解磷菌對設(shè)施土壤金屬元素有效含量及黃瓜秧苗金屬元素吸收量的影響

馮 健， 于 淼， 孫佳妮

(1.遼寧省微生物科學(xué)研究院,遼寧 朝陽 122000;2.遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 沈陽 110016)

目前，作物發(fā)生中微量元素缺乏的情況越來越普遍。作物生長所必需的營養(yǎng)元素有16種，其中碳來源于空氣中的二氧化碳，氫和氧來源于大氣降水，氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂、硼、錳、鋅、銅、鉬、鐵、氯在土壤中都有一定的貯存量，其中氮、磷、鉀通常稱為作物營養(yǎng)“三要素”，或稱大量元素；硼、錳、鋅、銅、鉬、鐵、氯元素作物需要量小，稱為微量元素；硫、鈣、鎂元素需要量介于中間，稱中量元素。中微量元素與生物分子蛋白質(zhì)、多糖、核酸、維生素等密切相關(guān)，對植物的各種生理代謝過程的關(guān)鍵步驟起調(diào)控作用[1-4]，作物體內(nèi)中微量元素含量與作物產(chǎn)量參數(shù)關(guān)系顯著[5]。微量元素被植物吸收后將具有雙重意義，可能會因濃度過低，對作物與人畜供應(yīng)不足，抑制生物體生長；也可能因為濃度過高，對生物體產(chǎn)生毒害。因此，探究土壤中微量元素既能提高產(chǎn)量和品質(zhì)，又不會導(dǎo)致重金屬污染，是當(dāng)前研究的熱點[6]。解磷微生物除了能夠溶解難溶性含磷化合物外，還可以吸附作物根系周圍的鈣、鋅、銅等微量元素。Chabot 等[7]發(fā)現(xiàn)解磷微生物能夠增加植物對鈣、鎂、鐵、鋅、鉀等營養(yǎng)元素的吸收。Kucey[8]在小麥根際接種Penicilliumbilaji菌株發(fā)現(xiàn)小麥體內(nèi)鈣、鐵含量增加。秸稈中除含有C(碳)、N(氮)、P(磷)、K(鉀)等大量營養(yǎng)元素外，還含有豐富的微量元素，與單施化肥比較，秸稈還田配施化肥砂漿黑土中交換態(tài)錳、鋅、銅含量分別增加了11%、21%、41%，有機結(jié)合態(tài)錳、銅分別增加了19%和103%[9]。設(shè)施蔬菜栽培過程中，大量元素肥料使用過量，而微量元素及鈣、鎂等金屬元素成為設(shè)施蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)的限制因素。本文研究了秸稈及解磷菌對土壤金屬元素含量及黃瓜吸收量的影響，為設(shè)施土壤改良提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料 黃瓜津交151。

1.1.2 菌種來源 惡臭假單胞菌(Pseudomonasputida)，自行篩選，保藏于遼寧省微生物菌種保藏中心，編號623-3。

1.1.3 試驗地概況 試驗地點位于遼寧省凌源市城關(guān)鎮(zhèn)小馬褂村，東經(jīng)118°50′20″～119°37′40″，北緯40°35′50″～41°26′60″，屬于暖溫帶向溫帶、半濕潤向半干旱過渡性氣候，四季氣溫變化明顯，年平均氣溫8.1 ℃。穩(wěn)定通過10 ℃的活動積溫為3 413.3 ℃，年平均日照時數(shù)為2 844.8 h。試驗地土壤為棕褐壤，大棚使用年限3 a，供試土壤基本情況：有機質(zhì)2.38%，全氮0.125 5%，速效磷324.09 mg/kg，速效鉀234.85 mg/kg，pH值6.9。

1.1.4 主要儀器及試劑 原子吸收分光光度計(A3，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；EDTA(分析純)，鈣、鎂、鐵、鋅、鉀標(biāo)樣(分析純)，鉻黑T指示劑，二甲酚橙指示劑，甲基紅指示劑。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗設(shè)4個處理：①常規(guī)施肥。底肥：有機肥225 m3/hm2(鮮羊糞)，復(fù)合肥50 kg(N∶P∶K=18∶18∶18)，磷酸二銨750 kg/hm2，硫酸鉀375 kg/hm2，過磷酸鈣375 kg/hm2，天蠶寶375 kg/hm2(N∶P∶K=5∶5∶5)。追肥：從坐果期開始，使用黃瓜專用肥(N∶P∶K=15∶5∶30)75 kg/hm2，每10 d追肥1次。②在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，苗期追施解磷菌肥2次，每次7.5 kg/hm2。③在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，栽培前深埋秸稈30 000 kg/hm2。④在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，栽培前深埋秸稈30 000 kg/hm2，苗期追施解磷菌肥2次，每次7.5 kg/hm2。小區(qū)面積30 m2,每個處理3次重復(fù)。

1.2.2 樣品采集與測定 分別在苗期、初果期、盛果期、坐果后期使用土鉆采集為深度0～30 cm土壤樣品；在不同處理區(qū)采集初果期及盛果期黃瓜莖葉3株，取回后立即80 ℃殺青處理，105 ℃烘干2 h，粉碎過80目篩，4 ℃冰箱保存待用。土壤鈣、鎂離子測定采用EDTA絡(luò)合滴定法，鐵、銅、鋅離子測定采用消煮-原子吸收分光光度法；黃瓜秧苗中鈣、鎂、鐵、銅、鋅測試采用消煮-原子吸收分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對設(shè)施土壤有效鈣含量及黃瓜秧苗有效鈣吸收量的影響

鈣是植物生長必須的營養(yǎng)元素，能與果膠酸形成果膠酸鈣, 穩(wěn)定細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，并能將磷脂分子聯(lián)結(jié)起來,具有穩(wěn)定細(xì)胞膜的作用；細(xì)胞內(nèi)大部分鈣素存在于液泡中,對液泡內(nèi)陰陽離子的平衡有重要貢獻,具有滲透調(diào)節(jié)作用[10-11]；鈣離子含量高低能明顯影響作物抗病性。測試結(jié)果表明，土壤中添加秸稈或解磷菌沒有增加土壤中有效鈣含量，但在盛果期(3月12日)黃瓜秧苗中鈣含量有明顯差異，秸稈、解磷菌、解磷菌+秸稈3種處理黃瓜秧苗中鈣含量分別比對照提高8.99%、4.42%、6.26%，說明3種處理不能提高土壤中有效鈣含量，但能提高黃瓜根系吸收土壤中鈣的能力，解磷菌雖然有作用，但是單獨使用效果不如秸稈及秸稈+解磷菌(圖1)。

圖1 不同處理不同時間土壤及黃瓜秧苗中有效鈣含量Fig.1 Effective calcium content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.2 外源碳源和解磷菌對設(shè)施土壤有效鎂含量及其吸收的影響

鎂素是植物必需的中量元素之一， 對植物生長發(fā)育起重要作用。 鎂是植物細(xì)胞中重要的二價陽離子， 是葉綠素的中心離子及很多酶的活化劑， 參與能量代謝， 對提高作物產(chǎn)量具有重要作用[12]。測試結(jié)果表明，不同處理區(qū)土壤中鎂含量幾乎沒有差別，但是不同處理區(qū)黃瓜秧苗中鎂含量差異很大，秸稈、解磷菌、秸稈+解磷菌3種處理黃瓜秧苗中鎂含量分別比對照提高10.17%、6.63%、8.25%，雖然3種處理不能有效增加土壤中有效鎂含量，卻能明顯促進黃瓜根系對鎂離子的吸收，單獨使用解磷菌能增加黃瓜對鎂的吸收，但作用不如秸稈及秸稈+解磷菌大(圖2)。

圖2 不同處理不同時間土壤及黃瓜秧苗中有效鎂含量Fig.2 Effective magnesium contents in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.3 秸稈及解磷菌對設(shè)施土壤有效鐵含量及黃瓜秧苗中鐵含量的影響

鐵元素不僅參與植物體光合與呼吸、植物蛋白質(zhì)及核酸的合成、氮的固定等諸多生理代謝過程，還可參與電子傳遞，或作為酶促反應(yīng)中心，缺鐵明顯影響作物產(chǎn)量及品質(zhì)[13]。測試結(jié)果表明，不同處理間差異顯著，土壤中鐵含量變化大，在黃瓜初果期，3種處理土壤中有效鐵含量明顯高于對照，秸稈、解磷菌、秸稈+解磷菌處理分別比對照區(qū)提高2.50%、17.45%、20.50%，在黃瓜盛果期土壤中有效鐵含量分別比對照區(qū)降低10.85%、35.50%、15.22%；盛果期黃瓜秧苗中鐵離子含量差異顯著，3種處理區(qū)黃瓜秧苗中鐵離子含量分別比對照區(qū)提高13.39%、33.97%、13.68%，說明3種處理能部分增加土壤中有效鐵含量，但作用有限，促進黃瓜根系吸收鐵能力明顯高于對照，導(dǎo)致后期土壤中有效鐵含量明顯下降(圖3)。

圖3 不同處理不同時間土壤及黃瓜秧苗中有效鐵含量Fig.3 Effective iron content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.4 秸稈及解磷菌對設(shè)施土壤有效銅含量及黃瓜秧苗中銅含量的影響

銅是植物葉綠素組成部分，其含量高低直接影響植物的光合作用；同時銅也是部分氧化酶的組成部分，對植物的氧化還原起主導(dǎo)作用。測試結(jié)果表明，秸稈、解磷菌、秸稈+解磷菌處理能明顯促進黃瓜秧苗吸收銅離子，初果期差異不大，盛果期3種處理黃瓜秧苗中銅含量分別比對照區(qū)高14.90%、5.74%、11.57%，說明3種處理都能促進黃瓜根系吸收銅離子。不同時間進行土壤有效銅測試結(jié)果表明，3種處理區(qū)土壤有效銅含量一直比對照區(qū)含量提高，盛果初期3種處理分別比對照提高8.33%、7.60%、14.60%，盛果后期分別比對照提高12.19%、15.41%、16.49%，說明3種處理明顯提高了土壤有效銅含量(圖4)。

圖4 不同處理不同時間土壤及黃瓜秧苗中有效銅含量Fig.4 Effective copper content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.5 秸稈及解磷菌對設(shè)施土壤有效鋅含量及黃瓜鋅吸收量的影響

鋅主要存在于葉綠體中，催化二氧化碳的水和作用，促進二氧化碳的固定；同時鋅還參與植物生長激素的合成。試驗結(jié)果表明，3種處理能明顯增加土壤有效鋅含量，在盛果初期，3種處理分別比對照區(qū)提高24.50%、32.15%、19.76%，在盛果后期分別比對照區(qū)提高38.8%、33.26%、56.81%；不同處理對黃瓜秧苗中鋅離子含量有一定增加作用，但是差異不明顯，說明3種處理雖然能增加土壤中有效鋅含量，但并沒有促進黃瓜秧苗對鋅的吸收(圖5)。

圖5 不同處理不同時間土壤有效鋅含量測試結(jié)果Fig.5 Soil effective zinc content test results at different time points under different treatments

3 討 論

秸稈、解磷菌、秸稈+解磷菌3種處理均能增加黃瓜秧苗對鈣、鎂、鐵、銅的吸收，但對黃瓜秧苗吸收鋅沒有影響，其中秸稈+解磷菌處理對黃瓜秧苗吸收鈣、鎂、銅影響最大，促進作用分別達到6.26%、8.25%和11.57%，而單獨使用解磷菌作用不及秸稈和秸稈+解磷菌的作用效果，說明在有秸稈為外源碳源的情況下，能提高解磷菌的作用能力。

秸稈、解磷菌、秸稈+解磷菌3種處理對土壤中有效鈣、鎂、鐵含量無影響，而對銅和鋅影響顯著，在黃瓜秧苗的不同生長階段，土壤中銅、鋅的含量均有明顯提高，其中秸稈+解磷菌處理區(qū)土壤中有效銅含量最高，而單獨使用解磷菌效果較差，說明在有外源碳源秸稈存在的情況下，解磷菌更能發(fā)揮作用。秸稈+解磷菌對土壤在盛果后期作用最大，有效鋅含量明顯比對照及解磷菌處理區(qū)提高，說明在有外源碳源秸稈存在的情況下，能提高解磷菌的作用效果。