腐生真菌配合不同载体的施加对红壤作物生长的影响

李 月，冯 彪，陈 林，梅 浩，李 芳*

（1.河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002；2.中国科学院 南京土壤研究所，江苏 南京 210008）

红壤是我国南方的主要土壤类型，在我国农业和经济的可持续发展中有不可替代的作用。由于红壤区水热资源丰沛，气候湿润，降雨频繁，因此红壤极具生产潜力。南方红壤区的气候条件及其环境对土壤微生物的存活十分有益，施加菌剂可以改善红壤肥力，促进作物地上部生长和产量增加［1］。然而，由于存在pH值较低、有机质含量低、保水保肥性能差、黏重板结等障碍因素［2］，加上多年集约化的施肥管理与开发利用，导致土壤退化加剧，严重阻碍了红壤地区的农业生产。土壤改良剂的添加有助于土壤理化性状的改良，其中微生物菌剂的使用受到广泛的关注。

微生物菌剂是含有扩繁的一种或多种微生物，与溶液、粉末、固体混合加工后做成的制剂，它通过活化土壤养分或产生活性物质能有效地改良土壤结构、促进作物生长和提高作物品质［3］。已有的微生物菌剂载体有泥炭、蛭石、菌糠以及新型纳米材料等，其中泥炭应用最为广泛［4］。木本泥炭作为一种缓效碳源，其具有有机质和腐植酸含量高、保水保肥能力强、纤维素丰富、价格便宜等优点，常被施加到大田中，从而提升土壤有机碳的含量［5］。秸秆作为一种农业资源废弃物，其来源广泛，价格低廉且有机质含量高，可以充当一种速效碳源，在提高土壤肥力、修复土壤污染方面应用广泛［6］，但目前秸秆作为微生物菌剂载体的应用研究较少。

现阶段我国微生物菌剂所搭载的菌株类型以细菌为主，普遍为芽孢杆菌属（Bacillus）细菌［7］，但近年来，我国微生物菌剂主体有从细菌向真菌发展的趋势［8］，目前，研究应用较多的真菌是丛枝真菌和少数子囊菌形成的外生菌根真菌［9］。与腐生子囊菌相比，丛枝真菌往往依赖植物活体供给营养，其扩繁较复杂［10］。腐生子囊菌作为生态系统中活跃的分解者，能分解和腐化动植物残体等有机化合物，在土壤养分循环中起重要作用［11］。同时，在腐生真菌对土传病害抑制方面的研究广泛，且腐生真菌容易定殖于植物根表或土壤，存活率高。因此，开展有关腐生真菌制备微生物菌剂的应用研究势在必行。

本实验利用从长期秸秆还田土壤中筛选的3株腐生子囊真菌，配合木本泥炭载体和秸秆载体，制备成微生物菌剂，以酸性红壤为供试土壤，分析了盆栽玉米在抽雄期的土壤理化性质和作物的生长情况，并筛选出能够改良红壤性质和改善作物生长的菌剂载体及适用的真菌种类，可以为开发适用于酸性红壤的真菌制剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 菌剂的制备

所用的3种菌株均为本实验室从长期秸秆还田潮土中自行分离的菌株，分别为黄篮状菌（Talaromyces flavus）、木霉菌（Trichoderma sp.）和球毛壳菌（Chaetomium globosum）。本实验分别选用粉碎秸秆和木本泥炭作为载体来制备菌剂。在菌剂配制前，用葡萄糖马铃薯液体培养基在28 ℃、转速150 r/min、黑暗的条件下培养这3个菌种7 d，备用。

玉米秸秆在75 ℃下烘干后，用粉样机粉碎成2~3 mm的碎秆。称取适量粉碎的玉米秸秆，加蒸馏水，调节含水量至60%。另外，调节木本泥炭的含水量至50%。2种载体各称取200 g，将其分装于1 L的烧杯中，于121 ℃高压灭菌60 min之后，冷却至室温；然后向每个烧杯中加入10.00 g的新鲜菌丝体，于28 ℃的培养箱中黑暗吸附培养48 h，备用。

1.2 盆栽实验

盆栽土壤采用江西鹰潭地区未经耕作处理的深0～15 cm的红壤，其基础养分含量为：有机碳9.14 g/kg，全 氮0.78 g/kg，速 效 磷9.70 mg/kg，pH 4.65。供试土壤过2 mm筛，并剔除较大的植物根系和石块。将菌剂与供试土壤混匀，每盆装土6 kg，接种菌剂56.00 g（鲜重）。将土壤装入做好编号的盆内，当装入的土壤距盆口约10 cm时，放入1个装有10.00 g秸秆的150目（孔径10 μm）的尼龙袋，然后装入剩余的土壤；在装完土壤后，立即浇入1 L蒸馏水以保证菌剂存活。根据所制作菌剂的不同，进行2组实验，每组实验设置4个处理，每个处理3个重复。第一组的处理：单加秸秆对照（SCK）、秸秆加木霉菌（ST1）、秸秆加黄篮状菌（ST2）、秸秆加球毛壳菌（ST3）。第二组的处理：单加木本泥炭对照（PCK）、木本泥炭加木霉菌（PT1）、木本泥炭加黄篮状菌（PT2）、木本泥炭加球毛壳菌（PT3）。

实验所用玉米品种为“登海九号”。选取颗粒饱满的玉米种子，在浸泡催芽后，每盆播种3颗，放置于温室内培养。当幼苗生长至三叶一心时，剔除2株幼苗，每盆保留长势一致的幼苗1株。在盆栽期间维持土壤水分含量为田间最大持水量的60%。盆栽条件：每天14 h光照（25 ℃）+10 h黑暗（15 ℃）；空气湿度70%。在玉米抽雄期采集土壤和植株样品，测定其各项指标。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤指标的测定 采用K2SO4浸提法［12］提取和测定土壤可溶性碳（DOC）、可溶性氮（DON）含量；用氯仿熏蒸法［12］测定土壤微生物碳（MBC）、微生物氮（MBN）含量；采用K2Cr2O7外加热法［13］测定土壤有机碳（SOC）含量；用0.5 mol/L NaHCO3浸提-比色法测定土壤速效磷（AP）含量；采用酶联免疫法测定土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶（NAG）和β-葡萄糖苷酶（β-GC）的活性，以1 min内反应1 μmol底物为1个酶活单位（U）；用环刀法测定土壤容重；用土壤氧分压仪测定土壤氧气含量；用湿筛法［14］测定土壤水稳性团聚体组成。

1.3.2 植株指标的测定 用烘干称量法测定玉米植株地上部生物量；利用SPAD仪测定叶片的SPAD值；采用酶联免疫法测定玉米植株根部的生长激素（IAA）、赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）和玉米素核苷（ZR）的含量。

1.3.3 其他指标的测定 将网袋内秸秆烘干后称重，利用差减法计算网袋内秸秆的降解率（DR）。

1.4 数据处理

利用IBM SPSS Statistics 26软件中的单因素ANOVA最小显著差异法和邓肯氏测试（Duncan’s test）法对同一种载体不同处理间的实验数据进行差异显著性分析，P＜0.05为达到显著性水平；相关性分析采用Pearson相关系数法。通过GraphPad Prism 8.0软件对实验数据进行可视化展示。

2 结果与分析

2.1 玉米抽雄期土壤理化性质的变化

从表1可以看出：当用木本泥炭做微生物菌剂的载体时，土壤的NAG活性、β-GC活性、土壤容重未发生显著变化（P＞0.05）。PT3处理的土壤DON含量显著降低，较对照降低了12.2%。PT3处理的土壤MBN含量较对照显著提高了111.6%，而PT1、PT2处理的土壤MBN含量均降低，其中PT2处理的MBN含量降低达到了显著水平。所有处理均显著提高了土壤中速效磷含量。PT1、PT2、PT3均显著促进了网袋中秸秆的降解，降解率分别增加了68.1%、65.5%、18.6%。PT2、PT3处理的MWD得到显著提高，增幅分别为80.8%、96.2%。

表1 不同菌剂处理对玉米抽雄期土壤养分含量、物理性状及酶活性的影响

对秸秆载体而言，土壤NAG、β-GC活性无显著变化。与对照相比，ST1、ST2、ST3处理中DOC含量均显著降低。ST2处理显著提高了土壤DON含量。与单加秸秆相比，ST1、ST3处理的MBC含量显著提高，增幅分别为162.6%、251.6%。3种菌剂处理均降低了土壤MBN含量，ST2处理MBN含量的下降达到了显著水平。ST1和ST2处理显著降低了土壤中速效磷含量。ST1和ST2处理显著增加了网袋中秸秆的降解率，增幅分别为75.1%和66.0%。ST2处理的土壤容重显著降低。ST3处理显著降低了土壤的平均质量直径（MWD），较对照降低了34.0%（P＜0.05）。

2.2 不同处理下玉米抽雄期植株理化性质的变化

从图1可以看出：与PCK相比，PT2、PT3处理（以木本泥炭为载体）的玉米地上部生物量显著降低，降幅分别为50.4%、46.1%；PT1、PT3和PT2处理的第4片叶的SPAD值提高，其中PT2处理的提高达到了显著水平。当用秸秆做载体时，ST1处理的生物量较SCK显著提高了156.8%；ST1处理的SPAD值较SCK出现了小幅度提升，而ST2、ST3处理的SPAD值较SCK显著降低，降幅分别为23.9%、9.6%。

图1 不同菌剂处理对玉米植株抽雄期理化性质的影响

如图2所示，当用木本泥炭做载体时，3种菌剂处理均不同程度地改变了玉米植株根部的激素含量，其中以PT2和PT3处理的根部激素含量变化显著。具体来说：与PCK相比，PT2和PT3处理玉米植株根部的IAA含量分别提高了35.3%和44.6%，ABA含量分别提高了44.9%和53.9%，而GA含量分别降低了31.5%和38.6%；PT1处理对玉米植株根部的IAA、ABA和GA含量均无显著影响；与PCK相比，PT1、PT2和PT3处理玉米植株根部的ZR含量均显著增加，增幅分别为7.9%、13.8%和42.0%。

图2 木本泥炭菌剂处理对玉米根部激素含量的影响

当用秸秆作载体时，3种菌剂处理对玉米根部的激素含量均有不同影响，其中ST1处理的玉米根部IAA含量较对照组显著提高，增幅为11.4%。与SCK相比，ST2处理的ABA含量无明显变化，但ST1处理的ABA含量显著提高了9.8%，而ST3处理显著降低了43.1%（P＜0.05）。仅ST3处理显著提高了玉米根部的GA含量。此外，ST1、ST2处理的ZR含量得到了显著提高，分别较对照提高了7.9%、13.8%；而ST3处理显著降低了ZR含量，较对照降低了18.3%（图3）。

图3 秸秆菌剂处理对玉米根部激素含量的影响

为了明确土壤性质与作物生长之间的关系，利用Pearson相关系数分析了不同变量之间的相关性，结果（图4）如下：土壤氧气含量与叶片SPAD值呈极显著正相关（r=0.534，P＜0.01），而与土壤地上生物量呈极显著负相关（r=－0.529，P＜0.01），这可能是因为在土壤氧气含量较高的条件下，根系因呼吸作用而损失了一定的光合产物，不利于植株生物量的累积；土壤容重、DOC含量均与叶片SPAD值呈正相关关系；土壤团聚体MWD指数与玉米根部IAA、ABA、ZR含量均呈极显著正相关（r=0.715，P＜0.01；r=0.730，P＜0.01；r=0.701，P＜0.01），而与GA含量呈极显著负相关（r=－0.762，P＜0.01）；土壤容重与ABA含量呈显著负相关（r=－0.406，P＜0.05）；玉米根系激素ABA和GA含量受土壤DOC和MBC含量的影响；土壤MBN含量与盆栽中填埋秸秆的降解率呈显著的负相关关系。

图4 不同指标之间的相关性分析结果

3 结论与讨论

黄篮状菌因其具有广谱抗菌性，可作为生防真菌，对一些农业病原菌生长有抑制作用［15］。该菌具有较好的解磷能力，常用于溶磷菌肥，促进植株对土壤中磷元素的吸收［16］。除可以分解纤维素外，黄篮状菌还有一定的复杂化合物降解能力［17］。木霉菌作为一种腐生真菌，目前被广泛开发应用。一方面木霉菌作为生防菌，通过紧贴、缠绕、穿透等方式寄生于致病真菌的菌丝上，最终杀死病原菌［18］。木霉属真菌可以分泌具有抗菌性的次生代谢物质，如木霉素、抗菌肽等［19］；另一方面，木霉菌具有较高的降解秸秆的能力，常用作秸秆腐熟剂的添加菌种［17］。此外，木霉菌还能定殖于植物根表，分泌生长激素，促进植株生长［20］，增加作物产量［21］，增强植株的抗逆性［22］。球毛壳菌作为一种腐生生防菌，可用于多种作物病害的防控。研究表明，球毛壳菌对多种植物病原菌有抑制作用［23］，并且具有较强的纤维素降解能力［24］。其菌丝可寄生到病原菌内部，使病原菌裂解［25］。球毛壳菌通过增强植株体内防御酶的活性以及增加相关基因的表达水平［25］，可以提高植株的抗逆境能力，促进植物生长［26］。本研究结果显示，经木霉菌剂处理后，玉米植株地上部分的生物量较黄篮状菌菌剂和球毛壳菌菌剂处理均有显著提升。究其原因，一方面是木霉菌和黄篮状菌促进了网袋中秸秆的腐解和养分的释放；另一方面是木霉菌定殖于植物根表后，能分泌生长激素，促进作物生长。据报道，木霉菌对小麦、玉米、牧草、花生等旱地作物均有促生作用［27－28］，而黄篮状菌更多作为生防真菌，其对作物的促生效果不太明显。

泥炭分为木本泥炭、草本泥炭和藓类泥炭［29］，木本泥炭因其含碳量高，且富含大量的腐植酸，常作为一种有机肥料资源。其中，腐植酸作为一种弱酸性生理活性物质，在施入土壤后能增加土壤有效磷的含量，有利于作物对养分的吸收利用［30］。秸秆也常作为重要的有机物料，用于还田以改善土壤质量。大量研究表明，添加有机物料能改善土壤的理化性质，从而提升土壤肥力，提高土壤中有效磷的含量［31］。本研究得到了同样的结果。这可能是因为木本泥炭有机质含量高，在施入土壤后可以改善土壤结构及理化性质，中和部分红壤的酸性，提高土壤养分的有效性；而秸秆作为载体施入土壤后，其只能缓慢释放有机酸，在短期内对作物生长的促进作用不明显。但也有研究表明，秸秆载体可改善黄绵土的理化性质，提高土壤中微生物数量，促进作物生长，这可能与土壤环境、微生物活性和秸秆类型有关［32］。本研究还发现，与秸秆作为菌剂的载体相比，木本泥炭作为载体所有处理的玉米植株地上部分生物量均显著提升，这与已有的研究结果［33］一致。于兵等［34］研究表明，施加木本泥炭能明显促进作物地上部生物量的增加，加快土壤中养分循环，改善作物产品品质，提高作物产量［35］。因此，木本泥炭在红壤区是较优的菌剂载体。

综上所述，在红壤地区，木本泥炭和秸秆均可以作为微生物菌剂的载体，以前者更佳；相比于黄篮状菌和球毛壳菌，木霉属真菌作为菌剂的活性微生物在红壤区具有更好的促生能力和有机质转化能力。今后将对木本泥炭和木霉菌之间的复配进行深入探索，以期开发出适用于酸化红壤改良的木霉木本泥炭菌剂。