解磷菌对设施土壤金属元素有效含量及黄瓜秧苗金属元素吸收量的影响

冯 健， 于 淼， 孙佳妮

(1.辽宁省微生物科学研究院,辽宁 朝阳 122000;2.辽宁省生态环境监测中心，辽宁 沈阳 110016)

目前，作物发生中微量元素缺乏的情况越来越普遍。作物生长所必需的营养元素有16种，其中碳来源于空气中的二氧化碳，氢和氧来源于大气降水，氮、磷、钾、硫、钙、镁、硼、锰、锌、铜、钼、铁、氯在土壤中都有一定的贮存量，其中氮、磷、钾通常称为作物营养“三要素”，或称大量元素；硼、锰、锌、铜、钼、铁、氯元素作物需要量小，称为微量元素；硫、钙、镁元素需要量介于中间，称中量元素。中微量元素与生物分子蛋白质、多糖、核酸、维生素等密切相关，对植物的各种生理代谢过程的关键步骤起调控作用[1-4]，作物体内中微量元素含量与作物产量参数关系显著[5]。微量元素被植物吸收后将具有双重意义，可能会因浓度过低，对作物与人畜供应不足，抑制生物体生长；也可能因为浓度过高，对生物体产生毒害。因此，探究土壤中微量元素既能提高产量和品质，又不会导致重金属污染，是当前研究的热点[6]。解磷微生物除了能够溶解难溶性含磷化合物外，还可以吸附作物根系周围的钙、锌、铜等微量元素。Chabot 等[7]发现解磷微生物能够增加植物对钙、镁、铁、锌、钾等营养元素的吸收。Kucey[8]在小麦根际接种Penicilliumbilaji菌株发现小麦体内钙、铁含量增加。秸秆中除含有C(碳)、N(氮)、P(磷)、K(钾)等大量营养元素外，还含有丰富的微量元素，与单施化肥比较，秸秆还田配施化肥砂浆黑土中交换态锰、锌、铜含量分别增加了11%、21%、41%，有机结合态锰、铜分别增加了19%和103%[9]。设施蔬菜栽培过程中，大量元素肥料使用过量，而微量元素及钙、镁等金属元素成为设施蔬菜产量品质的限制因素。本文研究了秸秆及解磷菌对土壤金属元素含量及黄瓜吸收量的影响，为设施土壤改良提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料 黄瓜津交151。

1.1.2 菌种来源 恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)，自行筛选，保藏于辽宁省微生物菌种保藏中心，编号623-3。

1.1.3 试验地概况 试验地点位于辽宁省凌源市城关镇小马褂村，东经118°50′20″～119°37′40″，北纬40°35′50″～41°26′60″，属于暖温带向温带、半湿润向半干旱过渡性气候，四季气温变化明显，年平均气温8.1 ℃。稳定通过10 ℃的活动积温为3 413.3 ℃，年平均日照时数为2 844.8 h。试验地土壤为棕褐壤，大棚使用年限3 a，供试土壤基本情况：有机质2.38%，全氮0.125 5%，速效磷324.09 mg/kg，速效钾234.85 mg/kg，pH值6.9。

1.1.4 主要仪器及试剂 原子吸收分光光度计(A3，北京普析通用仪器有限责任公司)；EDTA(分析纯)，钙、镁、铁、锌、钾标样(分析纯)，铬黑T指示剂，二甲酚橙指示剂，甲基红指示剂。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验设4个处理：①常规施肥。底肥：有机肥225 m3/hm2(鲜羊粪)，复合肥50 kg(N∶P∶K=18∶18∶18)，磷酸二铵750 kg/hm2，硫酸钾375 kg/hm2，过磷酸钙375 kg/hm2，天蚕宝375 kg/hm2(N∶P∶K=5∶5∶5)。追肥：从坐果期开始，使用黄瓜专用肥(N∶P∶K=15∶5∶30)75 kg/hm2，每10 d追肥1次。②在常规施肥基础上，苗期追施解磷菌肥2次，每次7.5 kg/hm2。③在常规施肥基础上，栽培前深埋秸秆30 000 kg/hm2。④在常规施肥基础上，栽培前深埋秸秆30 000 kg/hm2，苗期追施解磷菌肥2次，每次7.5 kg/hm2。小区面积30 m2,每个处理3次重复。

1.2.2 样品采集与测定 分别在苗期、初果期、盛果期、坐果后期使用土钻采集为深度0～30 cm土壤样品；在不同处理区采集初果期及盛果期黄瓜茎叶3株，取回后立即80 ℃杀青处理，105 ℃烘干2 h，粉碎过80目筛，4 ℃冰箱保存待用。土壤钙、镁离子测定采用EDTA络合滴定法，铁、铜、锌离子测定采用消煮-原子吸收分光光度法；黄瓜秧苗中钙、镁、铁、铜、锌测试采用消煮-原子吸收分光光度法。

2 结果与分析

2.1 不同处理对设施土壤有效钙含量及黄瓜秧苗有效钙吸收量的影响

钙是植物生长必须的营养元素，能与果胶酸形成果胶酸钙, 稳定细胞壁的结构，并能将磷脂分子联结起来,具有稳定细胞膜的作用；细胞内大部分钙素存在于液泡中,对液泡内阴阳离子的平衡有重要贡献,具有渗透调节作用[10-11]；钙离子含量高低能明显影响作物抗病性。测试结果表明，土壤中添加秸秆或解磷菌没有增加土壤中有效钙含量，但在盛果期(3月12日)黄瓜秧苗中钙含量有明显差异，秸秆、解磷菌、解磷菌+秸秆3种处理黄瓜秧苗中钙含量分别比对照提高8.99%、4.42%、6.26%，说明3种处理不能提高土壤中有效钙含量，但能提高黄瓜根系吸收土壤中钙的能力，解磷菌虽然有作用，但是单独使用效果不如秸秆及秸秆+解磷菌(图1)。

图1 不同处理不同时间土壤及黄瓜秧苗中有效钙含量Fig.1 Effective calcium content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.2 外源碳源和解磷菌对设施土壤有效镁含量及其吸收的影响

镁素是植物必需的中量元素之一， 对植物生长发育起重要作用。 镁是植物细胞中重要的二价阳离子， 是叶绿素的中心离子及很多酶的活化剂， 参与能量代谢， 对提高作物产量具有重要作用[12]。测试结果表明，不同处理区土壤中镁含量几乎没有差别，但是不同处理区黄瓜秧苗中镁含量差异很大，秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌3种处理黄瓜秧苗中镁含量分别比对照提高10.17%、6.63%、8.25%，虽然3种处理不能有效增加土壤中有效镁含量，却能明显促进黄瓜根系对镁离子的吸收，单独使用解磷菌能增加黄瓜对镁的吸收，但作用不如秸秆及秸秆+解磷菌大(图2)。

图2 不同处理不同时间土壤及黄瓜秧苗中有效镁含量Fig.2 Effective magnesium contents in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.3 秸秆及解磷菌对设施土壤有效铁含量及黄瓜秧苗中铁含量的影响

铁元素不仅参与植物体光合与呼吸、植物蛋白质及核酸的合成、氮的固定等诸多生理代谢过程，还可参与电子传递，或作为酶促反应中心，缺铁明显影响作物产量及品质[13]。测试结果表明，不同处理间差异显著，土壤中铁含量变化大，在黄瓜初果期，3种处理土壤中有效铁含量明显高于对照，秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌处理分别比对照区提高2.50%、17.45%、20.50%，在黄瓜盛果期土壤中有效铁含量分别比对照区降低10.85%、35.50%、15.22%；盛果期黄瓜秧苗中铁离子含量差异显著，3种处理区黄瓜秧苗中铁离子含量分别比对照区提高13.39%、33.97%、13.68%，说明3种处理能部分增加土壤中有效铁含量，但作用有限，促进黄瓜根系吸收铁能力明显高于对照，导致后期土壤中有效铁含量明显下降(图3)。

图3 不同处理不同时间土壤及黄瓜秧苗中有效铁含量Fig.3 Effective iron content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.4 秸秆及解磷菌对设施土壤有效铜含量及黄瓜秧苗中铜含量的影响

铜是植物叶绿素组成部分，其含量高低直接影响植物的光合作用；同时铜也是部分氧化酶的组成部分，对植物的氧化还原起主导作用。测试结果表明，秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌处理能明显促进黄瓜秧苗吸收铜离子，初果期差异不大，盛果期3种处理黄瓜秧苗中铜含量分别比对照区高14.90%、5.74%、11.57%，说明3种处理都能促进黄瓜根系吸收铜离子。不同时间进行土壤有效铜测试结果表明，3种处理区土壤有效铜含量一直比对照区含量提高，盛果初期3种处理分别比对照提高8.33%、7.60%、14.60%，盛果后期分别比对照提高12.19%、15.41%、16.49%，说明3种处理明显提高了土壤有效铜含量(图4)。

图4 不同处理不同时间土壤及黄瓜秧苗中有效铜含量Fig.4 Effective copper content in soil and cucumber seedlings at different time points under different treatments

2.5 秸秆及解磷菌对设施土壤有效锌含量及黄瓜锌吸收量的影响

锌主要存在于叶绿体中，催化二氧化碳的水和作用，促进二氧化碳的固定；同时锌还参与植物生长激素的合成。试验结果表明，3种处理能明显增加土壤有效锌含量，在盛果初期，3种处理分别比对照区提高24.50%、32.15%、19.76%，在盛果后期分别比对照区提高38.8%、33.26%、56.81%；不同处理对黄瓜秧苗中锌离子含量有一定增加作用，但是差异不明显，说明3种处理虽然能增加土壤中有效锌含量，但并没有促进黄瓜秧苗对锌的吸收(图5)。

图5 不同处理不同时间土壤有效锌含量测试结果Fig.5 Soil effective zinc content test results at different time points under different treatments

3 讨 论

秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌3种处理均能增加黄瓜秧苗对钙、镁、铁、铜的吸收，但对黄瓜秧苗吸收锌没有影响，其中秸秆+解磷菌处理对黄瓜秧苗吸收钙、镁、铜影响最大，促进作用分别达到6.26%、8.25%和11.57%，而单独使用解磷菌作用不及秸秆和秸秆+解磷菌的作用效果，说明在有秸秆为外源碳源的情况下，能提高解磷菌的作用能力。

秸秆、解磷菌、秸秆+解磷菌3种处理对土壤中有效钙、镁、铁含量无影响，而对铜和锌影响显著，在黄瓜秧苗的不同生长阶段，土壤中铜、锌的含量均有明显提高，其中秸秆+解磷菌处理区土壤中有效铜含量最高，而单独使用解磷菌效果较差，说明在有外源碳源秸秆存在的情况下，解磷菌更能发挥作用。秸秆+解磷菌对土壤在盛果后期作用最大，有效锌含量明显比对照及解磷菌处理区提高，说明在有外源碳源秸秆存在的情况下，能提高解磷菌的作用效果。