微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根系及地上部分作用效果

覃偉，陳學(xué)寬，趙麗萍，李旭娟，趙培方，劉家勇，趙勇，趙俊，楊昆，姚麗，昝逢剛，夏紅明，吳才文

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南開(kāi)遠(yuǎn)661699）

0 引言

根是植物長(zhǎng)期適應(yīng)陸生生活過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的器官，構(gòu)成植物體的地下部分。根的主要生理功能是固定植株，并從土壤中吸收水分和溶于水中的礦質(zhì)養(yǎng)分及氮素，供植物生長(zhǎng)所利用，在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[1-2]。近年來(lái)應(yīng)用放射性同位素示蹤證明，根有生物合成作用，至少有10 余種組成蛋白的氨基酸以及植物堿、有機(jī)氮等有機(jī)物是在根內(nèi)合成的[3-6]。由此可見(jiàn)，根的生理功能十分重要，任何作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須有一個(gè)良好的根系為基礎(chǔ)。甘蔗的根系主要由主根和側(cè)根構(gòu)成，盡管胚胎形成期即形成的主根已經(jīng)在發(fā)育學(xué)研究中很受重視，但它只占成熟根系的很小一部分，側(cè)根是根系的主體，與植株的生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的提高密切相關(guān)[8-9]。由于主根的數(shù)量是相對(duì)固定的，而側(cè)根的數(shù)量具有不確定性，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?cè)根的數(shù)量除了與品種的種性有關(guān)之外，還受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件的影響[10-15]。而有機(jī)肥乃至土壤中的微生物在一定程度上能影響甘蔗根系的發(fā)育，促進(jìn)根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而促進(jìn)甘蔗生長(zhǎng)，起到增產(chǎn)的效果。

微生物土壤活化劑對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)健康綠色生產(chǎn)起著重要的作用，這不僅體現(xiàn)在改善土壤養(yǎng)分供應(yīng)狀況，而且體現(xiàn)在對(duì)作物生長(zhǎng)的促生、抗病、抗逆性、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)等方面。微生物肥料可促進(jìn)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的產(chǎn)生；可促進(jìn)赤霉素、生長(zhǎng)素和其他活性物質(zhì)的產(chǎn)生；調(diào)節(jié)、促進(jìn)作物的根系、植株的生長(zhǎng)發(fā)育，可不同程度提高作物產(chǎn)量[16]，在水稻、玉米和煙草等的研究已取得一定進(jìn)展[17-22]，但微生物土壤活化劑在甘蔗上仍沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)研究。本研究擬用兩個(gè)甘蔗品種為研究材料，利用微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗進(jìn)行澆灌，通過(guò)對(duì)甘蔗根系及地上部分的分析，研究微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根系發(fā)育的作用機(jī)理，為甘蔗根系對(duì)其增產(chǎn)的促進(jìn)效果研究提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試甘蔗品種為‘新臺(tái)糖22號(hào)’（ROC22）和‘云蔗06-407’，ROC22為生產(chǎn)上的主推品種，適應(yīng)性廣，產(chǎn)量高，由國(guó)家甘蔗種質(zhì)資源圃提供。

微生物土壤活化劑為：OSA 有機(jī)土壤活化劑微生物菌劑是“臺(tái)灣高雄第一科技大學(xué)能源科技研究中心”研發(fā)，山東濰坊合農(nóng)生物科技有限公司制造。對(duì)目前國(guó)內(nèi)西瓜、蔬菜、果樹(shù)存在的死棵、重茬、土壤板結(jié)、藥物殘留等癥狀均起到明顯的改善作用，可促進(jìn)植物根系發(fā)育，提高產(chǎn)量。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用高1.4 m，直徑40 cm 的特制HDPE容器進(jìn)行桶栽沙培種植。先將蔗莖切成單芽種莖，用營(yíng)養(yǎng)杯進(jìn)行育苗培養(yǎng)，待甘蔗苗長(zhǎng)至50 cm 左右，選健康無(wú)病蟲害植株帶土移栽至培養(yǎng)桶中，每個(gè)桶種植1棵，每個(gè)品種種植6 桶，其中3 桶作為空白對(duì)照處理（CK 處理），3 桶進(jìn)行OSA 微生物土壤活化劑澆灌處理（OAS 處理），每次10 mL/桶，于澆水時(shí)倒入水中一起澆灌，每2 月澆灌1次。兩個(gè)處理的管理水平及施肥量相同。當(dāng)甘蔗長(zhǎng)至約2.0 m株高時(shí)可清洗根系，進(jìn)行根系掃描分析，同時(shí)進(jìn)行傷流液、生物產(chǎn)量測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及數(shù)據(jù)收集方法

測(cè)量株高和莖徑后將植株從距離沙層表面5 cm 處整齊切下，稱地上部植株鮮重，用氣球套在桶中植株切口處收取傷流液，時(shí)間為下午18：00 至次日上午8：00，收集好的傷流液倒入量筒中測(cè)量體積，并計(jì)算傷流量（mL/h）；將桶中根系清洗干凈后，取下根系用吸水紙吸干表面水分，稱根系鮮重，然后用于掃描分析；將根系單根一次排在專用根盤中，不重疊、不交叉，利用WinRHIZO LA6400XL 根系專用大幅面透視掃描儀掃描根系，把掃描好的圖片按品種、重復(fù)保存在不同文件夾中。掃描后的根系裝入牛皮紙袋，放入烘箱烘至恒重。用根系專用WinRHIZOPro軟件對(duì)掃描圖片進(jìn)行分析，以每個(gè)單株為單位進(jìn)行圖片數(shù)據(jù)匯總分析。分析的根系性狀指標(biāo)有總根長(zhǎng)、根表面積、直徑、根體積、根尖數(shù)、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)、白根根長(zhǎng)、白根表面積、白根直徑、白根體積、白根尖數(shù)、黑根根長(zhǎng)、黑根表面積、黑根直徑、黑根體積和黑根尖數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel和SPSS 19.0軟件分析數(shù)據(jù)，用Duncan’s新復(fù)極差法檢驗(yàn)顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗生物量的影響

由表1 可知，施用微生物土壤活化劑均可使ROC22 和云蔗06-407 兩個(gè)甘蔗品種的株高有所增加，云蔗06-407 的株高和莖徑分別增加12.37%和28.81%，但施用（OSA）和未施用（CK）處理差異未達(dá)到顯著水平。在地上鮮重和根系鮮重上，施用OSA 對(duì)ROC22 雖有一定增長(zhǎng)效果，但兩個(gè)處理間差異不顯著；然而，對(duì)云蔗06-407 的增長(zhǎng)效果明顯，兩個(gè)指標(biāo)差異均達(dá)到顯著水平，其中云蔗06-407 地上鮮重增長(zhǎng)32.61%，根系鮮重增長(zhǎng)37.10%。施用微生物土壤活化劑對(duì)莖徑的影響較大，兩個(gè)莖徑增大均達(dá)顯著水平。說(shuō)明施用微生物土壤活化劑可促進(jìn)甘蔗根系生長(zhǎng)、提高甘蔗生物量，但不同品種的作用效果存在一定差異；對(duì)甘蔗莖徑增大效果明顯，兩個(gè)品種都達(dá)顯著水平。

表1 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗生物量的影響Table 1 Effect of microbial soil activator on biomass of sugarcane

2.2 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根長(zhǎng)和根表面積的影響

由表2可知，施用微生物土壤活化劑對(duì)兩個(gè)甘蔗品種的總根系長(zhǎng)度及黑根長(zhǎng)度有一定增長(zhǎng)效果，但差異不顯著。ROC22兩個(gè)處理的白根長(zhǎng)度無(wú)顯著差異；而云蔗06-407的施用微生物土壤活化劑處理白根根長(zhǎng)比對(duì)照增長(zhǎng)92.57%，差異達(dá)顯著水平。根系的表面積代表根系與土壤可接觸的面積，ROC22的根系總表面積、白根表面積和黑根表面積在兩個(gè)處理中的差異較小，且差異不顯著。云蔗06-407 施用微生物土壤活化劑處理對(duì)根系總表面積和黑根表面積的提高存在一定促進(jìn)效果，但差異未達(dá)顯著水平；然而施用微生物土壤活化劑處理對(duì)白根表面積的促進(jìn)作用達(dá)顯著水平，增長(zhǎng)66.08%。說(shuō)明施用微生物土壤活化劑有利于增大白根表面積，有利于增大有活力的根系與土壤的接觸面積，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

表2 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根長(zhǎng)和根表面積的影響Table 2 Effect of microbial soil activator on root length and root surface area of sugarcane

2.3 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根直徑和根體積的影響

由表3可知，施用微生物土壤活化劑對(duì)ROC22根系的3個(gè)直徑指標(biāo)均無(wú)顯著影響效果，對(duì)云蔗06-407的黑根直徑也無(wú)顯著影響效果。然而云蔗06-407 空白處理的總直徑和白根直徑均顯著大于施用微生物土壤活化劑處理。兩個(gè)甘蔗品種施用微生物土壤活化劑和空白對(duì)照在總根體積、白根體積和黑根體積上雖存在不同程度差異，但均未達(dá)顯著水平。

表3 微生物土壤活化劑對(duì)根直徑和根體積的影響Table 3 Effect of microbial soil activator on root diameter and root volume

2.4 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根尖數(shù)、根分枝數(shù)和總根交叉點(diǎn)的影響

表4數(shù)據(jù)結(jié)果表明，施用微生物土壤活化劑對(duì)ROC22根系的3個(gè)根尖數(shù)指標(biāo)均無(wú)顯著影響效果，但云蔗06-407 施用微生物土壤活化劑處理，根系的3個(gè)根尖數(shù)指標(biāo)顯著高于空白對(duì)照。說(shuō)明施用微生物土壤活化劑后云蔗06-407 形成的側(cè)根原基和產(chǎn)生的側(cè)根的數(shù)量顯著增多。兩個(gè)品種施用微生物土壤活化劑處理和空白處理在根總分枝數(shù)、根交叉點(diǎn)上雖存在不同程度差異，但差異均未達(dá)顯著水平。ROC22 則是空白對(duì)照的數(shù)量大于施用微生物土壤活化劑處理，具體原因有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

表4 微生物土壤活化劑對(duì)甘蔗根尖數(shù)、根分枝數(shù)和總根交叉點(diǎn)的影響Table 4 Effect of microbial soil activator on root tips,forks and crossings of sugarcane

2.5 根系性狀與生物量相關(guān)性分析

根系性狀與生物量相關(guān)性分析結(jié)果（表5）表明，根系鮮重除與根直徑、白根直徑和黑根直徑無(wú)相關(guān)性外，與其他性狀均有顯著或極顯著正相關(guān)；所有生物量性狀均與根尖數(shù)、白根根尖數(shù)和黑根根尖數(shù)呈顯著或極顯著正相關(guān)；莖徑與根直徑、白根直徑和黑根直徑呈顯著負(fù)相關(guān)；株高與根直徑和黑根直徑呈顯著負(fù)相關(guān)，與根長(zhǎng)、黑根長(zhǎng)、根表面積和黑根表面積呈顯著正相關(guān)。

3 討論

根系的發(fā)達(dá)程度是品種的一個(gè)種性，與甘蔗的生長(zhǎng)息息相關(guān)，發(fā)達(dá)的根系是甘蔗獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)條件。然而外界環(huán)境可在一定程度上影響根系的生長(zhǎng)，從而通過(guò)改變外界條件使甘蔗的增產(chǎn)成為可能。本研究對(duì)根系發(fā)達(dá)程度存在差異的兩個(gè)甘蔗品種施用微生物土壤活化劑處理，結(jié)果表明，施用OSA微生物土壤活化劑對(duì)促進(jìn)根系生長(zhǎng)和提高甘蔗生物量具有一定效果，但對(duì)不同品種的作用效果存在一定差異。對(duì)ROC22的作用效果較小，而對(duì)云蔗06-407的作用效果更顯著。施用OSA微生物土壤活化劑對(duì)ROC22根系影響效果不顯著，對(duì)云蔗06-407 影響效果顯著，特別是對(duì)白根根長(zhǎng)、白根表面積、根尖數(shù)、白根根尖數(shù)和黑根根尖數(shù)的影響，說(shuō)明施用微生物土壤活化劑有利于云蔗06-407 根系的發(fā)育。甘蔗地上部分的莖徑、株高和地上鮮重均與根尖數(shù)、白根根尖數(shù)和黑根根尖數(shù)有顯著或極顯著正相關(guān)，且均與根系鮮重呈極顯著正相關(guān)。根尖數(shù)在一定程度上代表了側(cè)根原基萌發(fā)形成側(cè)根的數(shù)量，而根系的鮮重是根系數(shù)量直接體現(xiàn)，由此可看出甘蔗的生物量與根系有著很大相關(guān)性。

ROC22在我國(guó)具有廣泛適應(yīng)性，曾占我國(guó)甘蔗種植面積的80%，其具有發(fā)達(dá)的根系，產(chǎn)量高；而云蔗06-407 的主根數(shù)量多，但側(cè)根數(shù)量較少。本研究結(jié)果表明，OSA 微生物土壤活化劑對(duì)ROC22 的作用效果較小，可能與其本身已經(jīng)具有發(fā)達(dá)的根系系統(tǒng)有關(guān)，受外界環(huán)境因素影響小，從而具有廣泛適應(yīng)性。施用OSA微生物土壤活化劑對(duì)云蔗06-407的作用效果顯著，這與云蔗06-407本身側(cè)根數(shù)量較少，受外界環(huán)境因素影響大，有很大提升空間有一定關(guān)系。OSA 微生物土壤活化劑可促進(jìn)云蔗06-407產(chǎn)生更多側(cè)根，形成更多數(shù)量的白根，增加對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而生長(zhǎng)旺盛，提高生物量。側(cè)根的直徑遠(yuǎn)小于主根直徑，因此側(cè)根的數(shù)量越多，側(cè)根系的平均直徑越小，甘蔗株高和莖徑與根直徑、白根直徑和黑根直徑存在很大程度上的負(fù)相關(guān)。說(shuō)明根系平均直徑越小，側(cè)根數(shù)量越多，甘蔗的株高和莖徑越大，同時(shí)也說(shuō)明促進(jìn)根系生長(zhǎng)，有利于提高株高和莖徑。因本試驗(yàn)為桶栽沙培試驗(yàn)，是否與大田條件存在差異，有待進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

綜上所述，甘蔗的生物量與根系的發(fā)達(dá)程度有著很大關(guān)系，通過(guò)改變環(huán)境因素，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，可提高甘蔗產(chǎn)量；同時(shí)，也可以通過(guò)對(duì)甘蔗根系的研究分析，選出具有發(fā)達(dá)根系系統(tǒng)的甘蔗品種，也可為選出適應(yīng)性廣，產(chǎn)量高的甘蔗新品種提供參考。