微生物菌肥產(chǎn)品對(duì)鹽漬土微生物及食葵產(chǎn)量的影響

微生物菌肥產(chǎn)品對(duì)鹽漬土微生物及食葵產(chǎn)量的影響

鹽是我國(guó)重要的耕地遺產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，鹽漬土的處理主要采用灌溉。隨著對(duì)生態(tài)效益的重視,生物改良措施已成為研究的熱點(diǎn),微生物菌肥在鹽堿地改良中作用的研究得到不斷加強(qiáng)。微生物菌肥含有有益微生物菌群、活性物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及多種微量元素,可制造和協(xié)助作物吸收營(yíng)養(yǎng),提高植物抗性,增加產(chǎn)量,提高質(zhì)量。嚴(yán)慧峻等,劉繼芳等認(rèn)為施用微生物制品可增加土壤細(xì)菌數(shù)量、降低土壤含鹽量。逄煥成等認(rèn)為,施微生物菌劑利于土壤鉀細(xì)菌、枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)繁殖,可降低土壤鹽分含量,促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。于占東等認(rèn)為,施生物菌劑可降低設(shè)施土壤全鹽量,改善微生物區(qū)系?？傮w來(lái)看,微生物菌肥產(chǎn)品在鹽漬土改良中表現(xiàn)出了較好的效果。土壤微生物是評(píng)價(jià)土壤健康和質(zhì)量的重要指標(biāo)。菌肥中的有益菌與土壤土著微生物一起參與了土壤中幾乎全部的物質(zhì)循環(huán)和能量代謝。本研究選擇符合生產(chǎn)要求的兩種微生物菌肥產(chǎn)品,研究單施菌肥與菌劑配施無(wú)機(jī)肥對(duì)河套灌區(qū)中度鹽漬土的作用效果,探討其對(duì)土壤微生物、鹽分及食葵生產(chǎn)的影響,以期為抗鹽堿微生物制劑在生產(chǎn)中的應(yīng)用提供依據(jù)。1材料和方法1.1復(fù)配菌劑為無(wú)機(jī)質(zhì),其微生物菌量為75%,丹路牌微生物菌肥,由北京丹路生物工程有限公司提供。主要成分為植物性草炭,礦物性腐植酸,有機(jī)質(zhì)豆粕等。主要有效成分為有益活體芽孢桿菌,主要為枯草芽孢桿菌,有效菌數(shù)>0.2億·g-1,腐植酸10%,有機(jī)質(zhì)>30%,水分12%,其余為無(wú)機(jī)質(zhì)(N含量2.5%,P2O5含量1.2%,K2O含量1.3%),C∶N=20∶1,pH=7。丹路牌微生物菌劑,由北京丹路生物工程有限公司提供。以蓖麻餅為載體制備而成,主要有效成分為有益活體芽孢桿菌和鉀細(xì)菌,包括膠質(zhì)芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌,有效菌量>0.3億·g-1,有機(jī)質(zhì)≥50%,N含量1.1%,P2O5含量1.04%,K2O含量0.31%,含硼、錳、鋅等微量元素≥0.40%。根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明,丹路菌劑需與無(wú)機(jī)肥配施。無(wú)機(jī)肥為磷酸二銨(N:18%;P:46%)、尿素(N:46%)、復(fù)合肥(15-15-15)。供試作物為食葵,品種為L(zhǎng)D5009,為中熟食用美葵雜交種。1.2地下水的水質(zhì)、蒸發(fā)量試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古五原縣勝豐鎮(zhèn)民聯(lián)村,處于河套灌區(qū)腹地。全年日照時(shí)數(shù)3263h,年均溫6.1℃,≥10℃的積溫3363℃,無(wú)霜期117~136d,年降雨量170mm,大多集中在夏秋兩季,年蒸發(fā)量2068mm,是降雨量的11.5倍。由于蒸發(fā)量過(guò)大,冬春土壤鹽分表聚現(xiàn)象嚴(yán)重。試驗(yàn)區(qū)表層土壤為粉壤土,生育期內(nèi)地下水埋深變幅1.2~1.7m。試驗(yàn)區(qū)基礎(chǔ)含鹽量及離子組成見(jiàn)表1。1.3菌肥與無(wú)機(jī)肥用量及密度測(cè)量試驗(yàn)設(shè)置兩種調(diào)理劑產(chǎn)品與空白對(duì)照共三個(gè)處理,均覆蓋地膜,三次重復(fù)。小區(qū)面積42m2(7m×6m),隨機(jī)排列,區(qū)間起壟,設(shè)0.5m保護(hù)行。各處理菌肥與無(wú)機(jī)肥用量見(jiàn)表2,所有肥料均一次底施。播前將菌劑與菌肥均勻撒施于地表,隨后進(jìn)行20cm土層翻耕,其后機(jī)械帶肥覆膜,人工點(diǎn)播。6月4日播種,9月23日收獲,播種深度3~4cm,行距60cm,穴距40cm,種植密度約44000株·hm-2。所有處理均于播前兩周(5月20日)和葵花現(xiàn)蕾初期(7月7日)灌溉黃河水,每次灌溉量均為1200m3·hm-2。其他田間管理措施與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植一致。1.4測(cè)定指標(biāo)及方法食葵播前、現(xiàn)蕾期和收后田間取土進(jìn)行水鹽測(cè)定,取土深度為0~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm共6層。烘干法測(cè)定土壤含水率;電導(dǎo)率法(水土比為5∶1)測(cè)定土壤全鹽量。播后兩周記錄出苗率,收獲前測(cè)定農(nóng)藝性狀與干物重,之后考種。每小區(qū)單打單收測(cè)產(chǎn)。1.5土樣微生物菌群的確定本文只對(duì)可培養(yǎng)微生物進(jìn)行多樣性分析。在食葵成熟期取各處理0~20cm土樣,進(jìn)行pH測(cè)定后,采用稀釋平板涂布法,利用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、高氏一號(hào)培養(yǎng)基和PDA培養(yǎng)基分別對(duì)細(xì)菌、放線菌和霉菌進(jìn)行培養(yǎng)分析,計(jì)數(shù)其菌落總數(shù)。每個(gè)土樣采用10-2、10-3、10-4三個(gè)梯度,每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)重復(fù),數(shù)據(jù)處理根據(jù)平板中菌落密度,選取合適梯度進(jìn)行總數(shù)計(jì)數(shù)。確定優(yōu)勢(shì)菌時(shí),通過(guò)光學(xué)顯微鏡及肉眼觀察,若平板上形態(tài)、顏色等特征一致的菌落數(shù)量≥3個(gè),則確定為某一優(yōu)勢(shì)菌;優(yōu)勢(shì)菌占總菌落比例大致為40%左右。對(duì)平板中的細(xì)菌和放線菌優(yōu)勢(shì)菌群進(jìn)行分離純化,提取DNA,采用27F和1492R作為引物對(duì)其16SrDNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增,并在測(cè)序后于EzTaxon數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行序列比對(duì),初步確定其最相似菌和其所在的屬,隨后進(jìn)行歸類分析。例如,M1土壤樣品中優(yōu)勢(shì)菌種類很多,但16SrDNA序列分析結(jié)果表明都?xì)w屬于芽孢桿菌屬和假單胞菌屬,因此這2個(gè)屬明顯多于其他菌群,數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。1.6微生物數(shù)目、食葵產(chǎn)量的相關(guān)性分析數(shù)據(jù)在OfficeExcel2003中進(jìn)行基本處理,并用SPSS13.0軟件做差異性分析和相關(guān)關(guān)系分析,檢驗(yàn)不同處理之間的微生物數(shù)目、食葵產(chǎn)量的差異性。2結(jié)果與分析2.1產(chǎn)品對(duì)鹽漬土細(xì)菌的影響由圖1可見(jiàn),與對(duì)照相比,兩種產(chǎn)品均可顯著降低0~40cm土層全鹽量。產(chǎn)品施用前各處理土壤全鹽量差異不顯著,施用后40d,M1處理0~40cm土層含鹽量比M0低14.60%,M2處理比M0低10.40%,但M1與M2差異不顯著;收獲后,M1處理0~40cm土層含鹽量比M0低36.10%,M2處理比M0低28.84%,且兩個(gè)處理差異顯著。說(shuō)明施用供試產(chǎn)品可持續(xù)有效的降低0~40cm土層含鹽量,效果M1>M2>M0(CK)。由表3可見(jiàn),與M0(CK)相比,施用不同產(chǎn)品可極顯著增加試驗(yàn)區(qū)鹽漬土微生物數(shù)目。其中,單施菌肥處理可極顯著提高細(xì)菌和放線菌數(shù)目,而菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理僅極顯著作用于細(xì)菌;同時(shí)二者均不利于霉菌繁殖。各處理細(xì)菌和放線菌總數(shù)均為M2>M1>M0(CK),單施菌肥作用效果極顯著優(yōu)于菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理,M2處理細(xì)菌數(shù)目比M0、M1處理分別提高了236.47%、146.55%;放線菌數(shù)目比M0(CK)和M1分別提高69.49%和61.29%。兩種產(chǎn)品處理M1和M2的霉菌數(shù)分別比對(duì)照降低了50%和25%,說(shuō)明施用微生物菌肥產(chǎn)品不利于試驗(yàn)區(qū)鹽漬土霉菌的繁殖。由表4可見(jiàn),不同產(chǎn)品均可提高細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌多樣性,菌肥作用效果優(yōu)于菌劑。各處理中均存在芽孢桿菌屬(Bacillus)的細(xì)菌,芽孢桿菌可降解土壤中難溶化合物,防治植物病蟲(chóng)害,是土壤細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)種群和最具活力的部分之一。菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理M1另有假單胞菌(Pseudomonas)存在,假單胞菌可產(chǎn)生活性物質(zhì)或改善礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),并可產(chǎn)生代謝物質(zhì)或競(jìng)爭(zhēng)作用抑制或阻礙根區(qū)病原微生物的發(fā)展,促進(jìn)植物生長(zhǎng)。單施菌肥處理M2細(xì)菌種群多樣性最豐富,除了以上兩種屬的細(xì)菌外,還有Zimmermannella屬和假黃單胞菌屬(Pseudoxanthomonas)的有益細(xì)菌存在。這說(shuō)明,兩種產(chǎn)品均有助于土壤微生物多樣性的豐富,促進(jìn)土壤微生物的繁殖,單施菌肥處理還補(bǔ)充添加了大量有機(jī)物質(zhì),效果優(yōu)于菌劑。2.3產(chǎn)品配方對(duì)鹽漬土食葵產(chǎn)量的影響鹽堿地食葵產(chǎn)量低下,其中一項(xiàng)重要原因就是保苗成株困難。試驗(yàn)結(jié)果顯示,供試產(chǎn)品均有利于鹽漬土食葵的保苗成株(圖2),最終提高食葵公頃花盤(pán)數(shù)(表5)。其中,M2有利于食葵的出苗及最終的成株,其出苗率和成株率分別是95.00%、68.33%,高于M1處理,顯著高于M0處理;M1有利于食葵后期保苗,其死苗率為27.85%,低于M2處理和M0處理。施用不同產(chǎn)品均可極顯著增加鹽漬土食葵的產(chǎn)量(表5),M1處理與M2處理分別比M0(CK)增產(chǎn)107.62%、30.65%。其中,菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理(M1)的增產(chǎn)效果優(yōu)于單施菌肥處理(M2)。與對(duì)照相比,各產(chǎn)品可提升食葵的百粒重、公頃花盤(pán)數(shù)、單盤(pán)粒數(shù),尤其可極顯著提升食葵百粒重,其中,M1處理對(duì)各因素均作用極顯著,M2處理則對(duì)單盤(pán)粒數(shù)無(wú)顯著提高效果。M1處理與M2處理相比,僅對(duì)公頃花盤(pán)數(shù)的增加效果處于顯著劣勢(shì)。3供試產(chǎn)品對(duì)土壤微生態(tài)系統(tǒng)的作用(1)鹽漬土壤含鹽量影響土壤微生態(tài)系統(tǒng)和作物生產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn),供試產(chǎn)品均可降低0~40cm土層鹽分含量。這與逄煥成等、嚴(yán)慧峻等、于占東等的研究結(jié)果一致。究其原因主要有:(1)產(chǎn)品中含有的有機(jī)載體微粒為各種微生物提供了良好的微生態(tài)環(huán)境。通過(guò)微生物分泌有機(jī)物、死亡菌體的分解等使土壤有機(jī)成分增加,降低鹽度;(2)有益微生物在繁殖過(guò)程中能夠產(chǎn)生大量的多糖和粘膠,有利于形成土壤團(tuán)粒,使土壤疏松,降低容重,切斷土壤毛細(xì)管孔隙,增加非毛細(xì)管孔隙,加速淋鹽,抑制返鹽;(3)產(chǎn)品中含有豐富的有機(jī)質(zhì),土壤有機(jī)質(zhì)的提高可促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體的形成,改善鹽漬土的土壤物理性質(zhì),增加土壤總孔隙度和毛管孔隙度,增加土壤的入滲率,從而有利于鹽漬土鹽分的淋洗。試驗(yàn)結(jié)果顯示,各產(chǎn)品脫鹽效果M1>M2>M0(CK),主要原因可能是由于配施無(wú)機(jī)肥使食葵生長(zhǎng)旺盛,棵間蒸發(fā)較小,抑制土壤積鹽,且作物也會(huì)吸收一部分鹽分。(2)施用供試產(chǎn)品可改善土壤微生態(tài)系統(tǒng),增加微生物數(shù)目,提高細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌多樣性。這是因?yàn)?(1)施用供試產(chǎn)品提高了土壤細(xì)菌總數(shù)基數(shù),提高了土壤微生物活動(dòng)強(qiáng)度;(2)相關(guān)性分析結(jié)果顯示,微生物因子與土壤鹽分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.470),供試各產(chǎn)品可降低土壤鹽分,且產(chǎn)品施入后很快形成有益菌聯(lián)合體(菌群),促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成,改良土壤理化性質(zhì),適于各類微生物繁殖。這與Ndayeyamiye和Cote的研究結(jié)果一致。供試產(chǎn)品對(duì)土壤微生態(tài)系統(tǒng)的作用有差異,單施菌肥處理的土壤微生物數(shù)目、優(yōu)勢(shì)菌多樣性、有益菌數(shù)目均優(yōu)于菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理,這應(yīng)與產(chǎn)品成分有關(guān)。除微生物外,菌肥產(chǎn)品還添加了大量的植物性草炭,礦物性腐植酸和有機(jī)質(zhì)豆粕,提供了更為豐富、全面的碳源物質(zhì)和各類活性成分,更有利于土壤微生態(tài)系統(tǒng)的改善。這與李小磊等的研究結(jié)果一致,但與王明友等的結(jié)論不一致,應(yīng)與施用區(qū)域、產(chǎn)品種類等有關(guān)。(3)試驗(yàn)結(jié)果顯示,供試產(chǎn)品會(huì)提高土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)目,但不利于土壤中霉菌的繁殖。主要原因應(yīng)是:(1)微生物菌肥主要有效成分是芽孢桿菌,可顯著提高土壤細(xì)菌總數(shù)基數(shù);(2)放線菌主要以大分子有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)源,供試產(chǎn)品提高了土壤中有機(jī)物質(zhì)含量,利于放線菌繁殖;(3)霉菌宜生活于微酸性環(huán)境,試驗(yàn)區(qū)土壤pH均在8.5以上,對(duì)霉菌繁殖有較強(qiáng)的抑制作用。這與Nanda和Das、王濤等的研究結(jié)果一致,但與江麗華等的結(jié)論不一致,應(yīng)與土壤鹽堿程度、離子組成、產(chǎn)品種類等有關(guān)。二者相比,菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理對(duì)放線菌的促進(jìn)作用不顯著,這應(yīng)與產(chǎn)品添加成分有關(guān),菌肥產(chǎn)品含大量礦物性腐植酸,會(huì)促進(jìn)放線菌的繁殖,而菌劑相對(duì)促進(jìn)作用減小。(4)施用微生物菌肥產(chǎn)品有利于鹽漬土食葵的成株和增產(chǎn)。主要原因是:(1)相關(guān)性分析結(jié)果顯示,成株率與土壤鹽分顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.982),產(chǎn)量與土壤鹽分負(fù)相關(guān)(r=-0.841)。各產(chǎn)品均可降低土壤鹽分含量,從而提高食葵成株率和產(chǎn)量;(2)供試產(chǎn)品可提高土壤生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量,增加土壤微生物的數(shù)目和多樣性,微生物生命活動(dòng)過(guò)程中能產(chǎn)生大量的植物生長(zhǎng)激素,如吲哚乙酸、赤霉素、氨基酸和多種維生素等,可刺激和調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng),這與黃鵬等、王明友等的研究結(jié)果一致;(3)不同產(chǎn)品在提高食葵成株率的同時(shí),也顯著提升了食葵百粒重,說(shuō)明有利于食葵生育后期的籽粒灌漿,增加產(chǎn)量。(5)研究結(jié)果顯示,菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理的增產(chǎn)、抑鹽效果均優(yōu)于單施菌肥處理,但對(duì)土壤微生態(tài)系統(tǒng)的作用效果稍差。主要原因是無(wú)機(jī)肥肥效的發(fā)揮,說(shuō)明單施菌肥不能完全替代無(wú)機(jī)肥。這與王明友等、趙京音等的研究結(jié)果一致。但是,單施菌肥仍然取得了顯著的增產(chǎn)效果,這說(shuō)明,施用生物菌肥可以降低無(wú)機(jī)肥施用量,并提高肥料利用率,其作用機(jī)理與效果、適宜施用方式等有待進(jìn)一步研究。(6)試驗(yàn)中,鹽漬土壤中的鹽分含量、微生物因子與產(chǎn)量三者之間通過(guò)抑鹽、微生態(tài)系統(tǒng)改善、植物吸收等過(guò)程互相影響。土壤含鹽量可抑制土壤微生物活動(dòng),并造成食葵死苗,降低食葵產(chǎn)量;土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育受鹽分脅迫,但其產(chǎn)生的代謝物又可抑制土壤鹽分,促進(jìn)食葵生長(zhǎng);食葵產(chǎn)量受土壤鹽分影響,但其生長(zhǎng)不但可抑制鹽分,其根系生長(zhǎng)也可導(dǎo)致根系脫落物和分泌物發(fā)生變化,從而誘導(dǎo)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和生物量發(fā)生改變。土壤環(huán)境因素、營(yíng)養(yǎng)因素及作物根系分泌作用等均對(duì)土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生顯著影響。據(jù)研究,微生物菌肥可增加作物根際有益菌群,使作物根系發(fā)達(dá)。但試驗(yàn)結(jié)果顯示,M1處理可極顯著提升鹽漬土食葵根干重,比對(duì)照提高116.67%,M2處理無(wú)效果。說(shuō)明微生物菌肥與無(wú)機(jī)化肥配施可極顯著提高肥效,促生作物根系發(fā)達(dá),而單施菌肥效果不佳。尹燕東等研究發(fā)現(xiàn),根系發(fā)達(dá)可增加根系分泌物中氨基酸、糖、有機(jī)酸和酚酸總量。張立芙等發(fā)現(xiàn)低濃度的根系分泌物可促進(jìn)土壤細(xì)菌、放線菌繁殖,但高濃度的根系分泌物則抑制土壤微生物的繁殖。關(guān)于不同產(chǎn)品對(duì)食葵根系作用的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。4生物肥化學(xué)成分對(duì)鹽堿地食葵的影響(1)施用微生物菌肥產(chǎn)品可降低0~40cm土層鹽分含量,菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理脫鹽效果優(yōu)于單施菌肥處理。收獲后,菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理0~40cm土層含鹽量比對(duì)照低36.10%,單施菌肥處理比對(duì)照低28.84%。(2)施用微生物菌肥產(chǎn)品可改善土壤微生態(tài)系統(tǒng),增加微生物數(shù)目,主要可促進(jìn)土壤細(xì)菌和放線菌的繁殖,提高細(xì)菌優(yōu)勢(shì)菌多樣性。單施菌肥處理作用效果優(yōu)于菌劑配施無(wú)機(jī)肥處理,其微生物總數(shù)比后者高56.15%,細(xì)菌總數(shù)