套作體系中根際真菌、放線菌的研究較少，目前僅在細(xì)菌方面做了研究，且結(jié)論有所差異。馬劍等[2]研究表明，接種根瘤菌可提高單作豌豆根際細(xì)菌數(shù)量，但對(duì)整個(gè)生育期根際細(xì)菌數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化沒有影響；王靜等[14]研究表明，大豆根瘤菌與光合細(xì)菌混合接種提高了大豆根瘤的固氮酶活性和土壤固氮強(qiáng)度，增加了土壤好氣性細(xì)菌、固氮菌等的數(shù)量；張楠楠等[15]研究表明，單作和間作條件下接種根瘤菌均降低了蠶豆花期根際細(xì)菌的數(shù)量?？梢?，菌肥處理對(duì)根際微生物的影響因外來菌株、宿主植物、種植模式及作物生育期不同而表現(xiàn)各異。

綜上所述，不同的種植模式影響了豌豆、玉米根際微生物的數(shù)量，間作能有效增加作物根際微生物數(shù)量，對(duì)微生物增殖的促進(jìn)作用呈現(xiàn)玉米的間作效應(yīng)大于豌豆的趨勢(shì)；菌肥拌種均能使作物根際微生物數(shù)量顯著增加，豌豆根瘤菌肥對(duì)間作體系根際微生物增殖的促進(jìn)作用大于普通固氮菌肥；對(duì)豌豆而言，不同種植模式下的拌種效果表現(xiàn)不同，單作時(shí)拌種后根際微生物數(shù)量的增幅大于間作條件下的增幅。因?yàn)楦H微生物種類和數(shù)量直接或間接影響土壤的生物化學(xué)活性及土壤養(yǎng)分的組成與轉(zhuǎn)化，可以直接反映土壤肥力[1]，所以在下階段的試驗(yàn)中，可以通過研究菌肥拌種對(duì)間作體系作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化與產(chǎn)量形成的影響，為進(jìn)一步挖掘旱作農(nóng)業(yè)區(qū)間混套作中生物固氮的潛力，提高生物固氮作用及合理運(yùn)籌肥料提供理論依據(jù)。

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Effects of Microbial Fertilizer Seed Dressing and Cropping Patterns on Rhizospheric Microorganisms of Pea/Maize

ZHANG Hutian1, SHANG Hushan2

(1.AndingAgriculturalTechnologyExtensionandServiceCenterofDingxiCity，Dingxi，Gansu743000，China； 2.AcademyofAgriculturalSciencesofDingxiCity,Dingxi，Gansu743000，China)

Abstract：[Objective] In order to provide useful information for widening the application scope of symbiotic nitrogen fixation, improving the efficiency of biological nitrogen fixation and managing of fertilizer, the rhizosphere effects of seed dressing and grain/soybean intercropping were studied. [Methods] Field experiment was conducted. [Results] Amount of pea rhizospheric microorganisms(3.63×107CFU/g) was higher than that of maize ones(3.1×107CFU/g) under the same plantation pattern. Rhizospheric microorganisms of pea and maize both increased significantly in intercropping mode. As compared with the corresponding values of their monoculture mode, rhizosphere microorganisms of maize obtained(55.39%) greater improvement than that of pea microorganisms obtained(33.12%). Under intercropping mode, significant increases of rhizospheric microorganisms in fertilizer seed dressing were both observed for the two crops. Increase of maize’ rhizosphere microorganisms(23.03%) was lower than that of pea(46.09%). The amount of pea rhizosphere microorganisms was also more than that in mono-cropping mode(30.00%). [Conclusion] Intercropping and microbial fertilizer seed dressing can both significantly increase the quantity of crop rhizosphere microorganisms.

Keywords:microbial fertilizer; pea; maize; rhizospheric microorganisms

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0168-04

中圖分類號(hào)：S144.3

通信作者：尚虎山(1981—),男(漢族),甘肅省定西市人,助理研究員,主要從事道地中藥材新品種選育及旱地作物栽培工作。E-mail:longhu@126.com。

收稿日期：2014-08-06修回日期：2014-09-28

資助項(xiàng)目：國家測(cè)土配方施肥補(bǔ)貼項(xiàng)目

第一作者：張虎天(1983—),男(漢族),甘肅省定西市人,碩士,農(nóng)藝師,主要從事農(nóng)業(yè)實(shí)用技術(shù)研究與推廣、旱地與農(nóng)作制度方面的研究。E-mail:287143812@qq.com。