不同磷水平下接种解磷菌剂对生菜促生效应及土壤磷素形态的影响

杜雷 陈钢 王素萍

摘要：通过盆栽试验研究了在4种不同施磷水平下施用解磷菌剂对生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）促生效应及土壤磷素形态的影响。结果表明，在土壤缺磷情况下，施用解磷菌剂能提高生菜叶和根的鲜重和干重，提高叶片净光合速率和蒸腾速率，增加植株磷素吸收量，提高生菜的品质和产量，并能减少土壤中全磷含量的积累，促进土壤有效磷的释放和土壤库中有效磷的积累。在土壤磷素丰富的情况下，施用解磷菌剂对生菜的生长和土壤磷素营养促进作用较弱。土壤添加磷肥量为0.375 g/kg，解磷菌剂对生菜的促生效应和土壤磷素释放效果最佳。解磷菌剂的应用不仅能减少农田土壤磷素的流失，减轻农田土壤磷面源污染的风险，还能为蔬菜生产保质保量，达到收益最大化。

关键词：生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）;解磷菌剂;磷水平;生长;产量

中图分类号：S636.9;S143.8         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）15-0049-05

Abstract：A potting experiment was conducted to evaluate the effects of the phosphate-solubilizing bacteria on lettuce growth and soil phosphorus forms at different growth stages of lettuce （Lactuca sativa var. ramosa Hort.） under four application levels of calcium-superphosphate. The results showed， under the condition of soil phosphorus deficiency， that the application of the phosphate-solubilizing bacteria could improve the leaf fresh weight， root fresh weight，leaf dry weight and root dry weight of lettuce， increased the net photosynthetic rate and transpiration rate， enhanced the phosphorus absorption capacity in lettuce plants， improved the nutritional quality and yield of lettuce， reduced the accumulation of whole phosphorus content in soil， and promoted the release of effective phosphorus and the accumulation of effective phosphorus in soil reservoir. In the case of the soil phosphorus abundance， the application of the phosphate-solubilizing bacteria was weaker influence on the growth of lettuce and soil phosphorus. When the amount of phosphate fertilizer in the soil was 0.375 g/kg， the phosphate-solubilizing bacteria promoting growth effect of lettuce and the soil phosphorus to release were the best. The application of the phosphate-solubilizing bacteria not only decrease the loss of phosphorus in agricultural land， mitigate the risk of phosphorus non-point source pollution， but also guarante the quality and quantity for farmers to maximize vegetable yield.

Key words： lettuce（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）; phosphate-solubilizing bacteria; phosphorus level; growth;yield

磷是植物生長发育的必需营养元素。中国土壤全磷含量较高，但能被植物直接吸收利用的有效磷含量一般不超过全磷量的5%，大部分磷肥与土壤中的Ca2+、Fe3+、Fe2+、Al3+等结合，形成难溶性磷酸盐。土壤有效磷的缺乏是中国及世界农业生产中限制作物产量的一个重要因子[1]，提高土壤中磷肥的利用率对促进世界农业的发展具有重要作用。解磷微生物可以将土壤中难溶态磷转换为有效磷[2，3]。有研究表明，解磷微生物能够提高磷肥利用率、土壤磷素含量以及增加作物产量[4，5]。解磷微生物也能增加植物根系对一些微量营养元素（例如锌、铜等）的吸收，增强植物对病害的抵御能力[6]。解磷菌能使土壤中难溶性无机磷溶解，故被广泛用于接种剂，以增加磷吸收量和作物产量[7-10]。目前，研究已报道的解磷微生物主要有细菌、真菌和放线菌等[11-13]，其中溶磷细菌的数量和种类最多。由于不同种类的溶磷菌或同种不同菌株之间的溶磷能力都有明显的差异，所以摸清解磷菌株的解磷机理和对作物的促生效应显得尤为重要。

笔者所在研究团队从武汉市长期种植的蔬菜根际土壤中分离筛选出一株解磷能力较高的根瘤菌（Rhizobium）P1，目前该菌株已被保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏号为CCTCCM2016333[14]。其后将该菌株液体发酵研制成了解磷菌剂。本试验研究了在4个不同施磷水平下接种该解磷菌剂对生菜（Lactucas sativa L. var. ramosa Hort.）各生育期的农艺性状、光合作用、养分积累量和土壤全磷、有效磷含量的影响，探讨该解磷菌剂在土壤不同磷素水平下的解磷效果，并进一步阐明解磷菌剂在生菜不同生育期的促生效应，旨在为开发高效微生物菌肥提供种质资源，也为该菌株在田间试验的应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 盆栽试验设计

试验在武汉市农业科学院北部园区玻璃温室内进行。土壤为灰潮土，土壤有机质含量为10.5 g/kg，硝态氮含量为25.23 mg/kg，速效磷含量为9.66 mg/kg，全磷含量为0.72 g/kg，速效钾含量为110.89 mg/kg，pH为7.86。试验采用盆栽设计，共设6个处理，分别为不施磷+灭活菌剂（CK）、不施磷+解磷菌剂（T1）、施1/4常规用量磷+解磷菌剂（T2）、施1/2常规用量磷+解磷菌剂（T3）、施常规用量磷+解磷菌剂（T4）和施常规用量磷+灭活菌剂（T5）。各处理在等氮、钾养分条件下施肥，每盆装土15 kg，所用化肥为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O5 16%）和硫酸钾（含K2O 51%），各处理具体施肥量见表1。以上肥料作基肥一次性拌土施入。生菜种子为澳优四季生菜，由武汉金正现代种业有限公司生产。解磷菌剂为笔者所在实验室筛选的根瘤菌P1菌株液体扩大培养所制成，活菌含量达2.0×1010 CFU/mL以上，接种量为每棵50 mL，其中灭活菌剂即为P1菌株发酵液121 ℃灭菌后所得，解磷菌剂于生菜移栽后浇灌于根部周围。每处理10盆，每盆种2株生菜，重复间随机排列，管理一致。

1.2 测定项目与方法

分别在生菜的幼苗期（2015年5月5日）、莲座期（2015年5月20日）和采收期（2015年6月5日）测定植株的农艺性状、光合作用、养分积累量和土壤全磷、有效磷含量，在生菜采收时进行产量和品质的测定。生菜的农艺性状主要测定植株地上部鲜重、地下部鲜重、叶片数、地上部干重和地下部干重;生菜光合作用的测定采用CB-1102型便携式光合蒸腾仪，于生菜不同生育期选择晴天上午9﹕00—11﹕00测定植株同一部位完全展开功能叶的净光合速率、蒸腾速率，每重复均取3株;生菜植株养分含量的测定采用H2SO4-H2O2消解法，土壤全磷含量的测定采用NaOH熔融法，土壤有效磷含量的测定采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法[15];生菜品质性状可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，VC含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法测定，硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定[16];生菜产量以平均每株生菜的地上鲜重表示。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行处理和作图，采用DPS3.01统计软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 解磷菌剂对生菜农艺性状的影响

由表2可知，在生菜的整个生育期，各处理间生菜叶片数无明显差异，少施磷生菜植株生长矮小，但对叶片数影响不大;当施磷水平为0时，T1处理的叶鲜重、根鲜重、叶干重和根干重都高于CK;当施磷水平为常规用量时，T4处理的叶鲜重、根鲜重、叶干重和根干重与T5处理无明显差异;各施用解磷菌剂的处理随着施磷水平的增加，生菜的叶鲜重、根鲜重、叶干重和根干重也随之增大，当施磷水平达到常规用量的1/2时，生菜的葉鲜重、根鲜重、叶干重和根干重较高，随后趋于稳定。

2.2 解磷菌剂对生菜叶片净光合速率和蒸腾速率的影响

生菜的净光合速率、蒸腾速率是影响其产量形成的重要因子。由表3可知，在生菜的整个生育期内，各处理生菜叶片净光合速率、蒸腾速率具有相同的变化趋势。从幼苗期到莲座期，各处理的叶片净光合速率和蒸腾速率都表现出上升趋势，进入采收期，所有处理叶片净光合速率和蒸腾速率都表现出下降趋势。处理T3、T4和T5的生菜叶片净光合速率和蒸腾速率在各生育期均较高，且均显著高于CK。减施磷肥使生菜生长缓慢，低磷处理的生菜长势要明显弱于高磷处理，所以造成叶片净光合速率和蒸腾速率也低于高磷处理，当施磷水平达到常规用量的1/2时，T3处理的叶片净光合速率和蒸腾速率与T5处理达到相同水平，且莲座期的净光合速率和采收期的蒸腾速率均显著高于T4处理。

2.3 解磷菌剂对生菜植株磷素吸收的影响

由表4可知，随着磷肥施用量的增大，各生育期生菜植株磷素积累量也随之增大。至采收期，当施磷量相同时，低水平的施磷处理T1的植株磷素积累量要显著高于CK，高水平的施磷处理T4的植株磷素积累量与T5无显著差异，说明解磷菌剂在土壤缺磷情况下能增加生菜植株磷素吸收量，在土壤磷素丰富的情况下解磷能力较弱。

2.4 解磷菌剂对土壤全磷和有效磷含量的影响

从表5可以看出，各处理间土壤全磷含量从幼苗期到莲座期整体呈增加趋势;进入采收期后，不施解磷菌剂的CK和T5处理的土壤全磷含量继续呈上升趋势，而施解磷菌剂的T1、T2、T3、T4处理的土壤全磷含量基本上呈少量增长或下降趋势，其中T3处理的土壤全磷含量降低最明显，说明施用解磷菌剂能减少土壤中全磷含量的积累，降低磷素被固定于土壤中的风险。

各处理土壤有效磷含量在幼苗期总体上随磷肥施入量的增多而增多，并随着生育期的推进，土壤中有效磷含量越来越低。这是因为磷肥施入土壤后，一部分被植株吸收利用，而另一部分则被固定于土壤中，使土壤中有效磷含量逐渐降低。CK与T1两个不施磷处理中，T1处理的各生育期土壤有效磷含量均显著高于CK。

2.5 解磷菌剂对土壤-作物系统有效磷变化的影响

土壤-作物系统有效磷反映的是土壤在植株整个生育期中有效磷释放的总值。由表6可知，随着磷肥施用量的增大，土壤-作物系统有效磷变化量也随之增大，说明在作物的整个生育期中土壤库中的有效磷变化量主要来源于磷肥的施入。CK与T1两个不施磷处理中，T1处理的土壤-作物系统有效磷变化量显著高于CK，而T4与T5两个施全量磷处理中，T4处理的土壤-作物系统有效磷变化量显著高于T5处理，但增幅相对较小，说明解磷菌剂在土壤缺磷的情况下能促进土壤有效磷的释放，在土壤磷素丰富的情况下促进作用较弱。T3与T5处理的土壤-作物系统有效磷变化量无显著差异，但T3处理的磷肥施入量仅为T5处理的1/2，这可能是解磷菌剂在发挥作用，促进了土壤库中的有效磷素积累。

2.6 解磷菌剂对生菜品质的影响

随着人们环保和健康意识的提高，作物生产已由提高产量向改善品质上转移。由表7可知，随着磷肥施入量的增加，可溶性糖含量先增加后减少;当施磷量相同时，T4处理显著高于T5处理，说明解磷菌剂能提高生菜的可溶性糖含量。维生素C含量随磷肥施入量的增加而增多，在施磷量仅为常规用量的1/2时达到最高值，随后增施磷反而降低了维生素C含量;当施磷量相同时，T1处理的维生素C含量显著高于CK，T4处理的维生素C也显著高于T5处理，说明解磷菌剂的施用能提高生菜的维生素C含量。各处理生菜叶片的硝酸盐含量均低于中国蔬菜硝酸盐标准允许量（432 mg/kg），磷肥的增施促进了生菜叶片硝酸盐含量的积累，但是在磷肥相同施用量下，T1处理的硝酸盐含量显著低于CK，T4处理的硝酸盐含量也显著低于T5，说明增施解磷菌剂能降低生菜的硝酸盐含量。

2.7 解磷菌剂对生菜产量的影响

由表8可知，在施用解磷菌剂情况下，随着磷肥用量的增加，生菜的产量也随之增加，当磷肥施用量达常规用量的1/2时，生菜单株产量趋于稳定，与常规施磷肥处理无显著差异，比CK增产49.89%，说明施用解磷菌剂能促进磷肥的利用。在施磷量相同的情况下，T1处理的生菜产量显著高于CK，T4处理与T5处理无显著差异。

3 小结与讨论

磷素以多种途径参与植物体内各种代谢过程，影响植物的生理和形态，而且是影响作物产量提高的主要营养元素之一[17，18]。在陆地生态系统，解磷微生物能与80%以上的植物形成共生体，从而增加根系对营养元素的吸收并且促进植物生长[19]。本试验中设置在4种不同磷水平下接种解磷菌剂，发现在土壤缺磷的情况下，添加解磷菌剂能提高生菜的叶鲜重、根鲜重、叶干重和根干重，在土壤磷素丰富的情况下，添加解磷菌剂对生菜生长促进作用较小;当磷肥施用量为常规用量的1/2时，添加解磷菌剂后生菜的生长状况能达到常规施磷用量的效果。缺乏磷素使植物ATP合成受阻，从而影响植株的光合作用与光能磷酸化[20]。本研究表明，在生菜的整个生育期内，各处理生菜叶片净光合速率和蒸腾速率都是随着施磷水平的增加而提高，但当施磷水平达到常规用量的1/2时，在生菜的莲座期和采收期，T3处理的叶片净光合速率和蒸腾速率要高于T4处理，与T5处理达相同水平。这说明高磷水平下施用解磷菌剂反而抑制了生菜的光合作用。

本研究结果还表明，在土壤缺磷情况下，施用解磷菌剂能增加生菜植株磷素吸收量，减少土壤中全磷含量的积累，降低磷素被固定于土壤中的风险，还可以促进土壤有效磷的释放和土壤库中有效磷的积累，并能提高生菜的营养品质和产量;在土壤磷丰富的情况下，施用解磷菌剂促进作用较弱。这与贺超等[21]的研究结果一致，低磷更有利于解磷微生物的发挥，磷水平过高时，植物根系直接吸收磷营养就能完全满足其正常生长需要，无需解磷微生物改善其磷营养状况。同时，过量施用磷肥还能降低植物根系光合產物分配量，使解磷微生物完全成为消耗光合产物的消费者[22]。这说明了低磷土壤中植物更需要解磷微生物帮助其吸收转化磷养分，也更利于解磷微生物的侵染，使其更好地发挥解磷功能，而高磷土壤中，植物不需要解磷微生物，更不需要光合产物的竞争者，所以在高磷土壤中植物根系可能会分泌某种物质抑制解磷微生物侵染。可见，只有土壤磷水平适宜时解磷微生物才能表现出良好的促生效应。本试验证明，将根瘤菌P1菌株制成微生物菌剂施用于盆栽土壤中能起到减施化肥50%而不减产的效果，并且还能提高生菜的品质。这说明该菌剂的应用不仅能减少农田土壤磷素的流失，降低农田土壤磷面源污染的风险，还能为蔬菜生产保质保量，达到收益的最大化。

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