生物有機(jī)肥對鹽堿地玉米滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及土壤微生物的影響

劉 艷，李 波，雋英華，孫文濤*，于 洋(.遼寧省農(nóng)科院植物營養(yǎng)與環(huán)境資源研究所，遼寧 沈陽 06；.吉林省煙草公司長春市公司，吉林 長春 30000)

【研究意義】土壤鹽漬化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境的一個(gè)全球性問題。鹽堿脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)的水勢高于胞外，使細(xì)胞內(nèi)部水分向外倒流，引起細(xì)胞失水。而植物滲透調(diào)節(jié)可以通過降低胞內(nèi)水勢來維持正常的生理代謝。滲透調(diào)節(jié)一般由無機(jī)離子和有機(jī)親和物質(zhì)共同參與。無機(jī)離子是鹽生植物的主要滲透調(diào)節(jié)劑，而有機(jī)小分子物質(zhì)則是非鹽生植物的主要調(diào)節(jié)劑[1]，有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要是一些小分子有機(jī)化合物和蛋白類保護(hù)劑，如可溶性碳水化合物、脯氨酸、甜菜堿、以及一些多糖分子物質(zhì)。生物有機(jī)肥中含有大量的有機(jī)質(zhì)、土壤有益微生物等，能有效改善土壤微生物群落體系，提高土壤肥力，抵抗鹽堿脅迫對植物造成的傷害?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】作為植物抵抗鹽堿脅迫的一種重要生理機(jī)制，李蒙蒙等[2]、王寧等[3]在玉米有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)上已有一些研究，但都只針對苗期而做，關(guān)于生物有機(jī)肥對鹽堿地玉米后期有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響鮮有報(bào)道。近年來，有關(guān)生物有機(jī)肥改良鹽堿土的研究已有報(bào)道，在鹽堿土上種植苜蓿時(shí)施用生物有機(jī)肥，在一定程度上能改善鹽堿土的理化性質(zhì)，促進(jìn)苜蓿生長[4]；張建兵等[5]、李鳳霞等[6]指出有機(jī)肥可以降低土壤pH值和全鹽量。王立剛[7]、朱建明[8]等在玉米栽培中施用有機(jī)肥取得一定成效?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本試驗(yàn)采用盆栽的方法，研究了不同水平生物有機(jī)肥對不同程度鹽堿土下玉米生長后期穗位葉的滲透調(diào)節(jié)指標(biāo)、玉米根系活力活力以及土壤微生物數(shù)量的影響，【擬解決的關(guān)鍵問題】明確生物有機(jī)肥對鹽堿土上玉米有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及土壤微生物的影響，以期為研究鹽堿脅迫對植物傷害的機(jī)理及生物有機(jī)肥改良鹽堿土提供理論依據(jù)。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The basic physical and chemical properties of soil

注：H為高鹽堿土；M為中鹽堿土；L為低鹽堿土。

Note:H means high saline soila soils; M means medium saline soila soils; L means low saline soila soils.

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為旱田內(nèi)陸堿土。2015年春季施肥前，按不同堿化水平，采用多點(diǎn)混合法取農(nóng)田表層土壤(0～20 cm)。取回土壤后，稍作風(fēng)干處理，揀去礫石、植物殘?bào)w，過2 mm篩用于盆栽試驗(yàn)和基本理化性狀分析，根據(jù)測試結(jié)果分為3個(gè)鹽堿水平土，見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年5月-10月在遼寧省農(nóng)科院試驗(yàn)基地盆栽場進(jìn)行，供試玉米品種為鄭單958。試驗(yàn)采用塑料盆缽(直徑26 cm×盆高25 cm)栽種，每盆裝土12 kg，5月10日播種，每盆一株，9月30日收獲。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)生物有機(jī)肥水平，鹽堿土+ 0 %有機(jī)肥(T0)、鹽堿土+ 0.25 %有機(jī)肥(T1)、鹽堿土+ 0.5 %有機(jī)肥(T2)和鹽堿土+ 1.0 %有機(jī)肥(T3)(有機(jī)肥投入量以風(fēng)干土壤計(jì))。每個(gè)處理10次重復(fù)，各處理氮、磷、鉀肥用量及方法相同，分別為N 210 kg/hm2、(P2O5)225 kg/hm2和(K2O)225 kg/hm2，其中20 %的氮肥與磷鉀肥全部做底肥混合一次施入， 40 %的氮肥拔節(jié)中期施，40 %的氮肥大喇叭口施。氮肥為尿素含N 46 %、磷肥為磷酸二銨含(P2O5) 46 %、鉀肥為氯化鉀含(K2O)60 %。生物有機(jī)肥由撫順臻煜農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，含N+P+K為≥6 %，有機(jī)質(zhì)含量30 %，有效活菌數(shù)≥2億個(gè)/g。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 玉米穗位葉滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)測定 在玉米灌漿期(7月19日)、乳熟期(8月19日)和蠟熟期(9月16日)取各處理有代表性植株的穗位葉各2片，用冰盒保存并及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室處理， 用于測定游離脯氨酸和可溶性糖含量，分別采用酸性茚三酮顯色法和蒽酮比色法[9]。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量測定 在玉米灌漿期、乳熟期和蠟熟期分別取0～20 cm鮮土樣，采用經(jīng)典稀釋平板培養(yǎng)計(jì)數(shù)法測定土壤微生物數(shù)量。細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)，真菌用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基培養(yǎng)，放線菌用改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)。

1.3.3 根系活力的測定 在玉米灌漿期、乳熟期和蠟熟期分別取不同處理有代表性植株2株的根系，采用TTC法測定根系活力[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用 Excel 2003 和 SPSS 16.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物有機(jī)肥對玉米穗位葉滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.1.1 生物有機(jī)肥對玉米穗位葉可溶性糖含量的影響 可溶性糖是一種有機(jī)滲透調(diào)節(jié)劑，在鹽堿脅迫中起重要的調(diào)節(jié)作用。由圖1中看出，隨生育期的推延，3種鹽堿土上各處理可溶性糖含量都呈逐漸下降的趨勢，灌漿期時(shí)最大；高鹽堿土上各時(shí)期的可溶性糖含量較其它2種土都是最低的。施入生物有機(jī)肥后，不同生育期不同鹽堿脅迫程度的變化情況差異較大，灌漿期施肥各處理的可溶性糖含量比對照在輕度脅迫下提高了37.1 %～41.8 %，差異顯著；中度脅迫下提高了13.5 %～26.7 %，T3處理差異顯著；重度脅迫下提高了21.8 %～39.6 %，T3處理差異顯著。乳熟期施肥各處理的可溶性糖含量比對照在輕度脅迫下提高了37.1 %～42.6 %；中度脅迫下提高了22.6 %～36.4 %；重度脅迫下提高了17.9 %～32.7 %，只有在低、中脅迫下T3處理與對照差異達(dá)顯著水平。蠟熟期施肥各處理的可溶性糖含量比對照在輕度脅迫下提高了20.7 %～43.1 %；中度脅迫下提高了4.3 %～37.3 %；重度脅迫下提高了18.8 %～36.4 %。結(jié)果表明，隨肥料施入量的增加，玉米可溶性糖含量呈依次升高的趨勢，在灌漿期、低鹽堿土上提高的效果更明顯，高鹽堿土上由于鹽堿脅迫太重，生長后期甚至出現(xiàn)了枯萎死亡的現(xiàn)象，可溶性糖含量降低。

圖1 生物有機(jī)肥對玉米穗位葉可溶性糖含量的影響Fig.1 The effects of bio-organic fertilizer on ear leaf soluble sugar content of maize

2.1.2 生物有機(jī)肥對玉米穗位葉脯氨酸含量的影響 植物在受到鹽堿脅迫時(shí)，體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)啟動(dòng)，合成大量的脯氨酸，降低細(xì)胞內(nèi)的滲透勢，以抵消由于鹽堿脅迫造成的土壤滲透勢下降。玉米生長各時(shí)期由于脅迫程度不同，脯氨酸含量也發(fā)生變化，受鹽堿脅迫程度越大，脯氨酸含量越高。從表2中看在,玉米生長的3個(gè)時(shí)期中，脯氨酸含量呈直線下降的趨勢，說明玉米在灌漿期時(shí)所受鹽堿脅迫程度最大。生物有機(jī)肥施入不同程度的鹽堿土后，各時(shí)期脯氨酸含量都較對照有所提高，呈依次遞增趨勢，在灌漿期輕度脅迫下最大提高50.3 %；中度脅迫下最大提高54.8 %；重度脅迫下最大提高49.5 %，說明生物有機(jī)肥對改善玉米生長環(huán)境，促進(jìn)植株正常生長有一定的積極作用，隨脅迫程度加大更能刺激脯氨酸合成積累，但是當(dāng)鹽堿脅迫過重時(shí)，也出現(xiàn)了抑制脯氨酸分解的情況，所以在高鹽堿土上各時(shí)期的脯氨酸含量較低、中鹽堿土呈下降的趨勢。3個(gè)時(shí)期不同鹽堿脅迫程度下玉米脯氨酸含量由高到低依次為T3>T2>T1>CK，隨著施肥量的增加，脯氨酸含量逐漸增加，T2和T3處理的脯氨酸含量與對照相比，各時(shí)期不同鹽堿脅迫程度下差異都達(dá)到顯著水平，但T2和T3處理之間只有在低鹽堿土上表現(xiàn)差異顯著。

2.2 生物有機(jī)肥對鹽堿土微生物數(shù)量的影響

2.2.1 生物有機(jī)肥對細(xì)菌數(shù)量的影響 細(xì)菌是土壤微生物的主要組成部分，能夠分解土壤中各種有機(jī)質(zhì)。因其代謝強(qiáng)，繁殖快，與土壤接觸的表面積大，故而是土壤中最活躍的因素[10]。從圖2A可以看出，施用生物有機(jī)肥各處理土壤中細(xì)菌的數(shù)量比不施肥處理都有所增加，說明施用生物有機(jī)肥可以提高鹽堿土壤中細(xì)菌的數(shù)量。在中鹽堿土上，各施肥處理細(xì)菌數(shù)量增加比較顯著，灌漿期時(shí)T3處理顯著高于T0、T1和T2，隨著生育期推進(jìn)，各處理細(xì)菌數(shù)量逐漸增加，而添加生物有機(jī)肥的各處理間差異逐漸不顯著，到蠟熟期時(shí)比T0增多近44 %，各處理都與T0差異達(dá)到了顯著水平；高鹽堿脅迫下，各處理細(xì)菌數(shù)量都較低，可能與土壤pH值較高，抑制了細(xì)菌的分解有關(guān)，也可能與土壤有機(jī)質(zhì)含量較低有一定的關(guān)系。

表2 生物有機(jī)肥對玉米穗位葉脯氨酸含量的影響Table 2 The effects of bio-organic fertilizer on ear leaf proline content of maize (μg/gFW)

注：不同小寫字母表示同一土壤不同處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

Note:Different letters indicate significant differences (P<0.05).

圖2 生物有機(jī)肥對鹽堿土微生物數(shù)量的影響Fig.2 The effects of bio-organic fertilizer on microbial numbers of maize

2.2.2 生物有機(jī)肥對真菌數(shù)量的影響 從圖2B中可以看出,不論鹽堿脅迫程度如何，各施肥處理的真菌數(shù)量都較對照有所提升，并隨著生物有機(jī)肥施用量的增加真菌數(shù)量有所增加，但各施肥處理之間真菌數(shù)量差異不顯著。在低鹽堿土上，真菌數(shù)量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢；而在中、高鹽堿土上各施肥處理的真菌數(shù)量都隨著生育期的推進(jìn)呈逐漸緩慢增加的變化趨勢，這種在不同鹽堿脅迫上表現(xiàn)的差異表化有可能與土壤鹽分含量增大后反滲透性加大，使土壤水分含量增加促使真菌繁殖有關(guān)。

2.2.3 生物有機(jī)肥對放線菌數(shù)量的影響 放線菌主要是單細(xì)胞的菌絲體。它主要存在于土壤耕作層，不喜歡酸性土壤，比較喜歡堿性、較干旱和有機(jī)質(zhì)豐富的土壤[10]。從圖2C可以看出，生物有機(jī)肥施用于鹽堿地后，放線菌數(shù)量較對照都有提高，且隨著施肥量的增加而增加，T3處理數(shù)量較T0差異達(dá)顯著水平。在低鹽堿土上，各時(shí)期的放線菌數(shù)量都較高，可能與土壤有機(jī)質(zhì)含量較高、植株根系發(fā)育良好利于微生物的分解有關(guān)。

2.3 生物有機(jī)肥對玉米根系活力的影響

從圖3可以看出，灌漿期時(shí)各處理的根系活力最大，隨時(shí)間推移衰老加速，玉米根系活力逐漸變小，尤其是在高鹽堿土上，玉米受到鹽堿脅迫較重，到乳熟期以后根系活力迅速降低，嚴(yán)重影響根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)，造成葉片枯黃，酶活性下降。在低鹽堿土上，鹽堿脅迫較輕，施入生物有機(jī)肥后，可以顯著提高玉米根系活力，灌漿期各施肥處理根系活力較對照提高了47.2 %、58.7 %和85.5 %，差異顯著；乳熟期提高了26.8 %、65.0 %和69.5 %；蠟熟期提高了12.8 %、70.2 %和78.2 %，只有T3處理差異都達(dá)到顯著水平。在中鹽堿土上平均提高了53.2 %，說明生物有機(jī)肥施用于鹽堿地后玉米根系活力隨著施肥量的增加而增加，各時(shí)期玉米根系活力由大到小依次為T3>T2>T1；且在鹽堿脅迫較輕的鹽堿土上生物有機(jī)肥對玉米根系活力的促進(jìn)作用更顯著。

3 討 論

鹽堿脅迫對植物生長造成傷害的原因之一是滲透脅迫，由于土壤和細(xì)胞外高濃度的鹽分，使外界滲透勢降低，造成了植物和細(xì)胞吸水困難甚至失水，即生理干旱[11]。但植物自身有一些適應(yīng)機(jī)制-滲透調(diào)節(jié)可以減小這種危害，使植物在鹽漬環(huán)境保持足夠的水分。脯氨酸和可溶性糖都是植物重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量變化可以作為評價(jià)植物逆境脅迫的一項(xiàng)生理生化指標(biāo)[12-14]。施用生物有機(jī)肥利于促進(jìn)植物滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成與積累，薛遠(yuǎn)賽等[15]在對鹽堿地小麥旗葉的研究中得出，施有機(jī)肥料處理的脯氨酸和可溶性蛋白含量增長迅速且積累量較多。本研究結(jié)果顯示，隨肥料施入量的增加，玉米可溶性糖和脯氨酸含量呈依次升高的趨勢，說明生物有機(jī)肥在滲透調(diào)節(jié)方面發(fā)揮著積極作用，可通過提高葉片中可溶性糖和脯氨酸的含量來提高植株對外界環(huán)境的適應(yīng)能力，提高玉米抗鹽堿脅迫的能力。張金柱[16]、呂麗媛等[17]、崔曾杰等[18]在對苜蓿、蓖麻和水稻的的研究中都得出相似的結(jié)論。

圖3 生物有機(jī)肥對玉米根系活力的影響Fig.3 The effects of bio-organic fertilizer on root activity of maize

不同種類的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對鹽堿脅迫的反應(yīng)也有差異。研究結(jié)果表明，低鹽堿脅迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分別是52.8 %和37.8 %；中度鹽堿脅迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分別是22.7 %和58.5 %；高鹽堿脅迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分別是44.9 %和71.8 %。據(jù)此，我們認(rèn)為在低鹽堿時(shí)起滲調(diào)作用最大的是可溶性糖，其次是脯氨酸；在中、高脅迫條件下時(shí)，脯氨酸是其主要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

土壤微生物在分解外界物質(zhì)和有機(jī)體的同時(shí)又向外界不斷的釋放營養(yǎng)物質(zhì)，對物質(zhì)循環(huán)具有儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)作用，對土壤形成發(fā)育和肥力演變賦予力量，影響植物根系和地下部分的生長[19]。土壤中微生物的種類較多，有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類和原生動(dòng)物等，對土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)具有十分重要的作用。其中細(xì)菌、真菌和放線菌這三類微生物大都在土壤表層中發(fā)育，多為好氣性、腐生性，而鹽堿土壤內(nèi)大量鹽分的積累，會(huì)使土壤結(jié)構(gòu)黏滯，通氣性差，造成土壤中好氣性微生物活動(dòng)差，養(yǎng)分釋放慢，康貽軍[20]在對灘涂鹽堿土的研究中得出，鹽堿土中微生物的數(shù)量比對照降低差異顯著。生物有機(jī)肥施用于鹽堿土后，土壤中微生物數(shù)量有所增加，本研究結(jié)果顯示，微生物數(shù)量都隨著生物有機(jī)肥施用量的增加而增加，添加1.0 %有機(jī)肥(T3)處理的細(xì)菌和放線菌數(shù)量比對照增加差異顯著。嚴(yán)慧俊等[21]在田間試驗(yàn)中得出相似結(jié)論：在鹽堿土上施用微生物復(fù)混肥處理的土壤細(xì)菌總數(shù)比對照增加2倍多。

土壤微生物數(shù)量的增多，改善了土壤微生態(tài)環(huán)境，提高了土壤肥力；微生物新陳代謝過程中有大量有機(jī)酸產(chǎn)生，可以中和鹽堿土的堿度，降低土壤鹽堿度。Bossuyt H[22]等也有相關(guān)報(bào)道：土壤毛細(xì)管孔隙被微生物切斷，非毛細(xì)管孔隙增加，加速了鹽堿土淋鹽作用，有效的抑制返鹽。土壤條件的改善有利于促進(jìn)根系生長下扎，提高根系活力，生物有機(jī)肥施用于鹽堿地后玉米根系活力隨著施肥量的增加而增加，各施肥處理玉米根系活力由大到小依次為T3>T2>T1。與李北齊[23]在室內(nèi)盆栽試驗(yàn)中得出的結(jié)論相一致。

4 結(jié) 論

綜上可知，生物有機(jī)肥可以在鹽堿土中廣泛使用，在一定程度上能改善鹽堿土的微生物環(huán)境，促進(jìn)玉米根系生長，提高功能葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，提高玉米耐鹽堿脅迫能力。本試驗(yàn)推薦添加1.0 %有機(jī)肥處理在低、中鹽堿土上使用對提高玉米葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及改良鹽堿土效果更好。

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