不同促生菌剂在绿肥蚕豆的应用效果研究

周 影，魏启舜，赵荷娟，管永祥，陈 震，郭成宝，王 琳*

(1.江苏丘陵地区南京农业科学研究所，江苏 南京 210046；2.江苏省农业技术推广总站，江苏 南京 210036)

蚕豆(ViciafabaL.)又叫罗汉豆、胡豆等，是一种介于粮食、饲料之间的重要经济作物，也是一种绿肥。蚕豆用作绿肥已有悠久的历史，但随着化肥的使用以及菜用蚕豆品种的问世等，其作绿肥的应用渐渐被人们忽视。然而化肥的过量施用不可避免地引发了土壤及农作物的安全生产问题,在绿色有机食品备受推崇的今日,有机肥料的使用再一次受到人们的普遍关注[1]。作为传统绿肥，蚕豆有着许多优于其他绿肥之处：蚕豆鲜草除磷含量略低于紫花苜蓿外,氮、钾含量都超过了素有“牧草之王”美誉的紫花苜蓿，更是大大超过了紫云英[2]。蚕豆具有很强的固氮作用,固氮率显著高于紫云英[3]。蚕豆抗盐碱能力强，与紫云英、紫花苜蓿相比，对土壤的选择性较低,适宜在较贫瘠的土壤条件下种植。蚕豆秸秆就地还田可以优化土壤的理化性质，增加土壤中有机质的含量，增加土壤的碳、氮等养分含量[4]，提高作物产量[5-6]。植物根际促生菌(Plant Growth PromotingRhizobacteria，PGPR)是指自由生活在土壤或附生于植物根系的一类可促进植物生长及其对矿质营养的吸收和利用，并能抑制有害生物的有益菌类。其中，主要种类包括芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、固氮菌属(Azotobacter)、慢生固氮菌属(Bradyrhizobium)等。研究表明，对种植豆科植物接种与之相匹配的根瘤菌,不但可以提高间作体系中豆科植物的固氮优势,而且可进一步提高豆科/禾本科间作系统的间作产量优势,并改善间作作物的营养状况[7-9]。根瘤菌和AM真菌可提高蚕豆对磷和氮的吸收速率、增加对有机磷和氮的吸收量[10]。一些细菌(如枯草芽孢杆菌、固氮螺菌)和荧光假单胞菌交互使用防治病原菌，效果明显好于单独防治的效果[11]。内生真菌拟茎点霉(Phomopsisliquidambari)B3菌株能与水稻建立共生关系，从而促进其对氮素的吸收与积累[12-13]。慢生大豆根瘤菌和胶质类芽孢杆菌双接种可促进大豆生长,显著提高相关的土壤酶活性[14]。蚕豆种植区的根系自然结瘤率较低，同时还有一些无效根瘤，严重影响了蚕豆的固氮效果。为提高绿肥蚕豆的还田效果，本试验研究了外接不同促生菌剂对蚕豆生长状况、植株养分积累量以及根际微生物等的影响，以期为绿肥蚕豆的高效栽培提供一些参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试菌株见表1，试验共设5个处理，各处理接种菌剂分别为：处理1，菌株1～5号复合；处理2，菌株6～7号复合；处理3，菌株6；处理4，菌株7；处理5，对照(CK)，不加菌。各处理所用的固体菌剂均由江苏省微生物与功能基因组学重点实验室提供。

表1 供试菌株

试验于2018年3～5月在江苏丘陵地区南京农业科学研究所试验区进行。采用盆栽试验，每处理10盆，共计50盆。栽培基质使用土壤改良培肥基质(由句容蓝天碧水生物科技有限公司生产)、泥炭(德国维特育苗1号泥炭)和堆肥基质，按质量比2∶4∶1配制，每盆装基质1.3 kg。3月8日根瘤菌拌种点播蚕豆，每盆播2粒，每盆拌菌剂50 g。各处理分别于3月29日和5月4日浇施N∶P2O5∶K2O=20∶20∶20的水溶肥500倍稀释液250 mL/(盆·次)。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 生长状况 分别于3月29日、4月10日、4月24日、5月15日调查不同处理的蚕豆株高和分枝情况；于5月15日蚕豆盛花期每处理随机取10株调查植株地上部和根的鲜重、干重等指标。

1.2.2 叶片叶绿素相对含量(SPAD值)的测定 采用日本Konica Minolta公司SPAD-502 Plus型叶绿素仪测定。于盛花期取样测定，每处理测量10片叶片[15]。

1.2.3 养分含量 取盛花期的样品烘干磨碎后进行养分测定[16]。植株有机碳含量采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；样品经H2SO4-H2O2消煮，微量凯氏定氮法测定氮含量。

养分积累量计算公式：养分积累量=干物质量×养分含量。

1.2.4 土壤微生物分析 采用稀释平板计数法对土壤微生物进行分析：细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基、真菌采用马丁氏培养基、放线菌采用改良高氏一号培养基进行培养[17]。

1.3 数据分析

运用Excel 2003和SPSS软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对绿肥蚕豆株高和分枝的影响

对不同时期各处理植株株高的统计结果显示：接种不同菌剂对蚕豆株高产生了一定的影响。在整个测量期，处理3、处理4的株高均高于其他处理。在5月15日盛花期时，各外接菌剂处理的株高均高于不接菌的对照。其中，处理3的株高与对照相比，差异达显著水平(图1)。这表明接种不同菌剂均对蚕豆植株株高的增加有促进作用。

各处理对蚕豆不同时期的分枝数会产生影响。分枝数随着时间的推移呈现先增加后减少的趋势，4月24日分枝数达到高峰。随着无效分枝的衰退，5月15日分枝数已基本固定，此时的分枝多为有效分枝。处理3的蚕豆植株保留的有效分枝最多，平均比对照多0.6个/株；其余接菌处理的分枝数与对照相差不大。

2.2 不同处理对蚕豆叶片SPAD值的影响

对盛花期各处理蚕豆植株叶片的SPAD值进行了测定，结果显示：不同菌剂处理植株的SPAD值均高于对照。其中，处理2和处理4与对照差异不显著。处理1和处理3的SPAD值则均显著高于不接菌的对照(图2)。这说明接种菌剂对蚕豆植株叶片的叶绿素含量有一定的促进作用，从而影响植株的光合作用。

图1 不同处理对蚕豆株高和分枝数的影响

图2 不同处理对蚕豆叶片SPAD值的影响

2.3 不同处理对蚕豆固氮的影响

盆栽蚕豆植株全氮含量和吸氮量的测定结果显示(表2)：处理1、处理3、处理4的植株地上部和根部的氮含量、氮积累量均高于对照。其中，处理3的各指标均显著高于对照，单株地上部氮积累量为0.22 g，根部氮积累量为0.051 g，分别较对照高57.14%和45.71%。处理2的植株氮含量和吸氮量与对照差异不显著。这表明接种处理1、处理3、处理4的菌剂增加了蚕豆地上部和根系的氮含量。其中处理3的菌剂对蚕豆固氮有显著的促进作用。

表2 不同处理对绿肥蚕豆植株氮含量及其积累量的影响

注:表中数据为平均值±标准误差，同列数据后的小写字母表示各处理间在0.05水平上的差异显著性，字母相同则差异不显著，不同则显著。下同。

2.4 不同处理对盛花期蚕豆植株碳含量的影响

接种处理对蚕豆植株碳含量、碳积累量的影响结果显示(表3)：接菌处理的地上部和根部有机碳含量均高于不接菌的对照。其中，根部的差异不显著，而处理1和处理3的地上部有机碳含量显著高于对照。在有机碳积累量上，处理3的地上部和根部碳积累量均最高，分别比对照高出52.5%和36.7%，差异达显著水平。其次是处理1，处理2、处理4与不接菌的对照差异不显著。

2.5 不同处理对蚕豆根际微生物量的影响

不同菌剂处理对蚕豆根际土壤微生物量的影响结果显示：各接菌处理的根际土壤中细菌量均高于不接菌的对照。其中，处理3的数量最多，是对照的2倍左右。不同处理对根系土壤中真菌的影响效果不一，最多的为处理2，其余处理的真菌数与对照相差不大。对放线菌的影响方面，处理3的根际土壤放线菌量最多，为7.7×105CFU/g，比对照高14.9%。其次是处理1，处理4的放线菌数略少于对照(图3)。

3 结论与讨论

以翻压还田为目的的绿肥作物，获得较高的产草量和养分积累量是栽培的关键。王清湖等[18]研究表明：根瘤菌与豆科作物形成共生固氮体系，对豆类作物增产和培肥土壤具有重要的理论与实践意义。根瘤菌接种对促进蚕豆生长发育、提高产量具有明显的效果。石茂玲等[19]研究发现苜蓿-根瘤菌的共生固氮可以提高苜蓿产量、改善品质。李淑敏等[10]研究了接种根瘤菌、AM真菌和双接种对蚕豆的影响，结果表明：双接种和单接AM真菌的蚕豆株高、叶绿素含量和生物量显著增加。在本试验中，不同菌剂处理对绿肥蚕豆的株高、分枝数和叶片叶绿素含量产生了影响。各接菌处理的蚕豆植株株高和叶片叶绿素含量均高于不接菌的对照，说明外接菌剂对蚕豆株高的增加和植株的光合作用会产生一定的促进作用。不同处理对蚕豆分枝数的影响差异不显著，与李淑敏等[9]的研究结果有所不同，在本试验条件下，接种Bradyrhizobium2-8的各生长指标和叶绿素含量均最高，且显著高于对照；而单接PhomopsisliquidambariB3的处理4以及双接根瘤菌和内生真菌的处理2的各项指标与对照差异不显著，这可能是由于种植蚕豆品种和接种菌剂的不同和栽培条件的差异等导致的。

表3 不同处理对蚕豆植株有机碳含量的影响

细菌：×106 CFU/g；真菌：×104 CFU/g；放线菌：×105 CFU/g。

碳、氮代谢是作物体内和土壤最基本代谢途径之一，不仅影响植物的生长发育进程和土壤的理化性质及养分状况，而且对作物的产量起着至关重要的作用，还影响着农田生态系统的碳源和碳汇[20]。植物固定碳、氮是农田生态系统碳、氮储量组成的重要部分[21]。在本试验中，不同处理间蚕豆植物的碳、氮积累量差异较大，且与蚕豆的干物质量呈正相关关系。Bradyrhizobium2-8处理的蚕豆植株地上部和根部的碳、氮积累量均显著高于不接菌的对照，表现出了较明显的优势。在本试验条件下，接种Bradyrhizobium2-8可有效发挥豆科植物-根瘤菌共生固氮优势,增加植株的碳、氮含量和积累量，能固定更多的碳和氮进入蚕豆田土壤，翻压后可归还土壤的碳、氮量更大，对土壤有机质的积累和减少氮肥的施用具有积极作用和更好的生态效应。

土壤微生物是土壤的重要组成部分,大部分土壤中的生物化学转化过程都是由微生物的活动引起的,能客观地反映土壤肥力状况,是土壤肥力的重要指标之一[22]。在本试验条件下，接种Bradyrhizobium2-8的处理促进了盛花期蚕豆根系土壤中细菌和放线菌的增加，微生物总量最大。这可能是由于该处理的蚕豆植株生长状况较好，丰富的根系分泌物为土壤微生物提供了大量的营养和能源物质以及丰富的碳、氮源,从而促进了土壤微生物活动[23-24]。

豆科作物对外接菌株的反应在很大程度上受土壤中土著菌数量、土壤有效氮和作物对氮需求的影响[25]。与盆栽基质相比，大田土壤条件复杂得多。因此，在基质盆栽的基础上，应进一步在大田做验证试验。选择适宜的菌剂接种，可有效提高蚕豆植株的生物量；充分发挥绿肥蚕豆高效固氮、固碳作用，增加植株碳、氮积累，取得更好的还田效果。