復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害下煙草光合特性的修復作用

郭盤盤，孟 南，劉華山*，潘光偉，韓錦峰

(1.河南農(nóng)業(yè)大學 生命科學學院，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學 林學院，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，河南 鄭州 450002)

復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害下煙草光合特性的修復作用

郭盤盤1，孟 南2，劉華山1*，潘光偉3，韓錦峰3

(1.河南農(nóng)業(yè)大學 生命科學學院，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學 林學院，河南 鄭州 450002；3.河南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，河南 鄭州 450002)

為探討復合微生物菌肥對受二氯喹啉酸危害煙株光合特性的修復作用，采用盆栽試驗，研究了3種復合微生物菌肥對受二氯喹啉酸危害煙草葉綠素含量、凈光合速率、葉片蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和氣孔限制值的影響。結果表明，受二氯喹啉酸危害煙草的葉綠素含量、凈光合速率、葉片蒸騰速率、氣孔導度和氣孔限制值下降，胞間CO2濃度升高;土壤中加入復合微生物菌肥修復后，這6項指標接近正常對照；在20 d時，經(jīng)菌肥1、菌肥2和菌肥3修復的煙草葉綠素含量比受害對照分別增加了37.31%、46.27%和62.68%，凈光合速率增加了19.87%、26.04%和48.59%，葉片蒸騰速率增加了5.62%、7.87%和16.85%，氣孔導度提高10.71%、21.43%和39.29%，胞間CO2濃度和氣孔限制值接近正常對照。可以看出，3種復合微生物菌肥修復受害煙草光合特性的效果為菌肥3>菌肥2>菌肥1，以菌肥3效果最佳。

復合微生物菌肥； 除草劑； 二氯喹啉酸； 煙草； 光合特性； 修復

隨著除草劑在農(nóng)業(yè)上的廣泛使用，煙草受到除草劑傷害的現(xiàn)象時有發(fā)生，影響煙葉產(chǎn)量和品質的提高[1]。除草劑二氯喹啉酸，通用名quinclorac，化學名稱為3,7-二氯-8-喹啉羧酸，是德國BASF公司1984年開發(fā)的一種激素型喹啉羧酸類除草劑，能夠有效防除稗草且持效期較長[2]，是我國防除稻田稗草的特效除草劑，在生產(chǎn)中使用較普遍，但其殘留期長，易在土壤中積累產(chǎn)生藥害，破壞土壤環(huán)境[3-5]，給后茬敏感作物造成嚴重危害，尤其是煙稻輪作地區(qū)，抑制煙草生長，使其失去頂端優(yōu)勢，造成煙草新葉畸形，葉片變窄變厚，葉邊緣向葉背面內(nèi)卷皺縮，甚至出現(xiàn)線狀葉型，嚴重影響煙葉產(chǎn)量和品質[6]。二氯喹啉酸在自然條件下降解緩慢，按正常使用量施入大田12個月內(nèi)，土壤中不能種植煙草等茄科作物[7]，極大制約了稻煙輪作地區(qū)的煙葉生產(chǎn)。

我國對二氯喹啉酸污染煙田的治理措施有物理化學降解等，如客土法、施用活性炭和生石灰[8-9]，但成本高，且作用效果較慢，目前以微生物降解為主[10]。實驗室篩選的單一降解菌種如降解菌J3細菌[11]、博德特氏菌HN36[12]和洋蔥伯克氏菌WZ1[13]等施入田間后因環(huán)境的變化成活率下降，難以發(fā)揮作用，而單一的微生物菌肥菌種單一，降解能力有限，所以尋求更高效的降解方法具有重要意義。復合微生物菌肥是把有益活菌與有機、無機肥料及其他促進植物生長的營養(yǎng)物質結合起來，經(jīng)過發(fā)酵工藝加工而成的“三效合一”的新型微生物肥料，其中含有1種或多種無拮抗作用且經(jīng)國家農(nóng)業(yè)部登記的微生物菌種[14],能夠提高土壤肥力，降低土壤污染，提高作物產(chǎn)量和品質[15]等。作為一種整合解決了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多問題并將生態(tài)型農(nóng)業(yè)置于發(fā)展目標的新型肥料，復合微生物菌肥日益引起人們的重視。王其傳等[16]研究了微生物菌肥對日光溫室辣椒光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)施用微生物菌肥后提高了辣椒葉片的總葉綠素含量，葉片的光合速率和氣孔導度也有所提高，胞間CO2濃度降低。王明友等[17]發(fā)現(xiàn)施加復合微生物菌肥后，番茄凈光合速率比未施加菌肥的對照提高了19.1%～36.3%。徐雙紅等[18]研究發(fā)現(xiàn)，施用復合微生物肥能促進烤煙生長發(fā)育，提高其產(chǎn)量和品質。但是，目前對于微生物菌肥降解土壤中農(nóng)藥殘留、降低作物藥害方面的研究較少。

本試驗模擬了大田土壤環(huán)境，在二氯喹啉酸污染的土壤中施入3種可以降解農(nóng)藥、含有不同菌種的復合微生物菌肥，通過研究植煙的光合特性修復效果，探討其對二氯喹啉酸的降解作用，為稻煙輪作區(qū)煙葉優(yōu)質生產(chǎn)提供可行的途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為K326，采用漂浮育苗。二氯喹啉酸50%可濕性粉劑，由江蘇綠利來股份有限公司生產(chǎn)；3種復合微生物菌肥含有不同的菌種，菌肥1和菌肥2均由長沙艾格里生物肥料技術開發(fā)有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥5.0億個/mL，菌肥3由哈爾濱多倫多農(nóng)業(yè)生物科技有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)≥0.2億個/g。盆栽試驗用土取自河南農(nóng)業(yè)大學科教園區(qū)，土壤基本理化性質為pH值7.97、有機質含量12.93 g/kg、全氮含量0.87 g/kg、全磷含量0.42 g/kg、速效鉀57.43 mg/kg、速效磷164.15 mg/kg、堿解氮57.43 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設5個處理，即T0(正常土壤)：不施二氯喹啉酸，只用清水處理；T1(受害土壤)：施二氯喹啉酸，每千克干土施入0.085 mg(商品推薦量為0.375 kg/hm2)；T2：受害土壤+復合微生物菌肥1(每千克干土中施入0.7 mL)；T3：受害土壤+復合微生物菌肥2(每千克干土中施入0.7 mL)；T4：受害土壤+復合微生物菌肥3(每千克干土中施入1.1 g)。土壤過篩(2 mm孔徑)后，施加二氯喹啉酸(T0處理除外)，裝入塑料盆(直徑20 cm、高15 cm)中，每盆裝干土2.5 kg，保持田間最大持水量的70%。每個處理3盆，重復3次，共45盆。

將5葉期生長健壯、一致的煙苗移栽到塑料盆中，每盆1株，按正常的煙草栽培標準進行管理。待煙草生長至8葉期時進行處理，此時根系充分伸展，明顯表現(xiàn)出受害癥狀。正常(T0)和受害(T1)對照施等量清水，其他3個處理將菌肥按照使用說明分別用等量清水稀釋溶解后灌施。于處理后每隔5 d取樣1次，共取4次。每個處理選3株煙，取自上而下的第4片葉(去除主脈)作為葉片樣品,進行葉綠素含量和煙葉光合性能指標的測定。

1.3 測定項目及方法

采用LI-6400( LI-COR Inc.，美國)便攜式光合測定系統(tǒng)測定功能葉片葉綠素含量、凈光合速率(Pn)、葉片蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)；選擇生長一致且受光良好的功能葉片(從上至下數(shù)第4片葉)，于晴天9：00—11：30 進行氣體交換參數(shù)的測定。每處理測定3株，每株重復3次，取平均值。

氣孔限制值(Ls)按照吳克寧等[19]的方法計算：Ls=1-Ci/Ca，其中Ci為胞間CO2濃度,Ca為大氣CO2濃度。

2 結果與分析

2.1 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草葉綠素含量的修復效果

葉綠素是植物光合作用中吸收光能的重要色素，用來將CO2轉化為碳水化合物。從圖1可以看出，隨著處理時間的增加，與正常對照相比，受二氯喹啉酸危害的煙草葉綠素含量逐漸下降；經(jīng)3種復合微生物菌肥修復后，其葉綠素含量低于正常處理但明顯高于受害對照；20 d時，經(jīng)復合微生物菌肥1、菌肥2和菌肥3修復土壤中的煙草葉片葉綠素含量比受害對照分別增加了37.31%、46.27%和62.68%，以菌肥3效果最佳，說明復合微生物菌肥能夠修復受二氯喹啉酸危害煙株的葉綠素含量，提高煙株光合作用，有利于光合產(chǎn)物積累。

圖1 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草葉綠素含量的修復效果

2.2 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Pn的修復效果

Pn反映葉片制造及輸出同化物質的潛在能力，是決定干物質生產(chǎn)的主要因素之一[20]。從圖2可以看出，與正常煙草相比，受二氯喹啉酸危害的煙草Pn明顯降低；施入3種復合微生物菌肥修復后，煙草葉片Pn明顯上升，高于受害對照；處理20 d時，復合微生物菌肥1、菌肥2和菌肥3處理的煙葉Pn分別比受害對照增加了19.87%、26.04%和48.59%，3種微生物菌肥對煙草Pn的修復效果為T4>T3>T2，說明菌肥3對受二氯喹啉酸危害的煙草葉片Pn修復作用最好。

圖2 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Pn的修復效果

2.3 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Tr的修復效果

Tr是指植物在一定時間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量。圖3顯示，隨著生長期的延長，煙草葉片Tr呈逐漸上升的趨勢，受二氯喹啉酸危害煙草的葉片Tr低于正常對照；與受害對照相比，復合菌肥處理能提高煙草葉片的Tr，20 d時，T2、T3和T4處理的煙葉Tr比受害對照分別增加了5.62%、7.87%和16.85%；不同微生物菌肥處理間，Tr存在一定差異，表現(xiàn)為T4>T3>T2，說明微生物菌肥3對受害煙草Tr的修復效果最好。

圖3 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Tr的修復效果

2.4 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Gs的修復效果

氣孔是植物葉片與外界進行氣體交換的主要通道，Gs表示氣孔張開的程度，影響光合作用。由圖4可知，與正常對照相比，受二氯喹啉酸危害的煙草葉片Gs明顯降低；3種復合微生物菌肥處理在5 d和10 d時葉片Gs沒有明顯差異，但均比受害對照有所增高；在20 d時，3種復合微生物菌肥處理的煙草葉片Gs分別比受害對照提高10.71%、21.43%和39.29%，表明3種微生物菌肥對受害煙葉Gs的修復效果以菌肥3最為顯著。

圖4 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Gs的修復效果

2.5 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Ci和Ls的修復效果

Ci和Ls常作為影響光合速率變化的研究參數(shù)[21-22]。由圖5可見，與正常對照相比，受二氯喹啉酸危害的煙草Ci明顯升高，Ls降低；3種復合微生物菌肥處理后，Ci下降，Ls升高；在20 d時，經(jīng)3種微生物菌肥處理土壤中煙草葉片Ci比受害對照下降4.86%、8.47%和11.27%，Ls比受害對照升高15.71%、27.37%和36.41%，其中菌肥3修復后的指標值最接近正常對照。

3 結論與討論

本研究結果表明，與正常對照相比，二氯喹啉酸處理的土壤中煙草葉片的葉綠素含量顯著降低，且與Pn下降趨勢一致，說明葉綠素含量的降低是引起Pn下降的重要原因之一，這與王曉軍[23]的研究結果一致；3種復合微生物菌肥處理后的土壤中煙草葉片葉綠素含量和Pn均有所提高，其中以菌肥3效果最為明顯，這與范正義等[24]的研究結果一致。

圖5 復合微生物菌肥對二氯喹啉酸危害煙草Ci和Ls的修復效果

影響Pn大小的主要因素包括氣孔限制和非氣孔限制，Ci和Ls是評判兩者的指標，其中Ci是關鍵指標，Ci降低和Ls升高表明是氣孔限制，Ci升高和Ls降低表明是非氣孔限制[25]。本研究表明，二氯喹啉酸處理后，Ci升高伴隨Ls降低，說明二氯喹啉酸導致的Pn下降是由非氣孔限制因子造成的，這與王正貴等[26]的研究結果一致；土壤中施用微生物菌肥修復后，與受害對照相比，煙草葉片的Ci和Ls接近于正常對照，其中以菌肥3修復效果最好。

總之，不同的復合微生物菌肥在一定程度上均能修復受害煙草光合特性相關的6個指標，這與劉起麗等[27]的研究結果一致，可能是由于復合微生物菌肥施入受二氯喹啉酸污染的土壤后，一方面其中所含豐富的有機、無機營養(yǎng)成分被植株吸收，一定程度上補充了煙株的營養(yǎng)，提高了其抗逆性；另一方面，復合微生物菌肥中含有大量有益的微生物菌群，其在土壤中的代謝活動改善了土壤環(huán)境，提高了土壤酶活力[28-30]，促進了土壤中二氯喹啉酸的降解，使煙草根系活力提高，減少了對地上部分的危害。3種復合微生物菌肥中以菌肥3效果最佳，可能是由于不同的復合微生物菌肥所含菌群不同，施入土壤中發(fā)揮的效果有所差別，菌肥3中的菌群及營養(yǎng)物質配比更適合對受二氯喹啉酸危害的煙株進行修復，為解決稻煙輪作地區(qū)煙田二氯喹啉酸污染提供了新的舉措和途徑，同時為解決其他類型的土壤農(nóng)藥污染問題提供借鑒。

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Repairment Effect of Compound Microbial Fertilizer on Tobacco Photosynthetic Characteristics under Quinclorac Harm

GUO Panpan1,MENG Nan2,LIU Huashan1*,PAN Guangwei3,HAN Jinfeng3

(1.College of Life Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 2.College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 3.College of Agricultural Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

To explore the repairment effect of composite microbial fertilizer on quinclorac acid-harmed tobacco,the pot experiments were conducted to study the effects of three kinds of composite microbial fertilizer on the content of chlorophyll,net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance,intercellular CO2concentration and stomatal limitation value of quinclorac acid-harmed tobacco.Results showed that the chlorophyll content, net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance and stomatal limitation value of quinclorac acid-harmed tobacco decreased,and intercellular CO2concentration increased.After using three kinds of compound microbial fertilizer,the six indexes were similar to that of the normal control.At 20 days after the treatment of composite microbial fertilizer 1,fertilizer 2 and fertilizer 3,the chlorophyll contents of the repaired tobacco were increased by 37.31%,46.27% and 62.68%,net photosynthetic rates were increased by 19.87%,26.04% and 48.59%,leaf transpiration rates were increased by 5.62%,7.87% and 16.85%,stomatal conductances were increased by 10.71%,21.43% and 39.29%,intercellular CO2concentration and stomatal limitation value were close to the normal.The results indicated that the repairment effects of three kinds of compound biofertilizer on photosynthetic indexes of quinclorac acid-harmed tobacco were fertilizer 3>fertilizer 2>fertilizer 1,in which the fertilizer 3 was the best.

composite microbial fertilizer; herbicide; quinclorac; tobacco; photosynthetic characteristics; repairment

2015-12-30

湖南中煙有限責任公司科技攻關項目(2009160507)

郭盤盤(1987-)，女，河南洛陽人，在讀碩士研究生，研究方向：煙草栽培生理。E-mail:guopanpan_2013@163.com

*通訊作者：劉華山(1951-)，女，遼寧蓋州人，教授，主要從事煙草栽培生理生化研究。E-mail:liuhs602@sina.com

S572

A

1004-3268(2016)05-0091-05