生物菌肥對燕麥葉片生理特性及產(chǎn)量的影響

劉亞東，劉景輝，卿香玉，劉建偉，陳 健，邵天藝，何 敏

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

目前,土壤鹽漬化已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[1]。內(nèi)蒙古土壤鹽漬化面積達316.3萬hm2,耕地鹽漬化面積達46.7萬hm2,且耕地次生鹽漬化面積仍以1.0萬～1.3萬hm2/a的速度增加[2]。因此,治理和改良鹽漬化土壤迫在眉睫。燕麥屬禾本科燕麥屬一年生草本植物,它是一種糧飼兼用作物[3],具有耐鹽堿特性[4-5],能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益[6]。據(jù)相關(guān)研究表明,生物菌肥能夠改良利用鹽堿土[7-10]。顧金鳳[11]的研究表明,生物菌肥對改良鹽漬化土壤有積極作用。黃鋮程等[12]研究證實生物菌肥不僅可提高作物的耐鹽堿性,還可以提高土壤肥力。許永勝等[13]研究表明,用生物菌肥拌種和噴施對黑鈣土燕麥的光合生理和全氮含量都有積極作用。盧培娜等[14]研究表明,施用生物菌肥可以增強鹽堿地燕麥的光合作用,提高燕麥產(chǎn)量。

綜合以上研究發(fā)現(xiàn),生物菌肥不僅有利于改善鹽堿地,而且對燕麥的生長發(fā)育有不可忽視的影響。但是,生物菌肥對不同土壤類型的作用效果研究較少,本試驗對比研究了生物菌肥對壤土與鹽堿土燕麥的生理特性,分析了壤土和鹽堿土條件下燕麥的光合生理及產(chǎn)量差異,旨在為利用生物菌肥改良鹽堿地提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2018年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)燕麥產(chǎn)業(yè)中心溫室進行。晝夜平均溫度22/17℃,相對濕度70%。本試驗采用盆栽試驗,供試土壤分別采自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)海流圖試驗基地（鹽堿土,記作Y）、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)農(nóng)場（壤土,記作R）,土壤理化性狀見表1。

表1 試驗土壤理化性狀

1.2 試驗材料

供試燕麥品種為白燕2號；供試生物菌肥：復(fù)合微生物菌肥,總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）6%、有機質(zhì)≥30%、粗蛋白≥8%、氨基酸≥4%、鈣≥6%,有效活菌數(shù)≥2×108個/g,由遼寧嘉華農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；底肥磷酸二銨（N 18%、P2O546%）。

1.3 試驗方法

本試驗為室內(nèi)盆栽試驗,共設(shè)4個處理,分別為R（壤土）、RM（壤土添加生物菌肥）、Y（鹽堿土）和YM（鹽堿土添加生物菌肥）。試驗重復(fù)3次,在燕麥生育時期取5次樣,共60盆。采用盆口直徑為11 cm,盆底直徑為9 cm,盆高為12 cm的花盆種植燕麥,每盆裝土4.5 kg,播種燕麥25株,2 g/盆磷酸二銨作為底肥施入,生物菌肥施用量為15 g/盆。播種前澆足水,均勻撒種25粒,播后覆土300 g,播種時間為2018年3月17日,于三葉期定植為20株/盆,3 d澆水1次,每次按350 mL/盆澆水量進行澆水。

1.4 樣品采集

在燕麥分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期分別測定其燕麥葉片SPAD值、光合速率（A）、蒸騰速率（E）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）和水分利用效率（WUE）,并取新鮮葉片在實驗室測定其超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）含量、游離脯氨酸（Pro）含量。分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期、收獲分別測定每盆燕麥地上部鮮重、干重。

1.5 測定指標與方法

葉片光合指標：燕麥旗葉SPAD值使用SPAD-502型葉綠素儀進行測定；葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和水分利用效率使用CIRAS-3型光合儀在9：00—11：00時進行測定。

葉片生理指標：超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）法[15]；丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法[16]；游離脯氨酸（Pro）含量的測定采用磺基水楊酸法[17]。

燕麥產(chǎn)量：于燕麥抽穗期進行其地上部分鮮、干重測定；植株群體進入成熟期后,對不同處理進行統(tǒng)一測產(chǎn),對每盆燕麥植株曬干后進行考種,測定指標分別包括小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重?？挤N后將材料稱重計入每盆產(chǎn)量結(jié)果,稱量器具為1/100電子臺秤。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)和作圖,用SAS 9.0進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物菌肥對燕麥葉片光合生理特性的影響

2.1.1 生物菌肥對SPAD值的影響 由表2可知,兩種土壤類型條件下各生育時期燕麥葉片SPAD值均差異顯著（P＜0.05）,在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期,Y處理SPAD值較R處理降低了14.13%,29.13%,30.55%,26.47%。施用生物菌肥后,壤土和鹽堿土條件下的燕麥葉片SPAD值均有所增加。其中,在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期,RM處理分別較R處理增加1.36%,17.69%,5.51%,0.87%,在拔節(jié)期與抽穗期,RM處理處理顯著（P＜0.05）高于R處理；YM處理分別較Y處理提高14.24%,8.62%,4.48%,0.43%,分蘗期YM處理顯著（P＜0.05）高于Y處理。

表2 不同處理對葉片SPAD值的影響

2.1.2 生物菌肥對光合特性的影響 由表3可知,兩種土壤類型條件下在拔節(jié)期和抽穗期燕麥葉片凈光合速率和蒸騰速率的差異顯著（P＜0.05）,均表現(xiàn)為R處理的燕麥葉片光合作用顯著高于Y處理。在抽穗期,壤土條件下的胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度顯著（P＜0.05）高于鹽堿土。在拔節(jié)期,Y處理的Ci、A、Gs、E、WUE分別較 R處理降低了-2.00%,64.68%,46.98%,46.05%,10.42%；在抽穗期,Y處理的 Ci、A、Gs、E、WUE分別較 R處理降低了17.13%,64.54%,75.09%,58.33%,15.72%。在拔節(jié)期,RM處理較R處理的Ci、A、Gs、E、WUE分別提高-16.27%,5.30%,15.91%,10.53%,31.67%,差異均不顯著（P＞0.05）,YM 處理較Y處理的Ci、A、Gs、E、WUE 分別提高-5.51%,20.93%,11.70%,28.46%,-8.53%,差異均不顯著（P＞0.05）。在抽穗期,RM 處理較 R處理的 Ci、A、Gs、E、WUE分別提高-3.09%,10.26%,10.72%,4.70%,9.09%,差異不顯著（P＞0.05）,YM處理較Y處理的Ci、A、Gs、E、WUE分別提高-3.93%,23.84%,12.75%,6.67%,18.65%,差異不顯著（P＞0.05）。

表3 不同處理對燕麥光合作用相關(guān)參數(shù)的影響

2.2 生物菌肥對葉片丙二醛（MDA）的影響

由圖1可知,在鹽堿土條件下由于植物體受到鹽脅迫,兩種土壤類型條件下在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期燕麥葉片丙二醛含量的差異顯著（P＜0.05）,表現(xiàn)為鹽堿土高于壤土,在分蘗期則無顯著差異（P＞0.05）。Y處理較R處理的MDA含量在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期分別提高了17.75%,63.24%,50.19%,15.55%。施用生物菌肥后,除拔節(jié)期外,壤土和鹽堿土條件下燕麥葉片的丙二醛含量均有所降低。在分蘗期、抽穗期、灌漿期,RM處理燕麥葉片的丙二醛含量分別較R處理降低6.00%,16.77%,36.02%,其中,在抽穗期與灌漿期,RM處理處理顯著（P＜0.05）低于R處理；在分蘗期、抽穗期、灌漿期,YM處理分別較Y處理降低9.17%,12.67%,29.55%,其中,抽穗期與灌漿期YM處理顯著（P＜0.05）低于Y處理。在分蘗期和拔節(jié)期,RM處理與R處理、YM處理與Y處理均差異不顯著（P＞0.05）。在分蘗期,R處理、Y處理、YM處理之間無顯著差異（P＞0.05）,R處理、RM處理、YM處理之間無顯著差異（P＞0.05）。在整個生育時期,各處理的丙二醛含量隨時間呈“V”形曲線,即先降低后升高,在拔節(jié)期處于最低點,至灌漿期達到最高點。相較于未施用生物菌肥的處理,施用生物菌肥植株葉片丙二醛的含量在整個生育時期內(nèi)變化更加穩(wěn)定。

圖1 生物菌肥對葉片丙二醛（MDA）的影響

2.3 生物菌肥對葉片超氧化物歧化酶（SOD）的影響

由圖2可知,在鹽堿土條件下由于植物體受到鹽脅迫,兩種土壤類型條件下燕麥葉片SOD活性存在顯著差異（P＜0.05）,在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期,Y處理的SOD活性分別較R處理降低了15.79%,-18.44%,16.89%,38.16%；RM處理燕麥葉片的SOD活性分別較R處理降低6.02%,-1.97%,17.50%,18.86%,其中,在分蘗期、抽穗期和灌漿期,RM處理處理均顯著（P＜0.05）低于R處理,拔節(jié)期Y處理與YM處理無顯著差異（P＞0.05）；YM處理分別較Y處理降低2.60%,3.20%,19.69%,-4.26%,其中,抽穗期YM處理處理顯著（P＜0.05）低于Y處理,在分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期則無顯著差異（P＞0.05）?？傮w來看,R處理和RM處理的SOD活性在整個生育時期內(nèi)呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢,而Y處理和YM處理則呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。

2.4 生物菌肥對葉片游離脯氨酸（Pro）的影響

圖2 生物菌肥對葉片超氧化物歧化酶（SOD）的影響

由圖3可知,兩種土壤類型條件下在分蘗期和抽穗期燕麥葉片游離脯氨酸含量的差異達顯著水平（P＜0.05）,表現(xiàn)為Y處理高于R處理,在拔節(jié)期和灌漿期則無明顯差異,4個時期Y處理的游離脯氨酸含量分別較R處理增加了364.38%,10.07%,83.90%,2.69%。在整個生育期,R處理和RM處理表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢；Y處理、YM處理總體呈現(xiàn)下降趨勢,且至灌漿期回落到與R處理、RM處理無顯著差異（P＜0.05）的水平。在分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期,RM處理分別較R處理降低27.28%,20.45%,52.44%,其中,抽穗期RM處理顯著（P＜0.05）低于R處理；YM處理分別較Y處理降低22.78%,18.07%,37.66%,其中,分蘗期和抽穗期YM處理顯著（P＜0.05）低于Y處理。灌漿期4個處理的游離脯氨酸含量差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 生物菌肥對葉片游離脯氨酸（Pro）的影響

2.5 生物菌肥對生物產(chǎn)量的影響

由表4可知,Y處理在抽穗時期的鮮重、干重均顯著（P＜0.05）小于R處理,分別降低了67.80%,61.78%,說明土壤中含鹽量高會顯著抑制燕麥的生長。施用生物菌肥后,RM處理在抽穗時期的鮮重、干重和籽粒產(chǎn)量相對于R處理降低了19.28%,19.44%,8.84%,均無顯著差異（P＞0.05）。施用生物菌肥后,YM處理在抽穗時期的鮮重、干重相對于Y處理增加了47.04%,43.97%,但均無顯著差異（P＞0.05）,Y處理、YM處理未產(chǎn)生有效籽粒產(chǎn)量。

表4 生物菌肥對生物產(chǎn)量的影響g/盆

3 結(jié)論與討論

SPAD值可以表征活體葉片中的相對葉綠素含量,大量研究表明,SPAD值與葉片葉綠素含量有很好的相關(guān)性[18-21]。本試驗中,在鹽堿土中生長的燕麥SPAD值在各個時期均顯著低于在壤土中生長的燕麥。白健慧[22]的研究表明中低濃度鹽處理有利于葉綠素的形成,而重度鹽處理會使燕麥受到重度鹽脅迫并破壞葉綠素結(jié)構(gòu)、限制葉綠素合成,該結(jié)果與本試驗結(jié)果一致。施用生物菌肥可以顯著提高壤土栽培條件下燕麥拔節(jié)期、抽穗期以及鹽堿土栽培條件下分蘗期的SPAD值,即提高了其葉片的葉綠素含量,對于光合作用有著重要意義。同時本試驗還發(fā)現(xiàn),施用生物菌肥對在不同類型土壤中生長的燕麥發(fā)揮作用的時間也不同,其中的機理還需要進一步研究。光合作用是植物生長發(fā)育必需的生理反應(yīng),也是形成產(chǎn)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在鹽堿土中生長的燕麥凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、水分利用效率較壤土均有所降低,其中在抽穗期氣孔導(dǎo)度降低幅度最大。白健慧[22]的研究表明,在中、重度鹽脅迫下,氣孔是燕麥光合作用降低的主要原因,本試驗中Y處理較R處理的光合作用降低也應(yīng)是氣孔因素導(dǎo)致的。施用生物菌肥后,兩種類型土壤中燕麥葉片的A、Gs、E均有所提高,同時燕麥葉片的Ci有所降低,但差異均不顯著（P＞0.05）。而盧培娜等[14]的研究表明,在鹽堿地中施用生物菌肥可以顯著提高燕麥的光合特性,這可能與環(huán)境條件、生物菌肥的施用條件和試驗方法有一定的關(guān)系。

MDA是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,其含量可表示膜脂過氧化作用的程度；SOD是保護酶系統(tǒng)中的一種酶,能夠與植株體內(nèi)產(chǎn)生的氧化物發(fā)生歧化反應(yīng),從而達到清除氧化物、保護自身不受自由基和氧化物的傷害,是保護酶系統(tǒng)中最先起保護作用的抗氧化酶[23-25]。本試驗表明,Y處理因受到鹽脅迫,其體內(nèi)的MDA含量在生育中后期顯著高于R處理。施用生物菌肥后,無論對于壤土還是鹽堿土,其燕麥中的MDA含量均有所降低。施用生物菌肥后,對于燕麥生長前期的MDA含量影響不大,在中后期能夠抑制MDA含量的增加,使其在燕麥的整個生育時期內(nèi)不會急劇上升并保持相對穩(wěn)定的水平,這可能是由于生物菌肥需要一定時間作用于土壤,以創(chuàng)造一個相對適宜作物生長的環(huán)境。一般情況下,植物體內(nèi)氧化物的產(chǎn)生與清除應(yīng)處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)。而在燕麥的生長中后期,鹽堿土壤條件下的SOD活性未隨MDA的增加而升高,很有可能是保護酶系統(tǒng)被破壞而失效引起的,這與郭洪雪等[26]和劉建新等[27]的研究結(jié)果相似。除此之外,植物在受到各種脅迫時其體內(nèi)的游離脯氨酸含量都會迅速積累[28],起到調(diào)節(jié)細胞質(zhì)滲透壓、清除氧化物的作用,有研究表明脯氨酸可以提高煙草的抗氧化能力[29]。在本試驗中,除灌漿期外,Y的游離脯氨酸含量較R有大幅度提高,其中在分蘗期其增加的幅度最大。據(jù)此可以推測,游離脯氨酸在燕麥受鹽脅迫的生長前期應(yīng)該起著重要作用。兩種土壤條件下,施用生物菌肥均可以降低燕麥葉片的游離脯氨酸含量,且在抽穗期降低的幅度最大,其原因可能是生物菌肥通過改善土壤環(huán)境,降低了鹽脅迫對燕麥的傷害,減少了MDA等氧化物的產(chǎn)生,游離脯氨酸含量也隨之降低。

雖然燕麥是一種耐鹽堿的作物,但在鹽堿土中燕麥生長較壤土條件會受到限制,導(dǎo)致其產(chǎn)量明顯降低,但在鹽堿土條件下,生物菌肥的施入可以提高燕麥植株的鮮重、干重。盧培娜等[14]的研究表明在鹽堿地中施用生物菌肥后,燕麥的籽粒產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量均有顯著提高。本試驗中,在壤土中施用生物菌肥后,可以提高燕麥的生理特性,但產(chǎn)量卻有所降低。梅雪等[30]研究表明,施用生物菌肥并減用化肥后燕麥產(chǎn)草量降低、籽粒產(chǎn)量增加。

相比壤土條件下,在鹽堿土中生長的燕麥受到較嚴重的鹽脅迫,其光合特性、生理特性變差,產(chǎn)量降低。在兩種類型土壤中施用生物菌肥,對燕麥各生理特性都有積極影響,但對于不同類型土壤條件,生物菌肥對燕麥發(fā)揮作用的時期不同。壤土條件下施用生物菌肥,燕麥地上部生物量降低,而鹽堿土施用生物菌肥可增加燕麥地上部生物量,因此,因地制宜、因時制宜施用生物菌肥是非常有必要的。