解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)檳榔生長(zhǎng)及土壤微生態(tài)的影響

劉小玉,付登強(qiáng),余鳳玉

(1 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所,海南文昌,571339;2 海南省檳榔產(chǎn)業(yè)工程研究中心,海南文昌,571339)

檳榔ArecacatechuL.為棕櫚科檳榔屬多年生植物,是海南極具地方特色和優(yōu)勢(shì)的重要熱帶經(jīng)濟(jì)作物,也是海南省政府大力倡導(dǎo)發(fā)展的“三棵樹(shù)”之一[1]。為追求高產(chǎn),化肥常被過(guò)量施用,從而造成土壤酸化板結(jié)、微生態(tài)失衡、病蟲(chóng)害嚴(yán)重等問(wèn)題,這些問(wèn)題已成為制約檳榔產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。微生物菌肥是添加有效微生物菌用于改善土壤微生態(tài)環(huán)境的功能性肥料,長(zhǎng)期施用可以活化有機(jī)質(zhì)、增強(qiáng)土壤酶活力、改善果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、增加作物產(chǎn)量、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、減少環(huán)境污染等[2]。珊丹等[3]認(rèn)為草原礦區(qū)排土場(chǎng)施用微生物菌肥,可改善原狀土壤環(huán)境,提高土壤肥力。羅玉蘭等[4]研究發(fā)現(xiàn),微生物肥能改善土壤質(zhì)量,提高有機(jī)質(zhì),速效氮、磷、鉀含量及微生物總量,調(diào)節(jié)pH值。Qin等[5]研究發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌L-S60可顯著改變黃瓜幼苗相關(guān)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu),改善黃瓜幼苗生長(zhǎng)條件。Chen等[6]發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌SQR9可幫助玉米植株抵御鹽脅迫,顯著促進(jìn)玉米幼苗的生長(zhǎng),提高葉綠素含量。前人研究主要集中于微生物菌肥對(duì)土壤肥力的影響或?qū)δ撤N作物生長(zhǎng)指標(biāo)的影響,尚未見(jiàn)微生物菌肥對(duì)檳榔根系土壤微生態(tài)效應(yīng)的相關(guān)報(bào)道。本文以解淀粉芽孢桿菌ck-05為研究對(duì)象,分析該菌株對(duì)檳榔生長(zhǎng)及土壤微生態(tài)效應(yīng)的影響,為該菌株在熱區(qū)土壤改良中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)地位于海南文昌中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所檳榔示范園;供試菌株解淀粉芽孢桿菌ck-05為本課題組保存,供試檳榔苗為1年生 “熱研1號(hào)”檳榔。

1.2 菌株ck-05發(fā)酵液的制備

用液體LB培養(yǎng)基培養(yǎng)菌株ck-05,并置于28 ℃,200 r/min搖床上震蕩3 d,制成1×109CFU/mL菌懸液。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)3個(gè)不同處理,T1為滅活菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d(對(duì)照),T2為菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d,T3為菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d后再高溫滅菌。每處理設(shè)10個(gè)重復(fù)。每盆種植1株檳榔幼苗,用盆裝好檳榔苗后埋在大田中,常規(guī)水肥管理,每隔15 d用200 mL相應(yīng)的發(fā)酵液灌根1次,連續(xù)處理3個(gè)月,1年后測(cè)量株高、莖粗、葉綠素SPAD、鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀[7],采集檳榔葉片檢測(cè)氮、磷、鉀,鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鈉等元素含量,同時(shí)采集檳榔根系土壤樣品,檢測(cè)土壤中微生物數(shù)量、土壤主要養(yǎng)分含量及土壤酶活性。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 檳榔農(nóng)藝性狀的測(cè)定 用卷尺測(cè)量株高;游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗;用天平稱(chēng)鮮質(zhì)量,用SPAD-502 Plus葉綠素測(cè)定儀測(cè)量葉綠素SPAD值,每個(gè)葉片測(cè)定5點(diǎn),取平均值[8]。

1.4.2 檳榔植株養(yǎng)分的測(cè)定 H2SO4-H2O2法消煮樣品后,用擴(kuò)散法測(cè)定檳榔植株全氮含量,鉬銻抗比色法測(cè)定檳榔植株全磷含量,火焰光度計(jì)法測(cè)定檳榔植株全鉀含量。干灰化-稀鹽酸溶解法處理樣品,用原子吸收分光光度法測(cè)定檳榔植株鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鈉等元素含量[9]。

1.4.3 根系微生物數(shù)量的測(cè)定 采用稀釋涂布平板法對(duì)土壤中細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌分別進(jìn)行計(jì)數(shù),具體方法參照余鳳玉等[10]土壤微生物計(jì)數(shù)方法。

1.4.4 土壤主要養(yǎng)分含量的測(cè)定 采用pH計(jì)測(cè)土壤pH值;重鉻酸鉀滴定法測(cè)土壤有機(jī)質(zhì);堿解氮擴(kuò)散法測(cè)堿解氮;鉬銻抗比色法測(cè)有效磷;火焰光度計(jì)法測(cè)速效鉀,具體方法參照納小凡等[11]土壤環(huán)境化學(xué)指標(biāo)測(cè)定。

1.4.5 土壤主要酶活性的測(cè)定 土壤酶活性測(cè)定指標(biāo)包括土壤脲酶、土壤過(guò)氧化氫酶和土壤磷酸酶,均采用檢測(cè)試劑盒測(cè)定。試劑盒購(gòu)買(mǎi)于北京索萊寶科技有限公司。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理及繪圖采用WPS表格,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用 SAS 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)檳榔農(nóng)藝性狀的影響

株高、莖粗、葉綠素SPAD值、鮮質(zhì)量等指標(biāo)是檳榔幼苗的主要農(nóng)藝性狀,同時(shí)也是判斷檳榔幼苗質(zhì)量的重要依據(jù)[12]。與對(duì)照T1相比,解淀粉芽孢桿菌ck-05發(fā)酵液處理(T2)的檳榔苗株高增高率為13.22%,莖粗增長(zhǎng)率為9.94%,葉綠素SPAD增長(zhǎng)率為44.61%,植株鮮質(zhì)量增長(zhǎng)率為11.12%;處理T3與T1之間的株高、莖粗、葉綠素SPAD及鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀差異均不顯著(見(jiàn)表1)。說(shuō)明解淀粉芽孢桿菌ck-05可顯著促進(jìn)檳榔植株生長(zhǎng)。

表1 解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)檳榔農(nóng)藝性狀的影響

2.2 對(duì)檳榔植株養(yǎng)分的影響

植株中含有的N、P 、K、Ca、Mg、Fe等營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要的平衡作用,如N是植物體內(nèi)不可或缺的元素,直接關(guān)系到植株器官分化和植物體的形態(tài)建成[13]。P能提高植株體內(nèi)相關(guān)酶的生理活性,增強(qiáng)植物的代謝活性。K有提高農(nóng)作物的抗逆性作用。由表2可以得知,處理T2的氮含量為13.09 mg/g,鉀含量為4.73 mg/g,均顯著高于T1和T3,而T1和T3之間的差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05能顯著提高檳榔植株中氮和鉀的含量。而不同處理間的磷含量差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05對(duì)檳榔植株的磷含量沒(méi)有顯著影響。根據(jù)鐵和鋅含量的結(jié)果來(lái)看,處理T2和處理T3中的鐵、鋅含量均顯著高于對(duì)照T1,而處理T2和處理T3之間的差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高檳榔植株中的鐵和鋅含量。處理T2中的錳為40.21 mg/kg,銅為15.05 mg/kg,鎂為697.44 mg/kg,均顯著高于T1和T3,而T1和T3之間的差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05能顯著提高檳榔植株中錳、銅、鎂的含量。不同處理間的鈉和鈣含量差異均不顯著,說(shuō)明菌株ck-05對(duì)檳榔植株的鈉和鈣含量影響不大。由此可見(jiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)檳榔植株的主要養(yǎng)分含量有顯著促進(jìn)作用。

表2 解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)檳榔植株主要養(yǎng)分含量的影響

2.3 對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)和植物養(yǎng)分利用過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,也是土壤養(yǎng)分貯存庫(kù)和植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的重要來(lái)源[14]。從表3可以看出,處理T2和處理T3中的土壤細(xì)菌數(shù)量均顯著高于對(duì)照T1,其中處理T2中的土壤細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大,為3.5×108CFU/g,說(shuō)明解淀粉芽孢桿菌ck-05菌株及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高土壤中細(xì)菌數(shù)量,但菌株ck-05的作用更顯著。根據(jù)真菌數(shù)量的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,對(duì)照T1的真菌數(shù)量為4.0×104CFU/g,而處理T2的真菌數(shù)量為2.1×104CFU/g,顯著低于T1,而T1和T3之間的差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05能顯著降低土壤中的真菌數(shù)量。但不同處理間土壤中放線(xiàn)菌數(shù)量差異不顯著,說(shuō)明菌株ck-05對(duì)土壤放線(xiàn)菌影響不大。由此可見(jiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05能改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。

表3 解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響 CFU/g

2.4 對(duì)土壤主要養(yǎng)分含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供養(yǎng)分的倉(cāng)庫(kù),也是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)。土壤中的堿解氮、有效磷和速效鉀是作物根系吸收利用的主要狀態(tài),含量較高有利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量及品質(zhì)的形成[15]。從表4可以看出,處理T2和處理T3的有機(jī)質(zhì)含量均高于對(duì)照T1,其中處理T2的有機(jī)質(zhì)含量為18.04 g/kg,顯著高于處理T3,說(shuō)明解淀粉芽孢桿菌ck-05菌株及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,但菌株ck-05的作用更顯著。從堿解氮的試驗(yàn)結(jié)果可以看出,處理T2的堿解氮含量31.50 mg/kg,顯著高于T1和T3,說(shuō)明菌株ck-05能顯著提高土壤堿解氮含量。而不同處理間的土壤pH值、速效鉀和有效磷含量差異均不顯著,說(shuō)明菌株ck-05對(duì)土壤pH值、速效鉀和有效磷影響不大。由此可見(jiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05能提高土壤有機(jī)質(zhì)和土壤堿解氮含量,可有效改善土壤的養(yǎng)分狀況。

表4 解淀粉芽孢桿菌ck-05對(duì)土壤主要養(yǎng)分含量的影響

2.5 對(duì)土壤主要酶活性的影響

土壤酶活性代表了土壤微生物的新陳代謝能力,與土壤質(zhì)量有密切關(guān)系,且不同的酶有著獨(dú)特的功能[16]。其中,土壤脲酶可以將尿素水解成氨和二氧化碳,土壤脲酶活性高對(duì)提高尿素肥料的利用率有重大意義。土壤磷酸酶能將土壤中無(wú)效態(tài)磷活化成植株可以吸收利用的有效態(tài)磷,土壤磷酸酶活性高對(duì)提高磷肥的利用率具有重要作用[17]。而土壤過(guò)氧化氫酶能夠催化土壤中過(guò)氧化氫分解,有利于防止過(guò)氧化氫對(duì)土壤產(chǎn)生毒害[18]。從表5 可以看出,處理T2的脲酶活性為253.48 U/g,顯著高于T1和T3,說(shuō)明菌株ck-05能顯著提高土壤的脲酶活性。而不同處理間的土壤過(guò)氧化氫酶活性和磷酸酶活性差異均不顯著,說(shuō)明菌株ck-05對(duì)過(guò)氧化氫酶和磷酸酶影響不大。由此可見(jiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05能提高土壤脲酶活性,對(duì)土壤酶活性有一定的影響。

3 討論

微生物作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的參與者之一,在礦化有機(jī)質(zhì)、分解腐殖質(zhì)、轉(zhuǎn)化植物營(yíng)養(yǎng)等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。微生物菌劑可作為用于改善土壤微生態(tài)環(huán)境的功能性肥料,近年來(lái),微生物菌肥的應(yīng)用研究越來(lái)越受到大家的青睞。解淀粉芽孢桿菌為芽孢桿菌屬,在生長(zhǎng)過(guò)程中能夠產(chǎn)生赤霉素、吲哚乙酸等多種生理活性物質(zhì),提高植物抗病能力;也可分泌伊枯草菌素、表面活性素等多種抗菌物質(zhì),增強(qiáng)機(jī)體抵抗致病菌的能力,有被開(kāi)發(fā)為微生物菌肥的潛力。

株高、莖粗及生物量是衡量植株生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo),也可反映植株吸收養(yǎng)分并利用、積累的情況。保善存等[19]研究結(jié)果表明,施用解淀粉芽孢桿菌LN3和LN4后,枸杞的株高、冠幅、地徑、結(jié)果枝長(zhǎng)、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)均明顯得到改善,枸杞葉片SPAD 值、蒸騰速率、胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等指標(biāo)也顯著提高。何嘉等[8]研究結(jié)果表明,微生物菌劑能顯著提高枸杞幼苗的成活率、發(fā)根量和根系生長(zhǎng)量,也可改善果實(shí)品質(zhì)。王軻永[20]等研究表明,微生物菌劑Super ER·MI能促進(jìn)連作切花菊植株對(duì)氮、磷、鉀的吸收。本研究發(fā)現(xiàn),與對(duì)照相比,施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,檳榔幼苗的株高、莖粗和葉綠素SPAD值、鮮質(zhì)量等生長(zhǎng)指標(biāo)均不同程度增長(zhǎng),說(shuō)明解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著促進(jìn)檳榔植株生長(zhǎng)。另外,與對(duì)照相比,施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,檳榔植株中氮、鉀、鐵、錳、銅、鎂、鋅等元素的含量均顯著增加,說(shuō)明解淀粉芽孢桿菌ck-05能促進(jìn)檳榔植株對(duì)養(yǎng)分的吸收。

土壤微生物是土壤的重要組成部分,可促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán),也是影響土壤微生態(tài)的關(guān)鍵因素。本研究發(fā)現(xiàn),施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,土壤中的細(xì)菌數(shù)量顯著高于對(duì)照T1,而真菌數(shù)量顯著低于對(duì)照T1,說(shuō)明菌株ck-05能明顯改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),這與很多研究結(jié)果相似。呂雅悠等[21]研究認(rèn)為,菌株A21-4可顯著提高辣椒根際土壤中細(xì)菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量,改善土壤微生物結(jié)構(gòu)。胡基華等[22]認(rèn)為,施用解淀粉芽孢桿菌TF28能調(diào)節(jié)黃瓜根際土壤微生物結(jié)構(gòu),提高土壤中細(xì)菌和放線(xiàn)菌的數(shù)量,降低真菌數(shù)量,抑制連作引起的由“細(xì)菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變。

土壤是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ),土壤的肥力直接決定了作物的生長(zhǎng)發(fā)育,影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[23]。本研究發(fā)現(xiàn),施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,土壤中的有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均得到顯著增加,土壤中養(yǎng)分狀況明顯得到改善,這與很多研究結(jié)果相似。楊超才等[24]研究發(fā)現(xiàn),施用含枯草芽孢桿菌有機(jī)肥可增加土壤養(yǎng)分含量。張學(xué)超等[25]認(rèn)為,接種解淀粉芽孢桿菌Z-14能顯著增加小麥根際土壤有機(jī)質(zhì)的含量。呂亮雨等[26]發(fā)現(xiàn),微生物菌劑的施用有效增加了枸杞園土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量,改良了枸杞園的土壤理化性質(zhì)。

土壤酶活性反映了土壤的健康狀況,土壤酶主要來(lái)源于土壤中的微生物、植物根系分泌釋放、動(dòng)植物活體或者殘?bào)w等其他的有機(jī)組織[27]。曾令濤等[28]研究表明,解淀粉芽孢桿菌X益生菌的添加顯著提高了土壤酶活性。張學(xué)超[25]認(rèn)為,接種解淀粉芽孢桿菌Z-14能顯著提高小麥根際土壤脲酶活性和酸性磷酸酶活性。丁方麗等[29]認(rèn)為,菌株A21-4 能顯著提高黃瓜根際土壤過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性。本研究發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著提高土壤脲酶活性,改善土壤理化性質(zhì)。

4 結(jié)論

解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著促進(jìn)檳榔植株生長(zhǎng),改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),同時(shí)也改善了土壤養(yǎng)分狀況,提高了土壤主要酶活性,對(duì)土壤微生態(tài)有很好的改良作用,可用來(lái)開(kāi)發(fā)為微生物菌肥。