不同品种及农作方式对盐碱地甘薯根际微生物的影响

2013-04-23纪婧琦夏志洁司红丽戴美学

山东科学 2013年1期

纪婧琦，夏志洁，司红丽，戴美学

(山东师范大学生命科学学院，山东济南 250014)

植物根系、土壤及土壤中的生物，尤其是微生物构成了植物根际的微环境［1－3］，这是土壤和植物之间物质和能量交换最为活跃的部分［4］。微生物对环境的变化较为敏感，土壤中微生物数量的变化，可以作为土壤生态恢复过程的早期指标。甘薯作为一种重要的能源经济作物，其块状根既可直接食用，也可以作为食品、饲料和工业原料，用途十分广泛。近年来，许多学者研究了覆盖种植［5－6］、施肥［7］、药剂处理［8］等不同的农作方式对土壤微生物的影响，但对盐碱地这一领域涉及较少。本研究选取盐碱地为试验田，重点研究在以盐碱地为背景的情况下甘薯品种及农作方式对土壤微生物数量的影响，为盐碱地改良以及甘薯的进一步增产、推广提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验田位于山东省东营市垦利县黄河口镇青坨农场。区内以盐化潮土和滨海盐土为主土壤，含盐量高，且土壤整体偏碱。试验田所种甘薯均由山东省农业科学院提供。

1.2 试验区设计

本试验分别从品种评比试验区、密度及覆膜试验区、化学调控试验区、有机肥基肥试验区及钾肥追肥试验区取样。每个试验区再按处理方式具体划分小区，每个小区面积为16 m2。

1.2.1 密度及覆膜试验区

密度1:每米4株，每小区80株，折合每亩3333株;密度2:每米5株，每小区100株，折合每亩4167株;密度3:每米6株，每小区120株，折合每亩5000株。覆膜试验区:露地种植密度选择密度2，覆膜试验区即为密度2区。

1.2.2 品种评比区

该区所种甘薯均为山东省农业科学院提供的济薯21、济薯23、徐薯26、徐薯27、徐薯28、济薯04150。

1.2.3 有机肥基肥试验区

对照组:不施肥;A:每亩施45kg复合肥;B:每亩基施100kg有机肥和45kg复合肥;C:每亩基施150kg有机肥和45kg复合肥;D:每亩基施200kg有机肥和45kg复合肥。

1.2.4 钾肥追肥试验区

对照组:不追肥;Ⅰ:每亩基施有机肥150kg+复合肥45kg，追加钾肥K2HPO4(质量分数2%K2HPO4溶液叶面喷施);Ⅱ:每亩基施有机肥150kg+复合肥45kg，追加钾肥KNO3(质量分数1.5%KNO3溶液叶面喷施);Ⅲ:每亩基施有机肥150kg+复合肥45kg，追加钾肥KNO3(每亩10kgkNO3沟施)。

除密度试验区外，各试验区种植密度均为密度2，除露地试验区外的各试验区均以地膜覆盖。

1.3 测定方法

1.3.1 采用五点取样法采集土样

在甘薯成熟期，以试验区为单位采集土样。裸地土样在同一时间试验大田外围未种植任何植物的区域采集。采用五点取样法，去除3～5 cm表层上，在靠近植株根系区域取5～10 cm处的土壤，将每个试验区中5个取样点的土样混匀，密封，做好标记置于冰盒运回实验室，4℃保存。

1.3.2 采用稀释平板法测定土壤微生物数量

土样过3 mm筛后称取1 g，加入100mL无菌水，置200 r/min的摇床振荡15 min，使土粒均匀分散成悬液，静置30 s，在超净工作台中，用10倍稀释法稀释，得到不同梯度的土壤稀释液。根据预实验结果确定的适宜稀释倍数进行涂布培养(细菌和耐盐细菌适宜稀释度为10－4，放线菌和耐盐放线菌的适宜稀释度为10－3，真菌适宜稀释度为10－2)。每处理3个重复，置适温下培养，根据各种菌的生长特性，培养5～7 d后观测结果，统计各微生物的数量。

培养基:细菌(牛肉膏蛋白胨培养基)、放线菌(高氏一号培养基)、真菌(马丁氏培养基)、耐盐细菌(NaCl含量为1 mol/L，其他成分同牛肉膏蛋白胨培养基);耐盐放线菌(NaCl含量为1 mol/L，其他成分同高氏一号培养基)。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2003对数据、图表进行处理，采用SPSS软件进行相关性分析，采用DPS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 覆膜和密度对甘薯根际微生物的影响

由图1、表1看出，与裸地相比，种植甘薯后土壤中微生物总量显著提高，密度2区＞密度1区＞密度3区＞露地，分别提高了 413.11%、278.74%、221.16%、117.58%，土壤中耐盐菌所占比重明显下降，密度1区(25.33%)＞露地(22.37%)＞密度2区(18.41%)＞密度3区(17.10%)，对微生物总量和耐盐菌含量进行相关性分析，得到r=0.236，两者为极弱相关性。露地区与密度2区的处理区别仅为地膜覆盖与否，但两者微生物数量呈现极显著差异(P＜0.01)，密度2区中甘薯根际微生物的数量提高135.83%。在密度试验区中，微生物总量为密度2区＞密度1区＞密度3区，其中细菌数量与其一致，而放线菌和放线菌数量则为密度2区＞密度3区＞密度1区。显著性分析显示，密度1区和密度3区差异显著(P=0.032＜0.05)，其余处理间均为极显著差异。

图1 覆膜及密度试验区微生物数量及耐盐菌含量Fig.1 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerantmicroorganism in film mulching and density test site

表1 覆膜及密度试验区土壤微生物数量(×104cfu/g)Table 1 Rhizosphere soil microorganism amount in film mulching and density test site

2.2 甘薯品种对根际微生物的影响

由图2、表2可以看出不同品种甘薯根际微生物数量有所不同，根际细菌数量为济薯23＞徐薯26＞济薯04150＞济薯21＞徐薯28＞徐薯27，根际放线菌数量为徐薯27＞济薯21＞济薯23＞徐薯26＞徐薯28＞济薯04150，而根际真菌数量为徐薯28＞济薯04150＞济薯23＞济薯21＞济薯23，相关性分析显示，微生物数量与根际细菌数量在0.01水平上正相关(r=0.979，强相关);微生物数量与耐盐菌含量在0.05水平上呈负相关(r=－0.572，相关);而三大微生物之间无相关性或相关性极弱(r＜0.3)。由图2可以看出，济薯23号根际土壤微生物数量最高，而耐盐细菌含量最少。显著性分析显示，不同品种间均为极显著差异(P＜0.01)。

图2 品种评比区微生物总数量及耐盐菌比重Fig.2 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in sweet potato varieties test site

表2 6种甘薯根际土壤各种微生物数量(×104cfu/g)Table 2 The amount of rhizosphere soil microorganism of six new sweet potato varieties

2.3 有机基肥对甘薯根际微生物的影响

由图3、表3可以看出，处理A仅施加复合肥，与对照组相比，甘薯根际微生物总数量提高了32%，耐盐菌所占比例下降了12.15%。与处理A相比，处理B、C、D施加有机基肥后，甘薯根际微生物总量变化为处理D＞处理 B＞处理 C，分别增长了 77.35%、58.53%、51.10%，处理C和处理D中耐盐菌含量与处理A相比分别下降了10.70%、3.09%，而处理B中耐盐菌含量上升了4.22%。

相关性分析显示，不同处理间根际微生物总数量与细菌数量在0.01水平上正相关(r=0.976，强相关);与耐盐菌含量在0.01水平上负相关(r=－0.778，较强相关)。除不同处理间的放线菌数量显著差异(P=0.024＜0.05)外，其他变量均为极显著差异(P ＜0.01)。

图3 有机基肥试验区微生物数量及耐盐菌含量Fig.3 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the contentofsalt tolerant microorganism in organic fertilizer test site

表3 有机基肥试验区甘薯根际土壤微生物数量(×104cfu/g)Table 3 The amount of rhizosphere soil microorganism in organic fertilizer test site

2.4 钾肥追肥对甘薯根际微生物的影响

由表4、图4可以看出，相对于对照组，处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ中甘薯根际土壤微生物总量分别增加了33.42%、40.66%、13.42%，耐盐菌含量分别增加了 21.73%、13.15%、16%;而处理Ⅲ中微生物总量明显小于处理Ⅰ和处理Ⅱ。分别对微生物总量和耐盐菌含量进行显著性分析，处理Ⅰ、处理Ⅱ与对照比较均为极显著差异(P＜0.01)。就微生物总量而言，P(Ⅰ，Ⅱ)=0.385 ＞ 0.05，无显著性差异;P(Ⅰ，Ⅲ)=0.003，P(Ⅱ，Ⅲ)=0.01均为极显著差异;而就耐盐菌含量看来，各处理之间差异极显著(P＜0.01)。相关性分析显示，微生物总量与细菌数量强相关(r=0.82)，微生物总量与耐盐菌含量较强相关(r=0.74)。

图4 钾肥追肥试验区微生物总数量及耐盐菌含量Fig.4 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in potassium topdressing test site

表4 钾肥追肥试验区根际土壤微生物数量(×104cfu/g)Table 4 The amount of microorganism in potassium topdressing test site

4 讨论

种植甘薯后土壤微生物数量显著提高，耐盐菌的含量有不同程度的降低。细菌在根际微生物群落中占绝对优势，其数量变化与根际微生物总量的变化密切相关，该现象在各试验区均有体现。

不同的农作方式可以通过根系生物量和空间分布调节土壤有机碳组分变化［13］，覆膜后土壤水分蒸发减少，保持了土壤的湿润，为一些水溶性养分的利用提供了良好的环境，同时改变了土壤的理化性质［10］，在一定程度上降低了土壤的pH值，使盐碱土得到改善，有利于微生物的生长。以密度2种植时根际微生物数量增加最大。较高密度种植会使土壤养分被块根大量吸收利用，较低密度种植则不利于根际微环境的物质循环，都不利于土壤的改善。

不同品种甘薯在盐胁迫下生长发育状况亦不相同。适宜盐碱地理化性质的甘薯品种，生长发育较好，植株和土壤之间的物质和能量交换相对来说较强，使根际微环境发生改变，从而进一步影响了微生物数量。由实验数据可以看出，在盐碱地中济薯23根际微生物数量最高，济薯品种根际微生物数量明显高于徐薯品种，于立峰［1］等人的相关实验也表明，济薯23耐盐性最好，济薯耐盐性优于徐薯。

有机基肥试验区可以看出，有机基肥和无机复合肥配合使用，使土壤微生物数量变化更为明显。可能是因为有机基肥对土壤的pH值、土壤酶的数量及活力［12］以及盐碱土中有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾的含量的影响［13］，改善了根际的微环境，从而提高了根际微生物的数量。

钾肥在甘薯种植过程中，一般是以基肥的形式施加。追施钾肥可进一步提高作物的产量与质量、土壤肥力和肥料利用率［14－15］，但对根际微生物数量的影响因追肥方式的不同而异。每亩沟施KNO310kg(处理Ⅲ)与不追加钾肥(对照组)的微生物数量无显著性变化，而耐盐菌数量反而增加，可能是因为钾肥沟施使土壤的渗透压增加，造成了耐盐菌的富集，反而不利于盐碱地的改善。而用2%K2HPO4溶液叶面喷施(处理Ⅰ区)和1.5%KNO3溶液叶面喷施(处理Ⅱ区)的时微生物数量与对照相比显著增加。可能是因为追加钾肥进一步增加了叶片叶绿素和可溶性蛋白含量，降低了MDA(丙二醛)含量和POD(过氧化物酶)活性［16］，提高了SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)的活性降低，从而减少叶片损伤，增加植株的抗逆性，提高了叶片光合效率。随着甘薯物质与能量代谢的加快，甘薯必须同时增加与土壤的物质和能量交换才能满足植株生长，这在一定程度上调节了甘薯根际的微环境，使其微生物数量增加。由试验结果推断出，追加钾肥对土壤微生物数量的影响仅体现在其施加方式上，而钾肥以何种载体(K2HPO4或KNO3)施加对其影响不大。

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