微藻生物肥對(duì)稻苗生長(zhǎng)的影響

蘭 彪，賈佳歡，孫廣仁

（北華大學(xué) 林學(xué)院，吉林 吉林 132013）

藻類是指以葉綠素a為光合色素的葉狀體不 能分化為根、莖、葉的植物[1]，而微藻[2-3]是指顯微鏡下才能觀察到的一類藻類，能夠合成豐富的生物活性成分，微藻在生物質(zhì)開發(fā)[4]、污水處理、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理、食品開發(fā)[5]、生物肥[6]等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，為滿足人口不斷增長(zhǎng)的需要，在過(guò)去幾十年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中單一大量的使用化學(xué)肥料以促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品的增產(chǎn)增收，同時(shí)也造成了土壤肥力下降和環(huán)境污染等問(wèn)題[7-8]。國(guó)家在“十三五”規(guī)劃中明確提出，要推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)[9]。藍(lán)藻具有固氮能力，可以為作物提供豐富的有機(jī)氮源，而且通過(guò)活化被固化在土壤中的磷、鉀等元素，為作物提供豐富的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。微藻生物肥料不但具有與化學(xué)肥料相似的功效，還能促進(jìn)農(nóng)作物代謝生長(zhǎng)[6]。微藻作為生物肥料的優(yōu)勢(shì)：通過(guò)緩慢釋放氮、磷、鉀來(lái)防止養(yǎng)分流失，滿足植物的生長(zhǎng)需求[10]；除了含有大量營(yíng)養(yǎng)元素外，還含有微量元素和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)[11]，這些物質(zhì)能促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高土壤肥力；微藻繁殖速度快，可規(guī)?；囵B(yǎng)，其生物質(zhì)可直接用于土壤接種；利用微藻凈化養(yǎng)殖廢水或城市污水后收獲微藻生物來(lái)作為肥料[12-13]，在凈化水質(zhì)的同時(shí)也極大地降低了生產(chǎn)成本[14]；能夠修復(fù)被破壞的土壤，如荒漠化土壤和鹽堿地等[15]。不同的微藻種類和處理方法對(duì)微藻肥液效果也有影響[16-17]，具有很大的研究空間。使用藻類活性細(xì)胞生物肥也是減少化肥用量的措施之一[18]。目前，在經(jīng)濟(jì)作物上開展了藻類活性細(xì)胞生物肥的研究，表明藻類活性細(xì)胞生物肥對(duì)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)都有顯著影響[19]。

筆者以固氮藍(lán)藻為原料制備微藻生物肥，通過(guò)水培、沙培和土壤培育，研究微藻對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在為微藻作為生物肥提高水稻品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻品種為稻花香2號(hào)，從市場(chǎng)上購(gòu)買。供試微藻生物肥為北華大學(xué)食品開發(fā)與檢測(cè)研究院提供，微藻主要包含念珠藻（Nostocales）和固氮魚腥藻（Anabaena azotica），濃度分別為2.5×105、5.7×106個(gè)/mL。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在北華大學(xué)林學(xué)院食品開發(fā)與檢測(cè)研究院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)使用長(zhǎng)32.5 cm、寬24.5 cm、高4.5 cm的食品級(jí)PP材質(zhì)的育苗盤。采用水選法將漂浮的水稻去掉，保留籽粒飽滿的種子，用自來(lái)水沖洗后，用純化水沖洗并浸泡48 h，每隔12 h換水1次（共2次），浸泡結(jié)束用純化水沖洗，放入發(fā)芽盤中催芽24 h，當(dāng)芽長(zhǎng)為0.2~2.5 mm視為發(fā)芽，挑選大小一致的催芽種子播種或置床，用補(bǔ)光燈（光照強(qiáng)度4 500 lx）24 h光照以加速育苗，一日2次施用純化水保持水分。育苗盤選擇3種培育基質(zhì)，水培培育采用純化水、河沙培育采用純化水清洗的河沙和土壤培育采用花土作為基質(zhì)；每個(gè)基質(zhì)處理下設(shè)置空白組（使用純化水）、基質(zhì)組（施加微藻培養(yǎng)基1次，共10 mL）、基質(zhì)+微藻（施加微藻肥1次，共10 mL）。試驗(yàn)共設(shè)置9個(gè)處理，分別為純水、純水+培養(yǎng)基、純水+微藻生物肥、河沙、河沙+培養(yǎng)基、河沙+微藻生物肥、土壤、土壤+培養(yǎng)基、土壤+微藻生物肥。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)40粒稻芽，水培組收獲期為15 d，沙培組收獲期為20 d，土壤培育組收獲期為37 d。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉綠素含量的測(cè)定 在各處理組收獲期取樣，保留稻苗上端葉苗部分，根據(jù)文獻(xiàn)[20]采用四分法取樣，利用甲醇提取法提取葉綠素進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定6個(gè)處理，分別為處理1（土壤+微藻生物肥組）、處理2（土壤空白組）、處理3（水培+微藻生物肥組）、處理4（水培空白組），處理5（沙培+微藻生物肥組）、處理6（沙培空白組）。

1.3.2 生物量的測(cè)定 稻苗生物量測(cè)定采用直接干燥法進(jìn)行測(cè)定，使用純化水將稻苗清洗擦干，在烘箱中將試驗(yàn)幼苗進(jìn)行105℃重復(fù)干燥至恒質(zhì)量，測(cè)定生物量。

1.3.3 幼苗根系的掃描檢測(cè) 長(zhǎng)度小于15 cm的稻苗進(jìn)行全苗檢測(cè)，長(zhǎng)度大于15 cm的稻苗取根部進(jìn)行檢測(cè)。各處理觀察期結(jié)束時(shí)將根小心分離并在清水中清洗。取15 cm×25 cm托盤放少量水，將稻苗（根）放入托盤內(nèi)，用鑷子分散根系，使用儀器Expression 12000XL進(jìn)行掃描，保存數(shù)據(jù)和掃描照片，對(duì)每個(gè)樣品重復(fù)10次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 在不同基質(zhì)中秧苗葉綠素含量的比較

從圖1可以看出，各處理的葉綠素含量有所不同，其中，處理4偏低，處理1、處理5偏高，處理2、處理3和處理6處于中間。在土壤基質(zhì)中添加微藻生物肥比對(duì)照組的總?cè)~綠素含量增加23.3%、葉綠素a含量增加17.4%、葉綠素b含量增加26.0%，且差異顯著（P＜0.05）；在純化水基質(zhì)中添加微藻生物肥比對(duì)照組的總?cè)~綠素含量增加12.4%、葉綠素a含量增加22.2%、葉綠素b含量降低15.7%，且差異顯著（P＜0.05）；在河沙基質(zhì)中添加微藻生物肥比對(duì)照組的總?cè)~綠素含量增加19.2%、葉綠素a含量增加19.9%、葉綠素b含量降低16.4%，且差異顯著（P＜0.05）。所有施用微藻肥的處理總?cè)~綠素含量均高于對(duì)照組?？梢姡⒃宸誓軌虼龠M(jìn)葉綠素合成。

2.2 在不同基質(zhì)中秧苗生物量比較

在土壤基質(zhì)中添加微藻生物肥組的總生物量為22.42 g，對(duì)照組的總生物量為21.47 g，且差異不顯著（P＞0.05）；在河沙基質(zhì)中添加微藻生物肥組的總生物量為11.23 g，對(duì)照組的總生物量為11.50 g，且差異不顯著（P＞0.05），微藻生物肥對(duì)稻苗生物量的影響在土壤和河沙基質(zhì)中均不顯著；在純化水基質(zhì)中添加微藻生物肥組的總生物量為8.10 g，對(duì)照組的總生物量為9.60 g，且差異顯著（P＜0.05），結(jié)果表明，在不同的基質(zhì)中，微藻生物肥對(duì)秧苗總生物量影響不同，在水培中效果顯著。

2.3 在不同基質(zhì)中秧苗地上地下部分的比較

在土壤基質(zhì)中添加微藻生物肥組秧苗苗高40.3 cm，對(duì)照組秧苗苗高39.9 cm，差異不顯著（P＞0.05）；在河沙基質(zhì)中添加微藻生物肥組秧苗苗高21.0 cm，對(duì)照組秧苗苗高21.5 cm，差異不顯著（P＞0.05），微藻生物肥對(duì)秧苗苗高的影響在土壤和河沙基質(zhì)中均不顯著；在純化水基質(zhì)中添加微藻生物肥組秧苗苗高15.4 cm，對(duì)照組秧苗苗長(zhǎng)14.6 cm，差異顯著（P＜0.05）。按基質(zhì)對(duì)肥效影響試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，測(cè)定微藻生物肥在不同基質(zhì)上對(duì)秧苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，土壤與河沙基質(zhì)試驗(yàn)中，苗高無(wú)顯著差異（P＞0.05），而水培試驗(yàn)差異顯著，微藻生物肥比基質(zhì)組秧苗平均高5%。

從圖2、3、4可以看出，不僅水培苗、沙培苗和土壤培育苗根系形態(tài)存在較大差異，而且在空白、基質(zhì)和基質(zhì)+微藻之間的形態(tài)也存在差異。

根據(jù)水培稻苗洗根分析結(jié)果可以看出（表1），水培苗根系的根總長(zhǎng)度、根尖數(shù)、分叉數(shù)和交叉數(shù)在3種培養(yǎng)方式下無(wú)顯著差異（P＞0.05），而投影面積和根表面積差異顯著（P＜0.05），根平均直徑和體積差異極顯著，基質(zhì)+微藻比空白組投影面積增加43.28%，根表面積增加51.66%，根平均直徑增加16.22%，體積增加50%；基質(zhì)+微藻比基質(zhì)組投影面積增加35.21%，根表面積增加23.08%，根平均直徑增加14.29%，體積增加25%。

表1 水培稻苗根系分析Tab.1 Results of root system analysis of hydroponically grown rice seedlings

從沙培稻苗洗根分析結(jié)果（表2）可以看出，沙培苗根系的根總長(zhǎng)度、根尖數(shù)、分叉數(shù)和交叉數(shù)在3種培養(yǎng)方式下無(wú)顯著差異（P＞0.05），而投影面積、根表面積、根平均直徑和體積差異顯著（P＜0.05），基質(zhì)+微藻比空白組投影面積增加25%，根表面積增加25.07%，根平均直徑增加17.14%，體積增加17.14%；基質(zhì)+微藻比基質(zhì)組投影面積增加5.83%，根表面積增加25.44%，根平均直徑增加20.59%，體積增加20.59%。

表2 沙培稻苗根系分析Tab.2 Results of root system analysis of r ice seedlings in sand

從土壤培育稻苗洗根（表3）分析結(jié)果可以看出，土壤培育苗根系的根體積、根尖數(shù)、分叉數(shù)和交叉數(shù)在3種培養(yǎng)方式下無(wú)顯著差異（P＞0.05），根總長(zhǎng)度差異顯著（P＜0.05），而投影面積、根表面積和根平均直徑差異極顯著（P＜0.01），基質(zhì)+微藻比空白組根總長(zhǎng)度增加26.89%，投影面積增加35.67%，根表面積增加35.64%，根平均直徑增加22.86%；基質(zhì)+微藻比基質(zhì)組根總長(zhǎng)度增加52.64%，投影面積增加49.69%，根表面積增加49.69%，根平均直徑增加19.44%。

表3 土壤培育稻苗根系分析Tab.3 Results of root system analysis of rice seedlings grown in soil

從表1~3可以看出，稻苗的根表面積和平均根直徑都表現(xiàn)為基質(zhì)+微藻與空白組和基質(zhì)組存在顯著差異（P＜0.05），而空白和基質(zhì)間則無(wú)顯著差異（P＞0.05）?；|(zhì)+微藻與基質(zhì)組對(duì)照相比，水培、沙培和土壤培育的平均根直徑分別增加14.29%、20.59%和19.44%，根表面積分別增加23.08%、25.44%和49.69%，3種培養(yǎng)方式下均有顯著差異（P＜0.05），且微藻+基質(zhì)組均高于基質(zhì)組與空白組。表明微藻肥能夠壯根和增加根吸收表面積，同時(shí)系統(tǒng)分析的根尖數(shù)、分叉數(shù)和交叉數(shù)均沒(méi)有顯著性且數(shù)據(jù)變化較大，存在的問(wèn)題還需要研究分析。

無(wú)論是水培、沙培還是土壤培育的稻苗根系，不同基質(zhì)對(duì)根系的投影面積、表面積和平均直徑3項(xiàng)指標(biāo)有顯著影響。不同基質(zhì)對(duì)土壤培育苗根系總長(zhǎng)影響顯著而對(duì)根系總體積影響不顯著。綜合來(lái)看，不同基質(zhì)對(duì)根系的投影面積、表面積和平均直徑3項(xiàng)指標(biāo)有顯著影響是一致的，同時(shí)培養(yǎng)基對(duì)于其影響也極顯著。

3 結(jié)論與討論

生物肥料有著微量高效、對(duì)環(huán)境無(wú)危害的特點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)肥料污染水源、破壞土壤質(zhì)量等各種環(huán)境問(wèn)題[10]。我國(guó)是世界化肥消費(fèi)大國(guó)，對(duì)化肥有很大的需求，微藻作為一種生物肥料，具有很大的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展空間廣闊。劉淑芳等[17]研究表明，使用了混合蛋白核小球藻、卷曲魚腥藻和四尾柵藻的生物肥料可以促進(jìn)黃瓜的生長(zhǎng)，還能顯著改善土壤品質(zhì)。王榮敏[19]研究了藍(lán)藻和綠藻組成的肥液對(duì)于桃子生長(zhǎng)發(fā)育的影響，結(jié)果表明，微藻肥可以有效增加果質(zhì)量和固形物含量。FAHEED等[21]研究了小球藻對(duì)生菜的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)藻液處理可以顯著提高種子的發(fā)芽速率，在土壤中添加藻液也增加了幼苗的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和色素含量。GRZESIK等[22]通過(guò)使用藍(lán)藻和綠藻改善玉米種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和代謝活性，結(jié)果表明，單株培養(yǎng)的微藻均能顯著提高玉米幼苗的生長(zhǎng)，并強(qiáng)化了酶的代謝活性。

通過(guò)室內(nèi)花土、河沙、水培進(jìn)行水稻秧苗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用微藻的稻苗葉綠素含量比對(duì)照組均有所增加；通過(guò)根系分析對(duì)比根長(zhǎng)，表明微藻液能夠顯著增加根的總表面積和根的平均直徑，綜合葉綠素含量測(cè)定結(jié)果和根系分析結(jié)果，表明微藻可以增加葉綠素的含量來(lái)增強(qiáng)光合作用，提高有機(jī)物的積累，通過(guò)增加根的總表面積和根的粗度以達(dá)到生態(tài)位，實(shí)現(xiàn)壯苗和提高根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)和水分的吸收以達(dá)到增產(chǎn)的效果。在純水培育中，微藻生物肥比空白組投影面積增加43.28%，根表面積增加51.66%，根平均直徑增加16.22%；微藻生物肥比基質(zhì)組投影面積增加35.21%，根表面積增加23.08%，根平均直徑增加14.29%，同時(shí)生物量與地上部分生長(zhǎng)試驗(yàn)中僅在純水培養(yǎng)差異顯著，在水培培育中，影響稻苗生長(zhǎng)的因素相對(duì)較小，同時(shí)更利于微藻的生長(zhǎng)，有助于探究微藻對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響；在土壤培育中，微藻生物肥比空白組根表面積增加35.64%，根平均直徑增加22.86%；微藻生物肥比基質(zhì)組根總長(zhǎng)度增加52.64%，投影面積增加49.69%，根表面積增加49.69%，根平均直徑增加19.44%，這與董國(guó)忠等[23]和薄自偉[24]等研究結(jié)果一致。

本研究通過(guò)從根投影面積反映根系在剖面的形態(tài)，總表面積反映根系與土壤的接觸面積，也能反映根系在水中的吸收營(yíng)養(yǎng)和水分的面積，根平均直徑能夠反映根粗壯程度。分析不同介質(zhì)對(duì)根系表面積和平均直徑的影響具有實(shí)際意義，研究結(jié)果為微藻作為生物肥提高水稻品質(zhì)提供理論依據(jù)。