秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)特性的影響

薩如拉，張雪婷，楊恒山，張 云，徐永輝

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)，內(nèi)蒙古通遼028000）

0 引言

內(nèi)蒙古是中國(guó)玉米主產(chǎn)區(qū)之一，玉米連作是該地區(qū)主要種植方式，近年種植面積不斷擴(kuò)大[1]。秸稈是土壤氮素的重要物質(zhì)來源，土壤氮素增加效果取決于秸稈類型和還田量[2]。不同地區(qū)適宜還田量不同，東北旱地秸稈還田進(jìn)行黑土培肥，需不低于67%收獲量的秸稈持續(xù)還田才能維持土壤對(duì)氮素的保持功能[3]；在南方雙季稻生產(chǎn)中，半量早稻和晚稻秸稈均還田對(duì)提高早稻產(chǎn)量效果最優(yōu)[4]；江淮丘陵地區(qū)小麥秸稈中等還田量(3750 kg/hm2)配施秸稈腐熟劑，水稻增產(chǎn)作用更明顯[5]；在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟潮土區(qū)半量秸稈還田（玉米秸稈約為3840.6 kg/hm2+小麥秸稈約為4097.2 kg/hm2）下‘浚單20’籽粒產(chǎn)量最高，而‘鄭單958’在全量秸稈還田下產(chǎn)量表現(xiàn)最好[6]；黃土高原有灌溉條件的地區(qū)玉米秸稈還田量9000 kg/hm2，可使接茬冬小麥顯著增產(chǎn)7.47%[7]。北方干旱缺水地區(qū)玉米秸稈還田6000 kg/hm2處理效果最好[8]。內(nèi)蒙古區(qū)域年均氣溫較低，且低溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致秸稈降解轉(zhuǎn)化周期長(zhǎng)，難以作為當(dāng)季作物的肥源，秸稈降解難是制約該區(qū)域秸稈還田的關(guān)鍵因素。秸稈腐熟劑的應(yīng)用被認(rèn)為是加速還田秸稈腐解常用的方法，但腐熟劑功能微生物對(duì)于分解底物具有較強(qiáng)的特異性。秸稈腐熟過程中，堆料浸提濃度的不同對(duì)浸出物的量和種類影響很大[9-10]，不同浸出物又可以通過釋放不同的化感物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)或抑制的化感作用[11-12]。腐解時(shí)間較短的秸稈腐解液會(huì)對(duì)玉米產(chǎn)生逆境脅迫，造成植株內(nèi)源激素代謝紊亂，抑制植株生長(zhǎng)，加速植株衰老[13]。玉米連作會(huì)導(dǎo)致化感物質(zhì)的積累[14]，也會(huì)影響到根系分泌物的分泌和累積，進(jìn)而影響到化感作用的強(qiáng)弱[15]；植物根系屬性對(duì)化感物質(zhì)的響應(yīng)主要受化感物質(zhì)類型和添加濃度、植物種類與培養(yǎng)條件等多因素影響[16]。玉米根系分泌物可降低酚酸類物質(zhì)對(duì)土壤微生物活性、微生物量、酶活性及養(yǎng)分含量的化感指數(shù)，以低濃度處理的降幅較大[17]；隨酚酸濃度升高，酚酸對(duì)促腐菌抑制作用越明顯，促腐菌纖維素酶活性受酚酸影響[18]。玉米秸稈浸提液對(duì)蔬菜[19-21]、玉米[22]、小麥[22]、大豆[22，23]、桔梗[24]、黃芩[25]、薺菜[26]種子影響效果不同，如未腐熟玉米秸稈對(duì)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，可代替部分草炭用于育苗基質(zhì)的配制[27]。內(nèi)蒙古地區(qū)適宜秸稈還田量沒有明確的范圍，秸稈腐熟劑對(duì)化感作用的影響研究較少。課題組前期研究表明，未腐熟玉米秸稈浸出液對(duì)玉米種子的萌發(fā)表現(xiàn)出“低促高抑”的化感作用[28]，施用秸稈腐熟劑+秸稈填埋量高的處理的土壤培肥效果最佳[29]。本次試驗(yàn)旨在前期研究的基礎(chǔ)上探討施加腐熟劑是否減弱或消失化感作用，可減輕因自毒作用而帶來的連作障礙；明確施用秸稈腐熟劑條件下，促進(jìn)玉米幼苗生長(zhǎng)的秸稈添加量。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

2019年9月—2019年12月在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米為‘偉科702’，供試秸稈為收獲期玉米秸稈。

玉米秸稈發(fā)酵液制備：收獲期玉米秸稈地上部分植株烘干粉碎，稱取40、50、60、70 g各兩份，一份加“中農(nóng)綠康”秸稈腐熟劑（簡(jiǎn)稱加腐熟劑），另一份未加腐熟劑，并浸泡于恰好能秸稈濕潤(rùn)的適量土壤浸出液（水土比5:1）中，于室溫下發(fā)酵10天[19]后補(bǔ)充土壤浸出液至1000 mL，經(jīng)4層定性濾紙抽濾得發(fā)酵液，濃度為40、50、60、70 g/L，標(biāo)記為 J40、J50、J60、J70、JF40、JF50、JF60、JF70，置入冰箱內(nèi)4℃保存。

1.3 試驗(yàn)方法

選取籽粒飽滿、大小一致的經(jīng)消毒后的玉米種子各50粒，分別放入鋪有雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，用上述8個(gè)濃度玉米秸稈發(fā)酵液浸泡，以土壤浸出液(CK1)、土壤浸出液加腐熟劑(CK2)為對(duì)照，共設(shè)置10個(gè)處理，5次重復(fù)。首次注入液體20 mL，恒溫箱內(nèi)避光培養(yǎng)，之后每天注入液體3 mL；以胚芽長(zhǎng)超過種子長(zhǎng)度1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)；測(cè)定發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

其中，Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

種子發(fā)芽后進(jìn)行盆栽，每天定量的澆灌相應(yīng)濃度的發(fā)酵液，以保證其正常生長(zhǎng)。5葉期測(cè)定株高、根長(zhǎng)、根數(shù)、根系和葉片的鮮重；采用硫代巴比妥酸法測(cè)定根系和葉片MDA含量；測(cè)定根系和葉片游離脯氨酸含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，隨著發(fā)酵液濃度的升高，種子發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)，但低濃度發(fā)酵液可提高種子發(fā)芽率；J40和J50、CK2、JF40、JF50均能提高玉米種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。J40、J50、JF40、JF50、JF60、CK2活力指數(shù)大于CK1，其余處理活力指數(shù)均小于CK1。

表1 不同濃度發(fā)酵液對(duì)玉米種子發(fā)芽率的影響

2.2 玉米秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，隨著秸稈發(fā)酵液濃度的增加，根長(zhǎng)、根數(shù)、根系鮮重、株高、葉片鮮重均先增加后降低的趨勢(shì)；等量秸稈加腐熟劑處理上述指標(biāo)值均大于未加腐熟劑處理。未加腐熟劑處理中，J40、J50和J60處理根長(zhǎng)無顯著差異，但均顯著大于CK1和J70；CK1和J70間根長(zhǎng)無顯著差異。加腐熟劑處理根長(zhǎng)CK2、JF40、JF50和JF60間無顯著差異，其中JF40、JF50顯著大于JF70。等量秸稈處理根長(zhǎng) CK2、JF40、JF50、JF60 和JF70顯著大于對(duì)應(yīng)的未加腐熟劑處理。加腐熟劑處理間及未加腐熟劑處理間根數(shù)無顯著差異，而等量秸稈處理中僅有JF60、JF70極顯著大于J60和J70，其余處理間無顯著差異；JF50的根數(shù)極顯著大于CK1。加腐熟劑處理間、未加腐熟劑處理間以及等量秸稈處理間根系鮮重均無顯著差異。各處理株高均無顯著差異。加腐熟劑處理間及等量秸稈處理間葉片鮮重?zé)o顯著差異；J50葉片鮮重顯著大于J60和J70。

表2 玉米秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3 玉米秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米幼苗生理特性的影響

由表3可知，隨著秸稈發(fā)酵液濃度的增加，幼苗根系和葉片脯氨酸含量呈先增加后降低再增加的“N”形變化趨勢(shì)；未加腐熟劑處理根系MDA含量先降低后增加的“V”形變化趨勢(shì)，而加腐熟劑處理中根系MDA含量先增加后降低的趨勢(shì)；未加腐熟劑處理葉片MDA含量先降低后增加再降低的趨勢(shì)，而加腐熟劑處理中葉片MDA含量“V”形變化趨勢(shì)。

表3 玉米秸稈發(fā)酵液對(duì)玉米幼苗脯氨酸和MDA含量的影響

未加腐熟劑處理J60和J70的根系脯氨酸含量與CK無顯著差異，而J40和J50根系脯氨酸含量顯著大于CK；加腐熟劑處理JF50、JF60和JF70根系脯氨酸含量與CK1和CK2無顯著差異，而JF40極顯著大于其他處理；等量秸稈處理中J40與JF40、J60與JF60、J70與JF70根系脯氨酸含量無顯著差異，JF50根系脯氨酸含量顯著小于J50。

未加腐熟劑處理葉片脯氨酸含量J40和J60與CK1無顯著差異，J50和J70葉片脯氨酸含量顯著大于CK1，J40、J60和J70無顯著差異；加腐熟劑處理間、等量秸稈處理間葉片脯氨酸含量無顯著差異。

未加腐熟劑處理J60和J70根系MDA含量與CK1無顯著差異；J40與 J50、J40與 J60、J60與 J70根系MDA含量無顯著差異，其中J50顯著小于其他處理。加腐熟劑處理JF40與JF50根系MDA含量無顯著差異，但它們含量顯著大于其他處理；JF60與CK2根系MDA含量無顯著差異，JF70根系MDA含量極顯著小于其他處理。等量秸稈處理J40、J50根系MDA含量極顯著小于JF40、JF50，J60與JF60間無顯著差異，JF70極顯著小于J70。

未加腐熟劑處理J40、J50、J60葉片MDA含量與CK1無顯著差異，J70顯著小于CK1，J40、J50、J60、J70間無顯著差異；加腐熟劑處理JF40、JF50、JF60葉片MDA含量與CK1和CK2無顯著差異，JF70顯著大于CK2，JF40、JF50、JF60、JF70間無顯著差異；等量秸稈處理除了J70極顯著小于JF70外，其余處理無顯著差異。

3 討論

作物秸稈對(duì)種子的影響有抑制、促進(jìn)、促進(jìn)/抑制雙重作用和無顯著作用等多種形式[19]。玉米秸稈浸提液(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 g/mL)促進(jìn)玉米種子萌發(fā)，發(fā)芽率提高18.4%[22]；濃度低于40 mg/mL腐熟玉米秸稈浸提液對(duì)黃瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和苗高有顯著的促進(jìn)作用，濃度高于40 mg/mL的浸提液對(duì)黃瓜種子有抑制作用[20]；玉米秸稈腐解液6.25 mg/mL對(duì)節(jié)節(jié)麥幼苗干重表現(xiàn)為促進(jìn)作用，對(duì)其種子萌發(fā)率、發(fā)芽指數(shù)及幼苗根長(zhǎng)、苗高均為抑制作用；濃度大于50 mg/mL玉米秸稈腐解液對(duì)以上5項(xiàng)指標(biāo)均具有抑制作用[30]。玉米秸稈腐解液對(duì)玉米種子的萌發(fā)表現(xiàn)出"低促高抑"的化感作用，低濃度（0.125 g/mL以下）的腐解液對(duì)玉米種子萌發(fā)有促進(jìn)的作用，高濃度（0.25 g/mL以上）則抑制作用比較明顯[31]。未滅菌的和滅菌的玉米秸稈自然發(fā)酵液浸大豆種子，前者大豆種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)顯著升高，未滅菌的玉米秸稈自然發(fā)酵液浸種，促進(jìn)大豆種子的萌發(fā)[23]。腐熟的秸稈（玉米、水稻、小麥）與未腐熟的秸稈相比加快了直播大白菜的出苗[21]。本試驗(yàn)中40 g/L自然發(fā)酵和40～60 g/L腐熟劑發(fā)酵液均提高玉米種子發(fā)芽率。

玉米秸稈浸提液提高玉米幼苗根系活力和脯氨酸含量[22]，而MDA含量受到不同程度抑制作用，玉米葉片脯氨酸含量隨秸稈浸提液濃度的遞減，呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)，在浸提液濃度為0.4 g/mL時(shí)達(dá)到最大值[22]，玉米秸稈浸提液對(duì)小麥幼苗MDA含量、游離脯氨酸含量的綜合化感效應(yīng)強(qiáng)弱依次為：0.10＞0.04＞0.07＞0.01 g/mL[32]。而本試驗(yàn)中玉米葉片脯氨酸含量隨秸稈浸提液濃度的遞減，呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，50 g/L時(shí)達(dá)到最大值。說明50 g/L玉米秸稈發(fā)酵液培養(yǎng)幼苗時(shí)其抗逆性最強(qiáng)，體內(nèi)積累了較多的游離脯氨酸。

未腐熟的秸稈與腐熟的秸稈（玉米、水稻、小麥）相比抑制大白菜生長(zhǎng)[21]。玉米秸稈腐解液對(duì)玉米幼苗根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根干重的影響，隨腐解液濃度增加，有“低促高抑”的化感效應(yīng)，低、中濃度(0.125、0.25 g/mL)腐解液起促進(jìn)作用，高濃度(0.5 g/mL)則有抑制作用[33]；0.5 g/mL濃度玉米秸稈腐解液處理土壤蔗糖酶、脲酶活性達(dá)到最高[34]；也有相反的研究結(jié)果，將玉米秸稈腐解液添加到連作土壤中，玉米幼苗根系干重、根冠比、根系活力、可溶性糖和蛋白含量均低于未腐熟秸稈液處理，MDA含量相反[35]。本試驗(yàn)中腐熟劑發(fā)酵液促進(jìn)玉米幼苗生長(zhǎng)作用比自然發(fā)酵液的強(qiáng)，并JF60最為突出；可能是JF60增加培養(yǎng)液活性物質(zhì)，刺激幼苗的生長(zhǎng)。說明，秸稈浸提濃度的不同導(dǎo)致浸出物的量和種類的不同，不同浸出物又可以通過釋放不同的化感物質(zhì)對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)或抑制的化感作用?？傮w來看，秸稈還田配施腐熟劑時(shí)可適當(dāng)增加秸稈還田量。目前有關(guān)化感物質(zhì)對(duì)后茬作物的作用機(jī)理尚不清楚，還需進(jìn)一步從分子水平去探討其作用機(jī)制。

4 結(jié)論

玉米秸稈發(fā)自然發(fā)酵液50 g/L及玉米秸稈60 g/L填加“中農(nóng)綠康”秸稈腐熟劑發(fā)酵液對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用；玉米秸稈施加腐熟劑發(fā)酵能減弱其化感作用。