草酸青霉菌HB1活化土壤磷及改善土壤生物學(xué)性狀研究

何 迪，趙全利，耿麗平，李芠瑾，董純瑄，劉文菊

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，河北 保定 071001)

磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可缺少的元素之一。然而，土壤溶液中磷的濃度較低，95%以上的磷為吸附固定態(tài)和礦物態(tài)難溶性磷，不能被植物根系直接吸收利用[1-2]。土壤中植物可利用的磷源一般可以通過(guò)2種途徑實(shí)現(xiàn)，一是施用含磷的化肥或者有機(jī)肥，但是化肥磷素在土壤中的當(dāng)季利用率很低(5%～25%)；二是添加具有溶磷功能的微生物以促進(jìn)固定態(tài)磷的釋放，提高土壤磷的植物有效性。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中存在大量微生物能夠轉(zhuǎn)化難溶性的含磷化合物為有效磷源，數(shù)量約為土壤微生物總量的10%，且種類繁多[3]，具有這種活化難溶性磷能力的微生物統(tǒng)稱為溶磷微生物或溶磷菌，目前該功能性微生物在細(xì)菌、真菌、放線菌中均有發(fā)現(xiàn)[4]。Hariprasad等[5]研究發(fā)現(xiàn)，從番茄根際分離出來(lái)的溶磷細(xì)菌PSRB，促進(jìn)了番茄植株的生長(zhǎng)、提高了其吸磷量和根際土壤的有效磷含量；在石灰性土壤上施用難溶性磷肥，添加含有青霉菌的微生物菌劑不僅可以增加小麥-玉米的株高、生物量、產(chǎn)量，而且植物體內(nèi)磷的累積量也顯著增加，說(shuō)明青霉菌促進(jìn)了土壤及肥料中固定態(tài)磷的釋放[6]；研究還表明，添加草酸青霉菌P8使玉米的生物量和吸磷量分別增加了12.30%～25.50%，28.95%～39.17%[7]；接種草酸青霉菌C2′促進(jìn)小麥植株全長(zhǎng)增加了12.31%，鮮質(zhì)量增加了21.25%，地上部和根部的磷濃度也分別增加了28.02%，32.46%[8]。此外，有研究表明，施用微生物菌劑會(huì)顯著提高土壤的相關(guān)酶活性及土壤微生物量，改善土壤生物化學(xué)肥力狀況[9]。而且玉米秸稈夾層處理能夠很好地改善土壤的生物學(xué)性狀，并且隨著時(shí)間的增加，各種酶活性達(dá)到最高，作物產(chǎn)量達(dá)到1 914 kg/hm2[10]。

耿麗平等[11]自主篩選的草酸青霉菌HB1能高效分解纖維素，促進(jìn)秸稈腐解，且通過(guò)室內(nèi)搖瓶試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該菌在分解纖維素的同時(shí)還具有較強(qiáng)溶解難溶性磷的能力。但是，土壤環(huán)境復(fù)雜，其中很多物理、化學(xué)和生物學(xué)因素都可能會(huì)影響草酸青霉菌HB1的溶磷能力。此外，秸稈還田是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)普遍采用的一種農(nóng)藝措施，該措施對(duì)施入土壤的草酸青霉菌HB1的促生效應(yīng)，溶磷能力及土壤生物學(xué)特性影響效應(yīng)還不是很清楚。

本研究以草酸青霉菌(Penicilliumoxalicum)HB1為供試菌株，配施小麥秸稈，通過(guò)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)探究其對(duì)土壤生物學(xué)及化學(xué)特性的影響；通過(guò)白菜培養(yǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步明確其對(duì)植物的促生效應(yīng)，活化土壤磷的能力，以及在改善土壤生物學(xué)特性方面的影響效應(yīng)，以期為溶磷微生物肥料的開發(fā)應(yīng)用提供優(yōu)良菌株，為改善土壤磷素營(yíng)養(yǎng)提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤 試驗(yàn)用土取自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)(三分廠)白菜地，土壤理化性狀如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.1.2 供試菌株 草酸青霉菌HB1由河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室前期獲得，并保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏號(hào)為CGMCC No.4842。

1.1.3 供試植物 白菜(Brassicapekinensis)種子購(gòu)自神農(nóng)綠幫菜-天津神農(nóng)種業(yè)有限公司。

1.1.4 其他供試材料 小麥秸稈采自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)，小麥為白菜前茬作物。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 草酸青霉HB1菌株活化 從斜面菌種挑取菌種，轉(zhuǎn)接到PDA固體培養(yǎng)基上，于30 ℃培養(yǎng)48～72 h，待長(zhǎng)滿整個(gè)平板。然后從培養(yǎng)好的平板上挑取菌種，轉(zhuǎn)接到PDA固體培養(yǎng)基上，于30 ℃培養(yǎng)72 h，待長(zhǎng)滿整個(gè)平板，備用。

1.2.2 草酸青霉HB1菌液的制備 將活化好的HB1菌株用無(wú)菌水制成孢子懸浮液，置于顯微計(jì)數(shù)板測(cè)定孢子數(shù)量，約為1×108cfu/mL。

1.2.3 白菜種子處理 白菜：播種前用0.4%的次氯酸鈉(NaClO，分析純)表面滅菌，加入的溶液量淹沒(méi)種子為宜，蓋塞，振蕩30 min。然后用滅菌蒸餾水清洗4次，55 ℃滅菌蒸餾水浸種2 h后，于37 ℃培養(yǎng)箱中過(guò)夜，次日轉(zhuǎn)入滅菌的紗布上催芽[12]，避免外源菌的影響。露白后轉(zhuǎn)入盆栽中培養(yǎng)。

1.2.4 小麥秸稈處理 將小麥秸稈清洗、滅菌、烘干，干燥后進(jìn)行常規(guī)粉碎，避免其他病源菌的影響。

1.2.5 土壤處理 將在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)取回的土壤進(jìn)行風(fēng)干過(guò)2 mm篩后備用。

1.3 試驗(yàn)處理

本研究設(shè)置了沒(méi)有種植白菜的土壤培養(yǎng)試驗(yàn)和種植白菜的培養(yǎng)試驗(yàn)。2個(gè)培養(yǎng)試驗(yàn)均設(shè)4個(gè)處理：對(duì)照(CK)、添加小麥秸稈處理(秸稈)、添加草酸青霉菌HB1處理(HB1)、添加秸稈和草酸青霉菌HB1處理(秸稈+HB1)。

土壤培養(yǎng)試驗(yàn)：將450 g風(fēng)干土壤與2 g處理好的小麥秸稈充分混勻后放入培養(yǎng)缽中，先加入100 mL蒸餾水濕潤(rùn)土壤，在土壤呈濕潤(rùn)狀態(tài)下加入2 mL(有效孢子數(shù)為2×108cfu/mL)草酸青霉HB1菌懸液，放入生化培養(yǎng)箱(SPX-150，寧波海曙賽福)中，于30 ℃下培養(yǎng)30 d。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

白菜培養(yǎng)試驗(yàn)：將450 g風(fēng)干土壤與2 g處理好的小麥秸稈充分混勻后放入培養(yǎng)缽中，先加100 mL蒸餾水濕潤(rùn)土壤，待土壤全部濕潤(rùn)后移入已催芽的白菜種子，之后放入30 ℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待白菜生長(zhǎng)穩(wěn)定后，再添加2 mL(有效孢子數(shù)為2×108cfu/mL)草酸青霉HB1菌懸液，培養(yǎng)30 d。每個(gè)處理設(shè)6次重復(fù)。

培養(yǎng)試驗(yàn)中澆水全部使用蒸餾水。

1.4 樣品采集與測(cè)定

1.4.1 植物樣品采集與測(cè)定 用不銹鋼剪刀剪取白菜地上部，將地上部洗凈、擦干，稱其鮮質(zhì)量；將培養(yǎng)缽中的土全部倒出，挑取植物根部，洗凈；再將地上部和根部于烘箱中105 ℃殺青30 min，60 ℃烘至恒質(zhì)量，分別稱干質(zhì)量后粉碎備用。采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法[13]測(cè)定白菜各部分中P含量。

1.4.2 土壤樣品的采集與測(cè)定 試驗(yàn)結(jié)束后，將培養(yǎng)缽中的土全部倒出，挑出根系，將土壤混勻后取部分鮮土用于測(cè)定土壤纖維素酶活性和細(xì)菌、真菌和放線菌的有效活菌數(shù)，土壤纖維素活性的測(cè)定采用硝基水楊酸比色法[14]；土壤微生物有效活菌數(shù)的測(cè)定按《土壤微生物研究原理與方法》進(jìn)行[15]；剩下的土樣風(fēng)干過(guò)1 mm的篩后待測(cè)，土壤pH值、速效磷的測(cè)定按《土壤農(nóng)化分析》中的方法進(jìn)行[13]；土壤堿性磷酸酶活性的測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法進(jìn)行[14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Miccrosoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖表處理，采用SPSS 17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 草酸青霉菌HB1對(duì)白菜幼苗生物量的影響

接種草酸青霉菌HB1 30 d后白菜生物量如圖1所示，對(duì)照(CK)、添加秸稈處理(秸稈)和添加草酸青霉菌HB1處理(HB1)之間的白菜鮮質(zhì)量沒(méi)有顯著差異，但三者均顯著高于添加秸稈和菌劑處理(秸稈+HB1)(P<0.05)，增幅分別為107.40%，83.44%和152.21%；雖然秸稈處理、HB1處理與CK相比白菜鮮質(zhì)量差異不顯著，但前者減少了11.55%，后者則增加了21.61%。由此可見(jiàn)，加入HB1菌株促進(jìn)了白菜的生長(zhǎng)，生物量增加了20%以上。但小麥秸稈的施用對(duì)白菜的生長(zhǎng)無(wú)促進(jìn)作用，且在秸稈還田條件下施用HB1菌后，白菜的生長(zhǎng)最差，生物量最低，這可能是由于草酸青霉菌HB1具有分解纖維素和溶解土壤磷的雙重功能[16]，加入HB1后，促進(jìn)了小麥秸稈的腐解，參與小麥腐解的微生物數(shù)量增加，增加的微生物會(huì)和白菜幼苗競(jìng)爭(zhēng)土壤中的養(yǎng)分，從而抑制了白菜的生長(zhǎng)。

不同字母表示處理間差異達(dá)到了顯著性水平(P<0.05)。圖2-5同。Different letters on the top of column represent significant differences among different treatments. The same as Fig.2-5.

2.2 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤pH值的影響

前期的研究表明，草酸青霉菌HB1在分解難溶性含磷礦物時(shí)可以降低培養(yǎng)基質(zhì)的pH值，因此，土壤培養(yǎng)試驗(yàn)和白菜培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后均測(cè)定了土壤pH值(表2)。在土壤培養(yǎng)試驗(yàn)中，添加小麥秸稈提高了土壤pH值，而添加HB1對(duì)土壤pH沒(méi)有顯著影響。已有研究表明，向土壤中添加作物秸稈能夠極顯著地提高土壤的pH值，降低土壤的酸度[17]。這是因?yàn)榻斩捲诟膺^(guò)程中增加了土壤的鹽基飽和度，使土壤pH值升高[18]。在白菜培養(yǎng)試驗(yàn)中，不同處理的土壤pH值間差異均不顯著。說(shuō)明在白菜幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論是添加小麥秸稈還是草酸青霉菌HB1均不會(huì)影響土壤的酸堿度。但從總體上看，白菜的種植提高了土壤的pH值，且與未種植白菜的處理相比，分別提高了6.69%，5.01%，8.02%，3.58%，差異均達(dá)到顯著水平。這是因?yàn)榘撞松L(zhǎng)在通氣良好的土壤中，氮素主要以硝態(tài)氮的形式存在，白菜和HB1主要吸收的是硝態(tài)氮，且硝態(tài)氮主要是和H+協(xié)同主動(dòng)進(jìn)入白菜根系的，從而使土壤中OH-的數(shù)量增加。因此，種植白菜的土壤pH值要高于沒(méi)有種植白菜的土壤。

表2 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤pH值的影響Tab.2 Effects of Penicillium oxalicum HB1 on soil pH

注：同行數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示不同試驗(yàn)間差異顯著(P<0.05)；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。表3同。

Note:Different capital letters in the same line represent significant differences among different treatments inP<0.05; Different lowercase in the same column represent significant differences among different treatments inP<0.05.The same as Tab.3.

2.3 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤速效磷含量的影響

圖2-A為土壤培養(yǎng)試驗(yàn)土壤速效磷含量。從圖2-A可以看出，秸稈處理的土壤速效磷含量與對(duì)照相比降低了16.24%，且二者之間差異顯著(P<0.05)，此外，秸稈+HB1處理的土壤速效磷含量與HB1處理相比也顯著降低了17.72%(P<0.05)。說(shuō)明在沒(méi)有種植物的土壤培養(yǎng)過(guò)程中添加小麥秸稈不利于土壤固定態(tài)磷的釋放，可能是因?yàn)椴菟崆嗝咕鶫B1具有分解纖維素和溶解土壤磷的雙重功能[16]。此外，HB1添加并沒(méi)有明顯影響土壤中有效磷的水平。

圖2-B為白菜培養(yǎng)試驗(yàn)中土壤速效磷含量。從圖2-B可以看出，秸稈處理的土壤速效磷含量比對(duì)照顯著降低了45.13%(P<0.05)；而且秸稈+HB1處理比HB1處理也顯著降低了13.69%(P<0.05)。說(shuō)明在種植白菜的情況下，添加秸稈降低了土壤的速效磷含量。但是在添加秸稈的同時(shí)再添加HB1菌，土壤速效磷的含量都提高了45.22%，且差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。此結(jié)果進(jìn)一步明確了在秸稈還田條件下，種植白菜施用草酸青霉菌HB1，可以促進(jìn)土壤中磷素的釋放。

A.土壤培養(yǎng)試驗(yàn)；B.白菜培養(yǎng)試驗(yàn)。圖3-5同。A. Soil incubation experiment；B. Chinese cabbage soil pot experiment.The same as Fig.3-5.

2.4 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤磷活化能力的影響

有研究表明，植物增加吸磷量是溶磷菌溶解土壤磷素能力強(qiáng)弱的體現(xiàn)，其吸磷量和產(chǎn)量是評(píng)價(jià)微生物溶磷效果的重要指標(biāo)[12]。因此，本研究采用白菜的總吸磷量來(lái)表征土壤磷素被活化的能力。

如表3所示，從地上部累積磷量來(lái)看，秸稈處理、HB1處理的磷累積量與CK相比分別增加了59.59%，76.68%；而秸稈+HB1處理的磷累積量與秸稈處理、HB1處理相比分別減少了64.29%，67.74%，且處理之間的差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。由此說(shuō)明，單施HB1菌增加了白菜地上部磷的累積量，而秸稈還田條件下施用HB1菌則顯著降低了白菜地上部植株磷累積量，這是由該處理白菜生物量最低造成的。

從根部磷累積量來(lái)看，HB1處理的磷累積量與CK相比增加了60.58%，且二者之間差異顯著(P<0.05)；秸稈+HB1處理比秸稈處理的磷累積量增加了15.00%，這進(jìn)一步驗(yàn)證了圖2-B的結(jié)果，添加HB1菌有助于土壤有效磷的增加，從而促進(jìn)了白菜根系對(duì)磷的吸收。

從白菜磷總累積量來(lái)看，與CK相比，HB1處理的磷總累積量增加了81.64%，兩者之間差異顯著(P<0.05)。但秸稈+HB1處理與HB1處理相比減少了64.63%，且二者之間的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。由此說(shuō)明，單施草酸青霉菌HB1不僅促進(jìn)了白菜的生長(zhǎng)，而且明顯促進(jìn)了土壤中難溶性磷的釋放，這進(jìn)一步肯定了在種植植物的情況下施用草酸青霉菌HB1提高了土壤磷素的活化能力。但是，對(duì)于施用秸稈和草酸青霉HB1的處理，二者配施雖然促進(jìn)了土壤磷的釋放，促進(jìn)了根中磷的累積，但是該處理增加的微生物數(shù)量與白菜競(jìng)爭(zhēng)土壤有效養(yǎng)分的程度也加強(qiáng)了，嚴(yán)重抑制了白菜的生長(zhǎng)，其生物量最低，因此，白菜植株對(duì)磷的累積最少。

表3 草酸青霉菌HB1對(duì)白菜各部分磷含量的影響Tab.3 Effect of Penicillium oxalicum HB1 on the accumulation of phosphorus in different parts of Chinese cabbage

2.5 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤堿性磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶是催化土壤中磷酸單酯和磷酸二酯水解的酶，它能將有機(jī)磷酯水解為無(wú)機(jī)磷酸鹽，在植物吸收利用土壤有效磷過(guò)程中起著重要的作用，其活性可作為土壤供磷能力的重要指標(biāo)之一[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，解磷菌劑對(duì)土壤中難溶性無(wú)機(jī)磷的溶解釋放程度與土壤的磷酸酶活性有關(guān)[20]。本試驗(yàn)的供試土壤屬于堿性土壤，因此，針對(duì)性測(cè)定了不同處理情況下土壤堿性磷酸酶活性。

從圖3-A可以看出，秸稈、HB1、秸稈+HB1 3個(gè)處理的土壤堿性磷酸酶活性都高于對(duì)照，提高幅度分別為37.64%，10.62%，27.11%，且秸稈處理、秸稈+HB1處理的土壤堿性磷酸酶活性與對(duì)照相比，其差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。由此可見(jiàn)，添加小麥秸稈有助于土壤堿性磷酸酶活性的提高。這是由于秸稈中的磷為有機(jī)磷源，添加后會(huì)促使土壤堿性磷酸酶激活而分解有機(jī)態(tài)磷，從而導(dǎo)致堿性磷酸酶活性增高。

圖3-B為白菜培養(yǎng)試驗(yàn)土壤堿性磷酸酶活性，不同處理間土壤磷酸酶活性差異均不顯著。故在白菜培養(yǎng)試驗(yàn)中，小麥秸稈和草酸青霉菌HB1的添加對(duì)土壤的堿性磷酸酶活性無(wú)明顯影響。但是種植白菜的土壤堿性磷酸酶活性高于不種植白菜的土壤，這也說(shuō)明在種植白菜的情況下，白菜根系分泌物緩解了秸稈和草酸青霉菌對(duì)土壤中堿性磷酸酶的活性的影響課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，草酸青霉菌HB1能增強(qiáng)纖維素酶的活性，從而能高效分解纖維素，促進(jìn)秸稈腐解[11]。因此，本試驗(yàn)進(jìn)一步探究HB1菌在秸稈還田條件下溶解土壤難溶性磷的同時(shí)，其對(duì)秸稈的分解能力。

圖3 草酸青霉HB1對(duì)土壤堿性磷酸酶活性的影響Fig.3 Effect of Penicillium oxalicum HB1 on soil alkaline phosphatase activities

2.6 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤纖維素酶活性的影響

課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，草酸青霉菌HB1能增強(qiáng)纖維素酶的活性，從而能高效分解纖維素，促進(jìn)秸稈腐解[11]。因此，本試驗(yàn)進(jìn)一步探究HB1菌在秸稈還田條件下溶解土壤難溶性磷的同時(shí)，其對(duì)秸稈的分解能力。

圖4-A為土壤培養(yǎng)試驗(yàn)中不同處理土壤纖維素酶的活性。HB1處理的纖維素酶活性與對(duì)照相比提高了56.41%，且二者之間差異顯著(P<0.05)；而其他處理與對(duì)照之間差異均不明顯?？梢?jiàn)，添加草酸青霉菌HB1能夠顯著地提高土壤纖維素酶的活性。

從圖4-B可以看出，在種植白菜的條件下，秸稈處理和HB1處理的土壤纖維素酶活性與對(duì)照相比，分別提高了27.79%和12.32%，但差異不顯著；秸稈+HB1處理的土壤纖維素酶活性最高，與對(duì)照之間差異顯著(P<0.05)。因此，在種植白菜時(shí)，單純加入秸稈或草酸青霉菌HB1不會(huì)引起土壤的纖維素酶活性大幅度變化，而同時(shí)加入秸稈和HB1能夠有效提高土壤纖維素酶活性。

圖4 草酸青霉HB1對(duì)土壤纖維素酶活性的影響Fig.4 Effect of Penicillium oxalicum HB1 on soil cellulase activities

2.7 草酸青霉菌HB1對(duì)土壤中微生物數(shù)量的影響

為了探究草酸青霉菌HB1作為溶磷且能分解纖維素的真菌施入土壤后，對(duì)種植植物和不種植植物的土壤中微生物群落數(shù)量的影響，本試驗(yàn)測(cè)定了白菜收獲后土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的有效活菌數(shù)。

在土壤培養(yǎng)條件下(圖5-A)，秸稈、HB1、秸稈+HB1處理與對(duì)照相比，細(xì)菌和真菌的有效活菌數(shù)分別增加了140.00%，108.75%，156.25%和60.79%，96.45%，142.19%，且差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)；而不同處理對(duì)土壤中放線菌的有效活菌數(shù)沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響。由此可知，無(wú)論是添加秸稈還是添加HB1菌或是二者配施均能顯著增加土壤中的細(xì)菌和真菌的有效活菌數(shù)。這說(shuō)明HB1菌的添加不會(huì)降低土壤中土著微生物的數(shù)量，反而改善了土壤的微生物學(xué)性狀。

在種植白菜條件下(圖5-B)，秸稈、HB1、秸稈+HB1處理與對(duì)照相比，細(xì)菌、真菌的有效活菌數(shù)分別提高了52.67%，27.48%，64.12%和98.11%，33.02%，101.35%，且差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)；秸稈、HB1、秸稈+HB1處理的放線菌有效活菌數(shù)與對(duì)照相比分別增加了9.43%，29.06%，3.77%，其中添加HB1菌的處理和對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。由此可知，在種植植物的情況下添加HB1菌能有效增加土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量，改善土壤生物學(xué)性狀，影響土壤微生物環(huán)境。

圖5 草酸青霉HB1對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響Fig.5 Effect of Penicillium oxalicum HB1 on the number of soil microorganisms

3 討論與結(jié)論

草酸青霉菌HB1具有分解纖維素和溶解土壤中固定態(tài)磷的雙重功能[16]，可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。在本研究中添加草酸青霉菌HB1的白菜生物量增加了21.61%，這說(shuō)明HB1菌對(duì)白菜有促生效應(yīng)。綜合前人的研究發(fā)現(xiàn)，在難溶性磷源豐富的條件下施用斜臥青霉菌(Penicilliumdecumbens) P83，其玉米植株地上部與地下部的干物質(zhì)分別增加了26.09%和35.42%[3]；在不同磷水平土壤中(有效磷：1號(hào)土13.5 mg/L；2號(hào)土4.7 mg/L；3號(hào)土5.2 mg/L)接種草酸青霉菌P8能有效增加花生和油菜的生物量，其收獲第1茬的增幅分別為10.21%～30.39%和11.85%～39.58%[12]；此外，從大麥根際土壤中篩選出的一株枯草芽孢桿菌具有高效的解磷促生能力，該菌對(duì)小白菜的促生作用明顯，鮮質(zhì)量增幅達(dá)到16.72%[21]。這說(shuō)明溶磷菌不僅能促進(jìn)單子葉植物的生長(zhǎng)，并且對(duì)雙子葉植物的促生效果也較為明顯。本試驗(yàn)小組前期研究發(fā)現(xiàn)，添加草酸青霉菌HB1后小麥植株生物量增加了16.80%[16]，這說(shuō)明HB1菌對(duì)單子葉植物和雙子葉植物均有促生效果。

草酸青霉菌HB1的促生效應(yīng)可能與其溶解土壤中難溶性磷的能力及改善土壤生物學(xué)環(huán)境有關(guān)。本研究供試土壤中Olsen-P含量為12.30 mg/kg，屬于極低的肥力等級(jí)[22]，在土壤有效磷源如此匱乏的情況下種植白菜勢(shì)必會(huì)影響其生長(zhǎng)，但是施用草酸青霉菌HB1卻促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)，這與該菌活化磷的能力密切相關(guān)。作物增加吸磷量是溶磷菌溶磷效果的體現(xiàn)[12]，接種溶磷菌組合革蘭氏陰性菌(Pseudomonasfluorescens)與陽(yáng)性菌(Bacillusmegaterium)處理的玉米植株磷的吸收量顯著高于未接菌處理，增幅達(dá)到50%～60%[23]。本研究的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，草酸青霉菌HB1的添加促進(jìn)了白菜磷的總累積量，并且比對(duì)照增加了81.64%，這說(shuō)明在沒(méi)有外源磷添加的情況下HB1菌有效活化了土壤中難溶性磷，提高了白菜不同生長(zhǎng)階段土壤磷的植物有效性，促進(jìn)了白菜的生長(zhǎng)。值得注意的是，在目前農(nóng)藥化肥減施的前提下，一定比例的有機(jī)肥和微生物肥料替代化肥成為當(dāng)前科學(xué)施肥技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，那么在秸稈還田的情況下，施用微生物菌劑其促生效果和活化土壤養(yǎng)分的能力是否會(huì)受到影響,本研究的結(jié)果為解答該問(wèn)題提供了數(shù)據(jù)和理論支持。在本研究中,白菜鮮質(zhì)量，HB1處理比秸稈+HB1處理增加了152.21%；溶磷能力，秸稈+HB1處理比HB1處理降低了64.63%，在秸稈還田條件下施用該菌后，白菜的生物量和吸磷量均為最低，這說(shuō)明草酸青霉菌HB1對(duì)白菜的促生效應(yīng)和溶解土壤磷的能力在秸稈還田的情況下受到一定程度的抑制。因此，針對(duì)秸稈還田條件，在HB1菌的施用量、施用時(shí)期和施用方法對(duì)植物的促生效應(yīng)和活化磷能力的影響等方面應(yīng)展開深入研究。

土壤磷酸酶能將有機(jī)磷酯水解為無(wú)機(jī)磷酸，土壤中的有機(jī)磷在磷酸酶的作用下才能轉(zhuǎn)化為能被植物利用的無(wú)機(jī)磷[24]。通過(guò)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加小麥秸稈的2組處理土壤堿性磷酸酶活性提高較明顯，其原因是秸稈中的磷為有機(jī)磷源，秸稈添加后加速了土壤磷酸酶的分解，從而導(dǎo)致磷酸酶活性增高。有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)施用降解菌種使秸稈還田，測(cè)得5年后土壤中堿性磷酸酶活性比對(duì)照提高4.35倍[25]。因此，秸稈還田有助于土壤堿性磷酸酶活性提高。另外，耿麗平等[11]研究發(fā)現(xiàn)，草酸青霉菌HB1能顯著地提高土壤纖維素酶的活性，并且具有較強(qiáng)的秸稈分解能力。本研究也發(fā)現(xiàn)在土壤培養(yǎng)試驗(yàn)中，添加草酸青霉菌HB1處理的土壤纖維素酶活性比對(duì)照提高了56.41%，且二者之間差異顯著；在白菜培養(yǎng)試驗(yàn)中與對(duì)照相比也提高了12.32%。由此可見(jiàn)，草酸青霉菌HB1的施加能夠提高土壤纖維素酶的活性。

微生物是土壤中最活躍的肥力因子之一。細(xì)菌、真菌和放線菌構(gòu)成了土壤微生物的主要生物量，它們的數(shù)量變化和區(qū)系組成常能反映出土壤生物活性水平[10]。本研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在土壤培養(yǎng)試驗(yàn)還是白菜培養(yǎng)試驗(yàn)中，HB1菌的添加并沒(méi)有降低土壤微生物的數(shù)量，細(xì)菌、真菌的有效活菌數(shù)與對(duì)照相比反而有不同程度的增加，且差異均達(dá)到顯著水平。已有研究表明，在盆栽試驗(yàn)中無(wú)論是單獨(dú)還是雙接種溶磷細(xì)菌和叢枝菌根真菌均能提高根基土壤中微生物的數(shù)量，增加土壤中的微生物多樣性，改善土壤的微生物環(huán)境[26]。另外，在溫室土壤滅菌盆栽條件下接種叢枝菌根AM真菌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤中的細(xì)菌、真菌數(shù)量分別比未接菌處理增加了4.30%和45.23%，差異均達(dá)到顯著水平，改善了根際土壤的生物學(xué)性狀。由此，草酸青霉菌HB1在一定程度上影響了土壤的微生物環(huán)境[27]。

綜上所述，草酸青霉菌HB1能有效溶解土壤中難溶性磷，增強(qiáng)白菜對(duì)土壤磷的吸收利用，并從關(guān)鍵性土壤酶和土壤微生物數(shù)量方面改善土壤的生物學(xué)性狀。

草酸青霉菌HB1的施用增加了白菜生物量，其增幅達(dá)到21.61%。同時(shí)HB1菌有效地溶解了土壤中難溶性磷源，增強(qiáng)了白菜不同生長(zhǎng)階段對(duì)土壤磷的植物有效性，提高了白菜磷的累積量，提高幅度為81.64%，促生效果顯著。但在秸稈還田條件下HB1菌的促生作用受到了抑制，白菜的生物量和植株磷的累積量均為最低值。

小麥秸稈和草酸青霉菌HB1的添加能夠改善土壤的相關(guān)酶活性。在土壤培養(yǎng)試驗(yàn)中，添加小麥秸稈2組處理的土壤堿性磷酸酶活性均有所升高，分別比對(duì)照顯著增加了37.64%和27.11%；另外，添加草酸青霉菌HB1使土壤的纖維素酶活性也得到了顯著性提升，增幅達(dá)到56.41%。

添加小麥秸稈、草酸青霉菌HB1或二者共施均能夠改變土壤的微生物環(huán)境。在土壤培養(yǎng)條件下，秸稈、HB1、秸稈+HB1處理的細(xì)菌和真菌有效活菌數(shù)增加幅度為108.75%～156.25%和60.79%～142.19%；在種植白菜條件下，秸稈、HB1、秸稈+HB1處理的細(xì)菌、真菌的有效活菌數(shù)增加幅度為27.48%～64.12%和33.02%～101.35%。