外源添加微生物對連栽木麻黃幼苗生長的影響*

李建鵑

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福州 350001)

木麻黃(Casuarinaequisetifolia)是木麻黃科木麻黃屬常綠喬木，喜高溫多濕氣候，適生于海岸的疏松沙地[1]。該樹種于20世紀(jì)50年代被引入我國沿海地區(qū)，具有生長迅速、防風(fēng)固沙、適應(yīng)性強、耐瘠薄干旱的特點，使沿海陸地生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)，沿海貧瘠沙地獲得改良，成為我國重要的沿海防護(hù)林樹種[2]。近年來，木麻黃老齡人工林更新困難，出現(xiàn)連栽障礙。隨著栽植代數(shù)增加，木麻黃平均生物量、林分生物量與林分凈生產(chǎn)力均呈逐漸下降趨勢，植株出現(xiàn)生長發(fā)育不良、病蟲害嚴(yán)重等現(xiàn)象，大量個體枝干折損或死亡，林分退化成疏殘林地。研究表明，連栽障礙產(chǎn)生原因主要體現(xiàn)在三個方面：土壤肥力失衡及惡化、根系分泌物等引起的自毒作用、根際微生物群落失衡[3]。在連栽障礙成因及作用機理尚不明確的情況下，育林人員往往采取加大肥料和農(nóng)藥用量等措施來維持林分產(chǎn)量，然而效果并不顯著。此舉不但提高了生產(chǎn)成本，還導(dǎo)致了環(huán)境污染、土壤退化等一系列生態(tài)問題，使木麻黃的栽植陷入了惡性循環(huán)，嚴(yán)重制約了用材林資源的可持續(xù)發(fā)展[4]。本課題組前期通過對不同代數(shù)木麻黃根際土壤微生物進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)隨著連栽代數(shù)的增加，土壤中的解淀粉芽孢桿菌、伯克氏菌等有益細(xì)菌減少，而尖孢鐮刀菌等致病菌數(shù)量增加。因此，本研究以連栽木麻黃幼苗為研究對象，采集不同連栽代數(shù)木麻黃人工林土壤，進(jìn)行盆栽試驗，測定外施解淀粉芽孢桿菌、伯克氏菌、尖孢鐮刀菌后，木麻黃幼苗株高、葉綠素含量、植物酶活變化，初步探究外源微生物對木麻黃幼苗植株生長的影響。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

福建惠安赤湖國有防護(hù)林場位于泉州市惠安縣東南部的崇武半島，東經(jīng)118°55′，北緯24°35′，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫19 ℃，無霜期306 d，年均降水量1 033 mm，年均日照時數(shù)2 112 h；土壤為風(fēng)積沙土性土壤。該林場栽植有3個不同代數(shù)的木麻黃人工林。第一代木麻黃林(FCP)栽植于1987年，在雜木林皆伐后火燒煉山，用實生木麻黃苗造林，調(diào)查時林齡33 a；第二代木麻黃林(SCP)栽植于2011年，在一代木麻黃林(32 a林齡)采伐跡地上用實生苗造林，調(diào)查時林齡9 a；第三代木麻黃林(TCP)栽植于2014年，在二代木麻黃林(30 a林齡)采伐跡地上用實生苗造林，調(diào)查時林齡6 a。

1.2 材料來源

供試土壤采集自泉州惠安赤湖國有林場木麻黃人工林FCP、SCP、TCP。該地土壤類型為含沙量多、顆粒粗糙的砂質(zhì)土，通氣性能好但保水性能差、滲水速度快。

供試木麻黃幼苗是惠安赤湖國有林場提供的惠安1號苗，其抗逆性好、造林成活率高。幼苗移栽前株高35 cm，移栽后將其自帶土抖掉，栽植到供試土壤中，澆透水，定植一個月。

1.3 試驗設(shè)計

采集惠安赤湖國有林場不同連栽代數(shù)的木麻黃人工林土壤進(jìn)行盆栽試驗。共計三種不同的土壤，分別為木麻黃一代林土壤、連栽二代林土壤和連栽三代林土壤。

根據(jù)前期篩菌結(jié)果，確定施加的有益菌為解淀粉芽孢桿菌、伯克氏菌，有害菌為尖孢鐮刀菌。待木麻黃幼苗定植后，對一代、二代、三代土種植的盆栽苗進(jìn)行不同處理，分別是：①不額外加任何物質(zhì)或微生物，做空白對照；②施加解淀粉芽孢桿菌菌懸液；③施加伯克氏菌菌懸液；④施加尖孢鐮刀菌菌懸液。細(xì)菌菌懸液用LB培養(yǎng)基振蕩培養(yǎng)48 h，離心后用無菌水調(diào)節(jié)濃度使菌懸液OD600=0.5；真菌菌懸液用1/4液體PDA振蕩培養(yǎng)48 h，雙側(cè)紗布過濾后離心，用無菌水重懸。菌懸液每14 d施加一次，每次每盆加30 mL，共6個重復(fù)。

1.4 測定方法

對不同代數(shù)的土壤種植木麻黃幼苗進(jìn)行不同處理后，每月用米尺測量各株幼苗的樹高，加菌處理三個月后測定其葉綠素含量和植物酶活。采用吸光光度法測定葉綠素含量；采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性；采用紫外吸收法測定過氧化氫酶活性(CAT)活性；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性測定參照程玉靜[5]等的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物處理對盆栽木麻黃株高的影響

株高是重要的生物量指標(biāo)之一。生物量是最直接反映植株生長狀況的生物指標(biāo)[6]。施加芽孢桿菌、施加伯克氏菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗生長均有促進(jìn)作用，施加鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植苗影響不同(圖1)。連栽一代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗株高月增量均值與空白處理相比分別增加了46.51%、42.63%、45.73%。連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗株高月增量均值與空白處理相比分別增加了19.10%、22.47%、8.99%。連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌的盆栽木麻黃幼苗株高月增量均值與空白處理相比分別增加了1.73%、3.90%，而施加鐮刀菌的減少了22.51%。

圖1 微生物處理對盆栽木麻黃株高的影響

2.2 微生物處理對盆栽木麻黃葉綠素含量的影響

葉綠素含量是植物光合作用的一種體現(xiàn)，植物對光能的吸收和轉(zhuǎn)換直接受葉綠素含量的影響[7]。施加芽孢桿菌、伯克氏菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗葉綠素含量均有促進(jìn)作用，施加鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植苗影響不同(圖2)。

圖2 微生物處理對盆栽木麻黃葉綠素含量的影響

與空白處理相比，連栽一代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗葉綠素含量分別增加了2.54%、81.92%、81.96%；連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗葉綠素含量分別增加了12.26%、37.00%、66.50%；連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌的盆栽木麻黃幼苗葉綠素含量分別增加了1.39%、1.53%，而鐮刀菌處理減少了2.36%。

2.3 微生物處理對盆栽木麻黃超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

SOD、POD、CAT和APX通過協(xié)同作用抑制膜脂過氧化，防御活性氧自由基對細(xì)胞膜的損傷[8]，是植物體內(nèi)活性氧自由基清除系統(tǒng)的保護(hù)酶[9]。施加芽孢桿菌、鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗SOD活性均有促進(jìn)作用，施加伯克氏菌對不同代數(shù)土壤種植苗影響不同(圖3)。與空白處理相比，連栽一代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的木麻黃幼苗SOD活性分別增加了0.42%、2.64%、3.18%；連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌和鐮刀菌的木麻黃幼苗SOD活性分別增加了0.31%、3.84%，而伯克氏菌處理減少了0.37%；連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的木麻黃幼苗SOD活性分別增加了7.63%、8.75%、17.13%。

圖3 微生物處理對盆栽木麻黃SOD活性的影響

2.4 微生物處理對盆栽木麻黃過氧化物酶(POD)活性的影響

施加伯克氏菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗POD活性均有抑制作用，施加芽孢桿菌、鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植苗影響不同(圖4)。連栽一代林土壤種植時，施加伯克氏菌、鐮刀菌的木麻黃幼苗根際土壤POD活性與空白處理相比分別減少了31.48%、31.28%，而芽孢桿菌處理增加了17.47%。連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌和伯克氏菌的木麻黃幼苗POD活性與空白處理相比分別減少了30.13%、13.15%，而鐮刀菌處理增加了16.86%。連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、施加伯克氏菌的盆栽木麻黃幼苗POD活性與空白處理相比分別減少了3.58%、2.62%，而鐮刀菌處理增加了1.68%。

圖4 微生物處理對盆栽木麻黃POD活性的影響

2.5 微生物處理對盆栽木麻黃過氧化氫酶活性(CAT)活性的影響

施加伯克氏菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗CAT活性均有抑制作用，施加芽孢桿菌、施加鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植苗影響不同(圖5)。連栽一代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌和鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗CAT活性與空白處理相比分別減少了14.40%、24.63%、38.72%。連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗CAT活性與空白處理相比分別增加了68.23%、69.76%，而伯克氏菌處理減少了58.38%。連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗CAT活性與空白處理相比分別減少了7.15%、40.02%、42.66%。

圖5 微生物處理對盆栽木麻黃CAT活性的影響

2.6 微生物處理對盆栽木麻黃抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響

施加芽孢桿菌、伯克氏菌、鐮刀菌對不同代數(shù)土壤種植的盆栽木麻黃幼苗APX活性影響不同(圖6)。連栽一代林土壤種植時，施加伯克氏菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗APX活性與空白處理相比分別增加了5.85%、4.31%，而芽孢桿菌處理減少了16.21%。連栽二代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗APX活性與空白處理相比分別減少了9.32%、14.73%，而伯克氏菌處理增加了8.40%。連栽三代林土壤種植時，施加芽孢桿菌、施加鐮刀菌的盆栽木麻黃幼苗APX活性與空白處理相比分別增加了5.79%、52.59%，而伯克氏菌處理減少了1.79%。

圖6 微生物處理對盆栽木麻黃APX活性的影響

3 結(jié)論

芽孢桿菌處理能促進(jìn)盆栽木麻黃幼苗的生長，但隨著連栽代次的增加，促進(jìn)作用逐漸減?。徊耸暇幚硗瑯幽軌虼龠M(jìn)盆栽木麻黃幼苗的生長，提高幼苗葉綠素含量。鐮刀菌處理后，盆栽木麻黃幼苗增長量隨種植土壤連栽代次的增加而下降。三種處理后盆栽木麻黃幼苗單一酶活性變化不明顯，植物生長的促進(jìn)可能是因為多種酶綜合作用或其他更復(fù)雜的原因。綜上所述，三種微生物處理均能促進(jìn)木麻黃幼苗的生長，芽孢桿菌和伯克氏菌作為有益菌如何調(diào)節(jié)木麻黃生長，而一般為有害菌的尖孢鐮刀菌為何同樣促進(jìn)了幼苗生長，需要進(jìn)一步深入研究。