固氮菌和褐煤施用對(duì)生菜幼苗生長(zhǎng)的影響

曹建明 ，張貴平 ，張 倩 ，趙 宇

（1.晉中市農(nóng)業(yè)委員會(huì)，山西晉中 030600；2.晉中學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西晉中 030600）

生菜是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種大面積栽培的綠葉蔬菜，為1年生或2年生草本植物，富含膳食纖維和維生素，適合各個(gè)年齡的人群食用。我國(guó)每年生菜種植量高達(dá)2 300萬(wàn)hm2，每生產(chǎn)850 kg生物量需吸收氮素2.75 kg，尤其在生長(zhǎng)快速期，對(duì)養(yǎng)分的需求量更高，滿足生菜生產(chǎn)的土壤須有較高的有機(jī)質(zhì)含量和肥力。我國(guó)人多地少，生產(chǎn)農(nóng)作物的土地多需要連茬種植，從而導(dǎo)致養(yǎng)分缺乏、土壤板結(jié)等，對(duì)生菜栽培土壤進(jìn)行適當(dāng)改良，是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。

微生物肥料又稱為菌肥，施用后，在土壤肥力和生態(tài)中均具有明顯的促進(jìn)作用[1]。固氮菌是一種有益微生物，能將空氣中的氮元素通過(guò)固氮作用轉(zhuǎn)化為供生菜利用的氮肥，相比化肥的使用，具有獲取方便、增產(chǎn)效益穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)[2]。固氮菌屬于細(xì)菌的一種，固氮速度和產(chǎn)量均較優(yōu)。研究表明，固氮菌在自然界氮循環(huán)中具有重要的作用，把固氮菌作為農(nóng)田的一種接種劑在世界各地廣泛開(kāi)展[3]，我國(guó)有關(guān)固氮菌的研究與應(yīng)用最早是從1953年開(kāi)始，并把一些固氮菌劑應(yīng)用于農(nóng)田生產(chǎn)上[4]，獲得了一定的成績(jī)。李善梅等[5]研究表明，褐球固氮菌YKT41對(duì)茄子根結(jié)線蟲(chóng)病有一定的防治效果。王曉輝等[6]研究認(rèn)為，褐球固氮菌等2種混合微生物對(duì)菜場(chǎng)垃圾堆肥時(shí)間較短、效果較好。目前關(guān)于固氮菌在蔬菜生產(chǎn)方面的影響報(bào)道和研究較少，因此，探究固氮菌對(duì)解決土壤蔬菜生產(chǎn)力低下的問(wèn)題具有重要意義。

褐煤是煤化程度最低的一種煤，是世界上重要的化石能源之一，在煤炭?jī)?chǔ)存量中占有很大比例。我國(guó)又是煤炭大國(guó)，煤炭?jī)?chǔ)存量相當(dāng)豐富，根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查，當(dāng)今我國(guó)現(xiàn)存褐煤達(dá)1 265億t[7]。熱量值較低的煤炭最有可能發(fā)掘出腐殖資源。褐煤就是其中的一員，其富含豐富的腐植酸，尤其是小分子的黃腐酸，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面有重要的利用價(jià)值。褐煤是一種有機(jī)質(zhì)，在土壤中扮演著重要的角色[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中使用腐植酸可以有效調(diào)節(jié)土壤的結(jié)構(gòu)，尤其是對(duì)土壤0.26～1.1 mm團(tuán)粒結(jié)構(gòu)有明顯的改善作用[9-10]。宋軒等[11]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸能夠調(diào)節(jié)土壤的鹽堿化，提高水稻的根系活力。CHEN等[12]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸對(duì)沙化土的理化性質(zhì)有顯著提高的作用。李華等[13]在對(duì)土壤的研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的效果。雖然單獨(dú)添加固氮菌和褐煤的研究較多，但進(jìn)行組合添加的試驗(yàn)較少，而且褐煤中帶有適合微生物生長(zhǎng)繁殖要求的碳氮比。

本研究以生菜種子為材料，采用不同配比的固氮菌和褐煤處理生菜幼苗，對(duì)生菜的各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，旨在為生產(chǎn)上用固氮菌和褐煤進(jìn)行生菜栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試生菜品種為綠球，種子在榆次烏金山農(nóng)資店購(gòu)買(mǎi)。供試褐煤來(lái)自山西靈石，主要成分為腐植酸；晉中學(xué)院校園土，固氮菌為北京沃土公司的解磷菌、解鉀菌、固氮菌等混合菌中分離所得。

1.2 儀器和試劑

分光光度計(jì)、靈敏天平（精確到0.000 1 g）、研缽、離心機(jī)、培養(yǎng)皿、生化培養(yǎng)箱、超凈工作臺(tái)；石英砂、95%乙醇、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、氯化鈉、碳酸鈣、甘露醇、硫酸鈣、瓊脂、蒸餾水。

1.3 試驗(yàn)方法

利用阿斯貝選擇培養(yǎng)基篩選目標(biāo)菌株。稱取混合菌株10 g，將其溶于90 mL無(wú)菌水中，在實(shí)驗(yàn)室用手搖勻30 min，靜置備用。取出上清液將其倒入無(wú)菌試管中待用，將分別盛有9 mL無(wú)菌水的6支試管用高壓蒸汽滅菌鍋進(jìn)行滅菌，并按照101～105的順序進(jìn)行依次編號(hào)。用移液管吸取1 mL培養(yǎng)的菌液，注入101的試管中，再?gòu)拇嗽嚬苤形? mL稀釋液，注入102倍稀釋的試管中，重復(fù)相同的步驟，直到最后一只試管為止。選取4個(gè)稀釋度的懸濁液各0.1 mL用涂布器將菌液均勻地涂布在選擇培養(yǎng)基表面。將配制好的培養(yǎng)基在118℃條件下高壓滅菌37 min。將滅菌后的培養(yǎng)基在超凈工作臺(tái)倒平板，貼上標(biāo)簽備用；在28℃的恒溫箱中培養(yǎng)5 d，最后統(tǒng)計(jì)其菌落。通過(guò)液體擴(kuò)大培養(yǎng)基放在三角瓶中進(jìn)行擴(kuò)大振蕩培養(yǎng)。

種子處理：首先把生菜種子放在實(shí)驗(yàn)室用水浸泡24 h（透水的目的是使生菜種子更好地發(fā)芽），然后放入裝有土壤的穴盤(pán)（長(zhǎng)度3 cm、寬度3 cm、高度6.5cm）。待生菜長(zhǎng)出2～3個(gè)葉片，進(jìn)行試驗(yàn)處理。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，如表1所示。每盆裝有100 g土壤，定量澆水保持土壤水分充足，在發(fā)芽之前將它放在避陰處，2 d觀察一次待其發(fā)芽，15 d后選擇穴盤(pán)中植株長(zhǎng)勢(shì)一致、質(zhì)量好的幼苗4株，將其移栽至充足光照處，定期觀察。

試驗(yàn)采用2因素3水平設(shè)計(jì)，按表1比例混合后，移栽兩葉一心期生菜幼苗。

表1 固氮菌和褐煤不同的配比 mg

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

取植株上部剛剛展開(kāi)的葉片按李得孝等[9]的方法測(cè)定葉綠素含量；用電子天平（選用型號(hào)為FA005）測(cè)量生菜的地上（莖、葉）、地下（根）部鮮質(zhì)量；用游標(biāo)卡尺和直尺測(cè)量生菜葉片長(zhǎng)度、葉片面積。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行處理和分析，各處理間用ANOVA進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 固氮菌和褐煤不同配比對(duì)生菜株高的影響

從圖1可以看出，固氮菌對(duì)生菜的株高有顯著影響，褐煤同樣對(duì)生菜的株高也有顯著的增加趨勢(shì)。處理C2N2，C3N2的生菜株高較其他處理高，說(shuō)明這2種配比更適合生菜的生長(zhǎng)，尤其是固氮菌2 mg、褐煤10 mg的混合使用。

2.2 固氮菌和褐煤不同配比對(duì)生菜葉片長(zhǎng)度的影響

從圖2可以看出，生菜的葉片大小有不明顯的變化，基本都小于1.7 cm，處理C3N2，C2N1的葉片長(zhǎng)度較其他處理葉片長(zhǎng)，說(shuō)明不同的配比對(duì)葉片長(zhǎng)度的影響差異顯著。

2.3 固氮菌和褐煤不同配比對(duì)生菜根、莖的影響

生菜的總產(chǎn)量是其地上部（莖、葉）的鮮質(zhì)量加上地下部（根）的鮮質(zhì)量，由圖3，4可知，試驗(yàn)處理組C2N2的生菜的莖、葉、根的鮮質(zhì)量均高于其他處理，其次是處理C3N2。在不加固氮菌的試驗(yàn)組中發(fā)現(xiàn)，低用量的褐煤對(duì)生菜的地上部與地下部都有促進(jìn)作用，反而在用量高的情況下，例如褐煤的用量達(dá)到50 mg時(shí)，生菜的莖、葉和地下部（根）的鮮質(zhì)量較對(duì)照組有降低的趨勢(shì)，較對(duì)照組地上部分別降低了8.67%，9.52%，11.57%，地下部分別降低了9.62%，10.75%，13.83%。加入固氮菌的情況下，低用量的固氮菌相比對(duì)照組C1N1在地上部與地下部都有較有顯著的提高，較高用量的固氮菌與對(duì)照組相比，在莖葉和根的質(zhì)量上有很少的提高，基本上沒(méi)有變化?？梢缘贸?，加入固氮菌1 mg、褐煤10 mg的處理對(duì)生菜的地上部與地下部提高最大，是最適合生菜生長(zhǎng)的試驗(yàn)配比。

2.4 固氮菌和褐煤不同配比對(duì)生菜葉綠素含量的影響

從圖5可以看出，處理C2N2的生菜葉綠素含量最高，處理C3N3的葉綠素含量最低，單從固氮菌方面來(lái)看，隨著固氮菌用量的增大葉綠素含量先提高后降低，當(dāng)固氮菌含量為1 mg時(shí)，葉綠素含量較對(duì)照組高，當(dāng)固氮菌為2 mg時(shí)，葉綠素含量較對(duì)照降低12.45%，說(shuō)明低用量的固氮菌對(duì)生菜生長(zhǎng)有顯著提高的作用，高用量的固氮菌對(duì)生菜葉綠素含量有抑制作用，說(shuō)明適量的固氮菌對(duì)生菜生長(zhǎng)最有利，不是固氮菌用量越高對(duì)生菜生長(zhǎng)越有利。當(dāng)固氮菌用量為零時(shí)，隨著腐植酸量的增加，葉綠素的總含量同樣是先增加后減少，當(dāng)每盆加入褐煤10 mg用量與對(duì)照組相比，生菜中葉綠素含量提高幅度為12.72%，當(dāng)每盆生菜放入褐煤50 mg時(shí)，葉綠素含量與對(duì)照組相比，生菜中葉綠素含量下降幅度最大。說(shuō)明隨著腐植酸用量的加大，生菜生長(zhǎng)出現(xiàn)緩慢的現(xiàn)象。試驗(yàn)顯示，10 mg褐煤、1 mg固氮菌配比是最適生菜生長(zhǎng)的方案。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，褐煤?jiǎn)为?dú)使用時(shí)效果不明顯，當(dāng)加入一定量的固氮菌時(shí)，株高、葉片長(zhǎng)度、地上部地下部鮮質(zhì)量分別較CK增加11.2%，24.7%，13.5%，17.6%。隨著褐煤用量的增加，生菜的株高、地上部和地下部鮮質(zhì)量均表現(xiàn)為先上升后下降，說(shuō)明不同用量的褐煤對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響有差異，這與趙日明等[14]在研究低用量腐植酸促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)，高用量抑制水稻的生長(zhǎng)研究一致，同時(shí)高家合[15]研究的烤煙、何國(guó)軍等[16]研究的水培丹參、周崇峻等[17]研究的生菜，結(jié)果都顯現(xiàn)出褐煤低促進(jìn)高抑制的特點(diǎn)。試驗(yàn)組C2N2中生菜葉綠素含量較對(duì)照組提高了15.9%，但試驗(yàn)組C1N3，C2N3較對(duì)照組分別下降9.7%，13.6%。表明不同用量固氮菌也具有低用量促進(jìn)高用量抑制的特征，這與盧秉林等[18]關(guān)于固氮菌促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)以加入10 mg褐煤、1 mg固氮菌的處理對(duì)生菜株高、地上部和地下部鮮質(zhì)量等各項(xiàng)生理指標(biāo)促進(jìn)效果最好，可作為大量生產(chǎn)生菜的栽培基質(zhì)。