微生物菌劑對(duì)土壤酶活性及高粱生長(zhǎng)的影響

范娜, 彭之東, 白文斌, 趙建武

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所, 山西 晉中 030600)

土壤酶作為研究土壤生物活性及土壤肥力的重要組成部分，在土壤物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的催化作用，其活性高低可以反映土壤中各種生物化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)度和方向，對(duì)土壤肥力的演化具有重要影響。

微生物菌肥有益微生物數(shù)量多、含有多種微量元素、有機(jī)質(zhì)及活性酶含量高，能降低或抑制土壤中有害微生物的存活與繁殖[1]，對(duì)作物生長(zhǎng)、改善土壤環(huán)境及提高土壤水分和肥料的利用率有較大促進(jìn)作用，最終提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)。微生物肥料根據(jù)功能可分為固氮菌肥、有機(jī)磷菌肥、無(wú)機(jī)磷菌肥、解鉀菌肥和抗生菌肥等。芽孢桿菌具有良好的促生能力，將其制成微生物菌肥可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)。近年來(lái)，許多學(xué)者開(kāi)展了有關(guān)微生物菌肥提高作物生長(zhǎng)狀況及品質(zhì)研究。龐強(qiáng)強(qiáng)等[2]研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌肥可顯著提高白菜的生長(zhǎng)速度，提高白菜的葉長(zhǎng)、葉寬、株高、單株鮮重和葉綠素含量，降低白菜葉片的硝酸鹽含量，提高可溶性糖和 Vc 含量，增強(qiáng)土壤蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶的活性；李倩等[3]研究表明，與不施微生物制劑相比，增施微生物制劑烤煙連作土壤脫氫酶、脲酶和蔗糖酶活性顯著升高，提高了土壤微生物量碳和微生物量，土壤呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)，土壤微生物數(shù)量(細(xì)菌、真菌和放線菌)、自生固氮菌、解磷細(xì)菌和解鉀細(xì)菌數(shù)量增加；以促生芽孢桿菌為主要成分的微生態(tài)制劑對(duì)烤煙的產(chǎn)質(zhì)量及防病效果最好。

粉煤灰是火力發(fā)電廠產(chǎn)業(yè)的廢棄物[4]；醋糟是生產(chǎn)食醋后得到的固態(tài)部分, 山西省醋糟產(chǎn)量56萬(wàn)t·a-1，營(yíng)養(yǎng)利用價(jià)值高，營(yíng)養(yǎng)元素多，滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的各種營(yíng)養(yǎng)需求[5]；菌糠為食用菌栽培的廢棄物，木質(zhì)纖維素含量高,因此將有機(jī)廢棄物粉煤灰、醋糟和菌糠進(jìn)行科學(xué)的再利用具有十分重要的意義[6]。

高粱作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要的作物，具有抗逆性強(qiáng)，光合效率高等顯著特性，是干旱、鹽堿和瘠薄等邊際農(nóng)田生長(zhǎng)的先鋒作物、相對(duì)高產(chǎn)作物。目前,利用醋糟、粉煤灰和菌糠配合微生物菌劑應(yīng)用于高粱生產(chǎn)的研究少見(jiàn)報(bào)道。本課題組研究了微生物菌劑對(duì)高粱不同生育期土壤蔗糖酶、磷酸酶活性的變化及對(duì)高粱生長(zhǎng)的影響，揭示了微生物菌肥施用對(duì)鹽堿地改良效果，將有機(jī)廢棄物資源有效再利用，對(duì)耐鹽微生物菌株的篩選活化，為改良鹽堿地提供行之有效的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基本概況

實(shí)驗(yàn)于2018年4—10月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高粱研究所修文試驗(yàn)基地旱棚內(nèi)進(jìn)行。土壤質(zhì)地為褐土， 土壤理化性狀為：pH 8.13、 EC值4.18 ms·cm-1、堿解氮48.76 mg·kg-1、速效磷18.92 mg·kg-1、速效鉀122.8 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)10.31 g·kg-1，硝態(tài)氮31.78 mg·kg-1，銨態(tài)氮12.81 mg·kg-1，陽(yáng)離子交換量14.27 cmol·kg-1。

1.1.1試驗(yàn)材料 高粱品種為晉雜41號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院(現(xiàn)山西農(nóng)業(yè)大學(xué))高粱研究所自主研發(fā)。

粉煤灰由山西省晉中市榆次電廠提供；醋糟由山西省東湖醋廠提供；菌糠為腐熟的杏鮑菇菌糠，由當(dāng)?shù)胤N植戶提供；芽孢桿菌由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。材料基本理化性狀見(jiàn)表1。

1.1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在旱棚內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)，用30 cm×25 cm的聚乙烯塑料盆，每盆裝風(fēng)干鹽堿土5 kg。醋糟、粉煤灰和菌糠采用1∶1∶1配比, 菌劑按照1∶10 000的比例添加,進(jìn)行腐熟發(fā)酵，然后用塑料薄膜覆蓋就地進(jìn)行生物發(fā)酵，腐熟約7 d，微生物菌劑的有效活菌數(shù)≥0.5×108CFU·g-1，具體試驗(yàn)處理情況見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)微生物菌劑處理Table 2 List of microbial agent treatments

1.1.3菌種的活化 將 4 ℃下保藏在平皿中的菌株分別接種至 PDA(土豆200 g、葡萄糖20 g、瓊脂20 g、水1 L)固體培養(yǎng)基中，活化24 h，在RTOP人工氣候培養(yǎng)箱(浙江托普儀器有限公司)中培養(yǎng)，濕度為 60%，光照/黑暗時(shí)間為 12 h/12 h。培養(yǎng)溫度37 ℃，加入鏈霉素進(jìn)行抗性鍛煉培養(yǎng)7 d后放在冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 土壤理化性狀測(cè)定

土樣采集0—20 cm土層，取回后風(fēng)干，土與水按 1∶5配置成浸提液，利用雷諾DOS-307A電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)值，利用雷諾PHs-3E酸度計(jì)測(cè)定pH[7]。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法，土壤全氮采用半微量凱氏定氮法，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗顯色分光光度法，土壤速效鉀采用醋酸銨提取火焰光度法測(cè)定[4]。

1.3 土壤酶活性測(cè)定

分別于苗期(2018年6月1日)、拔節(jié)期(2018年8月5日)、抽穗期(2018年8月25日)、灌漿期(2018年9月10日)和成熟期(2018年10月1日)取植株根部的土樣，進(jìn)行多點(diǎn)取樣，分別混合，混勻后過(guò)1 mm 篩[7]，采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶[7]，采用磷酸苯二鈉法測(cè)定土壤磷酸酶[8]。

1.4 植株葉片酶活性指標(biāo)測(cè)定

高粱間苗后開(kāi)始每隔10 d取植株樣本，分3次取樣。剪取擦拭干凈葉3～5片，經(jīng)液氮處理放入超低濕冰箱中保存，用于測(cè)定高粱超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)含量。

其中，SOD和POD采用鄰苯二酚比色法測(cè)定，MDA采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定。

1.5 高粱株高測(cè)定

分別于高粱苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期用直尺測(cè)定植株高度。

1.6 分析軟件和分析方法

采用 Excel 2012 及 DPS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)各處理下不同酶活性值進(jìn)行單因素方差分析，檢驗(yàn)不同微生物菌劑處理之間的差異顯著性(P<0.05) 。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)高粱株高的影響

從表3可以看出，微生物菌劑T5高粱株高苗期長(zhǎng)勢(shì)最好，T6在該時(shí)期長(zhǎng)勢(shì)不如T5，但是到了后期長(zhǎng)勢(shì)高于T5，這種優(yōu)勢(shì)一直持續(xù)到成熟期，T6株高(成熟期)分別比其他處理高15.08%、13.93%、3.59%、2.87%、1.44%、23%；T6比CK株高(苗期)、株高(拔節(jié)期)、株高(抽穗期)、株高(灌漿期)、株高(成熟期)分別提高了31.82%、16.32%、14.58%、14.28%、23.0%，說(shuō)明XM2菌劑稀釋100倍效果較好。

2.2 不同處理對(duì)高粱酶活性的影響

2.2.1對(duì)MDA的影響 逆境脅迫環(huán)境條件下，植物為了減少外界環(huán)境對(duì)其造成的傷害，在體內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)。有研究表明[9-10]，植物體內(nèi)積累一定的脯氨酸可以調(diào)節(jié)植物自身適應(yīng)逆境條件。

高粱間苗后開(kāi)始每隔10 d取植株樣本,由圖1可知，鹽脅迫下MDA的含量會(huì)有不同程度的增加，微生物菌劑處理含量增加的幅度較小。T5、T6的MDA含量(2018-06-01)分別為18.43 μmol·g-1FW、17.28 μmol·g-1FW、MDA含量(2018-06-10)分別為22.07 μmol·g-1FW、21.85 μmol·g-1FW，MDA含量(2018-06-20)分別為22μmol·g-1FW、24.73 μmol·g-1FW，MDA含量(2018-06-30)分別為30.12 μmol·g-1FW、 28.56 μmol·g-1FW，其中以XM2菌劑效果最好。

2.2.2對(duì)SOD和POD的影響 高粱間苗后開(kāi)始每隔10 d取植株樣本,由表4可知，SOD、POD活性均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)?；钚栽鰪?qiáng)的原因是鹽脅迫下植物體內(nèi)的 SOD、POD活性在逆境脅迫條件下，含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從而有利于清除氧自由基，降低自由基至較低水平，使細(xì)胞膜免于自由基的破壞，保護(hù)了細(xì)胞的完整和穩(wěn)定，進(jìn)而提高植物對(duì)逆境的抗性[11]。

表3 不同微生物菌劑處理下高粱株高Table 3 Height of sorghum plant under different microbial agent treatments (cm)

注：圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters in the figure indicate significant difference at P<0.05 level.圖1 不同處理MDA含量變化Fig.1 Change of MDA content in dif ferent microbial agent treatment

表4 鹽分脅迫下不同微生物菌劑處理POD、SOD含量的變化Table 4 Changes in POD and SOD contents of different microbial agent treatment under salt stress(U·g-1FW·min-1)

微生物菌劑可以提高植株體內(nèi)SOD 、POD活性，從而表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)能力。其中菌劑ZSY(稀釋100倍)的SOD、POD活性高與其他處理之間差異顯著。

2.3 對(duì)土壤酶活性的影響

土壤磷酸酶與土壤中磷的轉(zhuǎn)化呈正比關(guān)系。

2.3.1對(duì)土壤蔗糖酶的影響 由圖 2 可見(jiàn)，增施微生物菌劑的各處理土壤蔗糖酶活性均高于CK，T5、T6土壤蔗糖酶含量最高，在高粱生長(zhǎng)苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期土壤中的蔗糖酶活性均為最高，分別為 1.441、1.495、1.407和 1.379 mg·g-1·d-1，與其他各處理相比差異顯著，高粱拔節(jié)期各處理對(duì)土壤蔗糖酶的影響為T(mén)5>T6>T1>T4>T2>T3>CK; 各處理對(duì)不同時(shí)期蔗糖酶活性的影響大小為拔節(jié)期>抽穗期>苗期>成熟期。這說(shuō)明篩選出的微生物菌劑提高了土壤蔗糖酶的活性，改善了土壤的肥力狀況，提高了作物對(duì)土壤中氮素的吸收[12]。

2.3.2對(duì)土壤磷酸酶的影響 隨著生育期的推進(jìn)，土壤磷酸酶活性呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，其中高粱生長(zhǎng)苗期土壤磷酸酶含量最高。T5各生育期土壤磷酸酶活性最高，T6次之，明顯高于其他處理。T5對(duì)土壤磷酸酶活性的影響在苗期表現(xiàn)最明顯，分別比其他處理提高了49.25%、63.31%、58.67%、64.38%和68.79%。

注：圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters in the figure indicate significant difference at P<0.05 level.圖2 不同微生物菌劑處理土壤蔗糖酶變化Fig.2 Changes of sucrase in soil treated with different microbial agent treatments

注：圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。Note：Different small letters in the figure indicate significant difference at P<0.05 level.圖3 不同處理土壤磷酸糖酶變化Fig.3 Changes of phosphoglycans in soil treated with different treatments

2.4 鹽堿地條件下不同處理干物質(zhì)動(dòng)態(tài)積累

由表5可知，T5葉片干重最高。高粱苗期是鹽分敏感期，處理之間差異顯著；拔節(jié)期處理之間差異性減弱。T1、T2和T3、T4之間差異不顯著，T5、T6與其他處理之間差異顯著，葉片干重比其他處理增幅10%～12.5%之間，葉片莖桿干重比其他處理增幅8.67%～10.3%之間。到成熟期時(shí)，穗部性狀(表6)不同材料間有所差異，T3處理穗軸干重和籽粒千粒均表現(xiàn)最高，分別為26.12 和49.01 g，與其他處理差異顯著。

從表5、表6可以看出，增施微生物菌劑的各處理植株干物質(zhì)量均高于對(duì)照，這可能是微生物菌劑提高了土壤肥力，土壤蔗糖酶與磷酸酶的活性提高促進(jìn)了高粱對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，高粱表現(xiàn)出較高的生長(zhǎng)能力，提高了干物質(zhì)的含量。

表5 不同處理干物質(zhì)動(dòng)態(tài)積累Table 5 Dynamic accumulation of dry matter under different treatments

表6 不同處理高粱穗軸干重和千粒重Table 6 1 000-grain weight of sorghum and Cob dry weight under different treatments

3 討論

醋糟營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高，醋糟施入土壤后可進(jìn)一步腐熟發(fā)酵成為腐殖質(zhì), 進(jìn)而增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量, 另外醋糟本身特有的物理特性可以提高土壤保水、保肥和透氣性[13]。土壤酶活性反映土壤肥力的高低，對(duì)保持土壤肥力具有重要意義,反映土壤有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化情況[14]，微生物菌肥施入土壤，改善土壤理化性狀，增加了土壤C/N、提高了有機(jī)質(zhì)含量和提高了酶活性，土壤酶活性高低反映了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的情況，是土壤中活躍的有機(jī)成分，反映土壤活性高低和微生物數(shù)量，維持土壤C、N平衡，提供植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分[15]。土壤蔗糖酶反映土壤碳素營(yíng)養(yǎng)狀況[16]。研究結(jié)果表明，施用各種微生物菌肥提高了土壤蔗糖酶與磷酸酶的活性，以微生物菌劑T5和微生物菌劑T6對(duì)蔗糖酶的影響最大，在高粱生長(zhǎng)苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期土壤中的蔗糖酶活性均為最高，分別為 1.441、1.495、1.407和 1.379 mg·g-1·d-1，明顯高于其他各處理，各處理對(duì)高粱拔節(jié)期土壤蔗糖酶的影響大小為 T5>T6>T1>T4>T2>T3>CK; 各處理對(duì)蔗糖酶活性在高粱各生育期的影響大小為拔節(jié)期>抽穗期>苗期>成熟期。這說(shuō)明適宜微生物菌劑可以顯著提高土壤蔗糖酶活性，有效改善土壤的肥力狀況，從而提高作物對(duì)土壤中氮素的利用；隨著生育期的推進(jìn)，土壤磷酸酶活性呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為苗期最高。T5各生育時(shí)期各土層的土壤磷酸酶活性均顯著高于其他各處理，且酶活性均為最高，T6次之。T5對(duì)土壤磷酸酶活性的影響在苗期表現(xiàn)最明顯。這一研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果相一致[17]；試驗(yàn)結(jié)果還表明，T6葉干重最高。高粱苗期是鹽分敏感期，處理之間差異顯著；拔節(jié)期處理之間差異性減弱。T1、T2和T3、T4之間差異不顯著，T5、T6與其他處理之間差異顯著，葉片干重比其他處理增幅10%～12.5%之間，葉片莖桿干重比其他處理增幅8.67%～10.3%之間；到成熟期時(shí)，籽粒千粒重不同材料間有所差異。這一研究結(jié)果與符冠富等[18]和呂軍等[19]的研究結(jié)果相一致。