不同磷水平下接種解磷菌劑對生菜促生效應(yīng)及土壤磷素形態(tài)的影響

杜雷 陳鋼 王素萍

摘要：通過盆栽試驗(yàn)研究了在4種不同施磷水平下施用解磷菌劑對生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）促生效應(yīng)及土壤磷素形態(tài)的影響。結(jié)果表明，在土壤缺磷情況下，施用解磷菌劑能提高生菜葉和根的鮮重和干重，提高葉片凈光合速率和蒸騰速率，增加植株磷素吸收量，提高生菜的品質(zhì)和產(chǎn)量，并能減少土壤中全磷含量的積累，促進(jìn)土壤有效磷的釋放和土壤庫中有效磷的積累。在土壤磷素豐富的情況下，施用解磷菌劑對生菜的生長和土壤磷素營養(yǎng)促進(jìn)作用較弱。土壤添加磷肥量為0.375 g/kg，解磷菌劑對生菜的促生效應(yīng)和土壤磷素釋放效果最佳。解磷菌劑的應(yīng)用不僅能減少農(nóng)田土壤磷素的流失，減輕農(nóng)田土壤磷面源污染的風(fēng)險(xiǎn)，還能為蔬菜生產(chǎn)保質(zhì)保量，達(dá)到收益最大化。

關(guān)鍵詞：生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）;解磷菌劑;磷水平;生長;產(chǎn)量

中圖分類號：S636.9;S143.8 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）15-0049-05

Abstract：A potting experiment was conducted to evaluate the effects of the phosphate-solubilizing bacteria on lettuce growth and soil phosphorus forms at different growth stages of lettuce （Lactuca sativa var. ramosa Hort.） under four application levels of calcium-superphosphate. The results showed， under the condition of soil phosphorus deficiency， that the application of the phosphate-solubilizing bacteria could improve the leaf fresh weight， root fresh weight，leaf dry weight and root dry weight of lettuce， increased the net photosynthetic rate and transpiration rate， enhanced the phosphorus absorption capacity in lettuce plants， improved the nutritional quality and yield of lettuce， reduced the accumulation of whole phosphorus content in soil， and promoted the release of effective phosphorus and the accumulation of effective phosphorus in soil reservoir. In the case of the soil phosphorus abundance， the application of the phosphate-solubilizing bacteria was weaker influence on the growth of lettuce and soil phosphorus. When the amount of phosphate fertilizer in the soil was 0.375 g/kg， the phosphate-solubilizing bacteria promoting growth effect of lettuce and the soil phosphorus to release were the best. The application of the phosphate-solubilizing bacteria not only decrease the loss of phosphorus in agricultural land， mitigate the risk of phosphorus non-point source pollution， but also guarante the quality and quantity for farmers to maximize vegetable yield.

Key words： lettuce（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）; phosphate-solubilizing bacteria; phosphorus level; growth;yield

磷是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素。中國土壤全磷含量較高，但能被植物直接吸收利用的有效磷含量一般不超過全磷量的5%，大部分磷肥與土壤中的Ca2+、Fe3+、Fe2+、Al3+等結(jié)合，形成難溶性磷酸鹽。土壤有效磷的缺乏是中國及世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因子[1]，提高土壤中磷肥的利用率對促進(jìn)世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要作用。解磷微生物可以將土壤中難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)換為有效磷[2，3]。有研究表明，解磷微生物能夠提高磷肥利用率、土壤磷素含量以及增加作物產(chǎn)量[4，5]。解磷微生物也能增加植物根系對一些微量營養(yǎng)元素（例如鋅、銅等）的吸收，增強(qiáng)植物對病害的抵御能力[6]。解磷菌能使土壤中難溶性無機(jī)磷溶解，故被廣泛用于接種劑，以增加磷吸收量和作物產(chǎn)量[7-10]。目前，研究已報(bào)道的解磷微生物主要有細(xì)菌、真菌和放線菌等[11-13]，其中溶磷細(xì)菌的數(shù)量和種類最多。由于不同種類的溶磷菌或同種不同菌株之間的溶磷能力都有明顯的差異，所以摸清解磷菌株的解磷機(jī)理和對作物的促生效應(yīng)顯得尤為重要。

筆者所在研究團(tuán)隊(duì)從武漢市長期種植的蔬菜根際土壤中分離篩選出一株解磷能力較高的根瘤菌（Rhizobium）P1，目前該菌株已被保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏號為CCTCCM2016333[14]。其后將該菌株液體發(fā)酵研制成了解磷菌劑。本試驗(yàn)研究了在4個(gè)不同施磷水平下接種該解磷菌劑對生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）各生育期的農(nóng)藝性狀、光合作用、養(yǎng)分積累量和土壤全磷、有效磷含量的影響，探討該解磷菌劑在土壤不同磷素水平下的解磷效果，并進(jìn)一步闡明解磷菌劑在生菜不同生育期的促生效應(yīng)，旨在為開發(fā)高效微生物菌肥提供種質(zhì)資源，也為該菌株在田間試驗(yàn)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院北部園區(qū)玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。土壤為灰潮土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為10.5 g/kg，硝態(tài)氮含量為25.23 mg/kg，速效磷含量為9.66 mg/kg，全磷含量為0.72 g/kg，速效鉀含量為110.89 mg/kg，pH為7.86。試驗(yàn)采用盆栽設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理，分別為不施磷+滅活菌劑（CK）、不施磷+解磷菌劑（T1）、施1/4常規(guī)用量磷+解磷菌劑（T2）、施1/2常規(guī)用量磷+解磷菌劑（T3）、施常規(guī)用量磷+解磷菌劑（T4）和施常規(guī)用量磷+滅活菌劑（T5）。各處理在等氮、鉀養(yǎng)分條件下施肥，每盆裝土15 kg，所用化肥為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O5 16%）和硫酸鉀（含K2O 51%），各處理具體施肥量見表1。以上肥料作基肥一次性拌土施入。生菜種子為澳優(yōu)四季生菜，由武漢金正現(xiàn)代種業(yè)有限公司生產(chǎn)。解磷菌劑為筆者所在實(shí)驗(yàn)室篩選的根瘤菌P1菌株液體擴(kuò)大培養(yǎng)所制成，活菌含量達(dá)2.0×1010 CFU/mL以上，接種量為每棵50 mL，其中滅活菌劑即為P1菌株發(fā)酵液121 ℃滅菌后所得，解磷菌劑于生菜移栽后澆灌于根部周圍。每處理10盆，每盆種2株生菜，重復(fù)間隨機(jī)排列，管理一致。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

分別在生菜的幼苗期（2015年5月5日）、蓮座期（2015年5月20日）和采收期（2015年6月5日）測定植株的農(nóng)藝性狀、光合作用、養(yǎng)分積累量和土壤全磷、有效磷含量，在生菜采收時(shí)進(jìn)行產(chǎn)量和品質(zhì)的測定。生菜的農(nóng)藝性狀主要測定植株地上部鮮重、地下部鮮重、葉片數(shù)、地上部干重和地下部干重;生菜光合作用的測定采用CB-1102型便攜式光合蒸騰儀，于生菜不同生育期選擇晴天上午9﹕00—11﹕00測定植株同一部位完全展開功能葉的凈光合速率、蒸騰速率，每重復(fù)均取3株;生菜植株養(yǎng)分含量的測定采用H2SO4-H2O2消解法，土壤全磷含量的測定采用NaOH熔融法，土壤有效磷含量的測定采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法[15];生菜品質(zhì)性狀可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[16];生菜產(chǎn)量以平均每株生菜的地上鮮重表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，采用DPS3.01統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 解磷菌劑對生菜農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，在生菜的整個(gè)生育期，各處理間生菜葉片數(shù)無明顯差異，少施磷生菜植株生長矮小，但對葉片數(shù)影響不大;當(dāng)施磷水平為0時(shí)，T1處理的葉鮮重、根鮮重、葉干重和根干重都高于CK;當(dāng)施磷水平為常規(guī)用量時(shí)，T4處理的葉鮮重、根鮮重、葉干重和根干重與T5處理無明顯差異;各施用解磷菌劑的處理隨著施磷水平的增加，生菜的葉鮮重、根鮮重、葉干重和根干重也隨之增大，當(dāng)施磷水平達(dá)到常規(guī)用量的1/2時(shí)，生菜的葉鮮重、根鮮重、葉干重和根干重較高，隨后趨于穩(wěn)定。

2.2 解磷菌劑對生菜葉片凈光合速率和蒸騰速率的影響

生菜的凈光合速率、蒸騰速率是影響其產(chǎn)量形成的重要因子。由表3可知，在生菜的整個(gè)生育期內(nèi)，各處理生菜葉片凈光合速率、蒸騰速率具有相同的變化趨勢。從幼苗期到蓮座期，各處理的葉片凈光合速率和蒸騰速率都表現(xiàn)出上升趨勢，進(jìn)入采收期，所有處理葉片凈光合速率和蒸騰速率都表現(xiàn)出下降趨勢。處理T3、T4和T5的生菜葉片凈光合速率和蒸騰速率在各生育期均較高，且均顯著高于CK。減施磷肥使生菜生長緩慢，低磷處理的生菜長勢要明顯弱于高磷處理，所以造成葉片凈光合速率和蒸騰速率也低于高磷處理，當(dāng)施磷水平達(dá)到常規(guī)用量的1/2時(shí)，T3處理的葉片凈光合速率和蒸騰速率與T5處理達(dá)到相同水平，且蓮座期的凈光合速率和采收期的蒸騰速率均顯著高于T4處理。

2.3 解磷菌劑對生菜植株磷素吸收的影響

由表4可知，隨著磷肥施用量的增大，各生育期生菜植株磷素積累量也隨之增大。至采收期，當(dāng)施磷量相同時(shí)，低水平的施磷處理T1的植株磷素積累量要顯著高于CK，高水平的施磷處理T4的植株磷素積累量與T5無顯著差異，說明解磷菌劑在土壤缺磷情況下能增加生菜植株磷素吸收量，在土壤磷素豐富的情況下解磷能力較弱。

2.4 解磷菌劑對土壤全磷和有效磷含量的影響

從表5可以看出，各處理間土壤全磷含量從幼苗期到蓮座期整體呈增加趨勢;進(jìn)入采收期后，不施解磷菌劑的CK和T5處理的土壤全磷含量繼續(xù)呈上升趨勢，而施解磷菌劑的T1、T2、T3、T4處理的土壤全磷含量基本上呈少量增長或下降趨勢，其中T3處理的土壤全磷含量降低最明顯，說明施用解磷菌劑能減少土壤中全磷含量的積累，降低磷素被固定于土壤中的風(fēng)險(xiǎn)。

各處理土壤有效磷含量在幼苗期總體上隨磷肥施入量的增多而增多，并隨著生育期的推進(jìn)，土壤中有效磷含量越來越低。這是因?yàn)榱追适┤胪寥篮?，一部分被植株吸收利用，而另一部分則被固定于土壤中，使土壤中有效磷含量逐漸降低。CK與T1兩個(gè)不施磷處理中，T1處理的各生育期土壤有效磷含量均顯著高于CK。

2.5 解磷菌劑對土壤-作物系統(tǒng)有效磷變化的影響

土壤-作物系統(tǒng)有效磷反映的是土壤在植株整個(gè)生育期中有效磷釋放的總值。由表6可知，隨著磷肥施用量的增大，土壤-作物系統(tǒng)有效磷變化量也隨之增大，說明在作物的整個(gè)生育期中土壤庫中的有效磷變化量主要來源于磷肥的施入。CK與T1兩個(gè)不施磷處理中，T1處理的土壤-作物系統(tǒng)有效磷變化量顯著高于CK，而T4與T5兩個(gè)施全量磷處理中，T4處理的土壤-作物系統(tǒng)有效磷變化量顯著高于T5處理，但增幅相對較小，說明解磷菌劑在土壤缺磷的情況下能促進(jìn)土壤有效磷的釋放，在土壤磷素豐富的情況下促進(jìn)作用較弱。T3與T5處理的土壤-作物系統(tǒng)有效磷變化量無顯著差異，但T3處理的磷肥施入量僅為T5處理的1/2，這可能是解磷菌劑在發(fā)揮作用，促進(jìn)了土壤庫中的有效磷素積累。

2.6 解磷菌劑對生菜品質(zhì)的影響

隨著人們環(huán)保和健康意識的提高，作物生產(chǎn)已由提高產(chǎn)量向改善品質(zhì)上轉(zhuǎn)移。由表7可知，隨著磷肥施入量的增加，可溶性糖含量先增加后減少;當(dāng)施磷量相同時(shí)，T4處理顯著高于T5處理，說明解磷菌劑能提高生菜的可溶性糖含量。維生素C含量隨磷肥施入量的增加而增多，在施磷量僅為常規(guī)用量的1/2時(shí)達(dá)到最高值，隨后增施磷反而降低了維生素C含量;當(dāng)施磷量相同時(shí)，T1處理的維生素C含量顯著高于CK，T4處理的維生素C也顯著高于T5處理，說明解磷菌劑的施用能提高生菜的維生素C含量。各處理生菜葉片的硝酸鹽含量均低于中國蔬菜硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)允許量（432 mg/kg），磷肥的增施促進(jìn)了生菜葉片硝酸鹽含量的積累，但是在磷肥相同施用量下，T1處理的硝酸鹽含量顯著低于CK，T4處理的硝酸鹽含量也顯著低于T5，說明增施解磷菌劑能降低生菜的硝酸鹽含量。

2.7 解磷菌劑對生菜產(chǎn)量的影響

由表8可知，在施用解磷菌劑情況下，隨著磷肥用量的增加，生菜的產(chǎn)量也隨之增加，當(dāng)磷肥施用量達(dá)常規(guī)用量的1/2時(shí)，生菜單株產(chǎn)量趨于穩(wěn)定，與常規(guī)施磷肥處理無顯著差異，比CK增產(chǎn)49.89%，說明施用解磷菌劑能促進(jìn)磷肥的利用。在施磷量相同的情況下，T1處理的生菜產(chǎn)量顯著高于CK，T4處理與T5處理無顯著差異。

3 小結(jié)與討論

磷素以多種途徑參與植物體內(nèi)各種代謝過程，影響植物的生理和形態(tài)，而且是影響作物產(chǎn)量提高的主要營養(yǎng)元素之一[17，18]。在陸地生態(tài)系統(tǒng)，解磷微生物能與80%以上的植物形成共生體，從而增加根系對營養(yǎng)元素的吸收并且促進(jìn)植物生長[19]。本試驗(yàn)中設(shè)置在4種不同磷水平下接種解磷菌劑，發(fā)現(xiàn)在土壤缺磷的情況下，添加解磷菌劑能提高生菜的葉鮮重、根鮮重、葉干重和根干重，在土壤磷素豐富的情況下，添加解磷菌劑對生菜生長促進(jìn)作用較小;當(dāng)磷肥施用量為常規(guī)用量的1/2時(shí)，添加解磷菌劑后生菜的生長狀況能達(dá)到常規(guī)施磷用量的效果。缺乏磷素使植物ATP合成受阻，從而影響植株的光合作用與光能磷酸化[20]。本研究表明，在生菜的整個(gè)生育期內(nèi)，各處理生菜葉片凈光合速率和蒸騰速率都是隨著施磷水平的增加而提高，但當(dāng)施磷水平達(dá)到常規(guī)用量的1/2時(shí)，在生菜的蓮座期和采收期，T3處理的葉片凈光合速率和蒸騰速率要高于T4處理，與T5處理達(dá)相同水平。這說明高磷水平下施用解磷菌劑反而抑制了生菜的光合作用。

本研究結(jié)果還表明，在土壤缺磷情況下，施用解磷菌劑能增加生菜植株磷素吸收量，減少土壤中全磷含量的積累，降低磷素被固定于土壤中的風(fēng)險(xiǎn)，還可以促進(jìn)土壤有效磷的釋放和土壤庫中有效磷的積累，并能提高生菜的營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量;在土壤磷豐富的情況下，施用解磷菌劑促進(jìn)作用較弱。這與賀超等[21]的研究結(jié)果一致，低磷更有利于解磷微生物的發(fā)揮，磷水平過高時(shí)，植物根系直接吸收磷營養(yǎng)就能完全滿足其正常生長需要，無需解磷微生物改善其磷營養(yǎng)狀況。同時(shí)，過量施用磷肥還能降低植物根系光合產(chǎn)物分配量，使解磷微生物完全成為消耗光合產(chǎn)物的消費(fèi)者[22]。這說明了低磷土壤中植物更需要解磷微生物幫助其吸收轉(zhuǎn)化磷養(yǎng)分，也更利于解磷微生物的侵染，使其更好地發(fā)揮解磷功能，而高磷土壤中，植物不需要解磷微生物，更不需要光合產(chǎn)物的競爭者，所以在高磷土壤中植物根系可能會(huì)分泌某種物質(zhì)抑制解磷微生物侵染?？梢姡挥型寥懒姿竭m宜時(shí)解磷微生物才能表現(xiàn)出良好的促生效應(yīng)。本試驗(yàn)證明，將根瘤菌P1菌株制成微生物菌劑施用于盆栽土壤中能起到減施化肥50%而不減產(chǎn)的效果，并且還能提高生菜的品質(zhì)。這說明該菌劑的應(yīng)用不僅能減少農(nóng)田土壤磷素的流失，降低農(nóng)田土壤磷面源污染的風(fēng)險(xiǎn)，還能為蔬菜生產(chǎn)保質(zhì)保量，達(dá)到收益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任海紅，劉學(xué)義，李貴全. 大豆耐低磷脅迫研究進(jìn)展[J]. 分子植物育種，2008，6（2）：316-322.

[2] 陳 謙，張維新，趙 海，等. 生物有機(jī)肥中幾種功能微生物的研究及應(yīng)用概況[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2010，16（2）：294-300.

[3] 喬志偉，洪堅(jiān)平，謝英荷，等. 一株石灰性土壤強(qiáng)溶磷真菌的分離鑒定及溶磷特性[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2013，19（5）：873-877.

[4] 蔣欣梅，夏秀華，于錫宏，等. 微生物解磷菌肥對大棚茄子生長及土壤有效磷利用的影響[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2012，39（6）：685-688.

[5] 郝 晶，洪堅(jiān)平，劉 冰，等. 不同解磷菌群對豌豆生長和產(chǎn)量影響的研究[J]. 作物雜志，2006，22（1）：73-76.

[6] VASSILEV N，VASSILEVA M，NIKOLAEVA I. Simultaneous P-solubilizing and biocontrol activity of microorganisms： Potentials and future trends[J]. Applied microbiology & biotechnology， 2006， 71（2）：137-144 .

[7] KHALID A，ARSHAD M，ZAHIR Z A. Screening plant growth-promoting rhizobacteria for improving growth and yield of wheat[J]. Journal of applied microbiology，2004，96（3）：473-480.

[8] HAMEEDA B， RUPELA O P， REDDY G， et al. Application of plant growth- promoting bacteria associated with composts and macrofauna for growth promotion of Pearl millet （Pennisetum glaucum L. ）[J]. Biology and fertility of soils， 2006， 43（2）：221-227.

[9] CHEN Z X，MA S W，LIU L L. Studies on phosphorus solubilizing activity of a strain of phosphobacteria isolated from chestnut type soil in China[J]. Bioresource technology，2008，99（14）：6702-6707.

[10] REYES I，BERNIER L，ANTOUN H. Rock phosphate solubilization and colonization of maize rhizosphere by wild and genetically modified strains of Penicillium rugulosum[J]. Microbial ecology， ?2002， 44（1）：39-48.

[11] 林啟美，趙小蓉，孫炎鑫. 四種不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤解磷菌細(xì)菌數(shù)量及種群分布[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（1）：34-37.

[12] SUDHAKARA R M，SURENDER K，BABITA K，et al. Biosolubilization of poorly soluble rock phosphates by Aspergillus tubingensis and Aspergillus niger[J]. Bioresource technology，2002，84（2）：187-189.

[13] 趙小蓉，林啟美，孫焱鑫，等. 小麥根際與非根際解磷細(xì)菌的分布[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2001，16（1）：111-115.

[14] 杜 雷，王素萍，陳 鋼，等. 一株高效解磷細(xì)菌的篩選鑒定及其溶磷能力的研究[J]. 中國土壤與肥料，2017（3）：136-141.

[15] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[16] 李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[17] SHEN J B， YUAN L X， ZHANG J l， et al. Phosphorus dynamics：From soil to plant[J]. Plant physiology，2011，156（3）：997-1005.

[18] 陳梅梅，陳保冬，王新軍，等. 不同磷水平土壤接種叢枝菌根真菌對植物生長和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（4）：1980-1986.

[19] 龐春花，楊世芳，張永清，等. 不同施磷水平下接種AM真菌對藜麥生長及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響[J]. 作物雜志，2017（6）：131-139.

[20] 于海彬，周 芹，劉 娜，等. 不同氮磷營養(yǎng)水平對甜菜葉片光合速率的影響[J]. 中國糖料，2001（3）：19-21.

[21] 賀 超，賀學(xué)禮，馬 麗，等. AM真菌和施磷量對黃芩光合特性和根系生長的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（11）：180-184.

[22] HE X L. Dynamics of arbuscular mycorrhizal fungi and glomalin in the rhizosphere of Artemisia ordosica Krasch. in Mu Us sandland， China[J]. Soil biology & biochemistry，2010，42（8）：1313-1319.