3株嗜(耐)鹽菌株不同組合對(duì)鹽堿土壤不同粒徑團(tuán)聚體含量的影響

曹力毅，畢江濤，肖國(guó)舉

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學(xué) 環(huán)境工程研究院，寧夏 銀川 750021)

鹽堿土是指一系列受到鹽堿作用的土壤，包括各種鹽土、堿土及有不同程度鹽化和堿化的土壤。鹽堿土理化性質(zhì)不良，使得大多數(shù)植物的生長(zhǎng)受到不同程度的抑制，甚至造成死亡[1-3]。根據(jù)土壤中鹽堿含量的多少，通常將鹽堿程度分為輕度、中度、重度3類(lèi)[4]。

目前，國(guó)內(nèi)外主要以電導(dǎo)率和pH值作為衡量土壤鹽堿程度的指標(biāo)[5-6]。鹽土含鹽量一般為0.6%～2.0%，含鹽成分以NaCl為主，可溶性鹽類(lèi)含量超過(guò)2 g/kg；堿土是指代換性鈉離子占陽(yáng)離子代換量20%以上、pH值>8、含鹽成分以Na2CO3為主的土壤[7-8]。土壤鹽堿化包括鹽化和堿化2個(gè)不同的成土過(guò)程。我國(guó)鹽堿地大多分布在華北、東北和西北的內(nèi)陸干旱、半干旱區(qū)以及沿海地區(qū)，分布廣、范圍大，嚴(yán)重影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[9-11]。土壤結(jié)構(gòu)的研究是獲取土壤團(tuán)聚體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵[12]。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，對(duì)土壤水、肥、氣、熱和生物學(xué)特征具有重要的維護(hù)和調(diào)節(jié)作用。土壤團(tuán)聚體主要通過(guò)無(wú)機(jī)物與有機(jī)物黏結(jié)而成，微生物依靠相互之間協(xié)同作用[13-15]，分解土壤有機(jī)質(zhì)，釋放出可供植物生長(zhǎng)利用的養(yǎng)分，影響團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定，而土壤所含團(tuán)聚體數(shù)量直接影響土壤質(zhì)量[14,16-18]。程麗娟等[19]在土壤上接種大豆根瘤菌(Bradyrhizobiumjaponicum)、圓褐固氮菌(Azotobacterchrococcum)、膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillusmucilaginosus)、根霉菌(Rhizopus)、放線菌(Actinomycete)，研究其對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響。結(jié)果顯示，接種菌對(duì)土壤大團(tuán)聚體(粒徑5～2 mm)的形成具有良好的促進(jìn)效應(yīng)。MARTIN[20]研究發(fā)現(xiàn)，土壤放射桿菌(Agrobacteriumrediobacter)和多黏芽孢桿菌(Bacilluspolymexa)分泌的多糖會(huì)促進(jìn)團(tuán)聚體的穩(wěn)定，其效果優(yōu)于根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)和三葉草根瘤菌(Rhizobiumtrifolii)。鹽堿土壤中存在大量嗜(耐)鹽菌，其對(duì)土壤團(tuán)聚體和結(jié)構(gòu)的影響研究鮮有報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)通過(guò)嗜(耐)鹽菌株的不同組合，研究其對(duì)鹽堿地不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響，為鹽堿地的改良提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試土樣

試驗(yàn)設(shè)在寧夏省銀川市賀蘭縣金貴鎮(zhèn)銀光村(38°29′15″N、106°20′24″E)。2018年4月20日采集耕作層土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后過(guò)0.25 mm篩備用。供試土壤理化性質(zhì)：pH值8.40、全鹽含量1.83 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量9.90 g/kg、全氮含量 1.18 g/kg、全磷含量0.59 g/kg、堿解氮含量0.042 g/kg、有效磷含量3.38 mg/kg、速效鉀含量0.32 g/kg。

1.2 供試菌株

試驗(yàn)所用菌株為從鹽堿地土壤篩選出的3株嗜(耐)菌，分別為達(dá)板喜鹽芽孢桿菌(Halobacillusdabanensis)、鹽單胞細(xì)菌(Halomonasmeridiana)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 菌懸液制備 挑取純化后的菌株，接種到滅菌牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基中，置于恒溫震蕩器，30 ℃、180 r/min條件下培養(yǎng)24 h。將培養(yǎng)液分裝于滅菌的100 mL離心管中，室溫條件下于5 000 r/min離心10 min，收集濕菌體。然后用滅菌的生理鹽水(0.9%的NaCl溶液)洗滌3次，再用生理鹽水將菌體調(diào)配成菌懸液，使吸光度值OD600=1.0。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將3株菌株進(jìn)行組合，設(shè)置為7個(gè)不同處理：T1(達(dá)板喜鹽芽孢桿菌)、T2(鹽單胞細(xì)菌)、T3(枯草芽孢桿菌)、T4(達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌)、T5(達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+枯草芽孢桿菌)、T6(鹽單胞細(xì)菌+枯草芽孢桿菌)、T7(達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌+枯草芽孢桿菌)；無(wú)菌水作對(duì)照(CK)。將不同組合菌劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的菌懸液(如土樣質(zhì)量20 g，加入單株菌懸液1.2 mL或2株菌懸液每種0.6 mL或3株菌懸液每種0.4 mL)。

1.3.3 培養(yǎng)皿試驗(yàn) 稱取20 g土樣過(guò)0.25 mm篩，置于培養(yǎng)皿中，將6%菌懸液1.2 mL接入到盛有土樣的培養(yǎng)皿中，取等量無(wú)菌水作為對(duì)照(CK)，每個(gè)處理重復(fù)7次。將各處理培養(yǎng)皿置于28 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)45～90 d，每天噴2 mL無(wú)菌水使其保持濕潤(rùn)，培養(yǎng)至45、90 d時(shí)采用濕篩法分別測(cè)定不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量[21]。

1.3.4 盆缽試驗(yàn) 將盆缽(高10 cm、盆口直徑15 cm、盆底直徑7.5 cm)進(jìn)行高壓蒸汽滅菌，每個(gè)盆缽底部鋪上3 cm滅菌石英砂(30 g)，然后將紗布(3層)鋪于石英砂上。稱取200 g過(guò)0.25 mm篩的土樣，加入6%菌懸液12 mL，等量無(wú)菌水作對(duì)照(CK)，每個(gè)處理重復(fù)5次。盆缽上面用滅菌紙封口，置于28 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)45～90 d。每天噴12 mL無(wú)菌水使其保持濕潤(rùn)，培養(yǎng)至45、90 d時(shí)采用干篩和濕篩法分別測(cè)定不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量[19，22]。

1.4 不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量測(cè)定

干篩法：從盆缽中取200 g土樣，盡量保持原狀置于套篩(孔徑依次為5、2、1、0.5、0.25 mm)頂部，振蕩5 min，測(cè)定各級(jí)孔徑篩子上土樣質(zhì)量，計(jì)算不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量。

濕篩法：取200 g盆缽中的原狀土樣置于1 L量筒中，沿量筒邊緣緩慢加入去離子水至飽和狀態(tài)，然后將飽和土樣轉(zhuǎn)移至水桶中的套篩(孔徑依次為 5、2、1、0.5、0.25 mm)頂部，利用振蕩儀 30次/min上下振蕩 5 min。分別將各級(jí)孔徑篩子上的土樣置于鋁盒烘干、稱質(zhì)量(Wwit)，然后再加入10 mol/L六偏磷酸鈉溶液10 mL，并用玻璃棒攪拌分散，置于相應(yīng)孔徑篩子振蕩。分別將留在篩子上的土樣烘干、稱質(zhì)量(Wwis)。各粒徑團(tuán)聚體質(zhì)量Wwi=Wwit-Wwis，基于此，計(jì)算不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件計(jì)算與作圖，用SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)皿試驗(yàn)不同組合嗜(耐)鹽細(xì)菌對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響

從表1可以看出，培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T1中粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但差異不顯著，處理T2、T3中粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，且差異顯著。復(fù)合菌處理中粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，且差異顯著，其中，處理T6粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.146%，表明所有復(fù)合菌均對(duì)粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體的形成具有促進(jìn)作用。單株菌處理中，處理T2和T3對(duì)粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用優(yōu)于處理T1。復(fù)合菌處理對(duì)粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用優(yōu)于單株菌。

單株菌處理中，處理T1和T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著，處理T2粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量低于CK。復(fù)合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，且差異顯著。其中，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.050%。處理T1和T3對(duì)粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用優(yōu)于處理T2，處理T2對(duì)于粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體的促進(jìn)作用沒(méi)有促進(jìn)作用，復(fù)合菌處理對(duì)粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體的促進(jìn)作用優(yōu)于單株菌。無(wú)論單株菌還是復(fù)合菌處理，粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK，表明該3株嗜(耐)鹽菌對(duì)于粒徑<0.25 mm土壤團(tuán)聚體的形成沒(méi)有促進(jìn)作用。

培養(yǎng)90 d時(shí)，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但差異不顯著。復(fù)合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.401%。單株菌處理、達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌處理與達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+枯草芽孢桿菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量差異不顯著。處理T1、T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量低于CK，處理T2粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但與CK相比差異不顯著，復(fù)合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。無(wú)論單株菌還是復(fù)合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。

表1 培養(yǎng)皿試驗(yàn)不同處理、不同培養(yǎng)時(shí)間對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響Tab.1 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes in peri dish experiment %

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示各處理之間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters after the same column of data indicate significant differences between treatments(P<0.05),the same below.

2.2 盆缽試驗(yàn)不同組合嗜(耐)鹽細(xì)菌對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響

盆缽中培養(yǎng)45、90 d，利用干篩法分析不同組合嗜(耐)鹽細(xì)菌對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。培養(yǎng)45 d時(shí)，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，其中，處理T3與CK相比差異顯著；復(fù)合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.190%。處理T3對(duì)粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體的促進(jìn)作用優(yōu)于處理T1和T2。單株菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，其中，處理T1與CK相比差異顯著；復(fù)合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，其中，處理T5、T6、T7與CK相比差異顯著。單株菌和復(fù)合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。

培養(yǎng)90 d時(shí)，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著；不同復(fù)合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，且差異顯著。其中，處理T7土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.405%，表明達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌+枯草芽孢桿菌對(duì)粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)效果最明顯。處理T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但差異不顯著；處理T6粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量略高于CK，差異不顯著；其余各處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。處理T1粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但差異不顯著；復(fù)合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。

表2 盆缽試驗(yàn)不同處理、不同培養(yǎng)時(shí)間對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響(干篩法)Tab.2 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes dry sieving in pot experiment %

盆缽中培養(yǎng)45、90 d，利用濕篩法分析不同組合嗜(耐)鹽細(xì)菌對(duì)土壤團(tuán)聚體含量的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T3粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，差異不顯著；處理T4、T6、T7粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著。單株菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著；復(fù)合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著。表明單株菌或復(fù)合菌處理對(duì)粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)效果甚小。單株菌和復(fù)合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK，表明此3株菌對(duì)于粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體的形成無(wú)促進(jìn)作用。

表3 盆缽試驗(yàn)不同處理、不同培養(yǎng)時(shí)間對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量的影響(濕篩法)Tab.3 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes wet sieving in pot experiment %

培養(yǎng)90 d時(shí)，單株菌和復(fù)合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量均高于CK，但差異不顯著。處理T2、T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，但差異不顯著；復(fù)合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量最高，達(dá)0.259%，表明達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌+枯草芽孢桿菌對(duì)粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體形成的促進(jìn)效果最明顯。單株菌和復(fù)合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均低于CK。

3 結(jié)論與討論

土壤團(tuán)聚體是由砂粒、粉粒、黏粒在各種有機(jī)、無(wú)機(jī)膠結(jié)劑的作用下，形成大小形狀不同，空隙分布、組成及穩(wěn)定性具有一定差異的土壤基本結(jié)構(gòu)單元，其含量、組成和粒徑分布對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤肥力具有重要作用[22-27]，是土壤結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。微生物是陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的主要推動(dòng)力[28-29]。微生物分解土壤有機(jī)質(zhì)，形成土壤腐殖質(zhì)，分泌多糖、多聚物和酶，影響土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定[30-35]，釋放供植物和其他生物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的養(yǎng)分。研究微生物對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響對(duì)于更好地調(diào)控和管理土壤結(jié)構(gòu)以及土壤培肥具有重要意義。

在本試驗(yàn)條件下，利用從鹽堿土中分離的達(dá)板喜鹽芽孢桿菌、鹽單胞細(xì)菌和枯草芽孢桿菌接種培養(yǎng)皿和盆缽中的鹽堿土樣，分別培養(yǎng)45、90 d，采用濕篩和干篩法測(cè)定不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量。結(jié)果顯示，培養(yǎng)皿試驗(yàn)培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T6粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK明顯增加。培養(yǎng)90 d時(shí)，測(cè)定不同粒徑土壤團(tuán)聚體含量，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK顯著增加。表明達(dá)板喜鹽芽孢桿菌對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成具有促進(jìn)作用，并與鹽單胞細(xì)菌、枯草芽孢桿菌產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。培養(yǎng)皿試驗(yàn)培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK顯著增加。利用干篩法，盆缽培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK顯著增加，培養(yǎng)90 d時(shí)，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK顯著增加，表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，3株菌相互作用，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成；培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團(tuán)聚體含量相比CK明顯增加，培養(yǎng)90 d時(shí)，處理T3粒徑0.25～2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量相比CK增加，表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，枯草芽孢桿菌發(fā)揮作用，對(duì)土壤團(tuán)聚體的形成具有促進(jìn)作用。利用濕篩法，盆缽培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T4粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量相比CK明顯增加，培養(yǎng)90 d時(shí)，處理T4粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量相比CK明顯增加，表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，達(dá)板喜鹽芽孢桿菌與鹽單胞細(xì)菌一直發(fā)揮著促進(jìn)粒徑≥2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量增加的作用；培養(yǎng)45 d時(shí)，處理T7粒徑0.25～2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量相比CK明顯增加，培養(yǎng)90 d時(shí)，處理T7粒徑0.25～2.00 mm土壤團(tuán)聚體含量相比CK顯著增加，表明隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，3株菌相互作用促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成。除盆缽試驗(yàn)干篩法培養(yǎng)90 d達(dá)板喜鹽芽孢桿菌處理外，單株菌和復(fù)合菌處理對(duì)于粒徑<0.25 mm的土壤團(tuán)聚體含量均沒(méi)有促進(jìn)效果。隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物對(duì)不同粒徑土壤團(tuán)聚體的影響會(huì)發(fā)生變化，并受測(cè)定方法的影響。周蓓蓓等[36]通過(guò)一維土柱試驗(yàn)得出，在鹽堿土中施加不同量的枯草芽孢桿菌，對(duì)粒徑>0.25 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量起到提升作用，與本試驗(yàn)的結(jié)果基本一致。羅歡[37]在芽孢桿菌對(duì)植物的促生和耐鹽作用及其相關(guān)機(jī)制的研究中得出，芽孢桿菌能夠與其他微生物協(xié)同作用，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，而本試驗(yàn)結(jié)果表明，達(dá)板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細(xì)菌+枯草芽孢桿菌對(duì)團(tuán)聚體形成的促進(jìn)效果大多優(yōu)于單株菌。不同微生物種類(lèi)或功能類(lèi)群對(duì)不同粒徑的土壤團(tuán)聚體有著不同的影響，進(jìn)一步深入開(kāi)展相關(guān)機(jī)制研究有著重要的意義。