長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)、土壤肥力和根際微生物的影響

祝靜 于存

（貴州大學(xué)林學(xué)院，貴陽(yáng) 550025）

玉米（Zea mays L.）是世界上第一大糧食作物，富含蛋白質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前施用化肥是提高玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的主要方式，但長(zhǎng)期施用化學(xué)肥料會(huì)降低土壤的理化性質(zhì)，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量不平衡，嚴(yán)重影響土壤環(huán)境［1］。隨著微生物技術(shù)的不斷突破，傳統(tǒng)的化肥極有可能被微生物菌肥所代替，因?yàn)槲⑸锞蕦?duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、抗逆性等起到積極的作用，同時(shí)可以有效避免化學(xué)肥料應(yīng)用后產(chǎn)生的一系列弊端［2］。以往已有多個(gè)關(guān)于利用微生物菌肥促進(jìn)玉米生長(zhǎng)的報(bào)道，但由于應(yīng)用環(huán)境條件的差異，使其應(yīng)用效果不理想［3-5］。因此，針對(duì)玉米開(kāi)發(fā)高效的微生物菌肥，可以減少玉米栽培過(guò)程中無(wú)機(jī)化肥的用量，對(duì)玉米生物菌肥的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。

木霉（Trichoderma spp.）是一類(lèi)廣泛分布于自然界中的絲狀菌物，木霉作為植物病害的生防菌已被人們所熟知［6］。此外，木霉還可以通過(guò)產(chǎn)生揮發(fā)性因子和生長(zhǎng)素等類(lèi)似物促進(jìn)植物的生長(zhǎng)、促進(jìn)植物根系發(fā)育和提高作物產(chǎn)量。木霉憑借其生長(zhǎng)速度快、無(wú)污染、對(duì)人畜無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)上被作為一種具有重要開(kāi)發(fā)價(jià)值的微生物資源。微生物肥料作為一種新型肥料，既能發(fā)揮促生和抗病功能還能避免化肥和農(nóng)藥長(zhǎng)期使用的一系列弊端［7］。以往有人通過(guò)將木霉制作為微生物肥料后作用于植物，以發(fā)揮其促生、抗病的功能。例如有研究利用哈茨木霉（T.harzianum）菌肥進(jìn)行白菜（Brassica pekinensis L.）的增產(chǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的肥料相比，木霉菌肥處理具有操作簡(jiǎn)單且促生效果顯著的優(yōu)點(diǎn)［8］。

菌株1-cg-18是由閩楠（Phoebe bourne（Hemsl.）Yang）體內(nèi)分離獲得的一株具有較強(qiáng)溶磷、解鉀、產(chǎn)IAA能力，同時(shí)還具有明顯抗病效果的長(zhǎng)枝木霉（T.longibrachiatum）［9］。前期研究中我們發(fā)現(xiàn)菌株1-cg-18菌液對(duì)玉米體現(xiàn)出了較好的促生效果。在此基礎(chǔ)上，本研究通過(guò)檢測(cè)長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)、生理、土壤養(yǎng)分、土壤酶活性和根際土微生物群落的影響，揭示長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米提質(zhì)增效的效果及其作用機(jī)制，為玉米微生物肥料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)所用土壤購(gòu)買(mǎi)于什邡市綠源美家農(nóng)業(yè)科技有限公司，其理化性質(zhì)如下（pH 7.40、有機(jī)質(zhì)含量399 g/kg、全氮7.76×104mg/kg，全磷含量0.09 g/kg，全鉀為360 mg/kg），土壤經(jīng)121℃高溫高壓滅菌60 min后備用。玉米種子采用惠玉788，購(gòu)買(mǎi)自貴州友禾種業(yè)有限公司。長(zhǎng)枝木霉（T.longibrachiatum 1-cg-18）菌種由貴州大學(xué)森林保護(hù)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室提供，GenBank號(hào)為MK284517.1，PDA斜面菌種現(xiàn)保藏于該實(shí)驗(yàn)室4℃冰箱，所用化學(xué)肥料為尿素（含氮N：46%）。供試菌肥是按每克菌肥固態(tài)基質(zhì)（酒糟∶麥麩=3∶7）添加1.0 mL蒸餾水，于121℃滅菌60 min后，每克菌肥固態(tài)基質(zhì)接入0.3 mL的長(zhǎng)枝木霉（106CFU/mL）菌液，于28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)7 d后獲得長(zhǎng)枝木霉菌肥，菌肥的孢子濃度為1010CFU/g。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用盆栽試驗(yàn)，共設(shè)置3個(gè)處理：（1）每克土加入0.01 g菌肥（YJ）；（2）0.07%化肥（YF）；（3）每克土加入0.01 g菌肥基質(zhì)（YD）。選取籽粒飽滿(mǎn)、大小均勻的玉米種子用5%的NaClO溶液進(jìn)行種子消毒10 min后，用無(wú)菌水洗滌3-5次，每穴盆撒入5粒玉米種子（播種穴盆為上口12.5 cm、下口9 cm、高10 cm），每個(gè)處理設(shè)60盆苗，于2020年5月在貴州大學(xué)林學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行常規(guī)管理。通過(guò)肉眼觀(guān)察各處理玉米高度上出現(xiàn)明顯差異后，檢測(cè)不同處理玉米的各項(xiàng)生長(zhǎng)、生理、根際土養(yǎng)分、根際土酶活和根際土微生物群落。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：不同處理玉米高度上產(chǎn)生明顯差異后（40 d），每個(gè)處理隨機(jī)選取不同處理組的10株幼苗利用直尺測(cè)定其苗高、根長(zhǎng)；采用稱(chēng)重法測(cè)定玉米的鮮重和干重，其中干重是將玉米幼苗在105℃下烘干30 min，65℃烘干至恒量用電子天平稱(chēng)量。

玉米生理指標(biāo)測(cè)定：在不同處理玉米40 d后，隨機(jī)選取不同處理40株幼苗的葉片和根系，利用丙酮提取法測(cè)定葉片的葉綠素含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250法、蒽酮法測(cè)定玉米的可溶性蛋白和可溶性糖含量［10］；利用TTC法測(cè)定玉米的根系活力［11］；分別采用愈創(chuàng)木酚法、NBT還原法和高錳酸鉀滴定容量法測(cè)定玉米的過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性［12］。生理指標(biāo)測(cè)定至少3個(gè)重復(fù)。

玉米根際土養(yǎng)分含量和土壤酶活性測(cè)定：隨機(jī)選取不同處理30株玉米幼苗，取出根系后輕輕抖落根系附著的外圍土壤，然后用無(wú)菌毛刷刷下靠近根系4 mm范圍內(nèi)的土壤，將同一處理下10株幼苗根系土壤進(jìn)行混合后作為一個(gè)重復(fù)，用于玉米根際土壤養(yǎng)分、土壤酶活的測(cè)定。其中土壤N、P、K的測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)化分析》［13］、土壤酶活性的測(cè)定方法參考《土壤酶及其研究方法》的方法［14］。

玉米根際土壤微生物群落測(cè)定：每個(gè)處理隨機(jī)選取30株幼苗，每10株幼苗根際土作為1個(gè)重復(fù)。根際土收集方式同根際土養(yǎng)分和酶活性測(cè)定中收集方法。參考王元基［15］的方法對(duì)樣本的基因組DNA進(jìn)行提取，以土壤細(xì)菌總DNA為模板，應(yīng)用通 用 引 物 341F（5′-CCTACGGGNGGCWGCAG -3′）和 805R（5′-GACTACHVGGGTATCTAATCC -3′） 擴(kuò)增16S rDNA的V3-V4區(qū)，擴(kuò)增體系為25 μL；以土壤真菌總DNA為模板，應(yīng)用引物ITS1F（5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和 ITS2R（5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）擴(kuò)增真菌ITS1區(qū)，擴(kuò)增體系為25 μL。委托貴州為萊科技有限責(zé)任公司采用IlluminaPE250對(duì)玉米根際細(xì)菌和根際真菌進(jìn)行雙端測(cè)序。其中真菌和細(xì)菌總DNA的PCR產(chǎn)物純化回收、定量以及測(cè)序文庫(kù)構(gòu)建、文庫(kù)質(zhì)檢等參考許來(lái)鵬等方法［16］。土壤微生物的生物信息學(xué)分析步驟如下：按照QIIME2 dada2分析流程，依次進(jìn)行序列去噪、OTU聚類(lèi)、物種分類(lèi)。根據(jù)去噪和聚類(lèi)結(jié)果，對(duì)每個(gè)序列做物種注釋?zhuān)x用STAMP、MetaStat、LEfSe、Anosim和MRPP等統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)分組樣本的物種組成和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響見(jiàn)表1。與對(duì)照（YD）相比，菌肥（YJ）和化肥（YF）處理均利于玉米的生長(zhǎng)，且差異顯著（P＜0.05）。其中，菌肥和化肥對(duì)玉米生長(zhǎng)指標(biāo)的影響差異不顯著，且均呈現(xiàn)菌肥處理比化肥處理更利于玉米生長(zhǎng)。其中菌肥處理的苗高、根長(zhǎng)分別比對(duì)照處理高出了44.65%和75.74%；而化肥處理的苗高和根長(zhǎng)比對(duì)照處理高出了39.87%和71.25%。此外，由干重和鮮重等生長(zhǎng)指標(biāo)也能發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的規(guī)律，如菌肥和化肥可有效提升玉米干重和鮮重（P＜0.05），但菌肥與化肥處理對(duì)比，兩者對(duì)玉米地上干重和鮮重的影響差異不顯著（P＞0.05）。另外，由圖1也可直觀(guān)的發(fā)現(xiàn)，不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)影響的差異性。綜合不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，菌肥比化肥對(duì)玉米的促生作用更為明顯。

圖1 不同處理下玉米生長(zhǎng)圖Fig.1 Real growth map of maize under different treatments

表1 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響Table 1 Effect of T.longissima fertilizer on maize growth

2.2 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗生理的影響

長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗生理的影響如圖2所示，與對(duì)照處理相比，菌肥和化肥處理均可提升玉米可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素含量、根系活力和3種保護(hù)酶活性，且均呈現(xiàn)菌肥處理效果優(yōu)于化肥處理。菌肥和化肥對(duì)玉米生理指標(biāo)影響中，除了可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、根系活力、地上CAT和POD的影響呈現(xiàn)差異顯著外（P＜0.05），其他指標(biāo)二者之間均差異不顯著（P＞0.05）。其中，差異比較明顯的是玉米可溶性糖含量，與對(duì)照相比，菌肥處理比對(duì)照處理的地上和地下的可溶性糖含量分別高出了 431.25% 和369.27%（P＜0.01），而化肥處理與對(duì)照處理之間的可溶性糖含量差異不顯著（P＜0.05）。綜合以上玉米生理指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)枝木霉菌肥可以發(fā)揮出比化肥對(duì)玉米生理指標(biāo)更好的促進(jìn)作用。

圖2 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗生理的影響Fig.2 Effects of T.longibrachiatum fertilizer on physiology of maize seedlings

2.3 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米根際土壤微環(huán)境的影響

2.3.1 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米根際土壤養(yǎng)分和根際土壤酶活性的影響 由表2可知，菌肥處理和化肥處理均可提高玉米根際土氮、磷、鉀的相對(duì)含量，二者與對(duì)照處理相比均差異顯著（P＜0.05）。此外，菌肥處理對(duì)玉米根際土養(yǎng)分含量的影響要優(yōu)于化肥處理，但二者之間差異不顯著（P＞0.05）。其中菌肥和肥料對(duì)玉米根際土全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、全氮和水解氮含量的提高幅度分別為38.04%和26.99%、29.81%和18.75%、52.60%和48.12%、14.21%和 8.74%、94.84%和 74.76%、24.00%和16.99%。

表2 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米根際土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Effects of T.longibrachiatum fertilizer on soil nutrients in the rhizosphere of maize

由表3可知，菌肥和化肥處理對(duì)玉米根際土壤酶活性均有一定幅度的提高，但整體上菌肥處理對(duì)土壤酶活性的提高幅度要優(yōu)于化肥處理。其中，菌肥處理對(duì)土壤脲酶和蔗糖酶的提高幅度更大，分別提高了37.04%和516.35%，而對(duì)磷酸酶的影響較?。≒＞0.05）?；侍幚韮H對(duì)蔗糖酶的提高幅度較高（405.97%）（P＜0.05），而對(duì)脲酶和磷酸酶的提升幅度較?。≒＞0.05）。

表3 長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米根際土壤酶活性的影響Table 3 Effects of T.longibrachiatum fertilizer on enzyme activities in maize rhizosphere soil

2.3.2 菌肥對(duì)玉米根際土微生物群落的影響 菌肥處理對(duì)玉米根際土壤真菌和細(xì)菌數(shù)量的影響如圖3所示，不同處理下玉米根際土細(xì)菌OTU數(shù)量遠(yuǎn)大于真菌的OTU數(shù)量。與對(duì)照處理相比，添加菌肥會(huì)減少土壤細(xì)菌OTU數(shù)量，但會(huì)增加土壤真菌OTU數(shù)量。添加肥料會(huì)增加根際土細(xì)菌OTU數(shù)量，但會(huì)減少真菌OTU數(shù)量。不同處理特有的細(xì)菌OTU數(shù)量排序?yàn)?YF（1 441個(gè)）＞YD（1 046個(gè)）＞YJ（981個(gè)）（圖3-A）。特有真菌OTU數(shù)量排序?yàn)閅J（163個(gè)）＞YD（112個(gè)）＞YF（109個(gè)）（圖3-B）。

圖3 不同處理下玉米土壤微生物OTU數(shù)量韋恩圖Fig.3 Wayne diagram of OTU number of maize soil microorganisms under different treatments

由表4可知，不同處理對(duì)細(xì)菌群落的Chao1豐富度指數(shù)、Shannon指數(shù)和ACE豐度指數(shù)影響的排序?yàn)椋篩F＞YD＞YJ。不同處理對(duì)土壤真菌群落的Chao1豐富度指數(shù)、Shannon指數(shù)和ACE豐度指數(shù)影響的排序?yàn)椋篩J＞YD＞YF。以上結(jié)果表明，添加菌肥會(huì)增加根際土真菌多樣性和豐富度，降低細(xì)菌多樣性和豐富度；而添加化肥會(huì)增加細(xì)菌多樣性和豐富度，減少根際真菌多樣性和豐富度。

表4 各處理樣本的微生物多樣性指數(shù)Table 4 Microbial diversity index of each treatment sample

玉米幼苗根際土真菌和細(xì)菌門(mén)水平群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示：在門(mén)水平上，3個(gè)處理真菌群落共有93個(gè)門(mén)，其top 3優(yōu)勢(shì)菌門(mén)分別是球囊菌門(mén)（Glomeromycota）、子囊菌門(mén)（Ascomycota）和擔(dān)子菌門(mén)（Basidiomycota）（圖4-A）。而細(xì)菌群落中共有112個(gè)門(mén)，其top 6優(yōu)勢(shì)菌門(mén)分別是變形菌門(mén)（Proteobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）、厚壁菌門(mén)（Firmicutes）、放線(xiàn)菌門(mén)（Actinobacteria）、疣微菌門(mén)（Verrucomicrobia）和芽單胞菌門(mén)（Gemmatimonadetes），相對(duì)豐度均大于1%以上（圖4-B）。由Heatmap圖和柱狀圖綜合分析發(fā)現(xiàn)，在真菌門(mén)水平上，添加菌肥會(huì)使壺菌門(mén)（Chytridiomycota）和子囊菌門(mén)豐富度比例增加，但會(huì)使球囊菌門(mén)（Glomeromycota）和擔(dān)子菌門(mén)（Basidiomycota）豐富度比例減少。而添加化肥會(huì)使擔(dān)子菌門(mén)的相對(duì)豐度比例增加，但會(huì)降低子囊菌門(mén)和壺菌門(mén)（Chytridiomycota）的相對(duì)豐度（圖4-C）。在細(xì)菌門(mén)水平上，添加菌肥會(huì)使變形菌門(mén)、芽單胞菌門(mén)、疣微菌門(mén)（Verrucomicrobia）豐度比例增加，但會(huì)降低軟壁菌門(mén)（Tenericutes）和梭桿菌門(mén)（Fusobacteria）的相對(duì)豐度，而施加化肥會(huì)增加厚壁菌門(mén)和軟壁菌門(mén)的相對(duì)豐度（圖4-D）。

圖4 各樣本在門(mén)水平上的群落結(jié)構(gòu)Fig.4 Community structure of each sample at phylum level

玉米幼苗根際土真菌屬水平群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示：在真菌屬水平上，3個(gè)處理共包含181個(gè)真菌屬，其中存在大量未經(jīng)得到分類(lèi)學(xué)注釋以及未能辨認(rèn)出的物種，已注釋的物種主要為T(mén)richocladium和Others，但二者在181個(gè)真菌屬中所占比例較?。▓D5-A）。由Heatmap圖可知，與YD和YF處理相比，施加菌肥可顯著增加曲霉屬（Aspergillus）、青霉屬（Penicillium）、木霉屬（Trichoderma）、靈芝屬（Ganoderma）、單端孢屬（Trichothecium）、古根菌屬（Archaeorhizomyces）等屬的豐富度；而施加化肥可顯著增加鬼傘屬（Coprinus）、毛殼屬（Chaetomium）、蛇形蟲(chóng)草屬（Ophiocordyceps）的相對(duì)豐度。分析不同處理對(duì)木霉屬的影響，與對(duì)照處理相比，菌肥處理可以增加木霉屬的相對(duì)豐度，而化肥處理會(huì)減少木霉屬的相對(duì)豐度（圖5-C）。

玉米幼苗根際土細(xì)菌屬水平群落結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示：在細(xì)菌屬水平上，3個(gè)處理共有2 408個(gè)屬，其優(yōu)勢(shì)屬分別是蒼白桿菌屬（Ochrobactrum）、黃單胞菌屬（Stenotrophomonas）、纖維弧菌屬（Cellvibrio）、德沃斯氏菌屬（Devosia）、鞘脂單胞菌屬（Sphingopyxis）和土地桿菌屬（Pedobacter）等22個(gè)屬（圖5-B）。由Heatmap圖可知，與肥料和對(duì)照相比，施加菌肥能顯著增加蒼白桿菌屬、鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas）和魏斯氏菌屬（Weissella）等屬的相對(duì)豐度，會(huì)顯著降低棒狀桿菌屬（Corynebacterium）和普氏菌屬（Prevotella）的相對(duì)豐度；而施加化肥可顯著增加芽孢桿菌（Bacillus）、乳桿菌屬（Lactobacillus）、噬氫菌屬（Hydrogenophaga）和德沃斯氏菌屬（Weissella）的相對(duì)豐度，但會(huì)降低梭菌屬（Clostridium）、鞘氨醇單胞菌屬和莖菌屬（Caulobacter）的相對(duì)豐度（圖5-D）。

圖5 各樣本在屬水平上的群落結(jié)構(gòu)Fig.5 Community structure of each sample at genus level

使用FUNGuild預(yù)測(cè)不同處理屬水平上真菌群落的營(yíng)養(yǎng)型和功能群，結(jié)果可被分為3個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)型，分別為病原營(yíng)養(yǎng)型、腐生營(yíng)養(yǎng)型和共生營(yíng)養(yǎng)型，3者所占比列分別為15.22%-26.25%、44.41%-70.00%和14.78%-28.94%（圖6-A）。其中，與對(duì)照和肥料處理相比，添加菌肥會(huì)增加腐生營(yíng)養(yǎng)型的相對(duì)豐度，降低共生營(yíng)養(yǎng)型和病原營(yíng)養(yǎng)型的相對(duì)豐度。加肥料會(huì)增加腐生營(yíng)養(yǎng)型相對(duì)豐度，降低共生營(yíng)養(yǎng)型和病原營(yíng)養(yǎng)型的相對(duì)豐度。利用PICRUSt 2軟件對(duì)不同處理玉米根際土壤屬水平的細(xì)菌進(jìn)行初步的功能預(yù)測(cè)。由圖6-B可發(fā)現(xiàn)，3個(gè)處理內(nèi)生細(xì)菌共包括氨基酸運(yùn)輸和代謝能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換、氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝、翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)與生物發(fā)生、能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、碳水化合物運(yùn)輸和代謝、細(xì)胞周期控制、細(xì)胞分裂及染色體分配等20類(lèi)代謝通路。其中添加菌肥會(huì)提高能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、無(wú)機(jī)離子轉(zhuǎn)與代謝、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝等代謝活動(dòng)，而添加化肥會(huì)增加防御機(jī)制、復(fù)制、重組和修復(fù)和碳水化合物運(yùn)輸和代謝等代謝活動(dòng)。

圖6 不同處理土壤微生物功能預(yù)測(cè)Fig.6 Function prediction of soil fungi in different treatments

RDA分析又叫冗余分析，其用來(lái)闡明微生物群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系。將不同處理玉米根際細(xì)菌和真菌屬水平的種類(lèi)與不同處理下土壤養(yǎng)分進(jìn)行RDA分析，結(jié)果如圖7所示，在真菌群落水平上，兩主軸可以解釋為3個(gè)處理土壤真菌群落總變異的69.75%，其中TK、TN、TP、AK、AP和HN均與菌肥處理組呈正相關(guān)，與肥料組和對(duì)照組均呈負(fù)相關(guān)。在細(xì)菌群落水平上，兩主軸可以解釋為3個(gè)處理土壤細(xì)菌群落總變異的33.51%，其中TN、TK、TP、AK、AP和HN與菌肥處理組均呈正相關(guān)，肥料處理與AK、TN、AP和TP呈正相關(guān)，與HN和TK呈負(fù)相關(guān)。

圖7 玉米根際土壤微生物群落與土壤養(yǎng)分的RDA分析Fig.7 RDA analysis of soil microbial community and soil nutrients in maize rhizosphere

3 討論

本研究通過(guò)盆栽試驗(yàn)檢測(cè)長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米幼苗的促生作用，結(jié)果顯示，添加菌肥可以有效促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，并比化肥的促生效果更優(yōu)。本研究中長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米的促生效果顯著高于吳云艷［17］利用生物菌肥對(duì)玉米的促生效果。與化肥處理相比，長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米的生理具有更積極的作用。比如，菌肥處理顯著提升了玉米根系活力，玉米根系活力的增加，可以菌增加根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收，進(jìn)而利于玉米的生長(zhǎng)。同時(shí)，菌肥處理提高了玉米葉綠素含量，葉綠素含量的提升可有效促進(jìn)植物光合作用的效率，這與郭成等［18］研究的長(zhǎng)枝木霉可以提高玉米的光合作用結(jié)果相一致。此外，木霉菌肥處理提高了玉米可溶性糖和可溶性蛋白的含量，可溶性糖和可溶性蛋白的提升可以促進(jìn)玉米體內(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)合成，提高玉米細(xì)胞的保水能力。與楊春平等［19］研究綠色木霉L24處理可以提升玉米保護(hù)性酶活性的結(jié)果相似，本研究中木霉菌肥處理提升了玉米SOD、CAT、POD三種保護(hù)性酶活性。由此推斷長(zhǎng)枝木霉菌肥在促進(jìn)玉米生長(zhǎng)的同時(shí)還可以激活玉米自身的防御系統(tǒng)而增加其對(duì)環(huán)境及生物脅迫的的抵御能力。

微生物菌肥能夠提高土壤透氣度，增強(qiáng)土壤肥沃程度，進(jìn)而促進(jìn)植物生長(zhǎng)［20］。本研究結(jié)果表明，與對(duì)照和肥料相比，長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的積極作用更優(yōu)。分析菌肥改善土壤養(yǎng)分的原因可能是菌肥的施入產(chǎn)生了有機(jī)酸等類(lèi)似物質(zhì)，進(jìn)而活化了土壤中難溶性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。土壤酶是土壤物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要組成部分，土壤酶活性的增加可以促進(jìn)根際土壤的代謝活動(dòng)，作為土壤肥力的指標(biāo)之一。在本研究中菌肥加入可以提高玉米根際土壤酶活性，其原因可能與土壤肥力水平、微生物種類(lèi)和數(shù)量的差異有關(guān)［21］。

微生物多樣性指數(shù)是評(píng)價(jià)微生物多樣性的有效方法，且與土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)。本研究中，菌肥處理增加了玉米根際土壤真菌群落的豐富度和多樣性。而肥料處理增加了土壤細(xì)菌群落的多樣性及豐富度，其原因可能是肥料中氮素的吸收與利用導(dǎo)致土壤中氮素下降，對(duì)細(xì)菌微生物的脅迫作用減弱，使微生物的活動(dòng)和繁殖增加，從而使細(xì)菌微生物含量增多［22］。在門(mén)水平上，添加菌肥提高了變形菌門(mén)和子囊菌門(mén)的相對(duì)豐度，變形菌門(mén)可有效促進(jìn)植物對(duì)氮、磷、鉀元素的循環(huán)利用，利于玉米對(duì)土壤中的營(yíng)養(yǎng)成分吸收利用，子囊菌門(mén)多為腐生真菌門(mén)，對(duì)降解土壤中有機(jī)質(zhì)有重要作用。這與Pang等［23］運(yùn)用長(zhǎng)枝木霉處理番茄根系得到的結(jié)果相似。施加化肥會(huì)提高厚壁菌門(mén)和擔(dān)子菌門(mén)相對(duì)豐度，擔(dān)子菌門(mén)多為腐生菌門(mén)，可促進(jìn)土壤物質(zhì)循環(huán)，為土壤有益菌。在屬水平上，添加菌肥提高了木霉屬、曲霉屬和蒼白桿菌屬的相對(duì)豐度，其中曲霉屬和青霉屬具有較強(qiáng)的溶磷作用，從而使磷元素的轉(zhuǎn)化得到提高，提升土壤理化性質(zhì)，是溶磷微生物的重要類(lèi)群［24］?；实奶砑訒?huì)使毛殼屬顯著增加，毛殼菌屬以產(chǎn)生豐富的降解纖維素的酶和產(chǎn)生具有生理活性的次生代謝產(chǎn)物而著稱(chēng)，能對(duì)多種植物的多種病害的病原菌產(chǎn)生抑制作用［25］。

本研究中，腐生營(yíng)養(yǎng)型為不同處理屬水平上真菌群落的主要營(yíng)養(yǎng)型，這可能與子囊菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)有關(guān)，子囊菌門(mén)多為腐生菌，是土壤中重要的分解者，可以分解難降解的有機(jī)質(zhì)，在養(yǎng)分循環(huán)方面起著重要作用［26］。與對(duì)照組和肥料組相比，添加菌肥土壤的病原營(yíng)養(yǎng)型相對(duì)豐度顯著降低，病原營(yíng)養(yǎng)型真菌主要從宿主獲取營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，易造成植物病害。說(shuō)明長(zhǎng)枝木霉菌肥益于植株生長(zhǎng)的同時(shí)，更有益于降低植株病害的發(fā)生。本研究將細(xì)菌、真菌屬水平種類(lèi)與土壤養(yǎng)分開(kāi)展RDA分析，其中全鉀為真菌群落最主要的影響因素，有效磷為細(xì)菌群落最主要的影響因素，且所有土壤養(yǎng)分含量均與菌肥處理呈正相關(guān)，說(shuō)明菌肥能有效提高土壤養(yǎng)分含量，且對(duì)土壤真菌、細(xì)菌群落具有積極的影響。另外本研究在接種了長(zhǎng)枝木霉菌肥后的育苗盆土壤表面可以觀(guān)察到大量的綠色的木霉孢子的產(chǎn)生，同時(shí)由玉米根際土壤微生物群落的多樣性的研究結(jié)果可知，長(zhǎng)枝木霉可以有效定殖于根際土壤中。另外，以往多個(gè)木霉對(duì)不同植物的作用結(jié)果顯示，大部分的木霉可以定殖于植物的根部［9，27］。由此，推測(cè)長(zhǎng)枝木霉可以同時(shí)在玉米根際和根內(nèi)發(fā)揮作用。綜上，長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米根際微生物群落的影響可能也是提升玉米根際土壤養(yǎng)分、促進(jìn)玉米生長(zhǎng)的重要原因。

4 結(jié)論

長(zhǎng)枝木霉菌肥與化肥相比對(duì)玉米有更好的促生效果。長(zhǎng)枝木霉菌肥對(duì)玉米的促生機(jī)制主要包括對(duì)玉米生理活性的積極作用、改善土壤養(yǎng)分、提升土壤酶活性和影響根際微生物群落等。