复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害下烟草光合特性的修复作用

郭盘盘，孟 南，刘华山*，潘光伟，韩锦峰

(1.河南农业大学 生命科学学院，河南 郑州 450002； 2.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002；3.河南农业大学 农学院，河南 郑州 450002)

复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害下烟草光合特性的修复作用

郭盘盘1，孟 南2，刘华山1*，潘光伟3，韩锦峰3

(1.河南农业大学 生命科学学院，河南 郑州 450002； 2.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002；3.河南农业大学 农学院，河南 郑州 450002)

为探讨复合微生物菌肥对受二氯喹啉酸危害烟株光合特性的修复作用，采用盆栽试验，研究了3种复合微生物菌肥对受二氯喹啉酸危害烟草叶绿素含量、净光合速率、叶片蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度和气孔限制值的影响。结果表明，受二氯喹啉酸危害烟草的叶绿素含量、净光合速率、叶片蒸腾速率、气孔导度和气孔限制值下降，胞间CO2浓度升高;土壤中加入复合微生物菌肥修复后，这6项指标接近正常对照；在20 d时，经菌肥1、菌肥2和菌肥3修复的烟草叶绿素含量比受害对照分别增加了37.31%、46.27%和62.68%，净光合速率增加了19.87%、26.04%和48.59%，叶片蒸腾速率增加了5.62%、7.87%和16.85%，气孔导度提高10.71%、21.43%和39.29%，胞间CO2浓度和气孔限制值接近正常对照。可以看出，3种复合微生物菌肥修复受害烟草光合特性的效果为菌肥3>菌肥2>菌肥1，以菌肥3效果最佳。

复合微生物菌肥； 除草剂； 二氯喹啉酸； 烟草； 光合特性； 修复

随着除草剂在农业上的广泛使用，烟草受到除草剂伤害的现象时有发生，影响烟叶产量和品质的提高[1]。除草剂二氯喹啉酸，通用名quinclorac，化学名称为3,7-二氯-8-喹啉羧酸，是德国BASF公司1984年开发的一种激素型喹啉羧酸类除草剂，能够有效防除稗草且持效期较长[2]，是我国防除稻田稗草的特效除草剂，在生产中使用较普遍，但其残留期长，易在土壤中积累产生药害，破坏土壤环境[3-5]，给后茬敏感作物造成严重危害，尤其是烟稻轮作地区，抑制烟草生长，使其失去顶端优势，造成烟草新叶畸形，叶片变窄变厚，叶边缘向叶背面内卷皱缩，甚至出现线状叶型，严重影响烟叶产量和品质[6]。二氯喹啉酸在自然条件下降解缓慢，按正常使用量施入大田12个月内，土壤中不能种植烟草等茄科作物[7]，极大制约了稻烟轮作地区的烟叶生产。

我国对二氯喹啉酸污染烟田的治理措施有物理化学降解等，如客土法、施用活性炭和生石灰[8-9]，但成本高，且作用效果较慢，目前以微生物降解为主[10]。实验室筛选的单一降解菌种如降解菌J3细菌[11]、博德特氏菌HN36[12]和洋葱伯克氏菌WZ1[13]等施入田间后因环境的变化成活率下降，难以发挥作用，而单一的微生物菌肥菌种单一，降解能力有限，所以寻求更高效的降解方法具有重要意义。复合微生物菌肥是把有益活菌与有机、无机肥料及其他促进植物生长的营养物质结合起来，经过发酵工艺加工而成的“三效合一”的新型微生物肥料，其中含有1种或多种无拮抗作用且经国家农业部登记的微生物菌种[14],能够提高土壤肥力，降低土壤污染，提高作物产量和品质[15]等。作为一种整合解决了现代农业生产的诸多问题并将生态型农业置于发展目标的新型肥料，复合微生物菌肥日益引起人们的重视。王其传等[16]研究了微生物菌肥对日光温室辣椒光合特性的影响，发现施用微生物菌肥后提高了辣椒叶片的总叶绿素含量，叶片的光合速率和气孔导度也有所提高，胞间CO2浓度降低。王明友等[17]发现施加复合微生物菌肥后，番茄净光合速率比未施加菌肥的对照提高了19.1%～36.3%。徐双红等[18]研究发现，施用复合微生物肥能促进烤烟生长发育，提高其产量和品质。但是，目前对于微生物菌肥降解土壤中农药残留、降低作物药害方面的研究较少。

本试验模拟了大田土壤环境，在二氯喹啉酸污染的土壤中施入3种可以降解农药、含有不同菌种的复合微生物菌肥，通过研究植烟的光合特性修复效果，探讨其对二氯喹啉酸的降解作用，为稻烟轮作区烟叶优质生产提供可行的途径。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为K326，采用漂浮育苗。二氯喹啉酸50%可湿性粉剂，由江苏绿利来股份有限公司生产；3种复合微生物菌肥含有不同的菌种，菌肥1和菌肥2均由长沙艾格里生物肥料技术开发有限公司生产，有效活菌数≥5.0亿个/mL，菌肥3由哈尔滨多伦多农业生物科技有限公司生产，有效活菌数≥0.2亿个/g。盆栽试验用土取自河南农业大学科教园区，土壤基本理化性质为pH值7.97、有机质含量12.93 g/kg、全氮含量0.87 g/kg、全磷含量0.42 g/kg、速效钾57.43 mg/kg、速效磷164.15 mg/kg、碱解氮57.43 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设5个处理，即T0(正常土壤)：不施二氯喹啉酸，只用清水处理；T1(受害土壤)：施二氯喹啉酸，每千克干土施入0.085 mg(商品推荐量为0.375 kg/hm2)；T2：受害土壤+复合微生物菌肥1(每千克干土中施入0.7 mL)；T3：受害土壤+复合微生物菌肥2(每千克干土中施入0.7 mL)；T4：受害土壤+复合微生物菌肥3(每千克干土中施入1.1 g)。土壤过筛(2 mm孔径)后，施加二氯喹啉酸(T0处理除外)，装入塑料盆(直径20 cm、高15 cm)中，每盆装干土2.5 kg，保持田间最大持水量的70%。每个处理3盆，重复3次，共45盆。

将5叶期生长健壮、一致的烟苗移栽到塑料盆中，每盆1株，按正常的烟草栽培标准进行管理。待烟草生长至8叶期时进行处理，此时根系充分伸展，明显表现出受害症状。正常(T0)和受害(T1)对照施等量清水，其他3个处理将菌肥按照使用说明分别用等量清水稀释溶解后灌施。于处理后每隔5 d取样1次，共取4次。每个处理选3株烟，取自上而下的第4片叶(去除主脉)作为叶片样品,进行叶绿素含量和烟叶光合性能指标的测定。

1.3 测定项目及方法

采用LI-6400( LI-COR Inc.，美国)便携式光合测定系统测定功能叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、叶片蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)；选择生长一致且受光良好的功能叶片(从上至下数第4片叶)，于晴天9：00—11：30 进行气体交换参数的测定。每处理测定3株，每株重复3次，取平均值。

气孔限制值(Ls)按照吴克宁等[19]的方法计算：Ls=1-Ci/Ca，其中Ci为胞间CO2浓度,Ca为大气CO2浓度。

2 结果与分析

2.1 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草叶绿素含量的修复效果

叶绿素是植物光合作用中吸收光能的重要色素，用来将CO2转化为碳水化合物。从图1可以看出，随着处理时间的增加，与正常对照相比，受二氯喹啉酸危害的烟草叶绿素含量逐渐下降；经3种复合微生物菌肥修复后，其叶绿素含量低于正常处理但明显高于受害对照；20 d时，经复合微生物菌肥1、菌肥2和菌肥3修复土壤中的烟草叶片叶绿素含量比受害对照分别增加了37.31%、46.27%和62.68%，以菌肥3效果最佳，说明复合微生物菌肥能够修复受二氯喹啉酸危害烟株的叶绿素含量，提高烟株光合作用，有利于光合产物积累。

图1 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草叶绿素含量的修复效果

2.2 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Pn的修复效果

Pn反映叶片制造及输出同化物质的潜在能力，是决定干物质生产的主要因素之一[20]。从图2可以看出，与正常烟草相比，受二氯喹啉酸危害的烟草Pn明显降低；施入3种复合微生物菌肥修复后，烟草叶片Pn明显上升，高于受害对照；处理20 d时，复合微生物菌肥1、菌肥2和菌肥3处理的烟叶Pn分别比受害对照增加了19.87%、26.04%和48.59%，3种微生物菌肥对烟草Pn的修复效果为T4>T3>T2，说明菌肥3对受二氯喹啉酸危害的烟草叶片Pn修复作用最好。

图2 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Pn的修复效果

2.3 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Tr的修复效果

Tr是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。图3显示，随着生长期的延长，烟草叶片Tr呈逐渐上升的趋势，受二氯喹啉酸危害烟草的叶片Tr低于正常对照；与受害对照相比，复合菌肥处理能提高烟草叶片的Tr，20 d时，T2、T3和T4处理的烟叶Tr比受害对照分别增加了5.62%、7.87%和16.85%；不同微生物菌肥处理间，Tr存在一定差异，表现为T4>T3>T2，说明微生物菌肥3对受害烟草Tr的修复效果最好。

图3 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Tr的修复效果

2.4 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Gs的修复效果

气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道，Gs表示气孔张开的程度，影响光合作用。由图4可知，与正常对照相比，受二氯喹啉酸危害的烟草叶片Gs明显降低；3种复合微生物菌肥处理在5 d和10 d时叶片Gs没有明显差异，但均比受害对照有所增高；在20 d时，3种复合微生物菌肥处理的烟草叶片Gs分别比受害对照提高10.71%、21.43%和39.29%，表明3种微生物菌肥对受害烟叶Gs的修复效果以菌肥3最为显著。

图4 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Gs的修复效果

2.5 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Ci和Ls的修复效果

Ci和Ls常作为影响光合速率变化的研究参数[21-22]。由图5可见，与正常对照相比，受二氯喹啉酸危害的烟草Ci明显升高，Ls降低；3种复合微生物菌肥处理后，Ci下降，Ls升高；在20 d时，经3种微生物菌肥处理土壤中烟草叶片Ci比受害对照下降4.86%、8.47%和11.27%，Ls比受害对照升高15.71%、27.37%和36.41%，其中菌肥3修复后的指标值最接近正常对照。

3 结论与讨论

本研究结果表明，与正常对照相比，二氯喹啉酸处理的土壤中烟草叶片的叶绿素含量显著降低，且与Pn下降趋势一致，说明叶绿素含量的降低是引起Pn下降的重要原因之一，这与王晓军[23]的研究结果一致；3种复合微生物菌肥处理后的土壤中烟草叶片叶绿素含量和Pn均有所提高，其中以菌肥3效果最为明显，这与范正义等[24]的研究结果一致。

图5 复合微生物菌肥对二氯喹啉酸危害烟草Ci和Ls的修复效果

影响Pn大小的主要因素包括气孔限制和非气孔限制，Ci和Ls是评判两者的指标，其中Ci是关键指标，Ci降低和Ls升高表明是气孔限制，Ci升高和Ls降低表明是非气孔限制[25]。本研究表明，二氯喹啉酸处理后，Ci升高伴随Ls降低，说明二氯喹啉酸导致的Pn下降是由非气孔限制因子造成的，这与王正贵等[26]的研究结果一致；土壤中施用微生物菌肥修复后，与受害对照相比，烟草叶片的Ci和Ls接近于正常对照，其中以菌肥3修复效果最好。

总之，不同的复合微生物菌肥在一定程度上均能修复受害烟草光合特性相关的6个指标，这与刘起丽等[27]的研究结果一致，可能是由于复合微生物菌肥施入受二氯喹啉酸污染的土壤后，一方面其中所含丰富的有机、无机营养成分被植株吸收，一定程度上补充了烟株的营养，提高了其抗逆性；另一方面，复合微生物菌肥中含有大量有益的微生物菌群，其在土壤中的代谢活动改善了土壤环境，提高了土壤酶活力[28-30]，促进了土壤中二氯喹啉酸的降解，使烟草根系活力提高，减少了对地上部分的危害。3种复合微生物菌肥中以菌肥3效果最佳，可能是由于不同的复合微生物菌肥所含菌群不同，施入土壤中发挥的效果有所差别，菌肥3中的菌群及营养物质配比更适合对受二氯喹啉酸危害的烟株进行修复，为解决稻烟轮作地区烟田二氯喹啉酸污染提供了新的举措和途径，同时为解决其他类型的土壤农药污染问题提供借鉴。

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Repairment Effect of Compound Microbial Fertilizer on Tobacco Photosynthetic Characteristics under Quinclorac Harm

GUO Panpan1,MENG Nan2,LIU Huashan1*,PAN Guangwei3,HAN Jinfeng3

(1.College of Life Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 2.College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 3.College of Agricultural Science,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

To explore the repairment effect of composite microbial fertilizer on quinclorac acid-harmed tobacco,the pot experiments were conducted to study the effects of three kinds of composite microbial fertilizer on the content of chlorophyll,net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance,intercellular CO2concentration and stomatal limitation value of quinclorac acid-harmed tobacco.Results showed that the chlorophyll content, net photosynthetic rate,transpiration rate,stomatal conductance and stomatal limitation value of quinclorac acid-harmed tobacco decreased,and intercellular CO2concentration increased.After using three kinds of compound microbial fertilizer,the six indexes were similar to that of the normal control.At 20 days after the treatment of composite microbial fertilizer 1,fertilizer 2 and fertilizer 3,the chlorophyll contents of the repaired tobacco were increased by 37.31%,46.27% and 62.68%,net photosynthetic rates were increased by 19.87%,26.04% and 48.59%,leaf transpiration rates were increased by 5.62%,7.87% and 16.85%,stomatal conductances were increased by 10.71%,21.43% and 39.29%,intercellular CO2concentration and stomatal limitation value were close to the normal.The results indicated that the repairment effects of three kinds of compound biofertilizer on photosynthetic indexes of quinclorac acid-harmed tobacco were fertilizer 3>fertilizer 2>fertilizer 1,in which the fertilizer 3 was the best.

composite microbial fertilizer; herbicide; quinclorac; tobacco; photosynthetic characteristics; repairment

2015-12-30

湖南中烟有限责任公司科技攻关项目(2009160507)

郭盘盘(1987-)，女，河南洛阳人，在读硕士研究生，研究方向：烟草栽培生理。E-mail:guopanpan_2013@163.com

*通讯作者：刘华山(1951-)，女，辽宁盖州人，教授，主要从事烟草栽培生理生化研究。E-mail:liuhs602@sina.com

S572

A

1004-3268(2016)05-0091-05