連作土壤中施加球毛殼ND35菌肥對楊樹生理特征與生物量的影響

張海英+夏宣宣

摘 要：對楊樹連作土壤中施加不同劑量的球毛殼ND35菌肥處理，測定不同處理下生長的一年生楊樹葉片的光響應(yīng)過程、葉綠素?zé)晒獾戎笜?biāo)，探討該菌肥對楊樹生理性能以及生物量的影響。結(jié)果顯示：隨土壤中球毛殼ND35菌肥含量的增加，楊樹凈光合速率（Pn）、量子效率（Φ）以及根系活力等生理指標(biāo)均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。當(dāng)土壤施加菌肥劑量0.67 g·kg-1（T3）和1.00 g·kg-1（T4）處理時，株高以及根、莖、葉生物量均在T3達(dá)到最大值。研究認(rèn)為，在連作土壤中施加適量（0.67～1.00 g·kg-1）的球毛殼ND35菌肥，能夠在一定程度上提高楊樹的根系生理活性，提高楊樹葉片對光能的利用效率，提高葉片的光合作用效率，這有利于干物質(zhì)的積累。

關(guān)鍵詞：楊樹； 連作； 生物量； 球毛殼ND35； 光合作用

中圖分類號：S792.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：110.3969/j.issn.1006-6500.2017.09.005

Abstract： The chlorophyll fluorescence， chlorophyll content and biomass of one-year-old Poplar seedlings under different doses of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer treatment was determined to study the effects of fungus fertilizer on physiological characteristics and biomass of poplar. The results showed that with increasing fungus fertilizer content in replanted soil， physiological indexes such as net photosynthetic rate （Pn）， quantum efficiency （Φ） and root vigor showed trends of increasing first and then decreasing. When the doses of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer was 0.67 g·kg -1（T3） and 1.00 g·kg -1（T4）， plant height and biomass of leaves， stems and roots were maximum in T3. It concluded that applying appropriate amount of Chaetomium globosmn ND35 fungus fertilizer can in some extent improve light use ability and root physiological activity of poplar leaves， which is conducive to increase the photosynthetic efficiency of the poplar leaves， and then the accumulation of dry matter.

Key words： poplar； successive rotation； biomass； Chaetomium globosmn ND35； photosynthesis

楊樹（Populus）生長周期短、成林早、木材用途廣、防護(hù)效益高，且具有耐貧瘠、耐干旱、耐低溫、抗病性好、抗逆轉(zhuǎn)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在我國江淮流域以及華北地區(qū)得到廣泛栽培 [1]。但隨著對木材需求量的持續(xù)增長，在實(shí)踐中人們在栽培楊樹時多采用連作經(jīng)營模式，從而導(dǎo)致土壤中酚酸類物質(zhì)積累，進(jìn)而造成地力嚴(yán)重衰退，最終導(dǎo)致楊樹人工林的減產(chǎn)，這顯然制約了人工林經(jīng)營的可持續(xù)發(fā)展。因此，研究減弱連作障礙對于維持楊樹人工林長期生產(chǎn)力以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

土壤微生物在維持土壤營養(yǎng)循環(huán)以及生物修復(fù)方面有至關(guān)重要的作用[2]，因此，對于農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展來講，維持較高的土壤微生物多樣性是非常必要的[3]。施加菌肥后，其含有的特定微生物活體不但能改善土壤環(huán)境，還能促進(jìn)植物生長，提高產(chǎn)量，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[4]，因此菌肥是一種無公害肥料。本研究以一年生I-107楊樹無性系幼苗為材料，用連作土壤培養(yǎng)，通過施加不同劑量的球毛殼 ND35 菌肥探討其對楊樹幼苗生理特性的影響，以期為減輕楊樹連作障礙提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料和方法

試驗(yàn)地位于山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)實(shí)驗(yàn)站。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，平均降水量741.8 mm，降雨多集中在7—9月[5]。該區(qū)土壤質(zhì)地為沙壤土，主要為棕壤土，pH值約為8.4[6]。

供試驗(yàn)使用的土壤取自泰安市高橋林場的第2代楊樹林地。2015年 4月初對前期培養(yǎng)好的插穗進(jìn)行扦插。每盆（內(nèi)徑38 cm，深45 cm）裝21 kg土壤，試驗(yàn)土壤處理設(shè)置 6 種菌肥劑量和1個對照。對照組（CK）為不含菌肥的連作土壤，土壤中菌肥的6 種劑量處理分別為0.17 g·kg-1（T1）、0.33 g·kg-1（T2）、0.67 g·kg-1（T3）、1.00 g·kg-1（T4）、1.33 g·kg-1（T5）、1.67 g·kg-1（T6）。將事先準(zhǔn)確稱量的菌肥與連作土壤充分混合后裝入花盆，選取大小基本一致的插穗進(jìn)行扦插，每盆一苗，每處理設(shè)置6個重復(fù)（即6盆）。之后悉心培養(yǎng)幼苗，當(dāng)年8月上旬，對各試驗(yàn)植株進(jìn)行生理觀測。

每處理選擇3棵無病蟲害、生長健壯、生長勢基本一致的苗木開始光合作用等參數(shù)的觀測。得到凈光合速率（Pn）、光合有效輻射（PAR）等參數(shù)，對弱光下光響應(yīng)（PAR-Pn）數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸[7]，求得PAR≤200 μmol·m-2·s-1的光合量子效率（Φ），根據(jù)光響應(yīng)曲線的走勢估計(jì)最大凈光合速率Pnmax [8]。endprint

葉綠素含量（Chl）的測定是利用PPS 公司生產(chǎn)的光譜儀通過葉綠素指標(biāo)相關(guān)公式NDIChl=（R750-R705）/（R750+R705） [9-11]測得的。采用氯化三苯基四氮唑法（即TTC法）測定根系活力[12]。

上述指標(biāo)觀測結(jié)束后，將植株取出花盆，洗凈，先殺青，然后于80 ℃烘干至恒質(zhì)量[13]，而后稱重。

用Excel 2003 計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)并作圖，之后利用SPSS 19.0軟件在5%水平上對不同處理的測定結(jié)果進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌肥含量對楊樹葉片葉綠素含量指標(biāo)（NDIChl）的影響

葉綠素含量指標(biāo)（NDIChl） 隨連作土壤中菌肥含量的增加呈明顯增加趨勢（圖1），即楊樹葉片的葉綠素含量呈上升趨勢。T1～T6的葉綠素含量分別比對照組（CK）增加3.5%，5.0%，8.0%，9.9%，14.4%，16.4%。從圖1可以看出，當(dāng)菌肥劑量高于T3（0.67 g·kg-1）時，葉綠素指標(biāo)與CK相比差異性顯著（P<0.05）。

2.2 菌肥含量對楊樹葉片量子效率（Φ）與凈光合速率（Pn）的影響

由圖2可以看出，在光強(qiáng)較弱時（PAR<200 μmol·m-2·s-1），Pn隨PAR的增強(qiáng)呈快速增加趨勢，而后（2001 500 μmol·m-2·s-1）時，Pn則隨PAR的增長處在各自相對穩(wěn)定的水平。楊樹葉片最大凈光合速率（Pnmax）大小關(guān)系為T3>T4>T5>T6>T2>T1>CK。

不同含量球毛殼ND35菌肥處理下，楊樹葉片光合量子效率（Φ）隨菌肥含量的增加呈先增加后降低的趨勢（圖2B），T1～T6處理分別相對CK增加5.6%，10.9%，30.9%，37.2%，25.6%，20.5%，T4（1.0 g·kg-1）處理的Φ達(dá)最大值（為0.061 6 mol·mol-1）。

2.3 菌肥含量對楊樹根系活力的影響

楊樹的根系活力隨土壤中菌肥含量的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢（圖3）。T3、T4處理（即0.67～1.00 g·kg-1）下的水平較高，T1～T6處理的根系活力均高于對照（CK）組的水平，且均與CK差異顯著（P<0.05）。

2.4 菌肥含量對楊樹株高與生物量的影響

從表1可以看出，菌肥對楊樹的株高以及根莖葉的干質(zhì)量均有顯著影響。隨施加菌肥劑量的增加，這幾個指標(biāo)均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，并在T3處理下達(dá)到各自的最大值。

3 結(jié)論與討論

多年來，我國楊樹速生豐產(chǎn)林的多代連作經(jīng)營模式導(dǎo)致的土壤物理化學(xué)性質(zhì)變劣、微生物群落多樣性降低等生產(chǎn)力降低問題，已嚴(yán)重制約了楊樹木材產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，鑒于化肥對我國農(nóng)林業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有一定的負(fù)面影響，因此，需要制定有效的措施來維持土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力，這需要研究者們共同努力[14]。

相關(guān)研究表明，內(nèi)生真菌在進(jìn)入土壤的初期在土壤中發(fā)生遷移，在準(zhǔn)備侵入宿主的同時也能拮抗病原微生物，因此在連作土壤中施加合適的菌肥能改善連作土壤環(huán)境[15]。

根系在植物水分養(yǎng)分吸收、土壤固著等方面起關(guān)鍵作用[16]，根系活力則能反映出根系生命活動的強(qiáng)弱，它是根系活細(xì)胞數(shù)量以及代謝強(qiáng)度的綜合體現(xiàn)，受根系相關(guān)酶活性的影響[17]。其變化直接影響地上部分的生長[18] ，而地上部分的生命活動須依賴根系吸收的水肥以及產(chǎn)生的氨基酸和某些生長物質(zhì)。有研究表明，球毛殼菌ND35在促進(jìn)小麥根系發(fā)育、植株生長以及小麥的抗旱性方面均有顯著影響[19]，水稻根部定殖的內(nèi)生菌能促進(jìn)根系的生長發(fā)育，進(jìn)而影響其對各種營養(yǎng)元素的吸收和利用[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，施加菌肥有利于提高楊樹幼苗的根系活力，其中T3、T4處理組（即0.67～1.00 g·kg-1）效果最為明顯（圖3），這勢必會對根系的生命活動（吸收能力、合成能力、氧化能力和還原能力）造成一定程度的影響。與此同時，T3、T4處理組的Pnmax與Φ的水平也最高，這反映出葉片的光合機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)得到一定程度的改善，提高了葉片在弱光下對光能的吸收、轉(zhuǎn)換和利用光能能力 [21]，進(jìn)一步影響植株的生物量。

生物量（Biomass）是指某一時刻單位面積內(nèi)實(shí)存生活的有機(jī)物質(zhì)（干質(zhì)量）總量。研究植物的生物量對于退化生態(tài)系統(tǒng)而言十分有意義，如周欣等[22]通過對沙地不同生境植物生物量的研究為沙地退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建與可持續(xù)管理提供理論依據(jù)，該研究指出在該地區(qū)生物量越大，其恢復(fù)沙地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力及防止荒漠化作用就越大。另外，研究提高經(jīng)濟(jì)作物如茶樹等的生物量也具有重要意義。

酚酸類物質(zhì)是引起連作障礙的一類化感活性較強(qiáng)的自毒物質(zhì)[1，23]，楊樹連作會導(dǎo)致土壤中酚酸類物質(zhì)積累、地力嚴(yán)重衰退，本研究通過在這種土壤中施加不同劑量的菌肥，監(jiān)測到楊樹生產(chǎn)力以及生物量的增加，這對開發(fā)減輕楊樹連作障礙技術(shù)、提高楊樹人工林生產(chǎn)力具有重要意義，有利于楊樹的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人工林的可持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，在連作土壤中施加球毛殼ND35菌肥后對楊樹的根系活力、量子效率、生物量等指標(biāo)均有一定程度的提升，這有利于楊樹干物質(zhì)積累以及木材量的提高，為緩解楊樹連作障礙提供了一定的方法，建議每kg連作土壤中施加劑量為0.67～1.00 g。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊陽， 王華田， 王延平， 等. 外源酚酸對楊樹幼苗根系生理和形態(tài)發(fā)育的影響[J]. 林業(yè)科學(xué)， 2010，46（11）： 73-80.

[2]YE R W，THOMAS S M.Microbial nitrogen cycles：physiology，genomics and applications[J].Current opinion in microbiology，2001（4）： 307-312.

[3]BHAT A K.Preserving microbial diversity of soil ecosystem：a key to sustainable productivity[J].International journal of current microbiology and applied sciences， 2013（2）： 85-101.

[4]葛均青， 于賢昌， 王竹紅. 微生物肥料效應(yīng)及其應(yīng)用展望[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2003， 11（3）： 87-88.

[5]陳建，張光燦，張淑勇，等.遼東楤木光合和蒸騰作用對光照和土壤水分的響應(yīng)過程[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2008，19（6）：1185-1190.

[6]劉剛，張光燦，劉霞.土壤干旱脅迫對黃櫨葉片光合作用的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（7）：1697-1701.

[7]許大全.光合作用效率[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002.

[8]LANG Y，WANG M，ZHANG G C，et al. Experimental and simulated light responses of photosynthesis in leaves of three tree species under different soil water conditions[J].Photosynthetica，2013，51（3）：370-378.

[9]RICHARDSON A D，DUIGAN S P，BERLYN G P. An evaluation of noninvasive methods to estimate foliar chlorophyll content[J].New phytologist，2002，153：185-194.

[10]STYLINSKI C D，GAMON J A，OECHEL W C. Seasonal patterns of reflectance indices，carotenoid pigments and photosynthesis of evergreen chaparral species[J].Oecologia，2002，131：366-374.

[11]ZHANG J L，ZHU J J，CAO K F.Seasonal variation in photosynthesis in six woody species with different leaf phenology in a valley savanna in southwestern China[J].Trees，2007，21：631-643.

[12]鄒琦.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006.

[13]FUMANAL B， PLENCHETTE C， CHAUVEL B， et al. Which role can arbuscular mycorrhizal fungi play in the facilitation of Ambrosia artemisiifolia L. invasion in France[J]. Mycorrhiza， 2006，17（1）： 25-35.

[14]SUN R B， ZHANG X X， GUO X S， et al. Bacterial diversity in soils subjected to long-term chemical fertiliza tion can be more stably maintained with the addition of livestock manure than wheat straw[J]. Soil biology & biochemistry， 2015，88： 9-18.

[15]宋富海，王森，張先富，等.球毛殼 ND35 菌肥對蘋果連作土壤微生物和平邑甜茶幼苗生物量的影響[J].園藝學(xué)報，2015，42 （2）：205-213.

[16]周萬海，馮瑞章，師尚禮，等.NO 對鹽脅迫下苜蓿根系生長抑制及氧化損傷的緩解效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報，2015，35（11）：1-12.

[17]LIU R X，ZHOU Z G，GUO W Q，et al.Effects of N fertilization on root development and activity of water-stressed cotton （Gossypium hirsutum L.） plants[J].Agricultural water management，2008，95：1261-1270.

[18]歐立軍，陳波，鄒學(xué)校.干旱對辣椒光合作用及相關(guān)生理特性的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2012，32（8）：2612-2619.

[19]叢國強(qiáng)，尹成林，何邦令，等.水分脅迫下內(nèi)生真菌球毛殼 ND35 對冬小麥苗期生長和抗旱性的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2015，35（18）：1-13.

[20]REDMAN R S，KIM Y O，WOODWARD C J D A，et al.Increased fitness of rice plants to abiotic stress via habitat adapted symbiosis：strategy for mitigating impacts of climate change[J].Plos one，2011，6（7）：14823.

[21]XIA J B，ZHANG G C，ZHANG S Y，et al.Photosynthetic and water use characteristics in three natural secondary shrubs on Shell Islands， Shandong，China[J].Plant biosyst，2014，148：109-117.

[22]周欣， 左小安， 趙學(xué)勇， 等. 半干旱沙地生境變化對植物地上生物量及其碳、氮儲量的影響[J].草業(yè)學(xué)報， 2014， 23（6）：36-44.

[23]孫海兵， 毛志泉， 朱樹華. 環(huán)渤海灣地區(qū)連作蘋果園土壤中酚酸類物質(zhì)變化[J].生態(tài)學(xué)報， 2011， 31（1）： 90-97.endprint