微生物专用菌肥与化肥配施对红三叶根系生长的影响

李智燕 ，张 榕 ，张 洁 ，姚 拓 ，武慧娟 ，周栋昌 ，陆 飒 ，谭立伟 ，温 洪

（1.甘肃省草原技术推广总站，兰州 730010；2.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，兰州 730070）

大量化肥和农药的生产及过量使用是农业污染的元凶之一。过量工业化肥的使用使得未被农作物吸收利用的化肥进入土壤，从而导致土壤微生物群落结构破坏，产生土壤退化板结、生产力下降、水体污染、农作物品质变差等诸多问题。这些现实不断给人们敲响警钟［1-2］。在“一控两减三基本”的新目标、新任务下，探寻环保友好型生物生态肥源以替代工业化肥和农药的研究倍受关注。微生物复合菌肥为解决以上问题提供了方向，微生物肥料具有良好的固氮、溶磷等作用，可缓解化肥造成的土壤污染，改善土壤结构及微生物多样性破坏等问题。本研究前期研制的复合菌肥，是针对特定植物，从其植株及根际土壤分离筛选出的具有生物固氮、溶磷、分泌植物激素等能力，且各菌株之间无拮抗作用的高效植物复合促生菌PGPR、根瘤菌及生防菌等，按其最适比例接种于合适的载体上扩繁制成的复合微生物菌肥。对植株而言，微生物复合菌肥既可分泌生长调节物质，抑制病原菌生长，增强植株抗病能力，促进植株生长，而且对植株根系的作用直接有效，在促进根系生长的基础上，增强根系固氮、溶磷等能力［3-5］。

根是植物的三大营养器官之一，在植物生长发育过程中起着极为重要的作用，不仅可以支持和固定植株，吸收水分和养分，而且还可分泌有机物，并参与许多有机物的合成，整个植物的生命活动与根的活动紧密相联。有研究认为，根长、根重、根系吸收面积等均与产量密切相关，根重与千粒重、穗数等也密切相关。根瘤数更是直接影响着植物的固氮能力。因此，植物根系关乎植物生命，植物通过根系从土壤中获取水分、养分以及能源供给自身生长。根系与土壤之间也在随时进行物质和能量交换。目前，有关微生物复合菌肥对根系影响的研究报道甚少［6-9］。

岷山红三叶（Trifolium pretenseL.cv.）是甘肃省高寒阴湿地区药草兼用型高产优质牧草，其粗蛋白含量是玉米粗蛋白含量的2.3倍。岷山红三叶在甘肃省优质高效草牧业发展中发挥着重要作用，至2015年，甘肃省岷县岷山红三叶留床面积达6 666 hm2［10-12］。本研究以岷山红三叶为研究对象，通过小区试验研究微生物复合菌肥与化肥不同比例的配施对岷山红三叶根系生长的影响，从而对微生物复合菌肥的肥效进行科学评价，以期为岷山红三叶微生物复合菌肥推广提供相关的基础资料和依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省兰州市皋兰山全国草品种区域试验国家试验点，海拔1 685 m，地处东经104°00′，北纬36°05′，地形为台地，无坡向坡度，土壤类型为灰钙土类，土壤pH值7.8～7.9。全年降水295.5 mm，年均气温9.3℃，极端最高气温39.8℃，极端最低气温-18℃，无霜期 193 d，年积温（≥0℃）3 816.3℃。

1.2 供试材料与设计

1.2.1 供试材料 岷山红三叶种子发芽率70%。试验用岷山红三叶微生物复合专用菌肥由甘肃省草原技术推广总站联合甘肃农业大学草地微生物实验室共同研发而成。化肥为尿素和磷酸二铵。

1.2.2 岷山红三叶微生物复合专用菌肥制作 采集岷县当地生长旺盛的岷山红三叶植株及周围根系土壤，经前期处理后分别分离纯化而得根瘤菌、溶磷菌和生防菌菌株，将以上菌株分别接种于LB培养基中进行扩繁（根瘤菌菌株于YMA平板培养基上纯化培养，再于YMA液体培养基中扩繁），扩繁而得各菌株菌悬液，备用。将木炭基质与市售有机肥以2∶1比例混合作为复合菌肥载体，将混合载体于γ射线辐照灭菌。灭菌后的混合载体倒入无菌自封袋，用试验用无菌吸管吸取所得菌悬液接种到自封袋载体中，立即封口。待菌液与载体混合均匀后，用灭菌针在自封袋中央扎几个小孔，扎孔后的自封袋外面再套一个自封袋，并在外层自封袋的四周扎几个小孔，以上操作均在无菌条件下进行。将做好的岷山红三叶复合菌肥置于28～30℃下培养7 d，之后常温保存，期间防止污染。复合菌肥制作在甘肃农业大学草地微生物实验室完成。菌肥所用菌株具有较强的固氮、溶磷、分泌植物生长素（IAA）的能力，同时具有生长快、竞争力强及利用碳源谱广等特点。

1.2.3 田间试验设计 试验处理具体见表1，试验设计4个处理和对照（CK），每个处理重复3次。试验以全量化肥作为对照（CK），不同比例的化肥与微生物复合专用菌肥分A、B、C、D四个处理。每个小区种植面积为3 m×2.5 m=7.5 m2。播种量 18 kg/hm2，条播，行距 30 cm，播种深度2 cm。播种时气温27℃。定期田间管护，进行人工除草、灌溉等，不使用除草剂。

表1 试验设计

播种前种子预处理：播种前除CK组外，其余各处理将岷山红三叶种子用微生物复合专用菌肥拌种，置于荫凉、避光处2 h（使复合专用菌肥充分附着在种子表面）后可播种。复合专用菌肥用量为125 g固体菌肥拌1 kg种子，对照处理（CK）的种子用无菌水拌种。施肥量：对照（CK 100%化肥）用量为尿素255 kg/hm2、磷酸二铵255 kg/hm2，其余各处理分别按表1中所列比例减少化肥施用量，微生物菌肥的量除CK不加外，其余各处理添加量一致（菌肥与种子拌种，效用一般与量的多少无关）。

1.3 测定指标及方法

岷山红三叶为多年生牧草，于初花期刈割后，在每个小区内随机挖10株植株根系，抖去根系浮土，在田间粗洗，带回实验室用水冲洗干净。将洗干净的根系均匀铺开放置于干燥阴凉通风的室内，待水分晾干，地上部分和地下部分分离，分别称重，计算根冠比，用游标卡尺测定根长并记录，然后测定结瘤数、分枝数，并用根系扫描仪扫描根系，注意防止污染。

1.4 数据处理

采用Excel和SPSS 17.0对所得数据进行统计处理及显著性检验、相关性分析。显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 微生物复合菌肥对岷山红三叶植株主根长的影响

作物主根长度是衡量和决定根系性状的主要指标之一。由表2可见，红三叶生长第1年，施以菌肥的处理B、C、D相较 CK全量化肥处理主根长增加 4.06%～11.31%，但各菌肥处理与全量化肥处理间差异不显著（P＞0.05）。红三叶生长第2年，A、B、C、D组相较CK组主根长增加10.92%～19.06%，且C组显著高于CK组（P＜0.05），其余处理间差异均不显著（P ＞0.05）。通过对红三叶微生物复合菌肥与化肥配施后两年的根长对比分析（图1）可知，第2年根长明显大于第1年，第1年处理B组根长最长，第2年处理C组根长最长。

表2 岷山红三叶微生物复合菌肥对植株根长、分枝数、结瘤数量等影响

图1 岷山红三叶两年根长比较

2.2 微生物复合菌肥对岷山红三叶植株结瘤数的影响

作物结瘤数是衡量和决定根系固氮能力的主要指标之一。由表2可见，红三叶生长第1年，施以菌肥的处理B、C、D相较CK全量化肥处理结瘤数增加179.63%～301.11%，且各菌肥处理与全量化肥处理CK间差异显著（P＜0.05），A、B、C、D 组之间均差异不显著（P＞0.05）。红三叶生长第2年，施以菌肥的处理A、B、C、D相较CK全量化肥处理结瘤数增加80.52%～344.17%，且C组和D组与CK间差异均显著（P＜0.05），D组显著高于C组（P＜0.05）。通过对红三叶微生物复合菌肥与化肥配施后两年的结瘤数对比分析（图2）可知，第2年结瘤数明显大于第1年，第1年和第2年都是处理D结瘤数最多。

图2 岷山红三叶两年结瘤数量对比

2.3 微生物复合菌肥对岷山红三叶植株分枝数的影响

豆科牧草分枝数是衡量根系性状的重要指标之一。由表2可见，红三叶生长第1年，施以菌肥的处理相较CK全量化肥处理分枝数增加51.21%～170.53%，且各菌肥处理与全量化肥处理间差异均显著（P＜0.05），而各菌肥处理间差异均不显著（P＞0.05）。红三叶生长第2年，施以菌肥的处理相较CK全量化肥处理分枝数增加了20.14%～138.17%，且C组和D组与CK组间差异显著（P＜0.05），D组显著高于 A 组和B组（P＜0.05）。通过对微生物复合菌肥与化肥配施后红三叶两年的分枝数对比分析（图3）可知，第2年分枝数明显大于第1年，第1年处理B分枝数最多，第2年处理D分枝数最多。

图3 岷山红三叶两年分枝数比较

2.4 微生物复合菌肥对岷山红三叶地下生物量及根冠比的影响

豆科牧草地下生物量和根冠比是衡量根系性状的重要指标。由表2可见，施以菌肥的处理相较CK全量化肥处理地下生物量增加了11.24%～49.08%，且C、D处理与全量化肥处理间差异显著（P＜0.05）。施以菌肥的处理相较CK全量化肥处理根冠比增加了33.33%～95.23%，且D处理与全量化肥处理间差异显著（P＜0.05）。

3 讨论与结论

岷山红三叶微生物复合专用菌肥研发成功，经实验室测定有较强的固氮、溶磷、分泌生长激素等能力，各菌株内部无明显的拮抗作用，实验室及盆栽效果表现良好。

植物根系的发生、生长和生理活性等受到所施用肥料的种类、施用量、施用时期和施用方法的影响。接种大量有益菌株于作物根际可以起到调节生态平衡的综合作用，相当于在植物根际形成一个生物屏障，可阻止有害菌的定殖和入侵，促进有益菌群对作物生长的复合有益功能的发挥，比如促生、固氮、溶磷、抗病等有益作用。大量研究已表明，复合菌肥和化肥配合使用，在保证作物产量的基础上，对整个环境也能发挥其生态作用［13-14］。本试验设计了复合菌肥与化肥的配施比例，以进一步发掘菌肥的利用潜能。

根系能分泌生长素、有机酸、酶、生物碱等物质，影响土壤中矿物质和肥料的有效性，及根际微生物的种类和数量。反过来，菌肥中包含的植物促生根际微生物可生产大量的有机酸，溶解土壤中不溶性磷，从而增强土壤中无效磷的有效化，增加土壤中磷对作物的供应。在植物根系周围生存繁衍的植物促生菌还可将少量固定的氮素供给植物，为植物提供良好的固氮促生作用。此外，植物根系周围的促生菌可分泌植物生长激素IAA，IAA可引导根对重力作出反应使其向下生长，成为促进根系生长的外源。因此，复合菌肥中PGPR菌与根系互作效应的研究有待开展，以期定向培养出在某一方面具有高度活性的促生菌来满足某种专门的需要。

岷山红三叶微生物复合菌肥与化肥配施，对植株根系各指标均有不同程度的促进作用。本试验综合评价效果为：处理 D＞C＞B＞CK＞A，即 75%化肥+岷山红三叶微生物复合专用菌肥配比对植株根系促进作用最为明显。微生物菌肥作用于土壤，微生物的活动加剧，促进土壤养分的转化，从而直接作用于根系，微生物在植株根上附着和繁殖，促进根系生长；微生物复合菌肥中有较高固氮酶活性的根瘤菌加速活动，提高植株结瘤率，从而通过生物固氮作用为作物提供所需氮肥；复合菌肥中优良溶磷菌则转化土壤中难以吸收利用的磷，提高植株根系对磷等矿质元素的有效利用率，从而将养分直接供给给植株。所以，适合比例的化肥与微生物菌肥相结合的配施方式有助于改善根系生长的土壤微环境，各种有益微生物综合作用于根系，有效吸收释放土壤中被固定的养分，提高根系的养分利用率，直接影响着整株植株。宏观来看，提高了本种植区的草地生产力。由此推断，适合比例的化肥与微生物菌肥配施的模式可以提高草地生产力水平。

本研究表明，施用合适配比的化肥与微生物菌肥，可减少化肥投入量20%～50%，降低施用化肥的经济成本。这为减少大量使用化肥对环境和土壤造成污染，促进土壤可持续利用，以及草牧业环保高效发展提供了理论依据。

［1］黄启亮，韩广泉，侯红艳，等.新型微生物肥料发展现状与前景［J］.现代农业科技，2015（3）：218-220.

［2］葛诚，吴薇.我国微生物肥料的生产、应用及问题［J］.中国农学通报，1994（3）：24-28.

［3］王素英，陶光灿，谢光辉，等.我国微生物肥料的应用研究进展［J］.中国农业大学学报，2003，38（1）：14-18.

［4］张敏，王正银.生物有机肥料与农业可持续发展［J］.磷肥与复肥，2006，21（2）：58-59.

［5］沈德龙，曹凤明，李力.我国生物有机肥的发展现状及展望［J］.中国土壤与肥料，2007（6）：1-5.

［6］王树凤，胡韵雪，孙海菁，等.盐胁迫对2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响［J］.中国土壤与肥料，2014，34（4）：1021-1029.

［7］孙洪刚，陈益泰.沿海防护林四个树种根系分布对盐胁迫的响应［J］.生态学杂志，2010，29（12）：2365-2372．

［8］李会科，郑秋玲，赵政阳，等.黄土高原果园种植牧草根系特征的研究［J］.草业学报，2008，17（2）：92-96.

［9］张锡洲，李廷轩，王永东.植物生长环境与根系分泌物的关系［J］.土壤通报，2007，38（4）：785-789.

［10］王志明，岳民勤，杜文华，等.集饲用和药用价值于一体的牧草新秀——岷山红三叶［J］.草业科学，2005（4）：33-35.

［11］俞联平，郝正里，李发弟，等.岷山红三叶异黄酮对去卵巢大鼠生长和免疫及抗氧化指标的影响［J］.草业学报，2012，21（6）：137-144.

［12］荣良燕，姚拓，马文彬，等.岷山红三叶根际优良促生菌对宿主生长和品质的影响［J］.草业学报，2014，23（5）：231-240.

［13］荣良燕，姚拓，刘青海，等.复合菌肥代替部分化肥对玉米生长的影响［J］.草原与草坪，2012（3）：65-69.

［14］李凤霞，张德罡，姚拓.高寒地区燕麦根际高效PGRR菌培养条件研究［J］.甘肃农业大学学报，2004，39（3）：316-320.